1 引言
汽车零部件属于多品种、大规模生产,目前质量控制主要采用抽检的方式,属于事后检验,无法在生产过程中起到预防、控制的作用。信息追溯把质量控制由事后把关改为事前预防,通过对生产过程进行在线监测,及时发现和消除不正常,预防生产缺陷产品并检验产品质量[1];对未能检出的缺陷产品,信息追溯能快速的确定缺陷产生的原因和批次。
我国从2004年《缺陷汽车产品召回管理规定》颁布到2010年,共发生召回汽车300多起,召回400多万辆[2,3]。确定缺陷发生的原因、界定缺陷产品范围和确定须召回的缺陷产品数量是追溯缺陷汽车的三大目标。
汽车追溯的技术路线如图1所示。
2 模块化理论在追溯系统中应用
汽车制造属于模块化设计和模块化生产[4]。汽车生产模块化源于设计的模块化,模块化设计是处置复杂系统产品的新方法,它遵循一个普通的思维原则,即把复杂问题简单化。通过将汽车分解为发动机、地盘、车身、电器与电子设备等,再把每个系统分解成功能相对单一的部件(即模块),设计师将各个部件的功能逐一细分[5];再通过规定的界面规则确保不同厂商、不同品牌的各模块间能够相互兼容,这样使得不同厂商可以在同一模块上进行竞争,从而大大加速了技术创新和产品升级[6]。此外,模块化的设计和生产也为汽车的大规模定制化提供了可能。
缺陷汽车的信息追溯方法中,叶海明建立了以批次管理为核心的质量追溯方法[7], 赵涛通过构建批次清单实现产品的可追溯性[8]。这些追溯方法只是简单说明了追溯的依据,目前还没有文献详细介绍追溯的起始和终点对象。本文在已有的追溯方式上,根据汽车的模块化特征和零部件谱系关系提出面向产品模块的信息追溯方法,构建以零部件谱系关系和批次清单(BOL, Bill of Lots)为基础,面向产品最终父部件的追溯方法。
零部件的谱系关系和部件的批次关系如图2所示。
图2中为三个大部件的谱系关系,而粗线标识的是部件e22的批次清单,定义零部件和部件构成批次关系的技术文件;零部件的谱系关系是批次清单的基础,而批次关系是谱系关系的组成部分;谱系关系屏蔽了零部件供应商的异构性,而部件的BOL是某一供应商内部输出的。图中{ek; ei,….em},分号左边部分是父项,分号右边部分是它的子项,表示部件ek是由ei到em个部件或零部件组成的。
如图3所示,最终父部件X(012),A(011),A(010),是可以直接安装到汽车上的部件;而虚线框中的子部件表示零部件经过层层组装的部件,不可以直接装入汽车,还需与其它部件或零部件装配成父部件;最低端的零部件,是指单个零部件本身。
面向产品模块的信息追溯方式,以整车厂为核心构成的一条汽车生产链为例,追溯的终点对象是指最后进入整车厂,直接组装成汽车的最终父部件。缺陷汽车进入4S店,维修人员会尽快确定问题零部件,以图2.2为例,缺陷零部件是D(030),根据零部件的谱系和批次关系,向外层层寻找配有缺陷零部件D(030)的所有子部件B(022),B(020)等,然后再寻找含有上述子部件的所有父部件X(012),A(011),A(010)等,到此,面向产品模块的信息追溯结束。
3 内部追溯和外部追溯
3.1 传统追溯方式
传统追溯分正向(向外)追溯和逆向(向里)追溯[10],图4以一条汽车供应链为例,向里追溯从4S店到产生缺陷零部件的供应商B,向外追溯从供应商B到缺陷汽车。这样的方式逻辑简单,但是追溯依据、追溯对象不一追溯对象不一致,没有明确追溯的起始和终点对象,不能体现追溯过程的变化性和追溯对象的变化性。本文运用内外部追溯方式以更好地解决这一问题。
3.2 内部追溯和外部追溯
缺陷汽车的召回分主动召回和指令召回[9],两种情况下的追溯流程是一样的:先确定问题部件,然后进行内部追溯和外部追溯。汽车产品缺陷包括设计、制造两方面原因[11]。与设计相关的常以生产时间作为召回依据, 而制造过程引发的缺陷则以批次为召回依据。内部追溯追溯的信息载体是零部件供应商、部件供应商。外部追溯信息载体是整车厂、经销商和客户群,依据内部追溯确定的缺陷批次和数量,订单追踪确定缺陷产品的范围和数量。
3.2.1 基于BOL和订单的内部追溯模型
内部追溯系统针对一条汽车生产链,分为三步,如图6所示。
一、在4S店或汽车维修部门完成,技术人员确定问题部件,根据批次清单确定问题零部件,根据问题零部件标识和采购批次确定产生问题零部件的供应商X。
二、在供应商X内部完成,向内追溯,依据问题零部件_id和生产日期T_零部件,查询该缺陷零部件的设计员信息、加工/检测工艺信息以及完成该工作的员工信息,确定设计员或者操作员或者缺陷产品批次和数量,将缺陷产品数量锁定为最小值。
具体流程:1、确定缺陷产生的环节。根据缺陷零部件加工信息的工序_id、操作员_id和日期,设计信息的设计员_id和日期,确定缺陷产生的原因,①员工操作不当导致,②某加工工序有问题,③设计有问题。2、确定在问题环节输出缺陷产品批次和数量,精确锁定缺陷产品数量。如①则跟据员工岗位工序_id和工作时间,查询这名员工在T_员工时间段内批次和数量;如②则根据工序_id和T_加工,查询在T_工序时间段内产品批次和数量;如③则根据设计员_id和T_设计,查询设计的产品批次和数量。查询结果需满足时间、数量和批次三个约束条件。
时间约束:T_加工= T_员工= T_工序,是依据T_零部件设定的(T0…T_零部件…Tn)时间区间;T_设计= T_设计员,依据零部件_id确定的设计批次和设计日期。
数量约束:Q_加工≥Q_工序&& Q_设计≥Q_设计员&& Q_工序≥Q_设计员;
批次约束:B_工序?B_加工&& BT_设计员?BT_设计。
三、假设追溯系统对供应商采用分布式管理,屏蔽供应商分布的异构性。基于批次清单和订单的父部件追溯,在供应商X的上级供应商内完成,如图6所示,目标是搜索配有缺陷零部件的子部件集合,进而锁定所有配有该子部件的父部件。
具体为:1、根据缺陷零部件的批次清单和订单,确定该缺陷零部件或第一层子部件的订单批次。2、中间虚线框表示循环,譬如,根据①确定第一层缺陷部件采购商_id,由采购信息表,查询第二层缺陷子部件的订单批次;以此类推,循环执行该过程,到第M层缺陷部件采购商_id,最终得出所有缺陷父部件的订单信息,循环结束。3、依据缺陷父部件集合采购信息,确定所有父部件的采购商,订单批次,采购数量和采购日期,内部追溯结束。
3.2.2 基于订单的外部追溯模型
汽车供应链内部追溯针对一条汽车生产链,而外部追溯面对多条汽车销售链。汽车零部件生产属于大规模定制(MC ,Mass Customization ) [12]。因此外部追溯要基于订单实现缺陷产品召回。
缺陷汽车外部追溯模型如图7所示,具体流程:1. 根据内部追溯锁定的缺陷父部件供应商,订单追溯所有采购缺陷父部件的整车厂,依据第J个整车厂的采购信息,查询缺陷父部件订单批次,根据汽车批次信息,确定配有缺陷部件的汽车批次。2. 第J个整车厂订单追踪所有采购缺陷汽车的经销商,根据经销商采购信息,确定缺陷汽车批次和数量,以及已销售的缺陷汽车数量和批次和日期。3. 经销商依据客户购车VIN码、购车地点和时间,查询购缺陷汽车的客户联系方式,实施召回。
4 物联网技术和分布式系统在追溯系统中的应用
物联网技术在追溯系统中主要用于产品的标识和跟踪,数据的采集、录入和信息传递。分布式系统用于管理零部件供应商,使信息追溯系统屏蔽供应商的异构体,提高追溯效率。
4.1 物联网技术在追溯系统中应用
详细、全面的产品数据信息,动态的产品跟踪技术是追溯系统有效性的基础支撑[13];而物联网三大技术能有效满足追溯系统对信息采集和产品追踪的要求。二维码嵌印在产品上,跟踪产品,用于对关键零部件的信息记录和传递,并且二维码具有防水、耐高温的特性,可以在恶劣环境中工作;RFID技术可以反复读写数据,用于在线监测数据的采集和录入。
本文在一维码信息技术的基础上,发展二维码系统,集成企业现有RFID技术。图4.1是某供应商汽车零部件的加工工艺。图8中,该工艺在工位②PXOL-0040,抽吸性能检测工序,用RFID磁卡动态的修改和记录在线检测信息, RFID读取器和磁卡固定在工序上,实时读入检测数据;在工位⑦PXOL-0090氦气冲入工序因高温高压环境,采用二维码喷打记录信息。零部件加工工艺过程中RFID采集工序数据并输入数据中心;二维码记录产品关键信息,跟踪产品进入下一道工序,是产品的身份标识。产品入库由一维码批次标识,出库时条码跟踪产品进入供应链的下一个环节。二维码精确标识,实现精确追溯;一维码批次标识,实现一般追溯。物联网技术集成应用过程如图9所示。
4.2 分布式系统在追溯系统中的应用
布式系统实现数据异地存储、统一标准、统一追溯的目标[14]。分布式系统(如图4.3)管理汽车生产链上异地动态信息数据,属内部追溯系统的一个系统模块。信息管理根据需求包括采用分中心或者整车厂/4S店信息系统集中存储和采用分布式存储,后者满足更新频率大、需要特殊运行环境的需求。1、创建信息节点。零部件供应商的信息化水平不同,有的只有依靠某个信息节点收集其下属的这类供应商的产品信息,并整合自有数据库。该类型信息节点是独立,如图10所示。
2、创建中心节点。从信息节点中挑选信息化实力强的部分节点建立分中心。信息节点以上述的两种存储方式向属于自己的分中心提供符合规范的信息资源;分中心向终端系统提供符合规范的信息资源目录[15]。3、4S店内部追溯系统虚拟集成分中心的信息资源[16]。追溯系统通过资源适配器与分中心进行交互,资源适配器通过规范的服务集成接口,收集各分中心节点的信息。
5 结束语
上海三电贝洱汽车空调有限公司为满足信息化环境下汽车生产制造的需求,通过RFID技术和条码技术的集成应用,提高生产过程中质量控制能力和零部件谱系和批次关系的分析能力及追溯的效率和准确性,并通过分布式技术进行构架。应用内外部追溯系统最大限度地利用企业现有的信息化基础,通过构建数据模型和系统框架支持内外部追溯系统的实施。随着模型和框架的实现,汽车在生产链实现追溯、在销售链实施召回。上海三电贝洱汽车空调有限公司作为汽车供应链上重要的部件供应商和分布式系统中心节点,本研究的项目实施充分保证了零部件信息追溯系统的有效性。
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作者简介:邹宗峰(1974-),男,博士后,副教授,研究方向:物联网技术,产品追溯方法。