基于工业标识技术的磷酸铁锂电池质量追溯探索

2023-01-31刘国栋李星翰

通信电源技术 2022年19期

梁睿，刘国栋，李星翰

（1.中移（上海）信息通信科技有限公司，上海 200000；2.中国移动通信集团有限公司，北京 100053）

1 工业标识

1.1 工业标识的由来

工业互联网是新一代信息技术与工业经济深度融合的关键基础，自2017年国务院印发《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》以来，各级政府、企事业单位、科研院所积极响应，工业互联网产业规模得到快速扩大。作为国家新基建的重要组成，工业互联网已成为我国工业经济向数字化、网络化、智能化转型的新动能[1]。

在万物互联的网络世界中，人们需要为每一个物体对象或虚拟资源赋予唯一的“身份证”，保证其接入的合法性和安全性，工业互联网标识解析体系（以下简称工业标识）应运而生。业内普遍将工业标识分为两个部分，即标识编码与解析系统。其中，标识编码类似网际互连协议（Internet Protocol，IP）地址，赋予数字对象全球唯一的身份身份标识号码（Identity document，ID），从而实现“一物一码”。解析系统类似域名系统（Domain Name System，DNS），可以快速定位标识编码所属的网络位置，并获取关键信息，从而实现跨域信息共享。以家用空调信息追溯为例，普通消费者可以借助工业标识查询该空调在设计生产、物流配送、使用售后等重要阶段产生的关键数据。

工业标识自2018年推行建设以来，已初步实现有体系、有流量、有应用以及覆盖全国的产业布局，众多产业龙头单位积极探索标识解析建设及应用推广工作，涌现出一大批相应的应用场景和服务模式[2]。

1.2 工业标识的定义

工业标识编码如图1所示，由标识前缀和标识后缀组成，前缀与后缀之间以“/”分隔。标识前缀由国家代码、行业代码、企业代码组成，用于唯一标识企业主体，各个代码之间以“.”分隔；标识后缀兼容工业企业现阶段使用的编码体系，例如GS1、OID、Handle以及Ecode，企业可以沿用现阶段自定义的私有编码。

图1 工业标识编码

标识解析系统分层结构如图2所示。

图2 标识解析系统分层结构

解析系统采用分层分级的构建思路，以国家顶级节点支撑跨区跨域服务，以二级节点与递归解析节点支撑细分行业或特定领域的建设模式。国家顶级节点面向全国范围提供顶级标识编码注册、解析、备案以及认证等管理能力；二级节点作为一个行业或区域内部的标识解析公共服务节点，能够面向行业或区域提供标识编码注册、解析服务以及相关的标识应用对接；企业节点可以理解为企业内部专属的编码注册和标识解析服务，能够独立部署或者与企业信息系统结合；递归解析节点作为整个体系的公共服务节点，能够通过缓存等技术手段提升数据交互服务性能[3]。

1.3 现阶段发展情况

国家顶级节点已陆续在北京市、上海市、重庆市、广东省广州市、湖北省武汉市这5大城市完成部署上线，江苏省南京市、贵州省贵阳市两大灾备节点正在加速建设。截止2021年底，全国工业标识二级节点达170个，覆盖江苏、重庆、广东等25个地区，标识注册总量超过700亿、日标识解析量超过1亿次，接入的企业节点累计超过4.6万家，覆盖船舶、集装箱、汽车以及食品等31个细分行业[4]。

随着工业标识的快速发展，中国中车股份有限公司、北汽福田汽车股份有限公司、中国航天科工集团有限公司等细分行业龙头企业纷纷参与二级节点建设和标识应用开发，已经陆续形成具备跨行业复制的典型应用场景。集装箱物流过程具有典型的多方协作的应用特征，即集装箱的所有权、经营权、使用权各自分离。集装箱相关干系方如图3所示。

图3 集装箱相关干系方

从提箱开始，到装载货物完成出口，集装箱需要与集装箱供应方、货主、运输方、货柜管理方、物流服务企业、金融服务企业以及国家监管部门等多个角色产生交互，非常符合工业标识跨企业、跨区域甚至跨国家的应用特点。中集集团通过建立统一标识与运营数据采集，有效关联集装箱相关干系方的业务数据平台数据，提高了物流运输数据的信息共享能力及透明度，从而实现货物集装箱运输全生命周期管理与追溯，有效解决了货物追溯难、集装箱空置率高以及监管乱收费等问题。目前，该方案已经成功应用于“一带一路”中欧班列[5]。

通过调研发现，现阶段工业标识应用以供应链领域的信息溯源为主，更多类型的应用价值有待发掘深化。通过分析未来标识应用发展的趋势和方向，只有行业龙头企业带头探索并打造示范和标杆，才能更好地带动海量中小企业使用标识并用好标识。工业互联网是5G商用的主战场，基础电信运营商应当积极参与布局，构建自有的二级节点服务平台，培育工业标识产业生态，探索适合电信行业的标识应用。

2 通信用磷酸铁锂电池的质量追溯

为了保障全国通信网络稳定运行，电信运营商需要为各类基站、汇聚机房、核心机房以及数据中心配备电力备用装置，其中磷酸铁锂电池应用范围最为广泛。相较于铅酸电池、钴镍电池，磷酸铁锂电池具有重量轻、占地面积小、高倍率放电以及容量损失小等优点，当遇到市电中断、线缆故障等突发状况，可以提供短期电力供应，便于维修人员抢修。磷酸铁锂电池安全性要求较高，一旦发生液体泄漏等性能故障问题，不但会影响正常生产，而且会对周围的环境造成污染，甚至引起火灾，因此需要高度重视。以中国移动为例，截至2021年底，中国移动累计开通基站超过550万个，如果出现突发故障，必须及时开展同品牌、同批次电池的质量追溯核查，以防发生批量故障。

一般情况下，质量追溯的本质是数据可追溯。以磷酸铁锂电池为例，运营商采购部门通过商务合同限定供应商资质、设备配置、服务内容，网络部门通过技术手段监控设备运行状态，而运营商对于设备零部件来源、质检标准、性能测试以及制码包装等供应商生产制造阶段产生的历史数据知之甚少。一旦发生设备故障，运营商不得不依赖供应商的售后服务，对于黑盒设备很难开展有效的质量评估。即使能够获取这些生产数据，运营商依旧面临如下难题。

（1）不同品牌的电池产品存在产品序列号（Serial Number，SN）编码重复的问题，无法保证“一物一码”。SN作为设备身份证，如果无法保证其唯一性，那么会影响全生命周期闭环管理。对于单个供应商来说，其内部编码体系可以保证该品牌产品编码唯一。如果多个供应商采用相同的编码位数，那么重复编码的情况将很难避免。

（2）供应商产品配置不符合技术要求，则导致该批设备无法满足到货检测标准，退换货将影响整个项目建设周期。一般来说，1个电池组由16个电芯组成，电芯按照放电容量可以分为多种技术规格，由于不同规格电芯的外观差别不大，导致供应商在组装过程中存在错配的可能，这将会极大地影响电池组整体性能。

（3）电信运营商采用属地化运营模式，电池资产归属于各个省公司，省公司负责电池资产的全生命周期管理。如果某省的电池（含电芯）发生故障，需要通过集团公司协调其他省公司开展同品牌、同批次电池产品的质量核查，整体过程涉及大量沟通协调工作，导致排查效率较低。

3 基于工业标识的磷酸铁锂电池质量追溯技术方案及应用效果

3.1 总体方案

以磷酸铁锂电池SN为核心开展工业标识编码升级，然后基于二级节点公共服务平台构建统一追溯管理平台（以下简称追溯平台），并将省公司采购订单、电池规格以及性能数据进行有效组织和关联。技术架构如图4所示。

图4 技术架构

首先，运营商为每个供应商分配标识前缀（例如“88.328.102”），该供应商电池编码将由传统SN升级为标识编码，然后二级节点为供应商分别构建企业节点，并为该供应商的电池编码逐一进行注册。其次，运营商基于业务需求自定义第三方数据接口规范（以下简称数据规范），供应商按照规范要求将制造执行系统（Manufacturing Execution System，MES）、企业资源计划（Enterprise Resource Planning，ERP）等系统内部的生产数据进行提取清洗，并上传至追溯平台。最后，运营商基于追溯平台构建统一标识编码与信息关联模型，集团或省公司业务人员可以基于标识编码开展信息查询和追溯。

供应商上传数据范围如图5所示，涉及采购订单、电池组以及电芯3种类型。

图5 供应商上传数据范围

订单执行涉及若干个新生产电池组，每个电池组由16个电芯构成，采购订单与电池组、电池组与电芯之间均存在一对多的关系。其中，采购订单以订单编号为主键；电池组以标识编码为主键、订单编号为外键；电芯以电芯编码为主键、标识编码为外键。

采购订单上传数据中的订单编号、项目名称、项目编号、供应商名称、需求单位以及配送地址由运营商生成并同步至供应商系统，供应商以唛头形式粘贴至外包装箱，发货日期由供应商系统按照实际情况自动生成。物资数组即本订单的物资清单，由运营商生成并同步至供应商系统，供应商按照要求进行排产备货。电池组上传数据涉及生产日期、原产地、产线编号以及批次号等生产类数据，同时有出厂电压、出厂容量、均充充电电压等发货前产成品的最终性能测试数据以及模组和电池管理系统（Battery Management System，BMS）两个核心部件的关键信息。电芯上传数据涉及规格型号、生产日期、原产地、批次号等生产类数据以及放电容量、内阻值等组装前的最终性能测试数据。

此外，运营商可以通过数据规范明确定义数据类型、长度以及格式要求，用于规范供应商上传数据的质量。以供应商名称、电池组规格型号为例，由于取值范围可固定，因此建议选取枚举类型约束供应商数据范围；以需求单位为例，由于描述方式存在差异，例如郑州移动也可描述为河南移动郑州分公司，因此建议在数据规范中进行格式约束。

运营商在招标采购过程中，一般会对磷酸铁锂电池的出厂性能提出刚性要求，可以要求供应商在发货前上传该批次电池产品全量数据。通过对出厂容量、均充充电电压、浮充充电电压、内阻值等性能数据进行阈值分析，运营商可以提前预判该批次电池是否符合产品技术要求。如果供应商上传数据不符合要求，运营商有权要求该供应商停止发货。为避免供应商在发货前未上传数据或仅上传部分数据，建议供应商通过内部供应链系统数据进行反向稽核，即采购订单的容量应该等于该批次所有电池容量之和。

3.2 应用效果

（1）电池编码全网唯一。运营商为所有供应商分配标识前缀，供应商形成标识编码，并排版、打印、粘贴至电池外观以及外包装箱。标识编码示例如图6所示，运营商为该供应商分配的标识前缀为“88.328.801”，通过与原有SN编码进行组合后形成标识编码“88.328.801/S195T3MC1000491”。由于标识前缀全网唯一，因此只要供应商SN编码企业内部唯一，即可保证标识编码整体的唯一性。

图6 标识编码示例

（2）可视化的集中管理。基于供应商上传的数据，运营商可以动态掌握磷酸铁锂电池在全网的规模分布、供应商按年/季/月的出货情况和平均备货周期以及单个电池的性能配置信息、项目用途，有利于采购部门核查和供应商评估考核。

（3）设备配置核查预警。在实际发货前，追溯系统将针对供应商上传数据开展技术指标核查，如果发生性能指标不符合阈值要求或电芯规格错配的情况，追溯系统将实时预警，并通过短信、邮件等形式提醒供应商进行整改，从而避免出现省市公司退换货的情况。

（4）产品故障快速追溯。随着供应商上传数据量逐渐增大，追溯系统将变成一个巨大的数据库。如果某省的产品发生故障，运营商可以按照订单编号、需求单位、供应商名称以及生产批次号等维度逐步缩小搜索范围，从而加快排查效率。假如故障电池规模较大且故障类型趋同，其性能数据以及生产数据可以作为后续产品批量召回的依据。

4 总结与展望

该技术方案有利于电信运营商与供应商之间建立互信机制，提升上下游数据协同交互频率。通信运营商可参考磷酸铁锂电池模式，以工业标识为抓手，结合自身的业务诉求向其他物资品类进行推广复制，但是方案落地实施存在必要条件，即上游供应商数据100%真实可靠。

现阶段追溯系统即使采用技术手段进行格式校验或者借助供应链系统开展逻辑验证，仍然无法保证数据绝对真实。如果供应商刻意隐瞒产线编号、批次号等生产类数据或者供应商不尊重实际测试结果刻意迎合技术要求，人为篡改出厂容量、均充充电电压等性能数据，那么技术上追溯系统很难主动识别，因此建议运营商同步采用管理手段予以保障。通过在商务合同中增加相关条款，明确要求供应商的义务和责任，作为供应商不诚信行为的处罚依据，同时建立赛马机制，出台相应的激励措施，提高供应商的参与积极性。在供应商发货前增加现场检测环节，运营商驻点人员针对编码粘贴情况现场核查，保证SN升级为标识编码。抽检电池产品，通过追溯系统查询其注册状态，保证供应商在发货前上传该批次电池产品全量数据。同时定期抽查供应商系统数据，并与追溯系统进行比对，防止供应商数据造假。

随着业务发展，面对数以亿计的数据条目，高频次复杂的校验规则将会影响系统性能，人工排查受限于成本，亟需引入新的技术手段予以保障。面对供应商数据被篡改的风险，建议引入区块链技术，将磷酸铁锂电池从订单、生产、组装、质检、包装以及发货等全生命周期过程数据上链、可信存证、完整留痕，确保数据安全、透明、可信任以及可追溯。跨企业数据协同的本质是建立可靠的互信机制，区块链是不错的选择。

此外，工业标识不仅可以用于质量追溯，而且可以推动运营商供应链管理优化升级。产品质检过程化，取消运营商质检环节。供应商将生产过程中的零部件、半成品、产成品的检测数据实时共享，追溯系统基于人工智能检测算法实时预测和判断，从而逐步省掉驻场检和到货检环节，节省人力成本。统一物资标识，实现一码到底。采购物资全生命周期如图7所示。

图7 采购物资全生命周期

采购物资在运营商内部多个单位或部门内流转，每个环节均产生数据。长期以来，采购、网络建设、运维和财务等专业线编码规则众多，每个专业对于物资都有自己的描述方式，存在语言不通、信息孤岛等问题。作为国家战略型基础设施，工业标识不同于传统企业自行设计的私有编码，支持在全领域、全产业链建立统一的公有化标识解析以及数据交换和共享，有助于打通数据孤岛，实现数据流贯通，为企业提供内外统一基础服务。