劉怡君，孫文磊，熊宗慧，2

（1.新疆大學機械工程學院，新疆 烏魯木齊 830046；2.新疆大學機械工程學院機械工程博士后流動站，新疆 烏魯木齊 830046）

1 引言

當前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)正在不斷發(fā)展成熟中，而推進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的各參與方，為了提高工業(yè)品的互聯(lián)互通性，對工業(yè)品標識解析技術(shù)也越來越重視。其中工業(yè)品是一種對于產(chǎn)品和服務的總稱，包括但不限于機器設備、原材料、售后服務等[1]，換言之，工業(yè)品代指工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中所有或?qū)嵒蛱摰摹拔铩薄?/p>

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的標識解析技術(shù)，不僅可以識別網(wǎng)絡內(nèi)的工業(yè)品，還具有查詢工業(yè)品關聯(lián)信息的功能[2]。但是在研究過程中，一方面因為多種標識體系的共存，出現(xiàn)工業(yè)品“一物多標識”或“一標識多物”的現(xiàn)象，阻礙工業(yè)品建立唯一的身份標識；另一方面因為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中識別方式的單調(diào)性（工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建立過程中，大量工業(yè)品的識別方式只有一種，識別的設備一般也只有一種型號，成為識別方式的單調(diào)性），導致識別結(jié)果的錯誤、混亂、無效等問題，弱化不同工業(yè)品之間的信息關聯(lián)度，降低工業(yè)品相互之間信息傳遞的質(zhì)量和效率。因此，多種標識體系共存與單一識別方式之間的沖突問題是研究標識解析技術(shù)的重點和難點。

目前國內(nèi)外主要的解決方案有以下兩種：一種是在建立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時，對所有工業(yè)品的特點、作用進行分析，重新標識網(wǎng)中的工業(yè)品，但如此一來，費時費力，增加了許多人力消耗；另一種是以地區(qū)或工業(yè)品類型區(qū)分，對某一特定使用場景進行標識體系的標準化規(guī)定[3]，如我國自主提出的Ecode標識體系在農(nóng)產(chǎn)品、食品行業(yè)的成功應用[4]，然成本頗高，且需要政府及相關工作部門的支持，更無法解決在售和已售的工業(yè)品標識異構(gòu)性問題[5]。

因此，提出一種新的方法消除多種工業(yè)標識體系共存與特定的識別方式之間產(chǎn)生的矛盾沖突，即利用可拓學轉(zhuǎn)換橋方法中“各行其道，各得其所”的理念對標識異構(gòu)性問題進行研究。采用連接或者分隔的方式構(gòu)建轉(zhuǎn)換橋，實現(xiàn)對期望目標或現(xiàn)有條件的轉(zhuǎn)化，從而化對立問題為共存問題，解決矛盾[6]。

2 工業(yè)品標識異構(gòu)性問題

工業(yè)品標識體系和工業(yè)品標刻技術(shù)、工業(yè)品識別技術(shù)作為工業(yè)品標識技術(shù)的三個關鍵性技術(shù)，解決了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的信息采集問題，實現(xiàn)了對工業(yè)品實體和虛體對象的信息查詢、管理和控制。

一直以來，在同一標識體系下，標識和工業(yè)品對象之間都有唯一確定的映射關系，一個標識對應一個工業(yè)品對象。根據(jù)工業(yè)品行業(yè)、使用環(huán)境、關聯(lián)信息等情況的不同，全球多個標準化研究組織先后出臺了幾十種標識體系，其中常用的有GS1系列編碼、Handle標識體系、Ecode標識體系、UID、EPC等[7]。每種標識體系都有特定的編碼規(guī)則，用以生成不同結(jié)構(gòu)的標識，將這種特性稱為工業(yè)品標識的異構(gòu)性。

在建立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時，工業(yè)品對象的標識來源范圍很難控制在一種標識體系內(nèi)，常常涉及兩種甚至兩種以上的標識體系，這就要求工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中識別方式的數(shù)量不能低于標識體系的數(shù)量，且需能與其一一對應。這違背了最初的期望目標--能且只能通過一種識別方式識別所有的工業(yè)品標識，即識別方式的單一性。

所以不難發(fā)現(xiàn)，工業(yè)品標識的異構(gòu)性與識別方式的單一性之間的矛盾沖突是工業(yè)品標識技術(shù)研究的難點和關鍵所在，而如何將工業(yè)品異構(gòu)標識轉(zhuǎn)化成為可識別的工業(yè)品標識對象成為了工業(yè)品標識技術(shù)的一個主要研究目的。

3 引入可拓學的轉(zhuǎn)換橋方法

工業(yè)品標識的異構(gòu)性與識別的單一性共存，其矛盾問題主要是因為期望目標與現(xiàn)有條件不能同時實現(xiàn)而產(chǎn)生的，希望通過對條件或者目標的轉(zhuǎn)化，將矛盾問題轉(zhuǎn)變成為共存問題。蔡文學者提出的可拓學是一門解決矛盾問題的學科，針對上述問題，可以通過對條件和目標建立形式化模型，對工業(yè)品標識的異構(gòu)性進行定量的描述，探討事物變化和拓展可能性，從而解決矛盾沖突。

3.1 問題的形式化分析

學者在文獻[7-8]中都對矛盾問題有深入的分析和相應解決策略的介紹[8-9]。結(jié)合標識異構(gòu)性的角度分析發(fā)現(xiàn)所提出的矛盾問題屬于對立沖突，具體表現(xiàn)出以下三種情況：

3.1.1 無效識別

多種標識體系共存時，識別方式不能識別任何一種標識體系所生成的標識，在這種情況下，反饋給用戶的識別解析結(jié)果是標識錯誤或標識無法識別。

3.1.2 錯誤識別

多種標識體系共存時，識別方式與對應的標識體系之間的映射關系混亂，這種情況下，會產(chǎn)生工業(yè)品標識上附著的信息被錯誤顯示的情況，顯示的信息并非工業(yè)品的信息。

3.1.3 重復識別

多種標識體系共存時，識別方式能夠解析兩個或兩個以上標識承載的工業(yè)品信息，在這種情況下，顯示的工業(yè)品信息不唯一，查詢結(jié)果會出現(xiàn)一個工業(yè)品標識對應有多個信息的現(xiàn)象。

在可拓學方法中，用基元形式化的表達對立沖突是消解問題的關鍵和基礎，其與矛盾問題之間的關系，如圖1所示。

圖1 矛盾問題的界定及形式化描述Fig.1 Definition and Formal Description of Contradictory Problems

采用基元表示方法描述標識異構(gòu)性問題的目標和條件，如下是工業(yè)品標識異構(gòu)性問題的基元形式化模型定義。

定義1：設P 是因多種標識體系共存產(chǎn)生的標識異構(gòu)性問題，n維基元G1、G2表示兩種不同標識體系下的工業(yè)品標識目標物元，n維基元L則表示特定的識別解析機制條件，有

式中：O—對象；c—對象的屬性；v—屬性對應的量值。假設在條件L下，目標物元G1和G2不能同時實現(xiàn)，稱問題P=（G1∧G2）↑L為標識異構(gòu)性問題的基元形式化模型，其中G1和G2為關于條件L的對立物元，符號“↑”表示對立關系，符號“↓”表示共存關系。

標識異構(gòu)性問題的沖突消解關鍵在于標識結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化，將不能被唯一識別的標識結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成能夠被正確識別的標識結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)與轉(zhuǎn)換方法的思想不謀而合，故嘗試用轉(zhuǎn)換橋的方法解決該問題。

3.2 問題消解的轉(zhuǎn)換橋方法

轉(zhuǎn)換橋方法對問題進行形式化模型的建立，通過連接或者分隔的方式建立轉(zhuǎn)折部和轉(zhuǎn)折通道[10]，使工業(yè)品的異構(gòu)標識轉(zhuǎn)化成為同構(gòu)標識，實現(xiàn)工業(yè)品的唯一正確識別。根據(jù)文獻[9]，給出如下的相關形式化定義：

定義2：給定工業(yè)品標識異構(gòu)性的對立問題P=（G1^G2）↑L，若存在變換T=（TG1，TG2，TL），使得（TG1G1^TG2G2）↓TLL，則稱T為問題P的解變換，使得G1和G2共存。解變換的變換對象稱為轉(zhuǎn)換橋，記作B（G1，G2）。

工業(yè)品異構(gòu)標識轉(zhuǎn)化問題的轉(zhuǎn)換橋主要由轉(zhuǎn)折部Z和轉(zhuǎn)換通道J構(gòu)成，通常記作：B（G1，G2）=Z*J。

3.3 共存度函數(shù)及問題消解流程

轉(zhuǎn)換橋共存度函數(shù)能夠定量的衡量工業(yè)品異構(gòu)標識的轉(zhuǎn)化程度，即標識體系與識別方式直接的共存度，給出工業(yè)品異構(gòu)標識轉(zhuǎn)化問題的轉(zhuǎn)換橋共存度函數(shù)定義如下：

定義3：在工業(yè)品異構(gòu)標識轉(zhuǎn)化問題中，設論域U標識所有標識體系的集合，元素u標識其中一種標識體系，K表示論域U到實域I的一個映射，則稱

是論域U 上的可拓集，式中w=K(u)是E（T）關于元素u的轉(zhuǎn)換橋共存度函數(shù)。具體可以表示為：

（5）式中的ui和uj為元素u的兩個標識體系特征，∧表示可拓與運算，K（ui）、K（uj）則表示ui和uj的關聯(lián)函數(shù)。

當w=K(u)＜0，標識異構(gòu)性問題P為對立問題，當w=K(u)＞0，標識異構(gòu)性問題P為共存問題，轉(zhuǎn)換橋方法轉(zhuǎn)化工業(yè)品異構(gòu)標識的最終目的是將對立問題轉(zhuǎn)化成為共存問題，轉(zhuǎn)換橋方法的消解流程圖，如圖2所示。

圖2 工業(yè)品異構(gòu)性問題轉(zhuǎn)換橋方法的消解流程Fig.2 Digestion Process of the Conversion Bridge Method for Industrial Product Heterogeneity Problem

4 案例分析

抽油機是石油開采過程中的重要開采工具，其運行狀態(tài)、質(zhì)量情況決定了石油的質(zhì)量和開采量。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景下，智慧油田、抽油機監(jiān)控系統(tǒng)、智能故障監(jiān)控平臺等應用，更加便于智能化、自動化的監(jiān)測抽油機運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對抽油機的管理。

以游梁式抽油機為例，研究抽油機異構(gòu)標識的轉(zhuǎn)化問題，考慮將抽油機異構(gòu)標識的無效識別作為轉(zhuǎn)換橋應用的實例，具體選擇型號分別為CYJ10-4.2-53HF和CYJ3-1.5-9HB兩種游梁式抽油機。其中前者的標識使用的是Ecode標識體系，標識結(jié)構(gòu)主要由版本、編碼體系標識和主碼三部分構(gòu)成；后者的標識使用的是Handle標識體系，標識結(jié)構(gòu)主要由Handle前綴以及自定義編碼兩部分組成，中間通過字符“/”分隔。兩種標識體系的結(jié)構(gòu)組成規(guī)則不同，所以兩種型號的抽油機標識具有異構(gòu)性。而管理抽油機的系統(tǒng)識別則選用的EPC識別方式，無法對兩種抽油機標識進行有效識別。

標簽O1、O2是承載抽油機標識的重要對象，將標簽的表現(xiàn)形式c11、c21、標識體系c12、c22、標識c13、c23、工業(yè)產(chǎn)品c14、c24作為基元的主要屬性參數(shù)，所以根據(jù)定義1，有：

式中：v11，v21—二維碼；

v12—Ecode標識體系；

v22—Handle標識體系；

v13—Ecode標識體系的標識：009647000515283733 046818；

v23—Handle標識體系的標識：

86.1000.18/6057429750 208081；

v14、v24—工業(yè)產(chǎn)品的名稱，在這里指的是游梁式抽油機。

因為目標條件是使用單一的識別解析機制，所以將識別OL作為條件基元的對象，選取解析方式cL1、對象cL2、工具為屬性cL3，則

式中：解析方式的量值vL1為EPC識別，對象的量值vL2為二維碼，工具的量值vL3是二維碼識讀器。

兩個不同型號的游梁式抽油機的異構(gòu)標識轉(zhuǎn)化問題可以看做為一個對立問題，根據(jù)定義2，對立問題PG可以表示為：

依據(jù)轉(zhuǎn)換橋方法，對G1、G2、L構(gòu)建可拓變換，考慮實際情況，只需對G1、G2進行可拓變換T，改變“標識體系”與“標識”特征的量值：

使得P成為共存問題：

對于變換后基元中的特征，可以知道標識體系決定的標識為最終的目標特征，對其進行可拓變換可以輕易得到目標值，所以去“標識體系”為轉(zhuǎn)折特征，記為Z，稱為對立問題PG的轉(zhuǎn)折部。對于發(fā)生了可拓變換的物元G則成為轉(zhuǎn)折物元，記為R。

綜上所述，通過對標識體系G進行轉(zhuǎn)化解決了標識異構(gòu)性問題，由Z和R構(gòu)成轉(zhuǎn)換橋記做：

如此則通過轉(zhuǎn)換橋方法解決了抽油機標識無效識別這一具體對立問題。這里所述三種標識異構(gòu)性問題，皆因在現(xiàn)有條件下無法實現(xiàn)預期目標，所以此種方法對另外兩種具體情況有同樣適用性。

5 小結(jié)

這里分析了在建立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的時候，因多種工業(yè)品標識體系共存產(chǎn)生的阻礙和困難，提出了工業(yè)品標識異構(gòu)性與識別方式單一性之間的對立沖突，并且給出轉(zhuǎn)化工業(yè)品異構(gòu)標識的解決方法。通過引入可拓學轉(zhuǎn)換橋方法，同時對工業(yè)品異構(gòu)標識轉(zhuǎn)化問題、轉(zhuǎn)換橋的構(gòu)建問題和共存度函數(shù)進行了基元形式化模型的定義。以游梁式抽油機為實例，利用轉(zhuǎn)換橋的方法給出無效識別這一具體的對立問題的沖突消解方式。也為可拓學轉(zhuǎn)換橋方法應用于解決工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領域的矛盾問題提供理論依據(jù)。