面向全生命周期管理的煤機設備信息分類編碼

張建中

(北京天地龍躍科技有限公司，北京 100013)

0 引言

煤機設備是現代化煤礦最為關鍵的生產工具，煤機設備種類多、使用頻次高、采購和維護成本高，且以定制化為主、管理難度大。在跨設備全生命周期(包括煤機設備設計、工業試驗、安標認證、制造、交易、物流、安裝、運行、維護、拆除、報廢等)管理的各個階段產生了大量數據，由于企業信息化建設先后的客觀因素和行業標準細則的缺乏，導致產生了大量信息孤島[1]，不能有效將全過程的設備數據在統一標準下規約，在面向智慧礦山建設時，高質量、全樣本數據支撐能力不足，無法發揮大數據、云計算等深度專業算法和技術工具的應用效果。

信息分類編碼是企業信息化管理和設備智能化應用的關鍵基礎，目前，我國信息分類編碼標準化領域主要有2個分類體系，分別是1997年發布的CIMS(Computer/contemporary Integrated Manufacturing Systems，計算機集成制造系統)信息分類編碼標準體系[2-3]和1999年發布的國家信息分類編碼標準體系[4-6]。由于煤炭開采的特殊性，煤機設備信息分類編碼研究主要分為3個方面。一是煤機制造端，信息分類編碼研究主要集中在煤機設備零件系統，具有代表性的有煤礦機械零件分類編碼系統(MJLBM-1)[7]，該系統是借鑒原機械工業部的JLBM-1系統面向煤礦機械產品生產過程而研制的，主要包括圖號編碼、零件編碼和工藝輔助編碼3個部分。二是煤礦企業運營端，側重從財務角度開展的設備資產和運維管理，為主數據管理提供支持[8]，其主要目標是系統提高設備管理過程中的工作質量和效率[9]。三是跨煤機設備全生命周期管理方向，代表性的有曹現剛等[10]采用RFID(Radio Frequency Identification,射頻識別)技術進行采煤機唯一身份識別，對設備進行大致分類并按類屬、類別、細目、型號4個部分，采用EPC(Electronic Product Code,產品電子代碼)編碼體系的GID-96進行具體的代碼編制，實現了從煤機制造端到煤礦企業運營端產業鏈各企業之間的信息交換與共享，具有較好的應用意義。

目前煤機設備信息分類編碼大多集中在某一階段，各階段未形成統一信息分類編碼標準。筆者在分析煤機設備全生命周期業務流程基礎上，提出了面向全生命周期管理的煤機設備信息分類編碼體系構建方法，可為設備采購尋源、隱患排查、故障診斷、健康評估、效能評估和安全生產態勢評價等全生命周期精準維護管理提供支撐。

1 煤機設備信息分類編碼體系構建

1.1 構建方法

從業務建模與范圍劃分、標準體系相關性分析和分類編碼技術路線3個維度進行分析：① 梳理煤機設備全生命周期業務流程，通過劃分不同的業務階段并對業務特征進行總結，形成核心的研究對象和屬性集合。② 分析國際、國家、行業和代表性企業相關標準，分析標準的適用范圍和實施方法，以建立煤機產業信息分類標準體系。③ 通過研究信息分類方法和編碼技術，根據煤機產業信息分類標準體系框架形成煤機設備信息分類編碼方案。

1.1.1 業務建模與范圍劃分

以煤機設備全生命周期業務流程為研究對象，采用UML(Unified Modeling Language，統一建模語言)和OOA(Object-Oriented Analysis，面向對象分析方法)進行建模：① 識別領域對象，建立問題域簡潔、精確和可解模型，如煤機設備、煤機制造企業、煤礦企業、安標機構、制造車間、工藝流程、生產系統、工作面等均可抽象為對象。② 識別對象的內部特征和外部關系，包括特殊結構、整體/部分結構、實例連接、消息連接等，并按業務域劃分主題，這是解決問題域的基本方法，遵循抽象原則、分類原則、聚合原則、關聯原則和消息通信原則，建立不同對象間的關系，面向對象層次劃分，如圖1所示。③ 定義用例，建立交互圖。

圖1 面向對象模型層次劃分

1.1.2 標準體系相關性分析

采用文獻分析法對煤機設備分類編碼標準進行相關性分析。在分析煤炭行業相關標準現狀基礎上，結合國家標準、煤機產業相關的其他行業標準、通用技術規范和企業管理規定的資料，抽取業務對象相關有效信息，分析相關標準的引用關系，進而構建煤機設備信息分類編碼體系框架。主要相關的信息分類包括：① 國家通用行業信息分類、信息技術標準，一般情況下企業信息化及細分領域采用的通用標準規范，是本文采用的主要分類依據。② 制造領域CIMS相關規范標準，是煤機設備生產制造端采用的標準，在現有的煤礦機械零件分類編碼系統MJLBM-1基礎上集成更新。③ 煤炭行業標準及智能化標準參考，基于礦山機械產品型號編制方法及智慧礦山、煤礦智能化相關標準[11-12]進行分類編碼。④ 國際貿易流通領域的國際物品編碼中心(GS1)分類編碼體系及國際EPC編碼體系，實現煤機設備銷售、流通領域的分類及編碼。⑤ IEC國際標準及特定工業領域的編碼體系，如OmniClass[13]、KKS編碼體系[14]等，實現在專業領域內的國際標準化參考，以便能夠對接國際標準。

1.1.3 分類編碼技術路線

分類編碼技術路線概述：① 根據業務范圍和相關標準體系，利用信息分類基本方法建立煤機設備信息分類框架。② 根據業務對象涉及的業務階段、層次建立對應的編碼技術方案，生成體系代碼表。③ 根據信息流轉關系構建不同階段、層次的編碼關聯融合方法。

分類編碼關鍵技術包括信息分類基本方法和編碼方法。

(1)信息分類基本方法。信息分類基本方法包括線分類法、面分類法和混合分類法，見表1。煤機設備全生命周期過程具有層級多、管理復雜等特點，適用混合分類法。

表1 信息分類方法對比

(2)編碼方法。目前主要的編碼方法對比見表2。

表2 編碼方法對比

煤機設備全生命周期過程不同階段的編碼體系應符合現行標準，并根據煤機供應鏈特點進行編碼標準的關聯與統一。因此本文采用GS1編碼體系作為煤機設備銷售階段編碼標準，使用GTIN實現煤機設備類別唯一標志；在GITN基礎上增加系列號,實現以EPC編碼體系的SGTIN唯一標志1臺設備；采用GTIN編碼中的“附加屬性代碼”字段關聯設備設計階段的MJLBM-1的圖號或物料代碼，借鑒OmniClass和KKS編碼進行編碼標準文件編制。

1.2 煤機設備全生命周期業務梳理與分類編碼體系設計

煤機產業鏈上游屬于典型的離散制造業態，是以產品制造為核心，下游屬于流程化煤炭開采洗選生產業態，是以資產運營為核心，下游價值鏈的創造過程是上游產業價值產出的關鍵。產業鏈上下游企業經營活動的核心要素是產品，產品是從需求、設計、制造到倉儲、銷售、運營全過程信息連接的橋梁，產品在市場流通稱之為“商品”。煤機設備商品包括成套系統、整機、部件、配件和配套服務等，而分類編碼體系的目標即實現煤機設備全生命周期過程數字化、智能化，從而帶來價值鏈最大化。

1.2.1 業務流體系

煤機設備全生命周期業務流程如圖2所示：① 橫向為產品鏈圍繞煤機制造工業數字主線進行創新管理和持續改進，從產品設計、流程規劃、安標認證、工業試驗、生產過程、制造到成熟、升級改進、衰退和退役。② 縱向為貫穿產品訂單、生產計劃、物料供應、制造、交付與分銷和客戶支持的價值鏈連接到圍繞煤礦企業資產運營的設計安裝、投產、運維、退役和報廢回收的資產鏈。

圖2 煤機設備全生命周期業務流程

目前在煤機設備全生命周期過程中，普遍采用產品生命周期管理(PLM)、輔助設計(CAX)、輔助制造(CAM)、企業資源計劃(ERP)、采購電商、集中采購、供應鏈管理(SCM)、制造執行系統(MES)、質量管理體系(QMS)、客戶關系管理(CRM)、集中銷售、銷售電商、設備信息模型(BIM)、設備資產性能管理(APM)、設備運維管理(MRO)等商用數字化軟件進行設計、管理和運維，并向MBD(Model Based Definition，基于模型的產品數字化定義)方向發展。煤機設備全生命周期管理過程的核心即數字化，信息分類定義與編碼是基石，分類編碼體系構建即從全生命周期業務流程中抽取關鍵對象，將設計數據、安標認證數據、制造數據、銷售數據、服務數據、運維數據、需求數據、計劃數據、供應數據進行分類，利用編碼方法進行對象標志并建立數據標準，從而為實現煤機設備產品鏈、資產鏈和價值鏈協同生態體系提供支撐。

1.2.2 煤機設備信息分類編碼體系

以煤機設備不同階段的業務域屬性抽象為不同的分類標志項，從而構建面向全生命周期管理的煤機設備信息分類編碼體系，如圖3所示。

圖3 面向全生命周期管理的煤機設備信息分類編碼體系

對不同類型煤機設備進行劃分，建立煤機設備產品分類框架，用于標志某類設備，如圖4所示。從零級類目到三級類目采用線分類法構建，三級類目至四級類目采用面分類法構建。

圖4 煤機設備產品分類框架

采用隸屬分類和屬性分類相結合方式確定煤機設備唯一標志代碼結構，用于標志單臺設備，如圖5所示。

圖5 煤機設備唯一標志代碼結構

2 煤機設備信息分類編碼體系應用案例

2.1 案例概況

以某大型煤機制造企業為例，煤機設備遠程運維服務平臺[15]前端為面向煤機設備B2B電子商務門戶，后端為商品管理系統、供應商管理系統、倉儲管理系統和客戶關系管理系統等。為實現平臺的標準化構架、規范化集成和面向設備智能化運維目標，應用本文構建的煤機設備信息分類編碼體系，對煤機設備遠程運維平臺涉及的全生命周期業務信息進行對象抽取與集成。

2.2 應用流程

(1)通過電子商務門戶集中展示和銷售集團企業各單位煤機設備產品、部件、配件和服務，實現產品和服務的統一編碼和標準化服務。

(2)通過云端倉儲管理系統實現各單位PLM，ERP系統數據互聯互通，采用MJLBM-1為標準編制設備圖號，采用EPC編碼標準實現設計、安標、試驗和制造等過程的產品標志代碼標準化，通過GS1結構的廠商識別代碼和產品標志與電子商務門戶的編碼進行集成。

(3)對售出設備、部件和配件進行全生命周期信息跟蹤，采用SGTIN-96編碼實現對單臺設備的代碼標志，采用鐳射二維碼、RFID標簽等載體與物理設備關聯，通過傳感器、物聯網網關對設備數據進行采集并傳輸至煤機設備遠程運維服務平臺。

(4)利用設備分類體系與唯一標志，對設備運行工況、故障代碼、健康指數、生產廠商、物流廠商、設計信息、裝配信息、安標信息等全生命周期信息追溯，并定制智能化分析應用。

2.3 關鍵技術

2.3.1 煤機設備產品分類編碼與產品編碼

(1)煤機設備產品分類編碼。煤機設備產品分類編碼與中國物品編碼中心下發的廠商識別代碼進行統一編制備案，GS1系統提供相關服務，以便實現全球范圍內任意POS機掃描就能識別產品信息功能。采用線分類法，將編碼結構分為大類、中類、小類3層，每層均采用2位十進制阿拉伯數字編碼。經過與案例企業下屬多家設備廠反復研討，形成煤機設備產品分類編碼，見表3。

表3 煤機設備產品分類編碼

(2)煤機設備產品編碼。煤機設備產品編碼包括零售編碼、儲運包裝編碼和物流單元編碼等內容，由產品標志代碼和附加屬性代碼組成，即由GTIN(必選)和系列號、批號、生產日期、有效期等(可選)組成。

某企業為某類煤機設備分配的產品編碼如圖6所示。其中，有效期為2016年12月(不指明具體日期則用00表示)，附加產品標志代碼采用產成品物料代碼或設計圖號代碼等，用來與設計、制造過程數據關聯。

圖6 煤機設備產品編碼

2.3.2 煤機設備編碼

單臺煤機設備編碼采用混合分類法，即按對象抽取屬性(如系統、整機、部件、配件、尺寸、型號、顏色等)，建立屬性編碼字典，在創建對象時選取字典編碼作為分類或檢索關鍵字，以此生成對象類別代碼。采用EPC編碼體系中的SGTIN-96進行編碼，通過條碼、二維碼、RFID等載體與GS1管理體系下的全球實體標記語言(Physical Markup Language，PML)文檔數據庫、對象名解析服務(Object Name Service，ONS)對接，能實現全球范圍內的互連互查，對售出設備、部件或配件進行全生命周期追溯。通過GTIN與SGTIN的轉換實現貿易體系與物理對象的關聯，從而兼容目前全球GS1運行體系。

例如1臺刮板輸送機的SGTIN-96編碼為30.7800190.000050.000000110，其中30是版本號，7800190是域名管理碼，均由EPC組織決定，而對象類別000050和系列號000000110是由產品所屬企業根據管理要求決定。為了能夠被ONS識別并定位，需將SGTIN-96編碼轉換為統一資源標志符(Uniform Resource Identifier，URI)。SGTIN-96編碼轉換為二進制后表示為0011 0000 0111 10 00 0000 0000 0001 1001 00 00 0000 0000 0000 0000 0101 00 00 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0001 0000，URI地址為urn:epc:id:sgtin:100.20.272。

2.4 應用效果分析

從頂層設計梳理和明確了集團企業對執行統一煤機設備信息分類編碼體系的工作思路和架構模式，主要解決的問題及待改進的方向如下。

(1)通過產品分類編碼和產品編碼為貿易階段和設計、制造、運維階段建立了信息鏈接橋梁，案例實踐表明具備一定可行性，一定程度上解決了煤機設備信息分類和編碼混亂、規范性差和信息共享難等問題，并且與全球GS1系統實現了體系兼容，拓寬了煤炭行業相關產品和技術的流通領域，獲得更大商機，但從管理規范和機制上需要強有力的推行，以便進一步細化標準和執行細則。

(2)采用EPC編碼體系實現了唯一標志單臺設備，SGTIN-96較為復雜，但包含信息量大，并且與現有GS1體系兼容，可利用軟件工具進行互相轉換。經實踐發現存在設備廠家對物理標簽的加工安裝不夠積極、管理水平低等問題，亟需探尋一種商業模式助推該體系的實施。

(3)分類編碼體系建立了不同階段數據抽取的脈絡和方式，但這些數據具備資產屬性，尤其是設備設計數據往往是企業的核心機密，需建立一種數據加密和脫敏處理機制，并在智能化應用框架下構建數據交易市場，從而保障在共享煤機設備全生命周期業務流程涉及的各方利益。

3 結語

從煤機設備全生命周期業務流程產品鏈、資產鏈和價值鏈運作模式出發，結合現有國際、國家、煤炭行業和相關領域的信息分類和編碼標準，采用UML和OOA，提出了一種面向全生命周期管理的煤機設備信息分類編碼體系。采用GS1編碼、EPC編碼和MJLBM-1編碼融合方法，能夠實現煤機設備全生命周期不同階段的編碼信息融合，從而唯一標志單臺設備。煤機設備信息分類編碼體系的實施與推廣尚需結合企業管理組織體系的配合，從而推動煤機設備行業邁向標準化、全球化發展階段。