面向航空制造業數據挖掘的數據源結構研究

孫宏強 李源 曹云 張聰

摘要：航空企業的信息化系統已經積累了大量的科研生產數據，利用數據挖掘技術，可以從這些大量的、無關聯的數據中，提取出對科研生產有益的知識和信息，在數據挖掘的數據預處理階段，對原始信息進行獲取、數據清洗、數據抽取及數據交換，完成數據源結構的建立。該文通過對企業現有信息化系統中數據的梳理、分析各數據源的主鍵及關系，搭建了數據源框架，形成了數據源報表清單。

關鍵詞：數據挖掘;數據源框架;數據結構

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）18-0036-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

航空企業經過數十年的發展，信息化系統的應用在科研生產過程的各個環節中逐步成熟。從物資采購配送、產品科研數據、生產控制管理等信息化系統中，已經積累了大量的科研生產數據，然而這些數據相互獨立于各自的信息系統中，數據來源具有多樣性和分散性。利用數據挖掘技術，可以從這些大量的、無關聯的數據中，提取出對科研生產有益的知識和信息，提供決策支持。在數據挖掘的數據預處理階段，對原始信息進行獲取、數據清洗、數據抽取及數據交換，完成數據源結構的建立。

1 數據挖掘中的數據預處理

數據挖掘技術是從海量的數據中提取出更為高效、更為新穎、更具潛在應用價值的知識和信息。數據挖掘中的數據來源是非常廣泛的，包含面向關系數據庫、數據倉庫、非結構化或半結構化文本數據、圖片視頻音頻等多媒體數據、Web數據以及空間數據庫和時間序列數據庫等復雜類型的數據。數據挖掘的流程是從數據預處理、數據挖掘到模式評估和知識表示，其中數據的預處理過程包含了數據清洗、數據變換、數據集成、數據簡化等。在預處理的過程中，需要完成數據除噪、非法數值處理、冗余數據消除、數據格式轉換等數據操作。得到預處理數據之后，就可以利用數據挖掘的技術，對這些數據進行數據挖掘和評估表示。由此可見，數據的預處理是數據挖掘技術的基礎，數據源結構直接影響挖掘模型的可靠性及決策的正確性。

2 航空制造企業的信息化系統

隨著“中國制造2025”的提出，航空裝備制造企業迎來了新的技術變革和重大挑戰，我們將依托較強的信息產業實力，通過工業化與信息化的深度融合，實現建成制造強國的戰略目標。由于現代企業運營管理理念的進步和航空制造技術的提升，信息技術及生產過程數據積累在制造企業的價值越來越大，航空企業也越來越注重從企業生產數據中獲取可以輔助其進行長期決策的有價值的信息。為提高企業運營效率、及時識別企業風險、積累產品知識，已逐步建立起完整的企業級資源統籌和制造過程管理的信息化平臺。

以某航空企業信息化系統建設為例，如圖1所示，企業實施了TCP項目管理系統，實現了科研計劃管理及生產計劃管理，根據PDM產品數據管理系統中的BOM清單，在MSM元器件采購系統中生成采購計劃，進行元器件訂貨篩選、合同報價、缺件反饋等元器件管理，在MES系統中完成電裝配送、機加生產、部件調試等生產制造過程管理，半成品和成品進入PIM檢驗系統中完成半成品檢驗和過程檢驗，通過BPM流程管理系統完成產品的試驗、所檢及軍檢流程，入成品庫。多個信息系統的集成實現了從項目計劃、產品設計及數據管理、物料齊套、工藝生產執行的全過程管理，同時集成QMS質量管理系統，實現了生產過程及售后的故障報告及歸零數據規范化、信息化。多個信息系統的部署將產品生產周期中產生的設計、生產、檢驗、質量等數據實現了結構化存儲，為企業數據挖掘提供了初始數據。

3 數據源框架

數據源是數據挖掘技術的基礎，在企業信息化系統結構化數據的基礎之上，構建一個結構通用、可擴展的數據源框架，有利于企業獲取更多有用的價值信息，同時也能識別出各信息系統之間數據關系，并提供一種數據源構建思路，為后期信息化發展提供更為有效的建設目標。

3.1 信息系統中的數據結構

企業現有的信息系統，從經營管理、產品數據、生產管理三個層面可概括為企業資源數據、產品數據、生產過程數據。其中，企業資源數據涵蓋項目計劃、物料采購、庫存、任務管理、質量管理等，產品數據涵蓋BOM清單管理、圖紙文檔協議等，生產過程數據涵蓋生產計劃管理、生產進度管理、生產異常處理、工藝路線規劃、生產任務執行過程等數據。

在TCP項目管理系統中生成項目計劃，項目計劃以課題代號為主鍵，計劃信息包含計劃名稱、產品型號、研制階段、產品代號、計劃類型、承擔人、承擔部門、計劃數量、計劃下達時間、要求完成時間、實際完成時間等信息，項目計劃可拆分生成二級計劃，課題代號為主鍵。根據計劃信息，可對承擔人下發計劃任務，在任務信息中可匯報項目執行信息。科研計劃根據項目計劃要求在PDM產品數據管理系統中提交相應的產品結構數據、圖紙文檔、協議文件、生成BOM清單，PDM產品數據管理系統中，以產品代號即產品圖紙代號和研制階段為主鍵，對產品數據進行管理。生產計劃根據項目計劃要求生成生產任務，按照產品型號、類型及計劃生產數量自動生成生產指令號，生產指令號為產品生產過程中的主鍵，編號規則可體現計劃完成時間信息及計劃數量信息，可向上關聯至項目計劃中的課題代號，向下貫通整個生產流程中產生的結構化數據。生產計劃從PDM產品數據管理系統中匹配產品代號及研制階段讀取BOM清單，在MSM元器件采購系統中生成采購計劃，完成到貨和元器件篩選工作，進行缺件管理，MSM系統中以采購計劃及元器件代號為主鍵。在MES生產制造執行系統中生成電裝配送計劃、機加生產計劃及部件調試計劃，均以生產指令號為主鍵。在PIM檢驗管理系統中完成半成品檢驗和過程檢驗，在BPM系統中完成產品試驗、所檢、軍檢流程，在庫存管理系統中完成出入庫管理，均以生產指令號為主鍵。在產品流轉過程中出現質量問題則與質量管理系統產生數據交互，以產品編號和生產指令號為主鍵。

3.2 建立基礎數據報表

根據產品數據管理系統、生產制造執行系統、流程管理系統等多個系統的功能和業務環節，確定了各系統中數據源，形成了數據源報表如表1。

3.3生成數據源框架

基于上文得出的數據源報表，結合各系統之間的業務邏輯，挖掘數據之間的關聯關系，建立了數據源框架。由TCP項目管理系統中的生產交付需求作為數據發起源，根據交付需求所提供的產品型號、研制階段、交付需求數量等信息，在生產計劃管理系統中創建生產計劃，確定投產數量及計劃完成時間，結合PDM系統中獲取的產品的BOM結構，生成物料需求計劃，物料需求計劃以元器件代號及生產指令號為主鍵，匯總物料需求計劃，在MSM元器件采購系統中生成采購信息，生成采購訂單號，上報缺件時以元器件代號及生產指令號為主鍵。投產進入MES系統中后，生成產品編號，在每個生產環節生成相應的單號，以產品編號、生產指令號、單號為主鍵。進入檢驗階段后，以產品編號、生產指令號、檢驗單號為主鍵。進入出入庫階段后，以產品編號、生產指令號、出入庫單號為主鍵。以此構成了數據源框架。

4 結束語

本文基于對TCP、BPM、MES、BPM等企業現有信息化系統中數據的梳理，形成了數據源報表清單，同時通過分析各數據源的主鍵及關系搭建了數據源框架，闡述了各數據之間的關聯關系。通過對數據源框架的設計，實現了數據挖掘的數據預處理準備，提高了挖掘模型的可靠性及決策的正確性。

參考文獻：

[1] 梁凡.關于數據挖掘技術及其應用的分析[J].電子技術與軟件工程，2015（22）：200.

[2] 黃艷麗，葛文謙.面向航天制造業數據挖掘的數據源框架研究[J].信息化研究，2018，44（5）：6-10.

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