大型船舶企業(yè)中心數(shù)據(jù)庫設(shè)計和構(gòu)建

程慶和， 謝子明， 陳凌宙， 唐詩淵， 郭 俊

(1.滬東中華造船(集團)有限公司，上海 200129；2.上海船舶工藝研究所，上海 200032)

0 引 言

隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革興起，引發(fā)制造與管理模式深度變革。這種變革催生我國船舶制造業(yè)開展現(xiàn)代造船模式的升級和創(chuàng)新。中國船舶集團有限公司提出建立現(xiàn)代造船模式2.0框架體系(2020年版)，將推進造船數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型列為現(xiàn)代造船模式2.0的十大核心要素之一，建立企業(yè)中心數(shù)據(jù)庫和探索造船大數(shù)據(jù)分析與決策則是其中的一項重要工作。

企業(yè)中心數(shù)據(jù)庫包含企業(yè)面向各類核心業(yè)務(wù)應(yīng)用的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫和支持決策分析的數(shù)據(jù)倉庫，是所有數(shù)據(jù)資源的集合，是企業(yè)的核心資產(chǎn)。目前，國內(nèi)的骨干大型船舶企業(yè)已根據(jù)企業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃構(gòu)建較完善的各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫，但在數(shù)據(jù)倉庫構(gòu)成、大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用、主數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)集成[1]等方面還存在一定的不足，需要進一步完善企業(yè)中心數(shù)據(jù)庫構(gòu)建，推進數(shù)據(jù)深化應(yīng)用。

1 企業(yè)中心數(shù)據(jù)庫構(gòu)建要求

1.1 企業(yè)信息集成要求

船舶建造是一項復雜的系統(tǒng)工程，涉及大量設(shè)計、建造、物流和服務(wù)等各項業(yè)務(wù)的綜合協(xié)同管理。為此，要求大型船舶企業(yè)實現(xiàn)生產(chǎn)計劃、設(shè)計過程、制造執(zhí)行、物資物流、質(zhì)量管理、人力資源、財務(wù)與預算、目標成本、供應(yīng)商等各核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)實現(xiàn)信息集成，要求企業(yè)中心數(shù)據(jù)庫中的各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)能夠合理關(guān)聯(lián)，并保證數(shù)據(jù)在整個業(yè)務(wù)信息鏈路上的統(tǒng)一性、完整性、準確性和可拓展性。大型船舶企業(yè)核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)信息集成關(guān)聯(lián)關(guān)系如圖1所示。

圖1 大型船舶企業(yè)核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)信息集成關(guān)聯(lián)關(guān)系

1.2 數(shù)據(jù)編碼標準和集成規(guī)則

編碼、標準、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是信息化的基礎(chǔ)[2]。按照管理屬性與工程屬性分開的原則編制通用的管理信息編碼標準和工程信息編碼集。對基礎(chǔ)代碼及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行編碼，梳理139類代碼，分別為綜合信息、人力資源、資產(chǎn)信息、設(shè)計信息、生產(chǎn)信息、物流信息、質(zhì)量信息、成本信息、財務(wù)信息等，編碼體系如圖2所示。

圖2 船舶企業(yè)編碼體系

基于核心業(yè)務(wù)的集成要求，在基礎(chǔ)編碼設(shè)計過程中考慮編碼的集成性關(guān)系，實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過編碼映射形成自動的關(guān)聯(lián)。船舶企業(yè)的核心業(yè)務(wù)活動是生產(chǎn)作業(yè)和相關(guān)的生產(chǎn)準備工作，包括圖紙設(shè)計和物流配送活動，涉及設(shè)計、生產(chǎn)、物資等3個子系統(tǒng)，三者具有相互支持、相互配合、相互制約的關(guān)系，存在不可分割的邏輯關(guān)系。

按照生產(chǎn)任務(wù)包、設(shè)計圖號和物資托盤集成關(guān)系，建立集成編碼規(guī)則，如圖3所示。依據(jù)項目工程分解和中間產(chǎn)品制造流程，在構(gòu)建船體結(jié)構(gòu)編碼標準、作業(yè)類型、工種類型、作業(yè)階段等標準編碼的基礎(chǔ)上，組合形成中間產(chǎn)品生產(chǎn)作業(yè)編碼，與之對應(yīng)的制作圖/安裝圖的圖號編碼和托盤材料清單(Pallet Material List，PML)編碼前10位與生產(chǎn)作業(yè)編碼前10位保持一致，形成中間產(chǎn)品的生產(chǎn)任務(wù)包和設(shè)計包與采購包的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系，打通設(shè)計、生產(chǎn)、物資業(yè)務(wù)一體化集成的數(shù)據(jù)鏈路。

圖3 生產(chǎn)任務(wù)包、設(shè)計圖號、物資托盤集成關(guān)系編碼規(guī)則

2 企業(yè)中心數(shù)據(jù)庫構(gòu)成

根據(jù)現(xiàn)代造船模式及其信息化要求，按造船數(shù)字化及其數(shù)據(jù)的標準化和集成性原則，大型船舶企業(yè)中心數(shù)據(jù)庫主要分為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)分析主題庫兩大部分，涵蓋主數(shù)據(jù)、設(shè)計、生產(chǎn)、供應(yīng)鏈、財務(wù)與預算管理、目標成本管理、供應(yīng)商管理等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫和面向數(shù)據(jù)分析主題的各類數(shù)據(jù)倉庫，其構(gòu)成如圖4所示。

圖4 企業(yè)中心數(shù)據(jù)庫構(gòu)成

企業(yè)中心數(shù)據(jù)庫通過設(shè)計、生產(chǎn)、管理集成平臺(見圖5)統(tǒng)一進行數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)控和管理。各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)統(tǒng)一使用集成平臺提供的接口、服務(wù)進行數(shù)據(jù)的交換和應(yīng)用，確保所有的數(shù)據(jù)通過集成平臺在企業(yè)中心數(shù)據(jù)庫中進行維護。

圖5 企業(yè)中心數(shù)據(jù)庫設(shè)計、生產(chǎn)、管理集成平臺

2.1 主數(shù)據(jù)庫構(gòu)成

主數(shù)據(jù)是在信息系統(tǒng)中可被重復使用且存在于多個異構(gòu)應(yīng)用系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，主數(shù)據(jù)要求唯一源頭且唯一識別。主數(shù)據(jù)管理可幫助企業(yè)建立集中的主數(shù)據(jù)管理環(huán)境，消除信息孤島，統(tǒng)一、規(guī)范數(shù)據(jù)編碼，加強數(shù)據(jù)審計，使企業(yè)信息化建設(shè)基礎(chǔ)更加穩(wěn)固、可用，為開展各項業(yè)務(wù)系統(tǒng)聯(lián)動和數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘等作好充分準備，改善數(shù)據(jù)治理[3]。常見的主數(shù)據(jù)類型和內(nèi)容如表1所示，但根據(jù)企業(yè)的行業(yè)特征和信息化建設(shè)程度，主數(shù)據(jù)的內(nèi)容也會發(fā)生變化。

表1 常見主數(shù)據(jù)類型和內(nèi)容

2.2 設(shè)計數(shù)據(jù)庫構(gòu)成

設(shè)計數(shù)據(jù)庫包括3個部分：設(shè)計模型數(shù)據(jù)庫、設(shè)計圖紙庫、工藝和物量數(shù)據(jù)庫。以設(shè)計模型數(shù)據(jù)庫為例進行說明。該數(shù)據(jù)庫是針對三維數(shù)字化建模要求、按照企業(yè)殼舾涂一體化設(shè)計原則所形成的系列船模型庫。同時，按照船舶所有人要求，根據(jù)具體工程號和標準模型庫，建立單船設(shè)計模型庫。設(shè)計數(shù)據(jù)庫由設(shè)計標準類、產(chǎn)品信息類、制造資源類、三維模型類、基礎(chǔ)工藝類、船體工藝類、舾裝工藝類、涂裝工藝類組成，各數(shù)據(jù)間存在相互依賴性，其數(shù)據(jù)組成及數(shù)據(jù)類關(guān)系如圖6所示。

圖6 設(shè)計模型數(shù)據(jù)庫框架

2.3 生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫構(gòu)成

生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫包括生產(chǎn)計劃、作業(yè)任務(wù)、派工結(jié)算、現(xiàn)場智能生產(chǎn)設(shè)備作業(yè)運行、生產(chǎn)現(xiàn)場視頻監(jiān)控等數(shù)據(jù)庫。(1)生產(chǎn)計劃數(shù)據(jù)庫。包括線表、主計劃、先行中日程計劃、后行中日程計劃、月度計劃和周日計劃、出圖計劃、采購計劃等數(shù)據(jù)庫。(2)作業(yè)任務(wù)數(shù)據(jù)庫。包括任務(wù)包、派工單、作業(yè)任務(wù)單。(3)派工結(jié)算數(shù)據(jù)庫。依據(jù)作業(yè)任務(wù)和生產(chǎn)計劃要求，在生產(chǎn)現(xiàn)場作業(yè)區(qū)進行作業(yè)任務(wù)分配并根據(jù)作業(yè)任務(wù)執(zhí)行結(jié)果進行作業(yè)班組人員結(jié)算所產(chǎn)生的管理信息數(shù)據(jù)庫。(4)現(xiàn)場智能生產(chǎn)設(shè)備作業(yè)運行數(shù)據(jù)庫。智能切割、焊接機器人、智能焊機、龍門吊、動能源設(shè)備等涉及數(shù)字化或智能化設(shè)備的運行數(shù)據(jù)庫。(5)生產(chǎn)現(xiàn)場視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)庫。生產(chǎn)作業(yè)工位、中間產(chǎn)品物流配送堆場、倉儲、船塢碼頭登船和下船閘口等監(jiān)控數(shù)據(jù)所形成的監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)庫。

2.4 供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)庫構(gòu)成

供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)庫包括采購、倉儲、中間產(chǎn)品物流等數(shù)據(jù)庫。(1)采購數(shù)據(jù)庫。為支撐各項物資采購需求，需要建立企業(yè)采購數(shù)據(jù)庫，依據(jù)采購需求執(zhí)行所形成的采購訂單、采購合同、物資納期、采購計劃和供應(yīng)商信息等，物資涵蓋主要設(shè)備類、材料類(鋼材、型材)、舾裝類(管、鐵、電)、主要設(shè)備類、涂料類等。(2)倉儲數(shù)據(jù)庫。對采購到貨并驗收通過的物資，需要進行庫存管理和申領(lǐng)管理，在此過程中形成的庫位、盤庫、申領(lǐng)、發(fā)放交接等環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的信息構(gòu)成倉儲數(shù)據(jù)庫。(3)中間產(chǎn)品物流數(shù)據(jù)庫。生產(chǎn)建造中間環(huán)節(jié)產(chǎn)生的不同中間產(chǎn)品(船體零件、中小組立、分段、管舾件、鐵舾件、電舾件等)的倉儲、申請、發(fā)放和交接管理環(huán)節(jié)所形成的信息數(shù)據(jù)庫。

2.5 品質(zhì)數(shù)據(jù)庫構(gòu)成

主要針對船舶建造中間產(chǎn)品和交付船舶所有人產(chǎn)品的品質(zhì)進行管理而建立的相關(guān)數(shù)據(jù)庫，包括工程檢驗項目、工程項目質(zhì)量檢驗、焊接管理、精度測量、產(chǎn)品質(zhì)量問題、設(shè)計質(zhì)量問題、不合格產(chǎn)品質(zhì)量管理、售后服務(wù)等數(shù)據(jù)庫。

2.6 成本數(shù)據(jù)庫構(gòu)成

為支撐企業(yè)運營管理、成本管控和分析的管理要求，建立預算成本、目標成本和完工成本庫管理系統(tǒng)，與之匹配形成的信息數(shù)據(jù)庫即為成本數(shù)據(jù)庫。

2.7 人力資源數(shù)據(jù)庫構(gòu)成

人力資源數(shù)據(jù)庫主要為企業(yè)運營管理和生產(chǎn)制造而搭建的組織結(jié)構(gòu)信息庫、人員基本信息庫、人事管理庫(人員入職、內(nèi)部調(diào)動、人員離職等)、薪酬庫、培訓庫等。

2.8 工業(yè)數(shù)據(jù)庫構(gòu)成

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將現(xiàn)場各類數(shù)字化設(shè)備的運行數(shù)據(jù)實時有效進行采集，構(gòu)建設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括焊機聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、工藝焊接數(shù)據(jù)(電流、電壓等)、設(shè)備啟停數(shù)據(jù)、切割機運行軌跡數(shù)據(jù)、企業(yè)水電氣風的使用數(shù)據(jù)等。

2.9 數(shù)據(jù)倉庫構(gòu)成

數(shù)據(jù)倉庫是指由業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)中提取清洗并創(chuàng)建的信息數(shù)據(jù)庫，是以企業(yè)管理者決策分析為目的而建立的數(shù)據(jù)庫。基于企業(yè)積累的大量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，通過提取信息獲得知識，企業(yè)數(shù)據(jù)倉庫提供在企業(yè)管理和決策中面向主題、集成、與時間相關(guān)、不可修改的數(shù)據(jù)集合。這些數(shù)據(jù)集合推動的大數(shù)據(jù)分析模式，一方面推動各類系統(tǒng)業(yè)務(wù)向更深層次的認識和決策實施，另一方面形成關(guān)鍵業(yè)務(wù)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)源，解決數(shù)據(jù)一致性要求。數(shù)據(jù)倉庫通過對原有各類生產(chǎn)、物資、設(shè)計、財務(wù)及質(zhì)量等核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行梳理、清洗和抽取，并按照各層級管理者管理分析要求進行加工而得到。

3 企業(yè)中心數(shù)據(jù)庫運行管理要求

企業(yè)中心數(shù)據(jù)庫運行管理主要關(guān)注日常信息化業(yè)務(wù)推進過程所涉及的數(shù)據(jù)標準化、集成化、數(shù)據(jù)利用及其數(shù)據(jù)庫構(gòu)建等方面的數(shù)據(jù)庫管理和監(jiān)控工作。

3.1 加強數(shù)據(jù)標準建設(shè)

建立數(shù)據(jù)標準是推進企業(yè)信息化建設(shè)的基礎(chǔ)。大型船舶企業(yè)應(yīng)依據(jù)設(shè)計、生產(chǎn)、管理等業(yè)務(wù)實踐，形成一系列數(shù)據(jù)標準體系，如設(shè)計數(shù)據(jù)標準、生產(chǎn)數(shù)據(jù)標準、物資物流數(shù)據(jù)標準、財務(wù)數(shù)據(jù)標準、人事數(shù)據(jù)標準等，在數(shù)據(jù)標準體系框架下編制和完善各類標準，如標準周期、標準工時、標準流程等。

3.2 規(guī)范數(shù)據(jù)管理流程

建立企業(yè)信息反饋體系及其匹配的業(yè)務(wù)系統(tǒng)規(guī)范流程，規(guī)范數(shù)據(jù)收集-數(shù)據(jù)處理-數(shù)據(jù)分析-數(shù)據(jù)利用-數(shù)據(jù)質(zhì)量跟蹤是大型船舶企業(yè)推行信息化建設(shè)不可跨越的基礎(chǔ)工作。業(yè)務(wù)系統(tǒng)涉及的各業(yè)務(wù)流程環(huán)節(jié)依據(jù)反饋體系保證數(shù)據(jù)輸入的及時準確，前道數(shù)據(jù)對后道數(shù)據(jù)負責，后道數(shù)據(jù)對前道數(shù)據(jù)利用并監(jiān)督其質(zhì)量，這樣就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效采集、數(shù)據(jù)交換[4]及保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

3.3 推進數(shù)據(jù)深化應(yīng)用

應(yīng)持續(xù)探索結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的采集與分析，建立和完善船舶建造過程的大數(shù)據(jù)應(yīng)用總體架構(gòu)，如圖7所示。

圖7 船舶建造過程的大數(shù)據(jù)應(yīng)用總體架構(gòu)

基于企業(yè)數(shù)據(jù)倉庫[5]，依托各類大數(shù)據(jù)分析模型建立大數(shù)據(jù)分析決策中心，有效清洗并匯集數(shù)字化設(shè)計、數(shù)字化制造、數(shù)字化管理和數(shù)字化保障等業(yè)務(wù)應(yīng)用涉及的設(shè)計、工藝、生產(chǎn)、物資、人員、設(shè)備、物資等信息數(shù)據(jù)，建立大型船舶企業(yè)大數(shù)據(jù)分析決策模型，將各類數(shù)據(jù)按不同管理層級及維度進行展示，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)的應(yīng)用價值，服務(wù)于企業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營及管理的決策支持。大數(shù)據(jù)分析決策中心數(shù)據(jù)分析維度如圖8所示。

圖8 大數(shù)據(jù)分析決策中心數(shù)據(jù)分析維度

在大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用的總體基礎(chǔ)上，將大數(shù)據(jù)與綜合虛擬現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合，構(gòu)建一個虛實結(jié)合的智能化船廠，實現(xiàn)基于統(tǒng)一模型數(shù)據(jù)源的透明化生產(chǎn)動態(tài)展示、數(shù)據(jù)可視化、生產(chǎn)系統(tǒng)仿真分析及綜合信息管理功能，推動船舶設(shè)計、制造過程的信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精準控制自執(zhí)行，綜合提升大型船舶企業(yè)管控水平、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低資源消耗，促進船舶工業(yè)轉(zhuǎn)型升級，達到世界先進水平。

4 結(jié) 語

隨著建立現(xiàn)代造船模式2.0的升級和信息化建設(shè)的不斷深入，對企業(yè)中心數(shù)據(jù)庫進行規(guī)范化的構(gòu)建和運行是大型船舶企業(yè)實施信息集成和智能決策的一項重要基礎(chǔ)工作。提出的大型船舶企業(yè)中心數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建要求、構(gòu)成及運行管理要求，在國內(nèi)船廠進行應(yīng)用，為進行持續(xù)有效的數(shù)據(jù)管理，確保全流程數(shù)據(jù)的一致、完整及準確，支撐業(yè)務(wù)流集成、運行效率提升、決策質(zhì)量提高等管理目標的實現(xiàn)，起到積極的促進作用，也為國內(nèi)其他大型船舶企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型起到一定的借鑒作用。