復(fù)雜作業(yè)模式下在制品追蹤溯源技術(shù)研究

周 旭，何衛(wèi)平，李亞杰

（西北工業(yè)大學(xué)現(xiàn)代設(shè)計(jì)與集成制造教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710072）

復(fù)雜作業(yè)模式下在制品追蹤溯源技術(shù)研究

周 旭，何衛(wèi)平，李亞杰

（西北工業(yè)大學(xué)現(xiàn)代設(shè)計(jì)與集成制造教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710072）

通過(guò)分析復(fù)雜作業(yè)模式車(chē)間生產(chǎn)管理的特點(diǎn)，提出了利用條碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)車(chē)間在制品信息采集并以條碼作為在制品追蹤溯源信息的載體，采用樹(shù)結(jié)構(gòu)思想解決了在制品追蹤和追溯過(guò)程中出現(xiàn)的盲點(diǎn)，從而使在制品的信息滿(mǎn)足下行可跟蹤性和上行可追溯性的要求。

機(jī)械制造；在制品；追蹤；溯源；車(chē)間管理；條碼

0 引言

隨著科技的不斷進(jìn)步，市場(chǎng)需求日趨多樣化，大批量生產(chǎn)已經(jīng)不能適應(yīng)市場(chǎng)要求，多品種小批量混合生產(chǎn)模式逐漸成為制造的主流[1]。在這種復(fù)雜生產(chǎn)模式下，在制品的追蹤溯源技術(shù)是車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程管理的關(guān)鍵技術(shù)之一。

在制品跟蹤最基本的兩個(gè)追蹤對(duì)象是在制品和活動(dòng)，在制品和活動(dòng)被稱(chēng)作跟蹤的核心實(shí)體，實(shí)體是指可以單獨(dú)描述和存在的對(duì)象。在制品（WIP：Work in Progress）是指從原材料投入生產(chǎn)的第一道工序起，直到最后形成產(chǎn)品之前這一生產(chǎn)過(guò)程中的所有生產(chǎn)物料，是尚未形成生產(chǎn)制造的產(chǎn)品或零部件[2]；活動(dòng)是指在制品在車(chē)間的一系列加工流程。在制品存在于生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，通常會(huì)占用企業(yè)大量的資金，為了保證生產(chǎn)的連貫性和減少企業(yè)的成本，必須加強(qiáng)對(duì)在制品的管理，而在制品處于流動(dòng)狀態(tài)，其所處加工位置和工藝狀態(tài)是時(shí)刻變化的，因此在制品管理要能對(duì)在制品的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集和跟蹤。通過(guò)對(duì)在制品的跟蹤管理者能實(shí)時(shí)了解車(chē)間在制品所處的加工位置、加工數(shù)量、操作人員、加工進(jìn)度和質(zhì)量數(shù)據(jù)等信息，通過(guò)這些信息管理人員能對(duì)車(chē)間的生產(chǎn)進(jìn)行宏觀調(diào)控，實(shí)現(xiàn)車(chē)間利益的最大化。然而在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)緊急插單、訂單追加、任務(wù)終止，頻繁出現(xiàn)分批、轉(zhuǎn)批、合批等情況，批次的頻繁變化和轉(zhuǎn)移結(jié)點(diǎn)繁多導(dǎo)致在制品的追蹤信息不連續(xù)、不準(zhǔn)確、混亂等情況，從而使在制品的跟蹤過(guò)程出現(xiàn)盲點(diǎn)和斷層[3][6]。

針對(duì)以上問(wèn)題，本文對(duì)復(fù)雜作業(yè)模式下在制品追蹤溯源技術(shù)進(jìn)行研究，采用條碼技術(shù)對(duì)在制品進(jìn)行標(biāo)識(shí)從而對(duì)跟蹤的信息進(jìn)行采集，采用樹(shù)狀結(jié)構(gòu)思想對(duì)批次變化的在制品進(jìn)行跟蹤與追溯，解決了批次變化后在制品跟蹤過(guò)程中出現(xiàn)的盲點(diǎn)，使跟蹤信息連續(xù)準(zhǔn)確。

1 在制品跟蹤的基本需求

根據(jù)在制品跟蹤的方向，在制品跟蹤被分為兩類(lèi)：追蹤（forward traceability）和溯源（backward traceability）。追蹤是對(duì)在制品之間消耗（whereused）關(guān)系的展開(kāi)，其中消耗關(guān)系描述了消耗某些物料（這些物料有相同的屬性集）的所有在制品。溯源是對(duì)在制品之間組成關(guān)系（where-from）的展開(kāi)，其中組成關(guān)系描述了某在制品所消耗的所有物料及加工過(guò)程的重現(xiàn)。因此跟蹤在制品所獲得的信息應(yīng)滿(mǎn)足兩個(gè)方面的基本需求，即下行可跟蹤性（Downward Traceability）與上行可追溯性（Upward Traceability）[4]。

（1）在制品可跟蹤性：對(duì)具有個(gè)體編號(hào)或者批號(hào)的在制品需進(jìn)行嚴(yán)格的管理，跟蹤其每個(gè)環(huán)節(jié)狀態(tài)和數(shù)量的變化。獲知其具體的去向，即根據(jù)個(gè)體編號(hào)或批次編號(hào)應(yīng)能夠獲知其整個(gè)生產(chǎn)周期的轉(zhuǎn)移，并明確與各轉(zhuǎn)移環(huán)節(jié)相關(guān)聯(lián)的加工設(shè)備、作業(yè)人員等生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)要素的信息。該項(xiàng)需求在一般的生產(chǎn)管理系統(tǒng)中通過(guò)各種方式得以不同程度地滿(mǎn)足，具體表現(xiàn)形式有形成產(chǎn)品質(zhì)量檔案、跟蹤訂單的生產(chǎn)進(jìn)度等信息。

（2）在制品可追溯性：對(duì)具有個(gè)體編號(hào)或者批號(hào)的產(chǎn)成品，應(yīng)能夠追溯其生產(chǎn)制造過(guò)程。根據(jù)產(chǎn)成品的編號(hào)或批次號(hào)應(yīng)能夠獲知其完整詳細(xì)的生產(chǎn)過(guò)程信息，包括在各工序上用料的種類(lèi)、數(shù)量、編號(hào)或批號(hào)等信息，和各生產(chǎn)作業(yè)的人員、時(shí)間等信息，以及各環(huán)節(jié)的檢驗(yàn)詳細(xì)數(shù)據(jù)。產(chǎn)品的可追溯性對(duì)質(zhì)量控制、成本核算、產(chǎn)品生命周期管理等功能具有現(xiàn)實(shí)意義。

在制品的跟蹤和溯源并不是兩個(gè)獨(dú)立的環(huán)節(jié)而是緊密相連的，在制品跟蹤過(guò)程數(shù)據(jù)生成和存儲(chǔ)不僅滿(mǎn)足跟蹤信息的需要而且為在制品溯源提供了數(shù)據(jù)支持，跟蹤和溯源兩方面的信息相輔相成，共同組成了在制品的跟蹤系統(tǒng)。

2 在制品追蹤溯源信息載體——條碼

由于在制品是不斷流動(dòng)的，它所承載的信息也是不斷變化的，這就從客觀上要求我們要以動(dòng)態(tài)的思想去跟蹤與管理在制品的活動(dòng)，對(duì)制造過(guò)程中的在制品進(jìn)行標(biāo)識(shí)，對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。具體表現(xiàn)為對(duì)在制品的加工工位、狀態(tài)信息、實(shí)物數(shù)量、質(zhì)量數(shù)據(jù)以及生產(chǎn)過(guò)程相關(guān)的人、設(shè)備等信息的標(biāo)識(shí)與實(shí)時(shí)采集，由下而上（Bottom Up）實(shí)時(shí)掌握制造現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)生產(chǎn)狀況、任務(wù)進(jìn)度，以及物料轉(zhuǎn)移處理和質(zhì)量事件控制。其目的在于通過(guò)有效的在制品標(biāo)識(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)在制品的跟蹤與管理，降低在制品儲(chǔ)備量，加速資金周轉(zhuǎn)，以最低的在制品庫(kù)存保證生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)、均衡，最終降低企業(yè)生產(chǎn)成本[2][3]。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的就必須保證數(shù)據(jù)采集和在制品標(biāo)識(shí)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

本文利用條碼技術(shù)對(duì)在制品跟蹤信息進(jìn)行采集，將采集到的信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，并以條碼編號(hào)作為唯一標(biāo)識(shí)，將條碼作為在制品追蹤溯源過(guò)程中信息的載體[7][8]，使在制品的下行跟蹤和上行追溯有據(jù)可依，并達(dá)到方便、簡(jiǎn)捷和實(shí)用的效果。圖1所示是在制品跟蹤信息采集的過(guò)程。

3 基于樹(shù)狀結(jié)構(gòu)的在制品追蹤技術(shù)

為有效執(zhí)行既定的生產(chǎn)計(jì)劃，必須在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)在制品進(jìn)行跟蹤控制。在制品的跟蹤控制即實(shí)現(xiàn)在制品可追溯性（Traceability）的過(guò)程，是生產(chǎn)過(guò)程管理的核心功能之一。在制品跟蹤的根本目的是為了記錄在制品在生產(chǎn)過(guò)程中狀態(tài)和數(shù)量的變化以及生產(chǎn)進(jìn)度等信息，或追溯產(chǎn)成品在各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的用料、工藝、檢驗(yàn)等具體加工信息等，保存原始數(shù)據(jù)，提高在制品的可追溯性，并為高級(jí)的管理功能提供決策支持。然而在實(shí)際生產(chǎn)中特別是混合生產(chǎn)作業(yè)模式下經(jīng)常出現(xiàn)分批和合批的現(xiàn)象，即一種批次的在制品與多批次的在制品相對(duì)應(yīng)或多批次與多批次的在制品相對(duì)應(yīng)，這就給在制品的跟蹤與追溯帶來(lái)了困難，在分批和合批的環(huán)節(jié)出現(xiàn)盲點(diǎn)，使在制品的跟蹤與追溯在分批和合批環(huán)節(jié)出現(xiàn)中斷[4]。為了解決這個(gè)問(wèn)題，本文采用基于樹(shù)狀結(jié)構(gòu)的在制品追蹤技術(shù)來(lái)進(jìn)行在制品的跟蹤與追溯。

生產(chǎn)過(guò)程中在制品各轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)前后的相應(yīng)系列可以使用集合來(lái)表示，樹(shù)結(jié)構(gòu)中每個(gè)結(jié)點(diǎn)可以看作一個(gè)集合。本文中將所有的在制品標(biāo)識(shí)統(tǒng)稱(chēng)為批次，使用“l(fā)”表示，批次的集合使用“L”表示，將工序順序號(hào)為i的工序稱(chēng)為工序i，該工序所使用的在制品集合用其工序順序號(hào)i作為下標(biāo)進(jìn)行標(biāo)識(shí)：Li，相應(yīng)的批次則使用工序順序號(hào)i和批次順序號(hào)j兩個(gè)下標(biāo)表示：lij，即：

在制品集合Li，經(jīng)過(guò)工序作業(yè)轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生新的在制品集合，記為L(zhǎng)i+1。將Li稱(chēng)作該工序作業(yè)的輸入在制品集合或輸入Li（父結(jié)點(diǎn)），將Li+1稱(chēng)為其輸出集合或輸出Li+1（子結(jié)點(diǎn)）。在實(shí)際生產(chǎn)中在制品的轉(zhuǎn)換過(guò)程如圖2所示。

在制品的跟蹤就是L0→LI中各個(gè)結(jié)點(diǎn)自頂向下的樹(shù)的前序遍歷的過(guò)程，在制品的追溯就是LI→L0中各個(gè)結(jié)點(diǎn)自底向上的樹(shù)的后序遍歷的過(guò)程，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有雙向性即對(duì)上的父關(guān)系和對(duì)下的子關(guān)系。結(jié)點(diǎn)雙向性在產(chǎn)品跟蹤上有著很重要的作用，它們分別表示了產(chǎn)品跟蹤和追溯兩個(gè)不同的方向。但在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)多對(duì)一、一對(duì)多或者多對(duì)多的問(wèn)題，也就是我們所說(shuō)的分批合批情況，這就導(dǎo)致樹(shù)結(jié)構(gòu)中某些結(jié)點(diǎn)的父子關(guān)系不明確，從而使在制品的跟蹤和追溯出現(xiàn)盲點(diǎn)，不能準(zhǔn)確表達(dá)在制品的信息。為了解決這個(gè)問(wèn)題就要對(duì)結(jié)點(diǎn)進(jìn)行編碼，標(biāo)識(shí)結(jié)點(diǎn)的父子關(guān)系，如圖3所示。其中表示此結(jié)點(diǎn)的父結(jié)點(diǎn)是l00結(jié)點(diǎn)和l01結(jié)點(diǎn)，一般化形式表示此結(jié)點(diǎn)的父結(jié)點(diǎn)是 l(i-1)x和 l(i-1)y，其中 x=0，1，…，I；y=0，1，…，M；下圖中的結(jié)點(diǎn)表示此結(jié)點(diǎn)的子結(jié)點(diǎn)分為l22和l23結(jié)點(diǎn)，一般化形式表示此結(jié)點(diǎn)的子結(jié)點(diǎn)分為 l(i+1)x和 l(i+1)y，其中 x=0，1，…，I；y=0，1，…，M。采用這種方式在制品在跟蹤和追溯的過(guò)程中就能準(zhǔn)確找到其子結(jié)點(diǎn)和父結(jié)點(diǎn)，避免了追蹤過(guò)程中的盲點(diǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文采用條碼技術(shù)對(duì)在制品的生產(chǎn)信息進(jìn)行采集并以條碼作為跟蹤溯源信息的載體，使信息采集更加實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效，為車(chē)間生產(chǎn)構(gòu)建了一個(gè)敏捷化處理環(huán)境，很大程度上改變了當(dāng)前車(chē)間生產(chǎn)作業(yè)的方式；采用樹(shù)結(jié)構(gòu)思想的在制品追蹤技術(shù)對(duì)在制品進(jìn)行跟蹤追溯，避免了分批和合批時(shí)的追蹤盲點(diǎn)，真正實(shí)現(xiàn)了在制品的對(duì)下跟蹤和對(duì)上追溯，從而使在制品的跟蹤管理能夠滿(mǎn)足不同層面的管理需求，實(shí)現(xiàn)了在制品的精細(xì)化管理。

[1]嚴(yán)雋薇.現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)概論——理念、方法、技術(shù)、設(shè)計(jì)與實(shí)施.北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[2] 付忠璋.抓好在制品動(dòng)態(tài)管理 提高現(xiàn)場(chǎng)綜合管理.價(jià)值工程，2003，（2）：74-77.

[3] N.C.Tsourveloudis，S.Ioannidis.Work-in-process scheduling by evolutionary tuned fuzzy controllers.The International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2007，34：748-761.

[4] 李忠凱.混合流程企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程管理系統(tǒng)研究[D].大連理工大學(xué)，2010.

[5] 孟凡斌.制造企業(yè)在制品管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及車(chē)間調(diào)度研究[D].大連理工大學(xué)，2008.

[6] 劉文煌，貴冬梅.小型企業(yè)生產(chǎn)管理與控制系統(tǒng)的分析及其實(shí)現(xiàn).計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) CIMS，1998，（2）.

[7] 彭 昱.條碼在在制品生產(chǎn)管理中的應(yīng)用研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2005.

[8] 阮李英.條形碼發(fā)展及應(yīng)用前景.廣西質(zhì)量監(jiān)督導(dǎo)報(bào)，2009，（5）：57-59.

Study on work-in-process tracking and tracing to source technology for complex production patterns

ZHOU Xu,HE Weiping,LI Yajie
（The Key Laboratory of Contemporary Design and Integrated Manufacturing Technology,Northwestern Polytechnic University,Xi'an 710072,Shanxi China）

By analyzing the features of plant production management under complex production patterns,bar code technology has been used to collect the workshop information of WIP which is also as the carrier of WIP tracking and tracing to source information.The tree structure has been applied to solve the blind spot of WIP tracking and tracing to source process,so that the WIP information can satisfy the Downward Traceability and Upward Traceability requirement.

Work-in-process;Tracking;Tracing to source;Work shop management;Bar code

TP274

B

1672－0121（2012）03－0099－03

2011-12-26

周 旭（1986-），男，碩士在讀，主攻計(jì)算機(jī)集成制造、制造資源管理等