基于事件的飞机产品追溯系统研究

赵文心 郑联语 宫 磊

（1.北京航空航天大学，北京 100191； 2.中航工业综合技术研究所，北京 100028）

产品可追溯性是跟踪产品或其零组件的批次及其历史的能力，包括供应链的运输、存储、处理过程、销售的各个阶段（称为链追溯）；或者供应链中某一环节内部的追溯，如制造环节（称为内部追溯）[1]。由于飞机产品自身的复杂性以及军方、研制单位对于掌握飞机产品分布和技术状态的需求，对飞机产品追踪溯源能力提出了很高要求。然而，目前飞机产品的追溯还存在诸多问题，如注重研制阶段追溯，缺少对飞机产品全寿命周期追溯信息的统一协调管理；缺少统一的数据规范，供应链单位间的追溯信息不能有效传递利用等。因此，对飞机产品供应链各单位间的追溯信息进行统一规范化定义与管理是提高飞机产品追溯效率和准确性的根本途径，建立飞机产品追溯信息系统是支持全寿命周期追溯信息管理的有效手段。

本文围绕飞机产品全寿命周期追溯信息系统展开研究，构建了追溯系统信息模型，以及集中式与分布式相结合的系统实施架构，并开发了相应的业务支持原型系统。

1 追溯信息建模

产品追溯的对象是产品的历史信息，这些信息分布式存储于供应链各参与单位内部，因此，飞机产品的完整追溯不是某一个单位能够独立完成的工作，而需要将飞机产品供应链各参与单位追溯信息进行集成共享。本文追溯信息模型侧重于不同参与单位之间追溯信息的关联，即产品的链追溯信息模型。飞机产品链追溯的关键是对产品构型信息和业务过程信息的跟踪，信息模型主要包括追溯批次清单模型和链追溯事件模型。通过追溯批次清单模型和链追溯事件模型相结合，并应用相应的动态追踪溯源实现算法，可以实现对飞机产品构型和业务过程的有效追溯。

1.1 追溯批次清单模型

产品“物料清单”（Bill of Materials, BOM）是产品数据管理的核心，各应用信息系统之间进行数据集成的基础和桥梁。追溯批次清单（Bill of Lots, BOL）是一种实例化的产品BOM，在飞机产品追溯中，追溯批次清单是信息组织的主线和信息传递更改的重要依据。追溯批次清单是按照追溯要求从设计BOM中筛选出的产品清单及其批次组成信息。

追溯批次清单与产品BOM有质的区别：产品BOM管理是一种基于图纸的数据管理，而产品批次清单是以产品实体为基准的管理；产品BOM是事先制定的，标准的、不变的，表示的是物料层次的关系，而追溯批次清单是通过生产加工过程形成的，是面向结果的，表示的是物料批次组成的关系。另外，飞机产品链追溯并不是对所有物料都有追溯需求，而侧重于产品使用维护阶段需要维修、更换的，以及需要在不同单位间单独交付的物料，因此，追溯批次清单不需要将产品BOM展开到最底层。

产品追溯批次清单BOL可由式（1）所示的二元组表示：式中：B表示批次清单中的物料批次节点bi集合，i为自然数；R表示批次清单中的批次关联关系集合；idb为物料批次b的唯一标识；idf为物料批次b的父物料批次的唯一标识；ATTRS表示关联关系节点的其它属性集合。

追溯批次清单在产品寿命周期内是不断变化的，因此批次清单具有时效性。追溯批次清单快照CBOL是特定时间段内的追溯批次清单，反映该时间段内产品构型，每个快照有其开始时间TS和终止时间TE，追溯批次清单快照可表示为：

追溯批次清单是实现飞机产品追溯的基础数据，是对产品BOM按照产品追溯的具体要求进行一系列转化过程得来的，转换过程如图 1。

图1 追溯批次清单转换步骤

首先对产品BOM进行横向遍历；通过对物料类型、父物料类型以及物料工艺条件的判定，判断物料是否属于追溯BOM范围；对于属于该范围内的物料，利用递归方法对其子物料进行判定；从而得到产品的追溯BOM，即需要进行追溯的物料清单；最后将每种物料的批次信息集成到追溯BOM中，即得到产品的追溯批次清单。

1.2 链追溯事件模型

飞机产品链追溯主要侧重于对产品构型、业务过程以及空间位置（所属权）变化的追溯。链追溯信息相对于研制阶段内部追溯信息，具有信息类型复杂、分布范围广、信息保密性等特点，难以对飞机产品链追溯信息进行统一建模与集成共享。

因此，本文提出了一种基于链追溯事件的飞机产品链追溯信息模型。对全寿命周期追溯信息进行提炼，得到追溯事件及其最少数据元素，构成了飞机产品链追溯信息模型。将该模型在飞机供应链范围内进行共享，既保证了追溯信息的完整关联，又保证了追溯信息的保密性。

链追溯事件E模型可表示为：

式中：idb表示物料批次b的唯一标识，Corg表示执行该事件的单位代码，Te表示事件注册时间，Ce表示事件代码；DEe是数据元素集合。

链追溯事件分为3类：产品构型变化事件、业务过程事件、位置（所属权）变化事件。具体事件分类如表 1所示，共包括20种追溯事件[2][3]。

为了维持链追溯信息与内部追溯信息的关联，对每一事件规定了相应的最少数据元素，这些数据元素成为飞机产品链追溯信息交换的统一标准，保证飞机产品追溯信息在不同参与单位间的连贯性和传递性。最少数据元素分为两类，一是所有事件都必须记录的通用数据元素，二是事件的特定数据元素。

表1 链追溯事件分类

事件通用数据元素如表2所示，制造单位代码、物料物品码和物料序号共同构成了该物料批次的唯一标识idb，制造单位代码、物料物品码由第三方编码机构统一赋予，保证飞机产品供应链范围内唯一并且一致；物料序号由物料生产单位赋予，保证其在单位内部唯一且具有可追溯性。执行单位代码、执行日期和事件代码分别对应链追溯事件模型式（5）中的Corg、Te和Ce。表2中的含义是：由单位131410生产的、物品码为4294500000509、批次为101的物料，其生产（MFG）事件由单位131301于2011年3月1日进行注册。

表2 通用数据元素及举例

事件特定数据元素如表 3所示，对应链追溯事件模型式（5）中的DEe。特定数据元素并没有完整记录产品所经历的业务过程信息，这些业务过程信息仍然保存在各单位内部的信息系统中。链追溯事件模型的主要作用是将同一产品在供应链中不同单位的追溯信息建立有效关联，形成产品完整的历史路径，并与各企业内部的追溯信息建立信息查询和交换的标准化接口。在追溯过程中，利用链追溯信息模型可以查询完整的历史路径信息，通用数据元素可以快速确定追溯信息源，而特定数据元素可以实现企业内部系统的信息快速检索定位。由此，内部追溯与链追溯相结合实现完整的飞机产品追溯过程。

表3 事件特定数据元素举例

2 追溯系统实施架构

由于飞机产品的复杂性，飞机产品全寿命周期要经过设计、制造、交付、运输、航材管理、外场使用、维修、大修等多个阶段（见图2）。每一阶段包含多种需要追溯的信息，而且各个阶段的参与单位也各不尽相同，飞机产品的追溯信息都存储于这些供应链参与单位内部的自治信息系统中，为追溯信息的检索、传递和有效利用带来了困难。

图2 追溯信息组成

解决跨自治系统之间追溯信息的检索和利用问题，一种解决方案是将各个自治系统的信息进行集成，建立一个用于追溯的中央数据库，这种方案有两个缺陷：一是由于飞机产品庞大的数据量和复杂的数据结构，使得建立集成数据库实施难度大；二是飞机产品的追溯信息往往是企业最有价值的商业信息，具有很强的保密性，各个企业都不会将这些信息与其他企业共享。另一种解决方案是采用分布式数据处理方式，这种方式的关键是在各追溯参与单位内部部署追溯模块，缺点是每个单位只记录了供应链相邻环节的信息，因此追溯信息要沿着供应链顺次传递并合并才能保证追溯信息的完整，大大影响了追溯信息检索的效率；另外，部署追溯模块将消耗巨大的成本。

在吸取了集中式和分布式系统优势的基础上，本文提出了一种中央信息系统和分布系统要素松散耦合的系统结构，如图 3。

图3 系统架构

中央追溯信息系统即本文所述的飞机产品追溯系统，可以存储所有追溯活动需要的信息，也可以仅存储追溯对象的关联信息。在该系统架构下，为了满足追溯信息的保密性，中央信息系统仅存储追溯对象的路径及关联信息，即链追溯信息。其它追溯信息可以存储于各个追溯活动参与单位的本地信息系统中。中央信息系统与参与单位信息系统的集成可以通过Web Service、XML（Extensible Markup Language）等技术手段来实现。所有的追溯活动参与单位可以通过Web浏览器访问中央信息系统的相关数据。中央信息系统的运行与维护可以依托于飞机产品供应链中的某一主要参与单位，如主机厂、使用主管部门等，也可交第三方应用服务提供者。

追溯活动参与单位在其内部部署RFID（Radio Frequency Identification）、条码等自动采集设备，并将采集到的事件数据通过网络发送到中央信息系统中。中央信息系统提供了Web Service接口以便于参与单位提交采集到的数据。中央信息系统对数据进行筛选、组织，并与物料信息、产品构型信息进行整合，形成可供各参与单位使用的追溯信息。该架构为参与单位提供了两种选择：可以通过Web浏览器进行采集数据的提交和追溯信息的查询，同时也可以通过内部系统与中央信息系统的集成来实现以上功能。另外，中央信息系统权限管理机制对于特定的参与单位只提供与其相关的物料信息，保证了产品追溯信息的管理效率和安全性。

3 追溯原型系统实现

基于以上追溯信息模型及系统架构，设计开发了飞机产品追溯原型系统。该系统基于J2EE的B/ S架构开发，实现追溯系统架构中央信息系统的功能。由飞机装备主管部门负责运行与维护，各追溯参与单位均可远程登录该系统，提交数据或发起产品的追溯过程。同时，系统提供了数据提交的Web Service接口，便于与各参与单位内部信息系统的集成。系统在功能上分为追溯批次清单管理、追溯事件采集、追溯过程发起三项主要功能，追溯过程发起模块采用工作流技术，实现追溯流程的规范化。

4 结束语

飞机产品的追溯是一项复杂的系统工程，不仅仅是技术层面，还需要有效地管理制度和标准规范才能保证追溯的全面、有效实施。本文提出并建立了一种链追溯与内部追溯相结合的追溯信息模型及系统架构，为飞机产品全面追溯提供了一种解决方案。开发了原型系统验证了上述方案的有效性，为将来全面实施飞机产品追溯提供了技术工具参考。

[1] T. Moe.Perspectives on traceability in food manufacture [J].Trends in Food Science & Technology，1998，9（5）：211-214.

[2] ATA SPEC2000，E-Business Specification for Materials Management[S].

[3] GJB 2488-1995，飞机履历本编制要求[S].