施工物料信息驱动的智能库管系统设计

姚莉娟 张 爽 冯 明

（1.成都纺织高等专科学校，四川成都 611731；2.成都瑞泰鸿信科技有限公司，四川成都 610041）

物料管理[1]是提高工程施工项目生产率的重要方式。物料管理为计划和控制所有施工工程的必要管理内容，通过精心设计，确保在合适的时间，由专业人员使用合适质量和数量的物料和设备进行工程施工。物料管理可以分为物料需求、供应商评估、采购、现场库管、施工等功能。工程物料管理会影响整体的工程施工时间、质量和预算。随着经济的发展，工程施工领域已经逐步实现信息化[2-3]。施工管理领域的施工物料品类日益繁多、施工流程日益专业化，现在的信息化难以满足施工要求日益精细化的管理要求[4]。

本文以现场物料库管[5]为中心节点，考虑工程施工流程特点，基于规则引擎技术[6-8]，提出并设计一个施工物料信息驱动引擎。研究以物料为中心编写引擎规则并自动实施，施工管理方、业主方、施工方和物料提供方能够对施工进度进行精细化管理，有效降低损耗，极大提高工程施工效率，以此为基础实现施工物料信息驱动。

1 施工物料管理特点

在复杂的大中型工程施工中，多种工程如土建、安装、装饰等版块交错进行，工程施工涉及物料生产周期、物料规格、施工工序和生产场地等复杂因素。

以物料为中心进行分析，工程建设的生产周期包括向供应商提出物料需求计划（包括招标）；物资生产准备（供应商）；物料物流（物流企业）；物资收验货；现场库存（现场库管方）；组织施工（施工方）；补料；退还换货（物流企业）。每一项物料均需要经历该周期，与施工工序、物料的配合具有复杂的关联。通常情况下，多个工程同时在建，项目管理人员难以从纷繁的事务性事件中抽身实现对项目的精细化管理。

施工物料管理面临3个通用需求，物料的自动化程度需要提高，使管理人员可以准确把控工程所处阶段的物料需求与损耗；物料的订货、物流、进场等工序需要与施工流程紧密配合，节省仓储仓库容量；相关联的物料间生命周期应该紧密配合，以最优化施工工程进度。随着信息技术和物联网技术的发展，以物料为中心的智能物料库管平台的建设成为可能。

2 基于规则引擎的施工物料信息驱动引擎设计

施工物料纷繁复杂，相应的关联规则日趋复杂多变。为了灵活支撑复杂的目标环境，需要设计施工物料信息驱动引擎体系。

施工物料信息驱动引擎体系结构如图1所示。

图1 施工物料信息驱动引擎体系结构

由图1可知，物料信息作为驱动数据被送入处理核心——规则引擎。规则引擎包括3个核心组件，分别是规则库（存储所有通过验证的规则集）、工作存储区（存放给定输入的事实对象和中间结果）和推理引擎。推理引擎是规则引擎的执行核心，在数据驱动模式下，事实对象状态的变化会导致推理引擎执行规则的模式匹配，根据优先级策略执行相应动作，将信息输出。

2.1 工作流建模和规则引擎

工作流建模是对工作流过程的抽象建模，是利用建模工具或建模语言描述企业的业务流程，有利于实现工作的自动化与信息化。实际应用和开发系统时，常使用工作流语言进行业务流程的定义和设计，工作流模型能够被工作流引擎驱动和执行，工作流语言能够被工作流引擎直接执行，称为流程定义语言。本系统使用工作流引擎，在工作流系统开发上更关注使用工作流语言进行工作流模型的构建，可以简化业务流程的设计和开发，提高工作效率。

规则引擎的工作原理是检查应用程序提交的数据对象，根据数据对象此时的属性值以及关系，与原先加载在规则集中的规则进行条件匹配；为符合条件的规则创建相应的执行实例，按照规则执行指令依次执行规则，产生的处理操作规则引擎是基于规则的专家系统，可以实现规则与系统相分离。典型的规则引擎包括规则编译和运行时阶段，通常定义一种简单灵活的实现特定业务规则语言，使用语言描述业务规则。业务形成的语义规则非常复杂，为了系统高效执行必须将语义规则编译成推理引擎能够理解的形式，以上过程被称为规则编译阶段。

国内外对规则引擎进行了大量研究，有多种成熟开源项目进行应用。其中开源业务规则引擎Drools基于JAVA技术构建，采用高效模式匹配算法（Rete算法）支，支持语义文件和xml进行规则的描述，速度快、效率高，应用广泛，非常适合大量事实输入，但每次只涉及少数事实发送变化的情况。

规则引擎Drools提出3个重要的概念：事实、规则和模式。事实即对象之间及对象属性之间的关系，规则是由条件和结论构成的推理语句，模式指IF语句的条件，可以嵌套。

整个规则引擎的执行过程主要设计为4个阶段：

（1）创建规则库。

通过知识工厂对象收集编写好的规则文件，将编译好的规则打包发布，为应用程序的调用提供规则包。

（2）创建工作空间并且插入事实对象。

创建工作内存空间，创建状态知识会话对象，在会话中运算需要的业务数据，建立数据集，将数据集合通过会话对象插入到工作空间中。

（3）执行规则流、触发规则。

工作空间创建完成后，通过对比规则库中的规则与空间集中的数据，将匹配后的规则结果通过冲突解决策略依次执行，触发规则运算。

（4）处理结果与释放资源。

在规则引擎执行完规则包逻辑后，会根据系统需求进行下一步操作，最后释放状态会话对象资源。

2.2 施工物料信息驱动规则

规则语言是面向业务人员或开发人员的规则描述语言，规定了规则的形式化定义及词法、语法定义。一个基本的规则结构简单，包括规则名称、WHEN 件部分和THEN执行部分。

以某水电安装工程水轮机安装为例，一台水轮机配件、备品备件和工具包括（尾水管地基图、肘管装配、锥管装配等）达34个装箱。每个装箱包含上百种物料，受到装箱限制可能还会分箱，多个装箱才能够完成一个装配工序，使库存、施工的情况变得非常复杂，不借助规则引擎很难描述清楚。

业务规则结构伪代码如图2所示。

图2 业务规则结构伪代码

规则的条件可以将多个条件安装与或非等关系进行组合，具有很大的灵活性。属性部分为规则属性的定义，包括规则优先级、有效期和分组等。

转动装配的业务规则如图3所示。

图3 转动装配的业务规则

本文与设计施工公司进行大量交互，考虑智能施工系统的需求，设计基于施工物料信息的驱动规则集。施工过程中，受到影响的物料因素主要包括任务安排、物料类型、物料数量、施工工具、施工流程等。分析规则后，进行施工任务规则的定义。

工程安装任务的规则定义如表1所示。

表1 工程安装任务的规则定义

3 施工物料信息驱动的智能库存管理系统设计

施工物料信息驱动的智能库存管理系统结构如图4所示。

图4 施工物料信息驱动的智能库存管理系统结构

智能库管系统中增加规则管理模块，负责与基础资料模块合作，为施工物料信息驱动引擎提供初始化设置和规则配置。各种物料的入库、出库和基础资料的更新将转换为规则引擎的事实对象，输入施工物料信息驱动引擎。引擎的执行输出接入智能库管的消息系统，包括报表、订单、施工安排、物料预警等工作流模块。

4 结语

针对施工工程领域，根据物料管理日益精细化的需求，基于规则引擎技术，考虑工程施工流程特点，本文提出并设计施工物料信息驱动引擎。引擎可以实现业务规则与基本技术分离，适用多种施工过程管理。具有规则书写简单、速度快效率高等特点。通过以物料为中心的规则并自动实施，使库管系统能够对施工参与方进度进行精细化管理，有效降低时空物的损耗。未来将继续探索施工管理需求，优化规则设计，完善该引擎设计。