復雜作業模式下在制品追蹤溯源技術研究

周 旭，何衛平，李亞杰

（西北工業大學現代設計與集成制造教育部重點實驗室，陜西 西安 710072）

復雜作業模式下在制品追蹤溯源技術研究

周 旭，何衛平，李亞杰

（西北工業大學現代設計與集成制造教育部重點實驗室，陜西 西安 710072）

通過分析復雜作業模式車間生產管理的特點，提出了利用條碼技術實現車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，采用樹結構思想解決了在制品追蹤和追溯過程中出現的盲點，從而使在制品的信息滿足下行可跟蹤性和上行可追溯性的要求。

機械制造；在制品；追蹤；溯源；車間管理；條碼

0 引言

隨著科技的不斷進步，市場需求日趨多樣化，大批量生產已經不能適應市場要求，多品種小批量混合生產模式逐漸成為制造的主流[1]。在這種復雜生產模式下，在制品的追蹤溯源技術是車間生產過程管理的關鍵技術之一。

在制品跟蹤最基本的兩個追蹤對象是在制品和活動，在制品和活動被稱作跟蹤的核心實體，實體是指可以單獨描述和存在的對象。在制品（WIP：Work in Progress）是指從原材料投入生產的第一道工序起，直到最后形成產品之前這一生產過程中的所有生產物料，是尚未形成生產制造的產品或零部件[2]；活動是指在制品在車間的一系列加工流程。在制品存在于生產的各個環節，通常會占用企業大量的資金，為了保證生產的連貫性和減少企業的成本，必須加強對在制品的管理，而在制品處于流動狀態，其所處加工位置和工藝狀態是時刻變化的，因此在制品管理要能對在制品的信息進行實時的采集和跟蹤。通過對在制品的跟蹤管理者能實時了解車間在制品所處的加工位置、加工數量、操作人員、加工進度和質量數據等信息，通過這些信息管理人員能對車間的生產進行宏觀調控，實現車間利益的最大化。然而在實際生產中經常出現緊急插單、訂單追加、任務終止，頻繁出現分批、轉批、合批等情況，批次的頻繁變化和轉移結點繁多導致在制品的追蹤信息不連續、不準確、混亂等情況，從而使在制品的跟蹤過程出現盲點和斷層[3][6]。

針對以上問題，本文對復雜作業模式下在制品追蹤溯源技術進行研究，采用條碼技術對在制品進行標識從而對跟蹤的信息進行采集，采用樹狀結構思想對批次變化的在制品進行跟蹤與追溯，解決了批次變化后在制品跟蹤過程中出現的盲點，使跟蹤信息連續準確。

1 在制品跟蹤的基本需求

根據在制品跟蹤的方向，在制品跟蹤被分為兩類：追蹤（forward traceability）和溯源（backward traceability）。追蹤是對在制品之間消耗（whereused）關系的展開，其中消耗關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。溯源是對在制品之間組成關系（where-from）的展開，其中組成關系描述了某在制品所消耗的所有物料及加工過程的重現。因此跟蹤在制品所獲得的信息應滿足兩個方面的基本需求，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：對具有個體編號或者批號的在制品需進行嚴格的管理，跟蹤其每個環節狀態和數量的變化。獲知其具體的去向，即根據個體編號或批次編號應能夠獲知其整個生產周期的轉移，并明確與各轉移環節相關聯的加工設備、作業人員等生產工藝和生產要素的信息。該項需求在一般的生產管理系統中通過各種方式得以不同程度地滿足，具體表現形式有形成產品質量檔案、跟蹤訂單的生產進度等信息。

（2）在制品可追溯性：對具有個體編號或者批號的產成品，應能夠追溯其生產制造過程。根據產成品的編號或批次號應能夠獲知其完整詳細的生產過程信息，包括在各工序上用料的種類、數量、編號或批號等信息，和各生產作業的人員、時間等信息，以及各環節的檢驗詳細數據。產品的可追溯性對質量控制、成本核算、產品生命周期管理等功能具有現實意義。

在制品的跟蹤和溯源并不是兩個獨立的環節而是緊密相連的，在制品跟蹤過程數據生成和存儲不僅滿足跟蹤信息的需要而且為在制品溯源提供了數據支持，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。

2 在制品追蹤溯源信息載體——條碼

由于在制品是不斷流動的，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態的思想去跟蹤與管理在制品的活動，對制造過程中的在制品進行標識，對生產數據進行實時采集。具體表現為對在制品的加工工位、狀態信息、實物數量、質量數據以及生產過程相關的人、設備等信息的標識與實時采集，由下而上（Bottom Up）實時掌握制造現場動態生產狀況、任務進度，以及物料轉移處理和質量事件控制。其目的在于通過有效的在制品標識，實現對在制品的跟蹤與管理，降低在制品儲備量，加速資金周轉，以最低的在制品庫存保證生產過程連續、均衡，最終降低企業生產成本[2][3]。為了實現這個目的就必須保證數據采集和在制品標識的實時性和準確性。

本文利用條碼技術對在制品跟蹤信息進行采集，將采集到的信息存儲到數據庫中，并以條碼編號作為唯一標識，將條碼作為在制品追蹤溯源過程中信息的載體[7][8]，使在制品的下行跟蹤和上行追溯有據可依，并達到方便、簡捷和實用的效果。圖1所示是在制品跟蹤信息采集的過程。

3 基于樹狀結構的在制品追蹤技術

為有效執行既定的生產計劃，必須在生產過程中對在制品進行跟蹤控制。在制品的跟蹤控制即實現在制品可追溯性（Traceability）的過程，是生產過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過程中狀態和數量的變化以及生產進度等信息，或追溯產成品在各生產環節的用料、工藝、檢驗等具體加工信息等，保存原始數據，提高在制品的可追溯性，并為高級的管理功能提供決策支持。然而在實際生產中特別是混合生產作業模式下經常出現分批和合批的現象，即一種批次的在制品與多批次的在制品相對應或多批次與多批次的在制品相對應，這就給在制品的跟蹤與追溯帶來了困難，在分批和合批的環節出現盲點，使在制品的跟蹤與追溯在分批和合批環節出現中斷[4]。為了解決這個問題，本文采用基于樹狀結構的在制品追蹤技術來進行在制品的跟蹤與追溯。

生產過程中在制品各轉換環節前后的相應系列可以使用集合來表示，樹結構中每個結點可以看作一個集合。本文中將所有的在制品標識統稱為批次，使用“l”表示，批次的集合使用“L”表示，將工序順序號為i的工序稱為工序i，該工序所使用的在制品集合用其工序順序號i作為下標進行標識：Li，相應的批次則使用工序順序號i和批次順序號j兩個下標表示：lij，即：

在制品集合Li，經過工序作業轉換后，產生新的在制品集合，記為Li+1。將Li稱作該工序作業的輸入在制品集合或輸入Li（父結點），將Li+1稱為其輸出集合或輸出Li+1（子結點）。在實際生產中在制品的轉換過程如圖2所示。

在制品的跟蹤就是L0→LI中各個結點自頂向下的樹的前序遍歷的過程，在制品的追溯就是LI→L0中各個結點自底向上的樹的后序遍歷的過程，每個節點都有雙向性即對上的父關系和對下的子關系。結點雙向性在產品跟蹤上有著很重要的作用，它們分別表示了產品跟蹤和追溯兩個不同的方向。但在實際生產中經常出現多對一、一對多或者多對多的問題，也就是我們所說的分批合批情況，這就導致樹結構中某些結點的父子關系不明確，從而使在制品的跟蹤和追溯出現盲點，不能準確表達在制品的信息。為了解決這個問題就要對結點進行編碼，標識結點的父子關系，如圖3所示。其中表示此結點的父結點是l00結點和l01結點，一般化形式表示此結點的父結點是 l(i-1)x和 l(i-1)y，其中 x=0，1，…，I；y=0，1，…，M；下圖中的結點表示此結點的子結點分為l22和l23結點，一般化形式表示此結點的子結點分為 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程中就能準確找到其子結點和父結點，避免了追蹤過程中的盲點。

4 結束語

本文采用條碼技術對在制品的生產信息進行采集并以條碼作為跟蹤溯源信息的載體，使信息采集更加實時、準確、高效，為車間生產構建了一個敏捷化處理環境，很大程度上改變了當前車間生產作業的方式；采用樹結構思想的在制品追蹤技術對在制品進行跟蹤追溯，避免了分批和合批時的追蹤盲點，真正實現了在制品的對下跟蹤和對上追溯，從而使在制品的跟蹤管理能夠滿足不同層面的管理需求，實現了在制品的精細化管理。

[1]嚴雋薇.現代集成制造系統概論——理念、方法、技術、設計與實施.北京：清華大學出版社，2004.

[2] 付忠璋.抓好在制品動態管理 提高現場綜合管理.價值工程，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.混合流程企業生產過程管理系統研究[D].大連理工大學，2010.

[5] 孟凡斌.制造企業在制品管理系統開發及車間調度研究[D].大連理工大學，2008.

[6] 劉文煌，貴冬梅.小型企業生產管理與控制系統的分析及其實現.計算機集成制造系統 CIMS，1998，（2）.

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

[8] 阮李英.條形碼發展及應用前景.廣西質量監督導報，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，主攻計算機集成制造、制造資源管理等