基于工業互聯網標識的汽車零配件質量追溯系統研究

姜炳雨 彭長超 劉文軍 陳晨

摘要：近年來，工業互聯網標識體系取得了階段性進展，應用模式不斷深化。為了實現產品生產過程的全流程的質量追溯，提出了一種基于工業互聯網標識解析體系的汽車零配件質量追溯系統，將生產過程中產生的工藝數據以及生產計劃等信息進行注冊標識，通過碼關聯等操作實現了一物一碼。將汽車零部件成品和上下游環節通過標識碼貫穿，保證了追溯信息的連貫性和完整性，最終實現對產品全流程的信息跟蹤和追溯。

關鍵詞：工業互聯網標識;質量追溯;汽車零部件;一物一碼

中圖分類號：TP399? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）10-0102-02

1 引言

近年來我國標識解析體系建設取得階段性進展，無論從標識數量、解析數量，還是行業應用模式都有了質的飛躍[1-2]。工業互聯網標識解析體系作為工業互聯網基礎組成部分，通過標識將生產活動中的各種人員、設備、工序、流程進行全方位關聯，在企業數字化轉型的過程中起到良好的紐帶和推動作用[3-5]。

工業互聯網標識解析體系中的標識由標識編碼、標識解析系統、標識數據服務三個部分組成[6]。標識編碼類似于“身份證”，使用企業前綴與企業內部的編碼規則共同組成的標識碼，可以對物料、半成品、產品等實現“一物一碼”的唯一標識。基于工業互聯網標識解析體系進行多樣化的賦碼管理、流程管理等業務功能封裝能夠顯著降低標識應用的門檻[7]。

汽車零部件生產是汽車產業鏈中的重要一環，零部件生產從原材料進廠，經過切割、沖壓、焊接、壓裝等工藝形成零部件產品，交付給汽車整裝企業。傳統的零部件生產工序通過人為控制、手工執行、紙質記錄，生產效率低，無法實現對產品生產信息的有效追溯。通過工業互聯網標識解析體系，打通原材料、零部件生產到下游整裝過程的信息全鏈路追溯，能夠顯著降低成本，提升供應鏈效率。

2 業務與功能分析

2.1 業務分析

汽車零部件的生產從原材料（鋼卷） 開始，經過切割沖壓、焊接及焊縫檢測、壓裝等三個主要生產階段，輸出汽車零部件成品。首先，平臺實現了生產計劃的制定、執行與配置，實現車間生產的高效管理。其次，平臺與生產環節中的各種設備進行交互、對接和聯動，采集生產過程中的各項指標數據/信息，實現生產過程的記錄和管理。最后，生成汽車配件成品，成品標識碼與下游企業提供的二維碼進行對應綁定，最終實現生產過程中各要素的全鏈路閉環追溯。

圖1給出了零部件生產流程。工廠在接到訂單后制定生產計劃，生成計劃編號，而計劃編號綁定執行生產計劃的設備，設備再綁定操作工，操作工在使用設備時產生的實時，數據將進行注冊標識。在原材料階段，需要提交上游來料的具體信息，進行注冊標識。原材料需要進行切割，得到切割件，在中轉庫時原材料標識更新為沖壓標識碼。接下來，將切割件送到沖壓站，執行沖壓操作，再將沖壓件進行焊接，得到成品。成品中的焊縫進行檢測是否合格，不合格的成品即進入返修階段，合格的成品進入壓裝階段，成品需要經過壓裝，才會變成零部件產品，最后向系統申請賦碼，系統生成二維碼，關聯生成流程的每一個標識碼，由激光打印機打印在產品上。客戶可以通過掃描產品上的二維碼，追溯到此產品生產線上的信息記錄。

2.2 功能分析

通過基于工業互聯網標識的汽車零配件質量追溯系統，由系統來實時將每一道工序流程數據注冊標識，再將其標識關聯產品標識碼。便實現了從產品到原材料的正向溯源，以及原材料到產品的反向溯源。

正向追溯汽車零部件的信息是指通過向標識體系輸入產品標識碼，查詢出此標識碼對應產品的詳細信息，包括：產品名稱、產品屬性、生產計劃、生產日期、原材料記錄、沖壓記錄、焊接記錄、壓裝記錄、返修記錄等信息。系統地顯示出了從產品到原材料這一系列流程節點追溯。

反向追溯汽車零部件信息是指通過解析物料標識碼，查詢出此物料的信息詳細，包括：原材料信息、切割記錄、條碼記錄，通過條碼記錄中的上游條碼，即可逐級查詢出產品生產線流程的具體信息。

3 系統設計

3.1 技術架構

如圖4給出系統架構圖。系統采用 J2EE 體系結構提供中間層集成框架用來滿足高可用性、高可靠性以及可擴展性的應用的需求。系統底層生產數據部分主要通過PLC采集生產設備信息，向平臺傳輸焊接、壓裝等生產設備的時的實時數據。平臺通過激光打印機和標簽打印機完成標識碼的打印。

系統前端使用Vue.js輕量級的漸進式開源框架，可以通過簡單的API實現響應的數據綁定和組合的視圖組件。系統后端使用了Spring Boot開源框架。數據庫采用了MySQL、MongoDB和Redis，其中MySQL是關系型數據庫，具有高安全性，跨平臺，高效等特性;MongoDB是一種介于SQL與NoSQL之間的數據庫，具有高性能、支持索引、高可用支持各種主流的編程語言等優勢;Redis是一種開源的高性能key-value數據庫，支持多種不同的數據類型，且事務操作是原子性的。

3.2 產品編碼

產品編碼是基于特定的編碼規則體系設計，綜合考慮工業互聯網標識解析編碼規則和汽車零部件編碼規則，設計系統產品編碼規則如圖5所示。其中，編碼的第1-2位是零件代碼，第3-5位是不同零件的細分零件號，第6-8位是供應商代碼，第9-15位由日期和批次碼組成，第16位是校驗碼，第17位是返工碼，顯示零件返修次數。

向標識體系注冊標識碼需要一套固定的數據格式。標識碼的格式為：“88.***.***/***”，其中“88.***.***”為企業前綴，以“/”為分割，后面為企業內部編碼。通過對產品進行標識編碼，使得上下游企業可以實現一碼全覽，打通了數字化生產過程，實現了供應鏈信息共享，更好地做到信息協同。

3.3 賦碼打印

企業生產過程中，質量追溯系統根據物料、生產工藝、參數等信息，加上企業前綴，向標識體系發起注冊申請，同時將注冊信息同步給國家頂級節點，編碼中心或應用節點收到分配的前綴后，組成完整的標識碼，再將注冊成功的數據返回給系統，注冊標識流程結束。質量追溯系統根據工業的不同需求生成相應一維碼或者二維碼，并且驅動打印機進行標識碼打印。物料碼貼在相應的物料及中轉筐;激光打印機在零部件產品上打印激光碼。不同的物料類型對應不同的標識碼，具體包含原材料標識碼、沖壓件標識碼和零部件標識碼。

3.4 掃碼關聯

在生產過程中，考慮成本和操作的便捷性，選擇使用掃碼槍或PDA等便攜設備執行掃碼關聯操作。在生產線上的每一道工序，使用掃碼槍掃描物料上的物料條碼，可以完成不同物料條碼之間的關聯。標識碼在生產過程以及供應鏈的不同環節中通過碼關聯進行聯系，構成一物一碼，成為質量追溯的載體。

4 系統實現

4.1 賦碼管理

在汽車零部件生產過程中的每一道工序結束時，都會向系統申請賦碼操作。圖6給出了系統申請條碼頁面。在系統申請條碼頁面，記錄的數據有記錄流水、申請條碼的數量、申請條碼的類型。點擊“申請條碼”按鈕，選擇相應的條碼類型、申請條碼數量、選擇物料名稱，即可以申請相應的條碼。申請成功后，點擊對應申請記錄的打印按鈕，選擇打印機的IP地址，執行打印條碼操作。點擊“預覽”按鈕，可以查看用戶申請的條碼的實際上的樣式效果。點擊“下載”按鈕，可以將申請的條碼用下載為excel文件。

4.2 產品追溯

在產品追溯頁面實現正向溯源，通過產品碼解析出產品信息、產品關聯的設備信息、物料投料記錄、質檢記錄，以及返修記錄等。其中，每一條記錄包含對應的信息，如設備信息記錄設備編號、設備名稱、設備類別、設備型號和生產廠家;質檢記錄對應的信息有質檢員、質檢時間、質檢結果;返修記錄信息包括返修員、返修時間等。從而，實現了生產過程中產品質量信息的全記錄和統一查詢，為產品的質量控制和提升提供了依據。

在原材料追溯頁面，通過查詢原材料標識碼，解析出原材料信息、原材料的切割記錄，以及所有與原材料碼關聯的標識碼。也可以通過相關聯的上級標識碼逐級查詢，可查詢出每一個生產線節點的相關數據，切割記錄的信息包括上級條碼、創建時間、條碼和條碼的類型。查詢切割記錄中的條碼，可查看在對應的工序下的產品信息，包括使用的物料記錄、切割記錄等。

5 結論

工業互聯網標識解析體系作為一種新型的數字化基礎設施，在推動產業轉型升級中的作用逐漸顯現。本文通過建設基于工業互聯網標識解析的汽車零配件質量追溯系統，不僅實現生產現場的自動化水平，避免了一些人工質量控制的低效，更重要的，打通了供應鏈環節的壁壘，顯著提高了供應鏈協同水平，提高生產效率。

參考文獻：

[1] 楊伊靜.促進工業互聯網標識解析體系建設有序推進、激發標識創新發展活力 工業和信息化部印發《工業互聯網標識管理辦法》[J].中國科技產業，2021（1）：23-24.

[2] 李海花，期治博.工業互聯網標識解析二級節點建設思路[J].信息通信技術與政策，2019（2）：61-65.

[3] 柴森春，張譯霖，馬寶羅.面向MES的工業互聯網標識數據互通系統設計[J].信息通信技術與政策，2019（8）：62-66.

[4] 梁紹翔，朱宇，湯蕊，等.基于標識解析技術的船舶焊接質量溯源系統構建[J].航海技術，2021（2）：62-65.

[5] 曾鵬，劉陽.工業生產中工業互聯網標識解析技術應用研究[J].自動化博覽，2019（11）：46-48.

[6] 謝家貴，齊超，朱佳佳.工業互聯網標識解析體系架構及部署進展[J].信息通信技術與政策，2020（10）：10-17.

[7] 劉文軍，陳晨，袁雪騰，等.工業互聯網標識解析公共支撐平臺設計研究[J].信息通信技術與政策，2021（10）：18-24.

【通聯編輯：梁書】

收稿日期：2021-12-12

基金項目：江蘇省青藍工程;江蘇省大學生創新創業訓練計劃項目（202112686015Y） ;蘇州工業職業技術學院科研啟動基金（2017kyqd017） ;蘇州工業職業技術學院院級課題（2020kytd04）

作者簡介：姜炳雨（2000-） ，男，大專，主要研究方向為軟件技術;彭長超（2000-） ，男，大專，主要研究方向為軟件技術;劉文軍（1981-） ，男，博士，副教授，主要研究方向為并行與分布式系統、無線傳感器網絡等;陳晨（1998-） ，女，本科，主要研究方向為工業互聯網平臺、工業互聯網標識解析創新應用研發。