材料數據應用于工程生命周期一體化的研究

劉源

(四川電力設計咨詢有限責任公司，四川 成都 610000)

0 引言

工程項目管理的理想境界是按照工程總進度計劃安排，做到人員、機具和材料科學合理匹配，達到縮短工期、保證質量和降低成本的目的。但是在工程項目(特別是海外項目)的實際執行過程中很難達到這種理想的狀態。一個工程項目的大型機具由于進出場費用較高，一般安排一次性進出場。特別對海外項目而言，由于簽證、機票等原因，動員進場后，一般要等到相對應的工作面完成后才能離場；而設備材料的到場則需要較長一段時期，是一個分階段、分批次持續進行的過程。項目經理對于現場的大型機具和人員情況的掌握相對容易和清楚。但是材料數量龐大、型號規格繁多、到場批次多，經常不能準確掌握，因此現場(特別是海外現場)經常會出現“有工無料，有料無工”的矛盾情況。

一個項目的材料(本文是對大宗材料與設備的統稱)所處的狀態，通常包括已經訂貨、在運輸途中、待交貨；所需材料的到場時間及其數量；已經接收材料的數量、存放位置、發放數量和發放對象；設計變更引發的材料采購變化，包括短缺和多余的材料，以及能否退貨等。作為一個現場的組織者只有對這些情況快速而準確地掌握，才能及時做出合理安排和協調。而常規的材料管理手段，這些信息都是分散、零碎地掌握在材料計劃、采購、物流和庫管人員手里。因此，現代工程項目管理，特別是針對海外總承包項目的實際需求，亟須建立一個統一的企業級的標準化的設備材料信息系統，同時引入二維碼技術對材料的全過程進行跟蹤管理，并構建一套完整的材料數據一體化管理體系，實現現場物資材料的有序管理。

通過材料主數據標準化、數字化管理，實現材料數據在工程設計、采購、物流、施工現場業務過程中的一體化貫穿，解決一次性錄入、數據同源、數據在多個業務過程的應用和共享問題，實現業務崗位或/和供應鏈協同，減少材料差錯和缺失，減少大量材料數據錄入和核對等重復工作，加快材料數據變化的響應和執行，實現工程生命周期內材料數據的一體化，這已經成為工程建設方或承包方要研究的重要方面。本文總結筆者的研究成果，力求給出材料數據生命周期一體化解決方案，同時給出示例，證明利用信息技術建立材料數據生命周期一體化軟件平臺并應用于工程項目建設，可以確保工程總承包項目高效率、高質量、低成本和短周期地順利完成。

當前階段，工程建設行業已經應用了一些具有一體化理念的材料解決方案和軟件平臺，但在一些關鍵環節的處理上仍存在一些問題和缺陷，致使一體化不夠充分，效果受限。比如，材料編碼的標準化與一體化欠缺，材料主數據庫不夠完善，設計材料表與采購、物流和施工階段相脫節，現場利用材料數據的程度低，等等。而且軟件平臺基本被國外公司壟斷，需要固化國外工程建設的業務流程。針對這些問題，筆者總結、研究并形成了具有國內建設特點的材料數據生命周期一體化解決方案，對一些關鍵要素提出了解決措施，經編制的軟件系統在工程項目中進行應用，取得了良好的效果。

1 材料數據生命周期一體化解決方案

1.1 解決方案構架

本文總結、研究并形成的材料數據生命周期一體化解決方案構架見圖1。

1.2 解決方案說明

(1)工程主數據管理系統和工程主數據庫。實現一體化的基礎是源頭數據的標準化與數字化管理，形成工程主數據，并支持和貫穿工程設計、采購、物流、施工現場業務的全過程。只有這樣，才能確保數據同源，以及一致性、統一性、共享性和連貫性，才能確保實現生命周期一體化。為此，應建立工程主數據管理系統和工程主數據庫，進而建立和管理各種工程主數據。

(2)工程主數據標準。建立工程主數據管理系統和工程主數據庫的基礎是工程主數據標準，組織和管理工程主數據的核心是材料編碼與工廠標識碼，編碼屬性、編碼規則和編碼也是工程主數據內容之一。為此，要研究、梳理和建立良好的材料編碼與工廠標識碼標準以及相關的工程主數據標準，為建立工程主數據庫打下基礎。

(3)工程主數據管理系統與設計系統的集成。通過這兩類系統的集成，將標準化的工程主數據推送到設計系統并應用，不但可解決數據同源，而且可支撐設計系統的數字化與智能化，使其自動產生標準化和數字化的材料表與設備表(不能通過系統集成自動產生時，可在工程主數據管理系統中在線創建或處理)。再將這些材料表與設備表推送到工程主數據管理系統進行處理和加工，使其滿足后續采購、物流、施工現場及項目管理的需要，并將其也作為一種工程主數據進行統一管理，從而保證更好地支撐后續業務的一體化。

(4)工程主數據管理系統和材料控制與采購管理系統的集成。通過這兩類系統的集成，將標準化與數字化的材料表與設備表、供應商、項目與企業組織等主數據推送到材料控制與采購管理系統，作為采購、物流和現場材料管理的唯一基礎，確保數據同源與工程生命周期內的傳遞與共享。

圖1 材料數據生命周期一體化解決方案構架圖

(5)材料控制與采購管理系統。系統以接收到的標準化的有唯一編碼標識的材料表與設備表等主數據為基礎，逐步進行請購管理、采購管理(詢價、報價、采買、訂單等)、物流管理(催交、檢驗、監造、運輸等)、現場材料管理(材料接收、入庫、配料、領料、代用、預留、材料發放、出庫、庫存、退庫、移庫、缺損等)，支撐支付款、費用控制和項目管理，材料數據貫穿全過程。通過材料表與設備表的變更管理，驅動請購、詢價、訂單的版本管理(或者補充訂單)，實現材料生命周期的變化管理。以訂單數據為基礎，支撐物流管理與材料接收和入庫。以材料表與入庫數據為基礎，支撐現場材料管理，在此過程中逐步形成材料業務數據庫，并利用二維碼技術實現材料管理的自動化和精確化，利用主數據和業務數據共享及固化的業務流程，實現工程建設上下游、業務崗位、產業鏈之間的協同。通過進一步的系統集成與電子交付，為開車管理及工廠運營階段的運維管理持續提供一體化服務。

(6)可將上述工程主數據標準、工程主數據管理系統和工程主數據庫、工程主數據管理系統與設計系統、材料控制與采購管理系統的集成以及材料控制與采購管理系統等構成的協同一體化的系統稱為材料生命周期一體化平臺。平臺中各系統協調一致發揮作用，實現材料數據在工程生命周期內的一體化，確保材料數據同源、傳遞、共享、一致、唯一，從而促進工程總承包項目高效率、高質量和低成本。

2 材料生命周期一體化關鍵要素

2.1 工程主數據及工程主數據管理系統和工程主數據庫

建立哪些工程主數據和工程主數據庫？工程主數據管理系統如何管理和推送工程主數據，才能更好地支撐材料生命周期管理？哪些應用系統可共享應用工程主數據，以解決數據同源問題？目前，工程建設行業對于上述這些問題的探討和研究深度不夠，造成了基礎不扎實，從而影響材料數據生命周期一體化進程。為此，筆者進行了較為深入的研究，給出的思路見圖2，可滿足一定范圍內材料數據生命周期一體化的需要。

2.2 工程主數據標準

大多數企業沒有建立起工程主數據庫及管理系統的主要原因除了上述要素外，還有就是沒有建立工程主數據標準或者建立得不夠完備。比如，沒有建立材料分類與編碼規則標準，無法建立材料編碼庫，導致材料主數據庫無法組織；由于材料標準眾多和繁雜，研究和梳理不夠深入，無法建立起編碼屬性與編碼規則主數據庫、規格或物理主數據等。為此，重視建立或者梳理工程主數據標準，使其標準化和體系化，特別是制定材料編碼標準與工廠標識碼標準勢在必行。

圖2 工程主數據、工程主數據庫與工程主數據管理系統概念構架

2.3 材料表與設備表

材料表與設備表(包括零件表、部件表、桿構件表等)作為材料管理的基礎和請購、采購、物流與現場階段的工程主數據，其標準化、規范化與細化程度對材料生命周期管理的水平和效果影響很大，要切實解決好以下問題：

(1)種類、內容、格式的標準化與規范化。為了后續業務方便處理與共享，需統一格式與表達，每項材料或設備需要帶有唯一的編碼，材料描述的深度要滿足請購、采購、物流和現場材料管理的實際需要。

(2)施工工作包材料表的標準化與細化。原來的設計規定與習慣是將施工工作包材料表放在設計圖上，不作為設計成品文件單獨輸出為電子文件，致使配料沒有科學依據或不方便。為此，需要改變設計規定和習慣，將施工工作包材料表作為設計成品文件，并輸出為電子文件且裝入材料管理系統，作為配料依據，從而增強材料控制能力。

2.4 材料控制與采購管理一體化關鍵業務流程

目前，工程建設行業大部分材料控制與采購管理軟件一體化化程度較低。筆者參考國際先進的解決方案并考慮國內特色，總結、研究出一種材料控制與采購管理一體化關鍵業務流程，見圖3。

2.5 設備零部件表處理

零部件表包括零部件表、備品備件表、桿構件表等。為了支持裝箱、運輸、材料接收、入庫、配料、領料、庫存等業務的自動化與標準化，需要將設備或者框塔架按零部件進行管理，這就需要對設備的零部件表以及零部件表與設備的關聯進行有效的管理。

2.6 材料編碼與工廠標識碼的應用

工程建設行業中廣泛存在一種認識，只要材料管理系統支持編碼，無論是設備還是大宗材料都需要編制一個材料編碼并應用于軟件系統，才能很好地解決材料生命周期管理一體化的問題。這個認識是否對，值得探討。筆者通過深入研究，得出以下結論：對設備(包括零部件)不一定需要編制材料編碼，可以將工廠標識碼直接用于材料生命周期管理過程中。對材料編碼與工廠標識碼在材料生命周期一體化過程中的應用分析如下：

圖3 材料控制與采購管理一體化關鍵業務流程

(1)實際上，工程材料有兩種形態(相對而言)，一種是大宗材料，另一種是設備(包括零部件，可以將建構筑物、儀電的柜子等都作為設備來處理)。

(2)大宗材料由于沒有工廠標識碼，就需要編制材料編碼。材料編碼又分為CC碼(CC：Commodity Code，商品類別編碼或材料類別編碼，按類唯一)和ID碼(ID：Identification Code，也稱Part Number，材料標識碼，按物唯一)。

(3)設備(包括零部件)本身存在工廠標識碼(電力行業稱為“KKS”，用于表示其在工廠中的位置和設備類型，石化行業稱為設備位號、管線編號、建構筑物編號等)。下面將設備分為非標設備和標準設備對這個編碼是否可以用于材料管理的全過程進行分析：

1)對于非標設備而言，在設計時，每臺設備(包括零部件)就編制了一個KKS，用于標識該設備。無論其用于材料管理還是進行工廠標識，已經是唯一的。既然是唯一的，就可將KKS當作ID碼用于材料管理過程，即ID=KKS的方案，就不需要對設備再編制CC碼與ID碼了。實際上非標設備每個都不同，即使編制ID碼，也沒有共性，只能出現一臺設備就編制一個ID碼。但由于KKS的分類比較簡單，如果這個分類還不能滿足材料管理和采購打包需要，可對設備編制CC碼來進行分類，應用時，將CC與KKS關聯并連接，生成一個ID碼應用,即ID=CC+KKS的方案。

2)對于標準設備而言(相對性)，在設計時，每臺設備(包括零部件)也編制了一個KKS，用于標識該設備。但這個KKS不能滿足材料管理與采購需要，比如，10個不同KKS的溫度儀可能材料與規格型號是完全一樣的，再進行材料管理與采購時就得按一個對象來對待。為此，這類設備就需要編制ID碼。實際上，設計提交的帶有KKS的設備表是不能滿足后續材料管理與采購管理需求的，需要處理成采購用的材料表，也就是將同類同種的設備進行歸類合并，并賦予唯一的材料標識編碼(ID碼)。同時，可將具有同樣ID的設備按KKS的列表進行單獨存儲管理和關聯管理(可稱為標準件表，是設備表的子集)，方便物流與現場施工管理。實際上，后續就與設備的零部件表一樣處理。可稱這個過程為KKS與ID碼的關聯。這樣在后續材料管理過程中既可使用ID碼，也可使用KKS。

上述方案，既滿足了不同業務的需求，也梳理清楚了材料編碼與工廠標識碼在材料數據生命周期一體化管理中的作用和關系。同時，也縮小了材料編碼范圍，降低了難度，且更好地解決了材料在生命周期中的唯一性標識問題。

2.7 二維碼技術的應用

二維碼打印與識別技術的應用，可提高裝箱、運輸、材料接收、入庫、盤庫、出庫等業務的自動化和工作效率。將材料編碼、工廠標識碼、箱單編號等打印出二維碼粘貼在設備或材料上，既可標識材料、設備或箱件，也可通過掃描設備(PDA或智能手機)掃描，并采集材料編碼推送到材料管理系統，實現材料的清點與跟蹤，真正實現“賬、卡、物”相符。

3 示例軟件功能構架

筆者依據上述材料生命周期一體化解決方案，并對關鍵要素進行重點的研究與處理，編制了材料全生命周期管理系統(MLCMS)，包括工程主數據管理系統(MRDMS)和材料控制與采購管理系統(MCPMS)，這兩個系統無縫集成。同時，建立了材料編碼規則和編碼庫、工程數據庫，實現了與眾多設計軟件的集成，已經應用于十余家企業，取得了良好的社會效益和經濟效益。

(1)MRDMS包括了編碼體系管理、系統管理、材料編碼管理、工廠標識碼管理、管道等級庫管理、鋼結構等級庫管理、電纜橋架等級庫管理、編碼應用管理(材料表(BOM)管理、施工工作包材料表管理、設備表管理、閥門規格書管理、PDMS接口、PDS接口、SP3D接口、COMOS接口)等功能模塊。MRDMS的功能構架見圖4。

(2)MCPMS包括了項目基礎信息、材料表(BOM)、請購、供應商、采購、物流、現場、報表等功能模塊。MCPMS的功能構架見圖5。

圖5 MCPMS的功能構架圖

4 結語

作為一種探索，上述材料數據生命周期一體化解決方案和關鍵要素已經過編制的軟件系統應用驗證。它是一個良好的、可行的方案，可較好地實現材料數據在工程生命周期的一體化，產生較大的經濟效益和社會效益，對實現工程建設材料集約化管理、推動工程建設企業的科技進步，特別是加快工程建設企業數字化與智能化進程、實現工程建設產業鏈協同都具有重要意義和作用。