前言
隨著互聯網與工業(yè)融合創(chuàng)新，通過以物料編碼為基礎，建立新型的數據體系，對數據的挖掘和分析，工業(yè)大數據集成應用將成為工業(yè)互聯網應用的核心，將創(chuàng)造更多價值。應用領域包括產品創(chuàng)新、產品故障診斷與預測、工業(yè)生產線物聯網分析、工業(yè)企業(yè)供應鏈優(yōu)化和產品精準營銷等各個方面。鑒于北京中清研信息技術研究院在制造業(yè)多年的研究積累和在電子商務行業(yè)人才培養(yǎng)領域的獨到優(yōu)勢，我公司選定中清研作為此次物料編碼項目的管理咨詢方。目前，項目已經順利完成并落實應用，達到預期的目標�，F對此項目案例進行分享，以期共同探討工業(yè)大數據在裝備制造業(yè)的創(chuàng)新應用。
一、企業(yè)背景
上海電力修造總廠有限公司（簡稱SPEM）成立于1956年，是世界500強企業(yè)中國電力建設集團公司旗下，集產品研發(fā)、設備制造、工程成套和技術服務四大功能為一體的能源裝備整體提供企業(yè)。
公司現有員工800余名，擁有大中型精密數控加工機床、先進檢測設備及各類通用、專用設備500多臺，建有國內最先進的鍋爐調速給水泵、液力偶合器產品和立式凝結水泵試驗臺，通過ISO9001:2000版質量體系認證，獲得數10項國家級實用新型和發(fā)明專利。公司大力實施以百萬千瓦超超臨界火電機組和百萬千瓦等級核電機組給水泵為研發(fā)重點的 “雙百戰(zhàn)略”，力求在原始創(chuàng)新上跨越新高度，公司始終走在先進制造業(yè)的道路上，目前，中國制造企業(yè)大都追求規(guī)模效益，而在服務經濟時代，對數據的挖掘和分析，將創(chuàng)造更多價值。企業(yè)規(guī)劃數據體系的目的是創(chuàng)造價值——為客戶創(chuàng)造價值，為自己創(chuàng)造價值，為社會創(chuàng)造價值。應用領域包括產品創(chuàng)新、產品故障診斷與預測、工業(yè)生產線物聯網分析、工業(yè)企業(yè)供應鏈優(yōu)化和產品精準營銷等各個方面。
1.1 企業(yè)面臨的問題
1.1.1 產品及工藝特點
①產品方面：產品結構復雜，產品品種多且不固定，產品構成隨市場變化而變化。由于產品結構復雜，設計任務很重，不僅需要不斷開發(fā)新產品，而且在老產品生成過程中也有大量的變型設計任務，因此企業(yè)要求具備較強的產品開發(fā)能力，包括產品性能、材料性能、流場分析等方面的研究能力。
②工藝方面：每種產品的生產都需要經過毛坯制造、機加工、熱處理、部套裝配和整機裝配過程，但不同的產品制造工藝仍存在很大差別。
1.1.2 經營管理特點
①泵行業(yè)的客戶較多的集中在水利、化工、冶金、電力、礦山、煤炭、建材等行業(yè)， 基于這些行業(yè)的特殊性，系統(tǒng)化整體的訂貨模式比較普遍，通常有面向大型項目的總體解決方案，項目型個性化需求越來越迫切。
②由于產品銷售周期長，一些大泵產品通過項目回款的跨度甚至長達一年以上，銷售利潤難于分析。再加上產品結構和生產過程個性化程度高，特別是對于項目型的水系統(tǒng)產品，成本核算尤為復雜，難于精細化管理，通常多采用粗糙的統(tǒng)計和核算方法。
1.1.3 生產管理特點
泵行業(yè)具有通用機械行業(yè)的共性，也具有其行業(yè)個性。生產方式既包括標準產品的大批量生產，還包括單件小批的個性化生產。 在制造模式上，不僅需要支持多品種、不同批量的生產類型，還需要支持單件生產類型、庫存?zhèn)湄浭缴a及項目型個性化生產模式等。 產品生產周期長，生產周期短的達 1-2 周，生產周期長的達半年以上。同時還有很多配套設備及零件的采購工作，生產計劃難于控制，導致生產過程變動頻繁；再加上個性化要求多，生產過程個性化管理要求高，生產過程也難于控制。
據初步估計，泵銷售訂單的變更占總訂單的比例高達60～80%。訂單變更的種類大致包括：
①改需求產品的技術參數；
②增加銷售訂單中產品的數量或增加新產品；
③減少銷售訂單中產品的數量，甚至取消銷售訂單；
④銷售訂單中產品的單價或交貨期發(fā)生變化。
標準件、外購件和自制件的齊套(規(guī)格、材質、數量、交貨期和質量等)直接影響到產品總裝進度和交貨期，由于突發(fā)情況較多(如客戶急單、抽單、變更及其他情況)，裝配進度一旦由于某種原因未能按計劃執(zhí)行，就會導致現場等待和個別零件積壓占據裝配面積等情況。 如果不能有效防止并及時調整計劃，則會造成惡性循環(huán)。
1.1.4企業(yè)數據特點
隨著企業(yè)智能化數控設備的應用，工業(yè)物聯網中存在多種傳感器，存在多種通訊協(xié)議和數據格式，各種工業(yè)數據的采集和解析將比其他行業(yè)更為復雜，工業(yè)大數據的數據挖掘與可視化也要符合工業(yè)生產的具體要求，建立符合企業(yè)生產領域的優(yōu)化、運籌、決策分析模型。制造業(yè)企業(yè)需要管理的數據種類繁多，涉及到大量結構化數據和非結構化數據：
①產品數據：設計、建模、工藝、加工、測試、維護數據、產品結構、零部件配置關系、變更記錄等。
②運營數據：組織結構、業(yè)務管理、生產設備、市場營銷、質量控制、生產、采購、庫存、目標計劃、電子商務等。
③價值鏈數據：客戶、供應商、合作伙伴等。
④外部數據：經濟運行數據、行業(yè)數據、市場數據、競爭對手數據等。
隨著大規(guī)模定制和網絡協(xié)同的發(fā)展，制造業(yè)企業(yè)還需要實時從網上連接眾多用戶的業(yè)務場景數據，并通過網絡協(xié)同配置各方資源，組織生產，管理更多各類有關數據。
為了解決上述問題，梳理現有的與產品相關的所有數據：原材料數據、產品結構關系數據、圖紙名稱數據、圖紙關系數據、圖紙標題欄數據。其中，過程數據指的是：過程定義和管理、權限審批和分配、 機、電、液、傳動設計接口、標準和工藝審查、歸檔發(fā)布、打印控制。
產品BOM和工藝BOM 梳理過程中，我們引入物料的概念。指：產品、部件、零件、外購件、成品、半成品、在制品、毛坯等總稱。以產品結構為核心的實質就是設計者需要搭建產品結構樹。搭建產品結構使得設計工作量增加，因此要預先對企業(yè)歷史數據進行分類、分析、整理與批量導入產品工程管理系統(tǒng)，以備PDM設計時重用。
2.1 數據整理的要求
(1)統(tǒng)一數據文件格式
(2)統(tǒng)一數據整理模版
(3)定義概念信息模型
根據企業(yè)業(yè)務需求，定義物料類（分為產品、部件、零件外購件、企業(yè)標準件、外購標準件等類型）、物料的屬性、物料結構關系及圖紙等業(yè)務項相關屬性，該模版的格式必須為EXCEL格式文件，不同的類定義在不同的sheet中。
三、物料編碼
解決上述傳統(tǒng)制造業(yè)這些痼疾的最好方式，就是建立以工業(yè)大數據為支撐的新型信息系統(tǒng)平臺，快速響應市場用戶的需求。建立企業(yè)全局性的編碼體系也是為企業(yè)的創(chuàng)新轉型提供好數據支撐。編碼一直是企業(yè)信息化工作和標準化中的一個極其重要的工作，企業(yè)無論是要實施CAD、CAPP、PDM、ERP還是其它信息系統(tǒng)，首當其沖的問題就是如何進行信息分類和編碼。信息分類和編碼的好壞直接關系到企業(yè)信息系統(tǒng)（CAD、CAPP、PDM、ERP）所產生的物料數據能否方便快捷集成和共享，關系到數據質量（準確、完整和唯一）和系統(tǒng)運行的生命周期。
物料即是整個產品數據中涉及到的所有實體的簡稱，它描述了產品零部件等實體的基本屬性，而圖紙和文檔是對該物料的進一步詳細定義。
其一，物料中所包含的外購件、外購標準件、不出圖的型鋼和板材等均沒有圖號，要想進入計算機系統(tǒng)進行管理，必須要有標識符即編碼；
其二，物料編碼系統(tǒng)中的數據是企業(yè)信息化的數據源，既然是數據源，那就是所有數據必須帶有物料編碼；
其三，編碼也可以從PDM\CAPP或者ERP開始，為保證屆時各系統(tǒng)中所顯示的物料數據完整性、正確性和唯一性，所以修造廠的編碼體系需要整體設計，給水泵產品結構復雜，需要根據用戶實際工況條件調整產品設計，如何既有效應對客戶的需求又保持產品的穩(wěn)定性，降低設計設計反應時間，降低物料管理的復雜度，需要物料編碼體系設計站在全局進行設計
由于產品各個組成部分的齊套性直接決定了產品能否及時交付給用戶，因此，在物料編碼規(guī)則設計中需要統(tǒng)籌設計各級編碼的層級映射關系。
3.1 編碼分類的基本原則及方法
編碼的基本規(guī)則遵循一些通用原則:原子性、唯一性、高效性、字符位數短、易用性（易錄入、易辨識、易管理/控制）。
選定編碼規(guī)則必須要考慮以下問題：利于長期決策、有足夠的編碼空間、覆蓋產品生命周期、使用企業(yè)應用環(huán)境、利于數據切換的平穩(wěn)過渡、便于企業(yè)管理組織 。
3.2 物料編碼的關鍵約束
編碼是給計算機"看"的，而圖號是給人"看"的。泵制造企業(yè)的產品、工藝及訂單的特點等，決定了修造廠有其特 殊的要點與難點環(huán)節(jié)需要個性化對待。
(1)物料分類、編碼與配置
泵產品結構的復雜性給實施物料分類增加了一定的難度，有這幾個思路：
A)可以按照產品系列分類，在各系列下細分產成品、零部件、毛坯，在零部件下再分通用零部件與非通用 零部件等；
B)可以直接將產成品、半成品、毛坯等劃分為物料大類，然后在各個大類中再具 體細分中類和小類。
總之物料分類要根據企業(yè)物料的實際情況，也要考慮到將來系統(tǒng)中物料 類別授權、財務科目設置等因素。
經過前期調研發(fā)現，由于泵主要是按訂單生產，所以產品以及對應的編碼很多都是一次性的，而且隨著客戶需求的變化，很多外購零部件的編碼需要在后續(xù)不斷添加，需要安排相關部門的人員做好編碼維護工作。
所以，對于一些經常變化的物料相關信息考慮不放在編碼中，而放到配置信息中，比 如調整揚水管、連軸器的長度、電機的廠商、油漆的顏色等等。
對于產成品中零部件的材質組合信息，要視具體情況而定。有些泵產成品中材質經常發(fā)生變化的零部件通常有六七種，而且每種零部件的材質變化有三四種情況，通過排列組合，一種泵里面可能出現的零部件材質組合信息可達上千種，當然，里面有很多組合是 根本不會出現的。若將材質組合信息放入編碼，就會生成大量永遠都用不到的編碼，而且需要花費精力給它們做BOM，日后維護和二次使用困難；若將材質組合信息放入配置中，物料編碼的數量會大量減少，事先也不需要錄入大量無用的 BOM 數據，只是后期的BOM 維護有些工作量。
3.3 建立編碼規(guī)則
通過借鑒歐洲、日本優(yōu)秀的物料編碼理念，結合修造廠實際，提出以制造編碼統(tǒng)管的分層編碼體系。合同號為基礎+流水號為藍本，建立貫穿產品始終的統(tǒng)一碼---制造編碼通過制造編碼把銷售合同、產品設計、工藝、生產管理、采購、外協(xié)、質量和產品發(fā)運進行統(tǒng)一管控跟蹤管理。有了這個統(tǒng)一管控的制造編碼就可以根據合同交付日期的要求，生成產品設計完成計劃、采購計劃、零部件加工計劃、產品組裝計劃直至產品出廠計劃。
建立以制造編碼統(tǒng)管的分層編碼體系：
第一層以合同號為基礎+流水號為藍本，建立貫穿產品始終的統(tǒng)一碼---制造編碼；
第二層以產品圖號+體系分類為基礎生成零部件單品編碼；
第三層以工藝圖號+體系分類為基礎生成工藝零部件單品編碼；
第四層根據工藝BOM生成制造BOM清單編碼；
原材料、半成品、產成品、包裝材料采用可自定義級別編碼+流水號方式編碼；
基于產生式規(guī)則的動態(tài)數據如采購訂單、銷售訂單、生產訂單等數據的生成規(guī)則；
編碼唯一性、規(guī)范性；
四、物料編碼的實施與應用
4.1 歷史數據的整理
從歷史數據的類型來分有兩方面：一是物料類歷史數據，二是文檔類歷史數據。主要包括：物料屬性描述數據、物料結構關系BOM數據、圖紙名稱數據、圖紙從屬關系數據、圖紙標題欄數據、BOM標題欄數據、設計報表關系數據、工藝數據、工裝數據、倉儲管理系統(tǒng)數據等，為了保障數據的質量和規(guī)范，在數據整理時統(tǒng)一遵循以下要求：
(1)數據文件格式統(tǒng)一；
(2)數據整理模板統(tǒng)一；
(3)概念信息模型統(tǒng)一；據企業(yè)業(yè)務需求，定義物料類（可分為產品、部件、零件外購件、企業(yè)標準件、外購標準件等類型）、物料的屬性、物料結構關系及圖紙等業(yè)務項相關屬性。
(4)整理物料屬性字段統(tǒng)一；
(5)校驗物料屬性數據；
4.2 數據整理模板
(1)產品數據整理模板：
(2)工藝數據整理模板：
(3)工裝數據整理模板：
4.3 數據體系與業(yè)務對照
通過這個分層統(tǒng)管的編碼體系可以對企業(yè)的生產經營各個環(huán)節(jié)提供支持。在這些數據的支持下，我們就可以應用JIT思想，根據合同的實際交付日期拉出采購計劃、外協(xié)計劃、零部件生產計劃。及裝配發(fā)運計劃，按裝配實際需求的時間、地點、品種和數量提前配料，按時發(fā)貨，實行"配套管理"，以提高產品總裝的配套性。
4.4 數據體系應用
利用分層的編碼體系把原來耦合度過高的數據進行解耦，既保證了各類數據的獨立性，又相互銜接。通過建立產品數據BOM、工藝數據BOM；在各自數據體系里保持設計數據的穩(wěn)定性，徹底去掉重復設計勞動。通過把設計人員解放出來，讓設計人員向前端用戶和后端制造延伸，從而設計出更符合用戶需求的產品，從而能更高程度的提高原材料的利用率，有時間精力去創(chuàng)新做更有價值的事情。實現精細車間管理、合同執(zhí)行的透明化、知道任意合同的執(zhí)行狀態(tài)和產品齊套性、在新合同任務下達前就了解本廠的生產能力；精細成本核算，目的是同時核算訂單或產品的實際成本，為銷售打標時報價提供關鍵支持，成本核算能細化到按銷售合同的每一種產品下得所有零部件進行核算，甚至可以以“銷售收入-利潤=成本”控制。
五、結語
在裝備制造業(yè)發(fā)展的今天，企業(yè)往往被生產過程中如繁星般龐大的數據量淹沒，在生產制造過程中，數據體系規(guī)劃確如綱舉目張、載舟之水，與產品的全生命過程休戚相關，通過建立全覆蓋的數據體系，得益于即時數據，我們確保了機器設備的正常運轉，降低生產成本；在受惠于采集后的數據分析，我們縮短新產品從研發(fā)到上市的時間，提升生產制造能力；在數據信息的全方位支持下，我們能很好的完成生產產品的檢驗，次品的溯源，在銷售領域延伸人性化的服務。數據采集作為生產制造的基石，經過多年的發(fā)展，在保持和強化了基本功能和應用的基礎上，采集手段和應用方式更加成熟，生產制造過程中的采集能力逐漸提升，上層信息管理功能不斷擴展。
數據與信息的融合、集成，是“智能工廠”和“智能生產”的基礎，對于推動中國制造業(yè)的轉型升級具有十分重要的現實意義。
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