黃向明，張傳杰，王伏林，夏小軍

(湖南大學(xué) 機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院,湖南 長沙 410082)

工程機(jī)械再制造過程信息追溯模型研究

黃向明?，張傳杰，王伏林，夏小軍

(湖南大學(xué) 機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院,湖南 長沙 410082)

針對工程機(jī)械再制造過程信息追溯管理中存在的追溯過程復(fù)雜、物料關(guān)系信息與其對應(yīng)加工過程信息不能建立有效的聯(lián)系等問題，提出了基于活動(dòng)的物料清單追溯方法，建立了工程機(jī)械再制過程活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)追溯模型.該模型將整個(gè)再制造過程的追溯實(shí)體劃分為產(chǎn)品(物料)、作業(yè)和活動(dòng)，并采用巴克斯—諾爾范式對其進(jìn)行規(guī)范化描述.構(gòu)建了工程機(jī)械再制造過程信息模型，利用符號化追溯活動(dòng)鏈和活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了追溯模型.基于活動(dòng)的物料清單將物料關(guān)系與其對應(yīng)的加工過程進(jìn)行有效地融合，在此基礎(chǔ)上的活動(dòng)鏈和活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)追溯模型簡化了追溯流程.

工程機(jī)械；基于活動(dòng)的物料清單；追溯模型；再制造

進(jìn)入21世紀(jì)以后，人口、資源、環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的矛盾日益突出，以及為了建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)、環(huán)境友好型社會(huì)和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，使得對再制造的需求更加迫切.工程機(jī)械具有再制造性強(qiáng)、再制造價(jià)值大等特點(diǎn)，使其成為再制造行業(yè)典型代表[1].同時(shí)，建立完善的信息追溯系統(tǒng)已成為大多數(shù)制造型企業(yè)處理安全事故，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的可追溯以及快速處理缺陷產(chǎn)品等必不可少的工具[2].工程機(jī)械再制造產(chǎn)品由于其特殊的身份，導(dǎo)致人們對其使用性能以及產(chǎn)品質(zhì)量尤其關(guān)注，這就迫切地要求工程機(jī)械再制造企業(yè)構(gòu)建面向再制造生產(chǎn)過程的信息追溯系統(tǒng).

美國生產(chǎn)與物流管理協(xié)會(huì)(APICS)從物流的角度將可追溯性定義為：“可追溯性有雙重含義：一是指能夠確定運(yùn)輸中貨物的位置，二是通過批號或序列號記錄和追蹤零部件、過程和原材料[3-5].”隨著可追溯性的發(fā)展，人們提出了許多針對制造過程的信息追溯方法.例如物料清單(BOM)[6]以及基于批號的物料清單(BOL)[7]等.然而，相對工程機(jī)械再制造企業(yè)而言，只能追溯組成產(chǎn)品的零部件和原材料的批次信息還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠.與原始制造企業(yè)(OEM)的制造過程相比，再制造過程具有不確定性強(qiáng)、生產(chǎn)工藝復(fù)雜等特點(diǎn)[8].再制造過程涉及的零部件種類繁多，根據(jù)拆解后零部件的使用價(jià)值可分為修復(fù)件、報(bào)廢件、完好件，而不同的零部件其制造工藝也不同.對修復(fù)件而言，相同規(guī)格的零部件由于其損傷程度不同其修復(fù)工藝也不相同，使得每個(gè)零部件都擁有唯一的修復(fù)工藝及修復(fù)過程.由BOL的特性可知，通過BOL只能追溯構(gòu)成產(chǎn)品的零部件或原材料的批次信息，不能定位每一個(gè)產(chǎn)品，因?yàn)槔肂OL進(jìn)行追溯是建立在每一批次零部件的屬性信息以及加工過程相同的基礎(chǔ)上.然而，在再制造過程中，同一批次的零部件其屬性信息和工藝都不完全相同，這就使得追溯再制造產(chǎn)品的批次信息沒有實(shí)際意義.目前，工程機(jī)械再制造行業(yè)在國內(nèi)還處于起步階段，再制造過程信息追溯方面還沒有一套科學(xué)、合理的面向整個(gè)再制造過程的追溯方法和追溯模型.其追溯深度只停留在對個(gè)別具有典型代表的關(guān)鍵零部件的修復(fù)過程，覆蓋面相對較小，追溯能力有限[1].國外西方發(fā)達(dá)國家的工程機(jī)械再制造行業(yè)起步較早，在信息追溯方法和技術(shù)方面發(fā)展較為成熟，其中具有典型代表的有美國卡特彼勒[9].其在工程機(jī)械再制造過程信息追溯方面，主要利用修復(fù)過程卡和關(guān)鍵零部件BOM有效地記錄各個(gè)零部件的修復(fù)過程與其對應(yīng)的物料關(guān)系.但該方法不能將過程信息和其對應(yīng)的物料關(guān)系進(jìn)行有效地融合，造成“信息孤島”現(xiàn)象，最終導(dǎo)致追溯流程復(fù)雜.因此，為了解決這一問題本文提出了適合工程機(jī)械再制造過程追溯的基于活動(dòng)的物料清單(A-BOM)信息追溯方法，并在該方法的基礎(chǔ)上構(gòu)建工程機(jī)械再制造過程信息追溯模型.

1 工程機(jī)械再制造過程信息追溯分析

工程機(jī)械再制造是指將擁有再制造價(jià)值的退役工程機(jī)械作為再制造企業(yè)的原材料，運(yùn)用現(xiàn)代清洗工藝、先進(jìn)的檢測方法以及高科技的修復(fù)工藝，進(jìn)行批量化和專業(yè)化再制造，所獲得的工程機(jī)械產(chǎn)品在使用性能和質(zhì)量安全方面可以達(dá)到新機(jī)的水平.具體再制造過程如圖1所示.

圖1 工程機(jī)械再制造工藝流程圖

工程機(jī)械再制造過程涉及的信息種類繁多、而且各信息的聯(lián)系比較復(fù)雜.這使得對該部分信息的追溯相對困難.因此，通過對工程機(jī)械再制造過程的分析，將工程機(jī)械再制造過程信息分為3大類：再制造過程中的產(chǎn)品(物料)信息、產(chǎn)品所經(jīng)歷的工藝信息以及再制造階段所產(chǎn)生的過程信息.通過對這3大類信息的追溯，從而實(shí)現(xiàn)對整個(gè)再制造過程的信息追溯.

1)產(chǎn)品信息是指工程機(jī)械再制造過程中涉及的產(chǎn)品或物料的屬性信息.如果產(chǎn)品為某一退役機(jī)上拆下的零部件，其屬性信息則注明該零部件的具體型號以及來自哪臺退役整機(jī)等.通過對產(chǎn)品信息的追溯可以確定組成總成品各個(gè)零部件的具體信息，為后期再制造產(chǎn)品的保養(yǎng)和維護(hù)提供指導(dǎo).

2)工藝信息是指工程機(jī)械再制造過程包含的所有工藝如零部件的修復(fù)工藝、檢驗(yàn)工藝、組裝工藝、調(diào)試工藝以及涂裝工藝.工藝信息屬于技術(shù)文件，主要用于指導(dǎo)生產(chǎn).對該信息的追溯可以幫助再制造企業(yè)規(guī)范再制造過程，實(shí)時(shí)維護(hù)工藝信息，防止不良品的產(chǎn)生.

3)再制造過程信息是指再制造階段各個(gè)再制造活動(dòng)所產(chǎn)生的信息如修復(fù)過程的修復(fù)信息、檢驗(yàn)過程的檢驗(yàn)信息、裝配過程的裝配信息，調(diào)試過程的調(diào)試信息以及涂裝過程的涂裝信息.對再制造企業(yè)而言，通過對過程信息追溯可以幫助再制造企業(yè)快速地尋找事故原因，準(zhǔn)確地定位事故責(zé)任，從而提高整個(gè)企業(yè)的質(zhì)量管理水平.

以上3類信息不僅包含了再制造過程的產(chǎn)品信息和生產(chǎn)信息，而且還涵蓋了生產(chǎn)所對應(yīng)的工藝信息，從而滿足了信息追溯在其深度及寬度上的要求.

2 基于活動(dòng)的物料清單提出

2.1 追溯實(shí)體描述

在工程機(jī)械再制造過程信息追溯過程中不僅需要追溯再制造產(chǎn)品的屬性信息還需要追溯再制造過程信息.因此，本文提出了“追溯實(shí)體”的概念，追溯實(shí)體(Traceable Entity，TE)指在工程機(jī)械再制造過程中能夠?yàn)槲ㄒ粯?biāo)識、描述和追溯的實(shí)體.根據(jù)追溯實(shí)體類型不同將追溯實(shí)體分為產(chǎn)品、作業(yè)和活動(dòng)，產(chǎn)品經(jīng)過作業(yè)產(chǎn)生“活動(dòng)”.其中，產(chǎn)品可以是再制造過程中的任意物料如原材料、零部件或最終產(chǎn)品，作業(yè)則是再制造過程中各個(gè)操作工藝或工序的總稱.

可追溯實(shí)體(TE)作為一個(gè)追溯對象擁有一個(gè)具有唯一性的標(biāo)識編碼和自身的屬性信息.采用巴科斯—諾爾范式[10](BNF)對追溯過程中的產(chǎn)品、作業(yè)、活動(dòng)等進(jìn)行規(guī)范化描述.可追溯實(shí)體應(yīng)用BNF表示如下：

PROD_TE::=

OPER_TE::=

其中PROD_TE代表產(chǎn)品實(shí)體，TE_ID代表該產(chǎn)品對應(yīng)的標(biāo)識編碼，TE_ATTR代表該產(chǎn)品具有的屬性信息集合，即產(chǎn)品信息.OPER_TE表示作業(yè)實(shí)體，TE_ID和TE_ATTR與產(chǎn)品實(shí)體的相似，其中作業(yè)實(shí)體的屬性信息為工藝信息.當(dāng)產(chǎn)品實(shí)體與作業(yè)實(shí)體相作用時(shí)便產(chǎn)生了活動(dòng)實(shí)體ACTI_TE，具體表示如下：

ACTI_TE::=

其中ACTI_TE代表活動(dòng)實(shí)體，TE_ID1代表該活動(dòng)對應(yīng)產(chǎn)品的標(biāo)識編碼，TE_ID2代表該活動(dòng)對應(yīng)作業(yè)的標(biāo)識編碼，TE_ID3代表該活動(dòng)后產(chǎn)生的產(chǎn)品的標(biāo)識編碼，TE_ATTR則代表該活動(dòng)對應(yīng)的屬性信息，即再制造過程信息.該信息屬于動(dòng)態(tài)信息，它隨著生產(chǎn)的開展進(jìn)行不斷地更新，如果該活動(dòng)為機(jī)加工，則其屬性信息包括操作員，開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間等.

在實(shí)際生產(chǎn)過程中每個(gè)產(chǎn)品所經(jīng)歷的活動(dòng)都不止一個(gè)，有的產(chǎn)品可能會(huì)經(jīng)過多個(gè)活動(dòng).因此對應(yīng)每個(gè)產(chǎn)品就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)活動(dòng)集，該活動(dòng)集包含了此產(chǎn)品在整個(gè)生產(chǎn)過程中所經(jīng)歷的活動(dòng)，記為:

ACTI_SET::=…

其中TE_ID代表該產(chǎn)品對應(yīng)的標(biāo)識編碼，ACTI_TEi是該產(chǎn)品對應(yīng)的活動(dòng)實(shí)體，而且每個(gè)活動(dòng)的順序是隨著生產(chǎn)的進(jìn)行從左至右依次展開.

2.2 基于活動(dòng)的物料清單

BOM描述了企業(yè)產(chǎn)品構(gòu)成物料的結(jié)構(gòu)關(guān)系，即通過BOM可以確定組成產(chǎn)品的所有物料，以及這些物料所在的物料層次，但不能確定物料的具體信息以及物料所對應(yīng)生產(chǎn)過程信息.因此，為了滿足工程機(jī)械再制造過程信息追溯的需求，將產(chǎn)品所對應(yīng)的“活動(dòng)”引入BOM中，生成基于活動(dòng)的物料清單(A-BOM)，如圖2所示.

圖2 A-BOM樹狀結(jié)構(gòu)圖

其中acti_seti代表該物料對應(yīng)的活動(dòng)集，如：acti_set3表示零件E的活動(dòng)集，通過該活動(dòng)集可以追溯零件E的屬性信息以及再生產(chǎn)過程中其涉及的所有活動(dòng).因此，由圖2可知，A-BOM不僅描述了構(gòu)成產(chǎn)品A的所有中間件以及構(gòu)成所有中間件的零件，同時(shí)還描述了產(chǎn)品A以及構(gòu)成產(chǎn)品A所有零部件的活動(dòng)集.這在一定程度上彌補(bǔ)了BOL以及BOM存在的缺陷，使追溯的寬度和深度得到了不同程度的提高.

3 工程機(jī)械再制造過程信息追溯模型構(gòu)建

3.1 工程機(jī)械再制造過程信息模型

信息模型是指從信息的角度對過程進(jìn)行描述，其目標(biāo)是用面向?qū)ο蟮姆椒虅澠髽I(yè)數(shù)據(jù)和過程信息[11].在工程機(jī)械再制造過程中，對整個(gè)再制造過程的信息追溯是通過產(chǎn)品信息、工藝信息以及過程信息展開的.因此通過對該3大類信息進(jìn)行建模，最終實(shí)現(xiàn)對整個(gè)再制造過程的信息追溯.實(shí)際再制造過程中涉及的產(chǎn)品信息、工藝信息以及過程信息的種類相對較多，因此針對該3類信息，分別構(gòu)建一組通用的信息模型.

1)產(chǎn)品信息模型

再制造過程中涉及的產(chǎn)品主要有：具有修復(fù)價(jià)值的修復(fù)件；可以直接用于裝配的完好件；采購件；由零件裝配而成的部件；由部件及零件裝配而成的整機(jī).各個(gè)產(chǎn)品對應(yīng)的信息模型如下：修復(fù)件(零件編碼、零部件名稱、零部件規(guī)格、拆解整機(jī)的品牌、型號、用于裝配整機(jī)的型號)，完好件(零件編碼、零部件名稱、零部件規(guī)格、拆解整機(jī)的品牌、型號、用于裝配整機(jī)的型號)，采購件(零件編碼、零部件名稱、型號、供應(yīng)商名稱、采購日期、用于裝配的整機(jī)型號)，部件(部件編碼、部件名稱、型號、用于裝配整機(jī)型號)，整機(jī)(整機(jī)編號、整機(jī)名稱、型號).

2)工藝信息模型

再制造階段主要涉及的工藝有：零部件的修復(fù)工藝、檢驗(yàn)工藝、組裝工藝、調(diào)試工藝以及涂裝工藝.由于工藝信息屬于技術(shù)文件，其表達(dá)相對統(tǒng)一而且比較規(guī)范.因此用一組模型表達(dá)所有工藝，具體如下：工藝編碼、工序、技術(shù)要求、圖紙編號以及使用設(shè)備等.

3)過程信息模型

再制造階段的過程信息與工藝相對應(yīng)主要有：修復(fù)過程、檢驗(yàn)過程、裝配過程、調(diào)試過程以及涂裝過程.過程信息是由工藝指導(dǎo)的生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生的，所以過程信息的模型與工藝信息相對應(yīng).主要有：工藝對應(yīng)工序的操作者、操作開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、操作結(jié)果.其中“操作結(jié)果”視具體情況而定.如該過程為檢驗(yàn)過程，則“操作結(jié)果”為檢驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)；如該過程為調(diào)試過程，則“操作結(jié)果”為調(diào)試結(jié)果數(shù)據(jù)等.

3.2 工程機(jī)械再制造過程信息追溯模型

工程機(jī)械在制造過程中的A-BOM圖不僅描述了工程機(jī)械的物料組成關(guān)系，同時(shí)還反映了各個(gè)物料所經(jīng)歷的活動(dòng).因此，以A-BOM上的活動(dòng)集為主線，利用活動(dòng)確定物料的再制造過程信息以及活動(dòng)對應(yīng)的產(chǎn)品和作業(yè).這些信息對應(yīng)的追溯實(shí)體分別為活動(dòng)TE、產(chǎn)品TE以及作業(yè)TE.在再制造過程中為了實(shí)現(xiàn)可追溯性，每個(gè)產(chǎn)品或物料都擁有一個(gè)唯一標(biāo)識編碼，每一個(gè)編碼對應(yīng)于一個(gè)活動(dòng)集，將活動(dòng)集上的活動(dòng)連接，形成了活動(dòng)鏈.所有產(chǎn)品或物料的活動(dòng)鏈的集合，構(gòu)成活動(dòng)網(wǎng)絡(luò).該活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)即是工程機(jī)械再制造過程信息追溯模型，如圖3所示.通過該模型可以追溯所有再制造過程涉及的產(chǎn)品或物料屬性信息，產(chǎn)品或物料所經(jīng)歷的工藝信息以及再制造過程的加工信息或檢測信息.

(a) 活動(dòng)鏈

(b)活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)

在模型中每條活動(dòng)鏈代表產(chǎn)品或物料經(jīng)歷的加工過程，活動(dòng)鏈的每個(gè)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)由產(chǎn)品和作業(yè)共同作用產(chǎn)生.通過活動(dòng)鏈可以確定產(chǎn)品所經(jīng)歷的活動(dòng)，即產(chǎn)品的加工過程，其中活動(dòng)屬性記錄該活動(dòng)對應(yīng)的加工信息，如加工時(shí)間、操作人員、加工結(jié)果等.網(wǎng)絡(luò)上的交點(diǎn)表示通過該活動(dòng)產(chǎn)品或物料的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，即通過該活動(dòng)產(chǎn)生了新的產(chǎn)品或物料.以組裝為例，各個(gè)零部件通過組裝活動(dòng)裝配成一臺整機(jī)，這種物料變化通過該活動(dòng)的ID反映出來.在該模型中根據(jù)追溯的方向不同可以將追溯分為向后追溯(Backward Traceability)和向前追溯(Forward Traceability)[12].向后追溯強(qiáng)調(diào)是生產(chǎn)過程的跟蹤，即通過原材料的序列號確定該原材料加工的零部件以及該零部件的去處.向前追溯則強(qiáng)調(diào)溯源，即利用最終產(chǎn)品的序列號追溯其構(gòu)成的零件以及構(gòu)成零件的原材料信息.

在工程機(jī)械再制造過程中當(dāng)某個(gè)產(chǎn)品發(fā)現(xiàn)問題時(shí)，利用該產(chǎn)品的ID可以快速地確定產(chǎn)品屬性信息.如：修復(fù)件來自拆解退役機(jī)的型號等，再利用該產(chǎn)品的活動(dòng)鏈準(zhǔn)確地定位再制造活動(dòng).其中活動(dòng)中包含活動(dòng)屬性信息，即加工過程信息，如操作者、使用設(shè)備等，有利于實(shí)現(xiàn)再制造過程中的信息追溯，最終提高工程機(jī)械再制造企業(yè)的質(zhì)量管理和生產(chǎn)管理水平.

4 結(jié)束語

基于BOM和BOL方法，分析兩者在追溯方面存在的不足，結(jié)合工程機(jī)械再制造的特點(diǎn)，提出了基于活動(dòng)的物料清單(A-BOM)的信息追溯方法.通過對工程機(jī)械再制造過程的分析，構(gòu)建了工程機(jī)械再制造過程信息追溯模型.該模型已經(jīng)應(yīng)用于武漢千里馬工程機(jī)械有限公司的MES系統(tǒng)的信息追溯模塊中，并取得了良好的應(yīng)用效果.該模型可作為一種通用追溯模型，不僅適合工程機(jī)械再制造行業(yè)，而且還適合汽車的再制造行業(yè).

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Research on Information Tracing Model for the Process of Construction Machinery Remanufacturing

HUANG Xiang-ming?，ZHANG Chuan-jie，WANG Fu-lin，XIA Xiao-jun

(College of Mechanical and Vehicle Engineering, Hunan Univ, Changsha, Hunan 410082, China)

Some problems hinder the achievement of information traceability management in the process of construction machinery remanufacturing, which are the complexity of tracing process and the difficulty of effectively integrating material relationship and information of manufacturing process. Based on the activity-based bill of material，a tracing method was proposed, and the tracing model for the process of construction machinery remanufacturing was built. In this model, the traceability entity of the remanufacturing process was divided into three classes: product, operation and activity, which were described with "Backus-Naur Form". An information model for the process of construction machinery remanufacturing was established, while a tracing model was built by using symbolic traceable activity chain and network. The material relationship and information of manufacturing were effectively integrated with the activity-based bill of material, and the tracing process was also simplified with the tracing model.

construction machinery; activity-based bill of material; tracing model; remanufacturing

1674-2974(2015)02-0017-05

2014-09-11

國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目(2013AA040206)

黃向明(1971-)，男，湖南寧鄉(xiāng)人，湖南大學(xué)副教授?通訊聯(lián)系人，E-mail: h_xiangming@aliyun.com

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