基于信息資源管理的制造企業數據集成規劃的研究

撰文/沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司 魯玉峰 李丹 王碩

基于信息資源管理的制造企業數據集成規劃的研究

撰文/沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司 魯玉峰 李丹 王碩

從某制造企業信息資源管理對數據集成內容要求的總體角度出發，研究了多信息系統環境下，復雜產品制造企業數據集成實現過程中面臨的問題及對數據集成規劃需求的迫切性，提出了制造企業數據集成規劃總體內容、數據交互信息模型、制造數據信息模型和企業數據服務管理平臺構建要求等，并給出了企業數據集成規劃的實施示例。

一、引言

企業的信息化歷程是一個逐步發展和不斷完善的過程。近年來，隨著航空制造企業中各個業務處理信息系統的深入應用和業務數據處理量的增長，航空制造企業信息化正面對著如何實現企業全局信息的統一整合、利用和協同等問題的挑戰，尤其是大數據技術和智能制造的發展對我國航空發動機產品制造企業的數據集成規劃提出了更高的要求。

數據集成是指把不同來源、不同格式和具有各自特點的數據在邏輯上或物理上有機地集中，從而為整個企業所有業務應用系統提供全面的數據共享。數據集成是應用集成和功能集成的基礎，也是企業信息資源開發與利用的重要條件。航空發動機產品制造過程復雜、數據管理復雜和系統間關聯性復雜等特點，使企業數據集成歷程中面臨著越來越多的異構信息系統構建，越來越嚴重的數據不一致性，以及越來越復雜的系統接口關系等技術與管理問題的挑戰。本文基于某制造企業（下稱某企業）航空發動機復雜產品制造數據集成的實施歷程，從信息資源利用與開發角度出發，研究制造企業數據集成規劃的必要性和方法，探討了用戶數據視圖管理模型、BOM數據關聯信息模型、系統數據交互信息模型及企業數據服務管理平臺等規劃內容和示例，希望能為航空發動機及復雜產品制造行業的數據集成規劃與實施提供借鑒。

二、企業數據集成規劃必要性

近年來，某企業在不斷推進PDM（產品數據管理）、ERP（企業資源計劃）、MES（制造執行系統）、TDM（試驗數據管理）及MRO（維修與保障）等各業務應用系統的信息集成，例如企業內PDM、ERP和MES三大應用系統間信息集成和各業務系統與人力資源系統實現人員信息集成等。基于諾蘭模型的企業信息化現狀分析，現企業信息化處于控制轉向集成的關鍵轉折階段，并將逐漸向成熟期發展，由數據運營向運營數據轉化，邁向智能化企業，如圖1所示。

圖1 某企業基于諾蘭模型下的兩化融合發展過程與方向

云計算、大數據、物聯網和移動互聯等新一代信息技術推進了工業變革，新一輪工業革命的核心是智能制造。企業數字化、網絡化和信息化是實現智能制造的支撐環境，而信息集成和數據管理則是企業走向智能制造的必由之路和重要基礎，如圖2所示。

圖2 企業智能制造的支撐環境與基礎條件

某企業數據集成工作取得了一定的進展和成果，但其進程緩慢與管理困難，并已成為企業信息化深入的瓶頸問題。作為應用集成和功能集成的基礎條件的“數據集成”的缺失，阻礙了我國信息資源規劃的發展。企業數據集成的實施要有一個統籌和長效機制的保障，需要企業全局數據集成規劃藍圖的引領和支撐。數據集成作為企業信息資源管理的重要基礎，其系統工程方法的研究和頂層規劃已成為企業的迫切需求。

三、企業數據集成面臨的問題

企業各業務應用信息系統的業務域、數據表達、系統框架和軟件開發技術等都有所差異，數據集成實現的集成模式、接口技術和交互格式等不統一，使企業數據集成面臨著在數據、接口和系統不同層面問題的挑戰。

1.數據表達的集成間隙問題

（1）數據結構間隙：如企業各業務處理系統之間BOM數據表達不統一和不關聯，使數據集成出現數據結構間隙，信息系統間無法實現基于BOM的業務數據直接轉接和共享。

（2）數據語義間隙：企業各業務處理系統之間共享數據名稱不一致或編碼不統一，如不同系統的產品屬性批號、批次、批次號為同一數據內容的不同名稱，使數據集成出現語義間隙，信息無法直接對接和傳遞。

（3）數據邏輯間隙：企業各業務處理系統之間集成信息邏輯不統一，如物料追溯信息定義存在爐批號、序列號不唯一性，使數據集成出現信息關聯邏輯間隙，信息發生邏輯錯位和無法傳遞。

2.數據集成過程管理問題

（1）數據集成接口方法與技術的不統一問題：系統集成數據接入方法的采用可能會因開發人員能力、軟件系統結構及項目合同管理等不同而存在差異，這種數據集成接入方法不統一和不確定性將使企業數據集成的接口技術管理和維護愈加困難。

（2）接口數據管理缺失問題：伴隨著企業信息系統應用增加和數據集成的增多，系統接口數據量愈來愈大、數據流信息越來越復雜，使企業集成數據管理和維護愈加困難。

3.信息系統的“自由發展”問題

（1）以業務需求為主導的企業信息系統“自由發展”導致企業各業務系統數據集成的兼容性和可擴展性受到挑戰，部分系統不能滿足企業數據集成的整體要求。

（2）各業務信息系統在企業全局數據管理內容上存在重疊、空缺或數據交互界定不清等問題，如產品制造質量數據在質量系統、MES系統和制造數據歸檔系統的分布與共享如何統籌問題。

四、企業數據集成規劃的總體思路

20世紀90年代米歇（Mische）在諾蘭模型基礎上提出：作為前后兩個階段的集成與數據管理其實是不可分割的，集成階段的實質和主要特征恰恰就是以數據集成為核心的數據管理，信息系統的整合和數據的管理合為一體。企業信息系統數據集成的過程不能只孤立的關注于某一局部或某一層面的數據集成，影響制造企業數據集成實施的因素是多方面的，包含集成數據對象的表達、數據交互的集成方法、系統構建的可集成性及企業數據服務的可管理性等，而且它們之間是相互關聯和作用的。從企業集成數據表達可交換性角度，不僅要有用戶數據視圖（表單、報表格式等）的規范化，還需要對企業全局數據及組織模型規范定義；從企業數據集成過程可管理性角度，既要規范企業數據集成實現方法或技術應用，又要實現對系統接口數據的統籌管理；從信息系統可集成性角度，不只是實現當前業務數據集成需求，還要考慮數據集成內容的未來整合、重用、拓展和運維管理；從企業信息資源管理實施角度，既要制定數據集成規范和管理流程，又需要數據服務管理技術支撐其實現。

企業數據集成規劃總體思路是：基于企業信息資源管理需求總體框架，以企業數據有效共享和管理為核心，對集成實現與數據管理一體化規劃，明確企業數據需求和規范定義、數據集成接口管理要求和系統集成框架技術要求等，并構建企業數據服務管理平臺，支撐企業數據集成信息化進程。基于信息資源管理的企業數據集成規劃內容主要體現在四個方面。

（1）數據管理規劃：解決企業數據應用需求和表達的管理問題。

（2）集成過程管理：解決數據集成實施運維與接口數據管理問題。

（3）系統體系結構要求：解決信息系統數據模型穩定性和可集成性問題。

（4）數據服務管理平臺：解決企業全局數據管理和數據服務落地的問題。

其中企業數據集成對信息系統體系結構要求的總體內容是：以基于服務的信息訪問為導向，構建松耦合的企業信息系統集成架構模式，提高企業信息系統集成的可維護性、靈活性和可擴展性。系統體系結構基本要求是具有包括用戶界面層、業務邏輯層和數據存儲層等多層體系結構設計，并數據存儲層采用數據持久化技術實現。本文以下側重探討數據管理規劃、集成過程管理和數據服務管理平臺內容。

五、企業數據集成規劃主要內容與示例

1.數據管理規劃

（1）數據管理規劃內容。

美國著名數據管理專家威廉·德雷爾名言是：沒有卓有成效的數據管理，就沒有成功高效的數據處理，更建立不起來整個企業的計算機信息系統。數據管理規劃是基于企業業務數據全面分析和整理歸納，形成企業頂層數據管理總體需求和信息系統遵循的規范化數據定義，有效保障企業數據的完整性、一致性和規范性，為后續的數據集成提供重要前提條件。數據管理規劃實施內容有以下幾方面。

①面向業務主題的數據管理范圍與粒度大綱確定。

②用戶視圖（如表單類數據）應用分析與分類定義。

③全局數據價值性、正確性、完整性和一致性審定。

④數據元、分類編碼和數據模型的規范化定義。

⑤數據定義、生成、存儲、應用和維護方法與制度的建立。

（2）企業數據視圖管理模型與示例。

企業數據視圖管理是將企業不同層面、不同業務域和不同形式的數據內容（用戶數據視圖、數據元素、全局數據、數據映射和數據源等）進行有機關聯和全局統一性管理。企業數據視圖管理模型是企業數據視圖管理的邏輯關系總體表達，是企業實施數據管理規劃的重要內容之一。圖3所示為企業數據視圖管理模型，其中企業數據定義映射關系如圖4所示。

圖3 企業數據試圖管理模型

圖4 企業數據定義映射關系示例

（3）BOM數據關聯信息模型與示例。

航空發動機產品結構和全生命周期管理過程的復雜性，再加之信息化對BOM數據的正確性、一致性和完整性的要求，又注定了BOM是一個難點問題。BOM是發動機產品數據管理的組織核心，也是實現企業數據集成貫通的橋梁。BOM信息伴隨著企業產品制造過程在產生、傳遞和演變，如圖5所示。BOM數據關聯信息模型是基于BOM對企業制造過程中各業務數據有機組織及不同業務BOM有機關聯的邏輯定義，是實現企業信息集成的關鍵核心。圖6為企業制造實物BOM數據與產品工藝BOM數據關聯信息模型定義的示例。

2.集成過程管理

（1）集成過程管理內容。

數據集成過程管理是對企業已規劃數據的集成過程規范管理，即對企業數據集成總體方案要求內容的規范管理，以提高企業數據集成運維與接口數據管理的能力。數據集成過程管理內容要求有以下幾點。

①數據集成業務分析：明確集成業務范圍、數據接口平臺、系統接口網路關系。

②集成信息模型定義：明確系統之間數據集成接口信息關系。

③數據接入方法規范：企業數據集成接口方法與模式的統一管理。

④數據接口信息管理：實現集成過程管理內容的信息管控。

（2）系統集成信息模型與示例。

以某企業ERP系統和MES系統數據集成為例，說明系統集成信息模型定義的要求內容。

在明確數據集成業務范圍、數據接口平臺（數據庫接口表、訪問用戶及權限等）和接口網路關系的基礎上，形成ERP與MES集成信息模型。圖7為ERP與MES之間集成業務模型，圖8為ERP與MES之間集成信息模型。在ERP與MES的數據集成接口中，需要ERP向MES傳送制造工單和庫存信息，需要MES向ERP反饋投料信息、報廢信息和完工信息等。

圖5 產品生命周期BOM演變過程示例

圖6 BOM數據關聯信息模型示例

圖7 ERP與MES集成業務模型示例

圖8 ERP與MES集成信息模型示例

（3）接入方法規范管理。

企業數據集成過程中可采用的實現方法或技術具有多樣化選擇。例如，數據集成接口方法有數據庫表、中間表或視圖、存儲過程、Web Service和XML文件等接入方式，并各有適合環境條件和特點。數據集成過程有的采用是單一方法，如基于數據庫連接的中間表方式，有的則是采用復合方式，如基于ESB（企業服務總線）以調用Web service傳遞XML文件的交互數據方式。企業數據集成過程方法或技術多樣化給企業數據集成運維和管理帶來較大困難。

在保障已有系統運行的基礎上，考慮企業信息集成全局效能、管理和未來發展要求等，企業制定了數據接入方式和模式規范管理內容，對其管理總體要求有兩點。

①信息系統之間數據交互采用數據接口程序調用方式（存儲過程、Web Service等接口程序的調用）；若系統數據庫表數據量大，且采用數據接口程序調用方式進行數據查詢和讀寫效率明顯受限，可采用直接連接數據表或其它有效方式；對于非結構化數據（如工藝規程、質量報告和圖像文件等），采用文件傳輸方式交互。

② 企業內信息系統數據集成時，要優先采用基于ESB的數據接入模式；避免對大文件、大數據量的信息以企業服務總線的形式傳輸，以免占用過多的網絡帶寬。

（4）數據接口信息管理。

系統接口信息管理是對數據集成過程管理內容的信息實現管控，降低企業數據集成接口管理的復雜性，提高企業數據開發與利用效率。數據集成接口信息管理主要包括三方面要求：系統接口總圖、系統接口識別表和集成接口管理。

①系統接口總圖：企業各業務域信息系統之間接口數據關聯流圖。

②系統接口識別表：即系統接口總圖的具體屬性信息表，包含系統接口主題、接口程序、接口表或視圖定義、接口數據屬性、接口責任劃分、接口方法及狀態等數據接口說明信息。

③集成接口管理是對企業數據集成接口申請、變更和故障處理的管理，以確保對企業信息系統集成接口正確使用和運維。

3.數據服務管理平臺

數據服務管理平臺是解決企業全局數據管理和數據服務落地的問題。通過數據服務管理平臺為企業共享數據規范使用、數據集成過程管理、信息資源開發利用和系統運維提供數據服務和管理支持。企業數據服務管理平臺構建的思路是：從企業信息資源管理和智能制造發展的需求出發，以元數據管理技術為平臺支撐框架，既要解決目前企業數據管理急需內容（如數據規范、信息共享和系統運維），又要滿足企業智能制造發展的需求，逐步推進企業數據服務管理內容。數據服務管理主要開展工作內容有四項。

① 實現基于企業信息資源管理的企業全局制造數據管理，包含企業制造數據管理規劃大綱、面向業務應用的用戶數據視圖、全局制造數據統一規范、數據分析需求等，為公司信息資源集成和大數據戰略提供元數據管理基礎。

② 實現對企業信息系統數據字典的管理，包含企業主要信息系統的數據庫/表/屬性基礎信息管理，提高公司信息系統運維開發能力和效率。

③ 實現對企業主要信息系統集成接口數據及關聯流圖的管理，降低企業數據集成接口管理的復雜性，提高企業數據共享利用的開發與應用效率。

④ 形成企業元數據管理模型定義和平臺化管理。

企業數據服務管理平臺主要包含元數據模型管理、數據規范管理、數據字典管理、數據地圖管理等數據服務功能模塊，如圖9所示。

圖9 企業數據服務管理平臺框架示例

六、結語

智能制造是中國制造企業新的發展戰略目標，但其需要一個逐步發展的過程來實現。企業信息化基點不同，所唱的調不同，但其本質基本一致，既提高兩化融合效能和占領先進制造體系制高點。

從信息化角度，企業生產活動的本質就是一個數據采集、傳遞和加工處理的過程，形成的產品可被視為“數據”物化的表現。“三分技術、七分管理、十二分數據”是企業實施信息化箴言。某企業信息化進程發展到了集成和數據管理的關鍵階段，推進過程中面臨一些難點、挑戰和困惑。本文作者老調“新”談，是從基于企業信息資源管理的集成與數據管理統一協同的視角來討論企業數據集成問題，并根據實踐給出部分示例。企業基于信息資源管理的數據集成規劃與實施還有許多挑戰，且我們還在不斷探索，在此愿與同仁交流，共同推進我國制造企業兩化融合的深入。