再造煙葉配方管理信息系統設計與實現

張懷成 魏剛 李浥塵 陳鵬 舒灝

（1.湖北新業煙草薄片開發有限公司 湖北省武漢市 430056 2.黃鶴樓科技園（集團）有限公司 湖北省武漢市 430040）

1 概述

隨著國內卷煙工業企業對再造煙葉產品功能的認識提升和卷煙配方中應用水平的進一步提高，以及國產再造煙葉產品品質的不斷提升，國產再造煙葉在中式卷煙的應用范圍正在不斷拓展，已經成為中國卷煙配方不可或缺的重要原料。

產品配方是再造煙葉生產企業產品研發維護的核心環節，是產品品質的決定性因素之一。其中原料配方主要涉及煙碎（煙末、碎煙片）、煙梗等，輔料配方主要涉及涂布添加劑、煙梗提取添加劑、精制添加劑、造紙助劑、填料、外纖等。再造煙葉所使用的原料均是來源于煙草生產加工過程中產生的下腳料，如煙梗、碎片、煙末等，受制于上游業務環節的不確定性，原料的類型、品質性狀、數量等變化較大。隨著卷煙工業企業對再造煙葉需求量不斷增大，并且再造煙葉的原料批次質量穩定性不足，導致配方設計維護次數增多，依靠傳統的手工配方管理方式存在諸多問題（例如：數據收集和整理困難、數據計算繁雜且準確率低、時間周期過長等），已經遠遠無法滿足企業大規模生產和現代化精益管理的需求，制約了企業的快速發展和市場競爭力的提升[1]。

面對日趨激烈的市場競爭和業務工作中存在的實際問題，企業以相關資源的統一管理和調配為出發點，從人、財、物、信息四個方面集中統一管理入手，通過對技術中心的業務進行深度分析，結合輔助設計手段，開發了集數據、過程、資源為一體的再造煙葉配方管理信息系統，全面提升了企業精細化管理、信息化支撐和數字化服務水平。

2 系統分析與總體設計

2.1 系統總體架構分析

再造煙葉配方管理信息系統基于J2EE的開放平臺以及SOA架構，通過組件化、一體化的平臺產品提供覆蓋企業全生命周期應用的支撐，真正意義上幫助用戶實現其統一應用架構的發展策略。另外，在充分考慮與未來智慧工廠CPS系統和大數據平臺共融互通的基礎上，配方管理信息系統采用微服務架構進行構建，將原本單體的系統拆分為多個小型的服務，每個服務之間的通信是基于HTTP的Restful API進行通信。每個服務都維護著各自的數據存儲、業務開發、自動化測試案例等，共同圍繞著系統中某一項或者一些耦合度較高的業務功能進行構建。系統采用SpringBoot構建微服務架構，便于開發人員簡單、快速創建出獨立運行和產品級別的基于Spring的應用[2,3]。系統架構如圖1所示。

2.2 系統功能架構分析

再造煙葉配方管理信息系統圍繞再造煙葉配方管理的實際業務需求，結合企業發展的需要，實現集數據、過程、資源為一體的配方集成管理，輔助配方研發人員快速進行原料配方和輔料配方的設計與維護。同時，依托該系統可實現原輔料庫存凍結與核銷，自動測算原輔料采購需求，從而提高配方管理對庫存的有效控制，確保配方生產的可持續性[4]。配方管理信息系統功能架構如圖2所示。

圖2：配方管理信息系統功能架構

（1）產品牌號管理：對接企業主數據管理系統中的產品牌號主數據，并在系統中補充完善配方管理相關業務主數據；同時，考慮到未來新產品研發中試驗配方的需要，預留試驗產品的牌號和配方半成品基礎數據管理模塊。

（2）原輔料信息管理：通過與主數據管理系統、供應鏈系統的集成，將原輔料基礎數據、屬性數據和庫存進行集成和展示，為薄片配方設計維護管理提供資源數據支撐，并提供綜合信息查詢視圖。同時，基于生產計劃、配方、生產進度數據實現采購需求、凍結庫存的系統自動處理功能，并提供查詢界面。

（3）配方管理：將再造煙葉配方設計維護所需的全部數據資源進行統一管理，并向配方研發人員進行實時推送。在配方設計維護過程中，系統實現配方產能測算、成本分析、物料庫存預警、配方自動拆分等技術和功能，輔助配方研發人員進行配方設計維護。對虛擬集并和原輔料配方進行統一、版本化管理，實現配方數據的積累和共享，研發原輔料動態平衡測算模型，實現多配方的協同設計。

（4）生產進度管理：對牌號的年度、季度、月度生產計劃以及臨時性生產計劃進行管理。配方設計維護、原輔料采購需求測算、凍結庫存等功能依據生產計劃數據進行管理，對配方的生產可持續性進行判定。

（5）數據分析與建模：系統提供可視化分析平臺，用戶可以利用系統自帶的可視化分析平臺和報表工具來定義報表的外觀、獲取數據的邏輯和對數據進行統計分析、機器學習和深度學習建模分析的方法[5]。

（6）系統統一管理：由統一用戶管理實現其帳戶的添加、刪除，以及帳戶與人員的對應關系。

2.3 系統業務邏輯架構

再造煙葉配方管理信息系統以企業服務總線ESB為中心，從基礎代碼與主數據的共享與同步、應用系統之間的業務數據交互和實施靈活的企業流程管理等三個方面解決企業的業務數據集成應用問題，從而實現更大的業務價值[6]。

（1）數據資源層：企業中現有的各個應用系統、各個外部數據源的數據資源。這些數據是企業的信息資源基礎。

（2）服務資源層：系統在實施時，需要盡可能的利用現有的應用邏輯與功能。在服務資源層，將現有系統的功能進行封裝，以WebService，REST/Http或MQ的方式提供服務接口，供上層調用。

（3）交換服務層：企業服務總線（ESB）是一個實現通信、互連、轉換、可移植性和安全性標準接口的企業基礎軟件平臺。ESB與外部系統交互主要通過API網關服務來實現。

（4）數據標準層：主數據管理平臺管理的標準代碼庫，包括了企業范圍內已發布的所有基礎代碼，其基礎代碼和主數據在主數據管理平臺上進行維護。在數據集成開發與實施應用過程中，涉及到的所有基礎數據信息，必須與主數據平臺進行對接，并遵循主數據管理辦法和集成規范。

3 系統實現和應用

再造煙葉配方管理信息系統采用基于SOA的J2EE技術路線，遵循J2EE 1.3、J2EE 1.4和EJB 2.0規范。系統基于B/S架構，實現客戶端零安裝，直接基于瀏覽器訪問和操作。系統前端采用JSON數據交換格式，建立符合BPMN2.0規范的流程引擎[7]。

3.1 系統管理

（1）多級授權管理：系統采用分散式權限管理模型，系統管理員可以下設普通管理員，普通管理員可以再設模塊管理員，從而實現分層管理。管理員管理系統的基本設置，各功能模塊的設置交由模塊管理員管理實現分塊管理。

（2）四維權限管理模型：傳統的權限模型是由組織、權限、角色三個維度組成，四維權限模型就是在傳統三維模型的基礎上增加了第四維：數據范圍。通過設定數據范圍，可以很方便地將某一用戶所具有的某一功能權限限定在一特定的數據范圍內。

（3）訪問控制：系統支持SSL加密方式訪問，可以對數據進行加密傳輸。身份認證是系統安全的首要保證，系統針對應用的不同層次需要，提高多種認證方式，支持CA的安全身份認證、令牌認證和IP綁定認證。

（4）安全審計：系統提供了豐富的日志管理，包括訪問系統的日志，系統管理中各模塊操作的日志，關鍵模塊數據刪除的日志等，并提供了日志的設置功能供系統管理員設置開通哪些日志功能，并重點建立了系統的操作日志以及自動預警功能。

3.2 系統運行

（1）訪問支持：配方管理信息系統基本可實現主流瀏覽器的全支持，可通過IE7/8/9/10、Firefox、Safari(基于OX系統)、Chrome、360、maxthon、Opera等瀏覽器訪問及編輯。

（2）應用支持：提供組織機構、用戶、角色、權限管理體系及日志與系統安全體系，全面滿足三元管理的相關要求，通過豐富的第三方系統接口，免費提供jsp，servlet等相關接口；

（3）環境支持：系統可以運行在多種平臺之上，支持目前通用的各類操作系統環境（包括Windows server 2008、Linux7.5、AIX6等以上版本主流操作系統及VMWAER虛擬機）。

（4）中間件支持：系統可以匹配多種中間件Web應用服務器，支持主流中間件產品，如IBM Web sphere V8.5及以上，Oracle WebLogic V11G 及以上，Tomcat8及以上等。

（5）數據庫支持：系統支持IBMDB2、Oracle等主流數據庫，支持集群和失效轉移，提供良好的可擴展性和容錯性。建議優先選用DB2 V11及以上版本、Oracle 12C及以上版本，數據庫字符集支持UTF-8。

（6）部署支持：系統支持前后端分離的部署架構，并且支持將應用部署到Docker容器化環境，便于系統分布式彈性部署架構的優化調整。同時，支持在云計算平臺IaaS層和PaaS層中部署。

3.3 系統應用實例

3.3.1 示例1：產品牌號主數據管理

在系統中申報試驗產品牌號的主數據信息，包括牌號編號、名稱、物料代碼、物料名稱、物料組、物料類型、計量單位等。當試驗牌號研發成功后，在系統中可通過轉正式操作與卷煙正式產品的主數據編碼建立關聯關系，從而將產品研發階段試驗配方與正式產品配方建立關聯關系，產品牌號主數據生效后方能使用，且不能修改。

3.3.2 示例2：原料信息集成查詢

將原料主數據（類別、代碼、名稱、等級、產地、年份等），依據物料編號，與從供應鏈系統集成過來的庫存數據（實際庫存、可用庫存、凍結庫存、單位、倉儲位置等）、價格等信息集成到一起，系統提供代碼、名稱、屬性、庫存上下限、價格上下限等多條件的組合查詢功能，實現原料信息的集成查詢，并可基于某條原料追溯其詳細倉儲位置、多配方使用、預計耗用等關聯信息。同時，系統將預留原料分級、感官質量、化學指標等信息錄入或系統集成數據接口。

3.3.3 示例3：虛擬集并管理

通過在系統中指定一組可替換原料，并設定優先順序，形成一個虛擬集并。為了可以更靈活的虛擬集并處理，原料和虛擬集并將為多對多關系，一個原料可以出現在多個虛擬集并中，一個虛擬集并包含多個原料。在系統中添加一組可替換原料，并可通過手動拖動的方式便捷調整原料的優先順序，或刪除某個不需要的原料。當虛擬集并設定完成后，系統自動記錄當前虛擬集并的合并可用庫存和每個原料的可用庫存，供配方管理模塊進行調用。

4 總結

通過再造煙葉配方管理信息系統的建設，實現了企業在多個層面精益化、數字化和智能化管理水平的提升。

（1）完善企業數據鏈：配方管理作為薄片生產管理的中間環節，向上與供應鏈系統關系緊密，向下與生產現場管理系統息息相關，系統的建設必須通盤考慮與已建設信息系統與擬建信息系統的有效集成，完善企業數據鏈。

（2）提升配方管理效能：通過配方管理的信息化建設實現配方計算的自動化，有效解決數據收集、準備困難，數據計算不易、不準，時間周期過長等問題。

（3）提升庫存控制能力：通過與供應鏈系統進行有效集成，實現根據配方對庫存的鎖定與釋放的自動化管理，管理人員能實時了解配方生成對庫存的影響，從總體上提高配方管理對庫存的有效控制。

（4）提升數據服務能力：強化配方數據的應用，通過對原料配方、輔料配方、配方變化等數據綜合分析，為生產質量改善、效率提升、成本控制提供決策依據。