梁　磊，胡耀光

（1.中國節(jié)能環(huán)保集團(tuán)公司 辦公廳，北京 100082；2.北京理工大學(xué)　機械與車輛學(xué)院，北京　100089）

全需求分析法在數(shù)據(jù)倉庫項目中的應(yīng)用研究

梁磊1，胡耀光2

（1.中國節(jié)能環(huán)保集團(tuán)公司 辦公廳，北京 100082；2.北京理工大學(xué)機械與車輛學(xué)院，北京100089）

針對大數(shù)據(jù)背景下數(shù)據(jù)倉庫項目實施過程中，由于業(yè)務(wù)多樣性、變化性等帶來的需求獲取、數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)展現(xiàn)等問題，提出一種基于全需求分析法的數(shù)據(jù)倉庫構(gòu)建方法，按照MECE原則，以“全需求做減法”的思路，研究提出包含業(yè)務(wù)需求分析、指標(biāo)構(gòu)建、數(shù)據(jù)分析與結(jié)果展現(xiàn)的數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)構(gòu)建過程；結(jié)合中國節(jié)能環(huán)保集團(tuán)數(shù)據(jù)倉庫項目建設(shè)，對所提方法進(jìn)行了應(yīng)用驗證。

全需求分析；多維模型；數(shù)據(jù)倉庫

1　引言

數(shù)據(jù)倉庫作為一種非常有效的分析工具，自產(chǎn)生以來在學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)界引發(fā)了眾多的研究與實踐，成為輔助企業(yè)管理層、決策層進(jìn)行運營監(jiān)控、戰(zhàn)略決策的重要手段。當(dāng)前，以大數(shù)據(jù)為特征的企業(yè)經(jīng)營管理與決策需求愈發(fā)迫切。企業(yè)業(yè)務(wù)的多樣性、管理的多變性給數(shù)據(jù)倉庫構(gòu)建的需求獲取帶來更大困難，大數(shù)據(jù)背景下的數(shù)據(jù)倉庫建模、數(shù)據(jù)分析與結(jié)果展現(xiàn)，給傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)倉庫構(gòu)建方法帶來極大挑戰(zhàn)。

根據(jù)Inmon的定義，數(shù)據(jù)倉庫［1］是一個面向主題的、集成的、時變的、非易失性的數(shù)據(jù)集合，支持管理部門的決策過程?；诖?，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)倉庫建設(shè)過程中多以主題為核心進(jìn)行需求分析，即圍繞一些分析主題，數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)經(jīng)過對操作型系統(tǒng)數(shù)據(jù)的清洗、轉(zhuǎn)換等操作，形成面向主題的視圖，提供決策人員使用。文獻(xiàn)［2-8］針對數(shù)據(jù)倉庫需求分析、數(shù)據(jù)獲取模式、數(shù)據(jù)倉庫設(shè)計階段劃分、數(shù)據(jù)倉庫的實施方法開展了相關(guān)研究。上述研究工作，各自解決了數(shù)據(jù)倉庫構(gòu)建過程中存在的一些問題，但針對數(shù)據(jù)倉庫構(gòu)建過程中的需求獲取方式依然沒有脫離傳統(tǒng)的需求調(diào)研和分析方法，即對項目建設(shè)單位業(yè)務(wù)人員的座談會、個別訪談及問卷等方式，但由于受制于樣本點數(shù)量、被抽樣業(yè)務(wù)人員的業(yè)務(wù)及知識局限，很難全面表述數(shù)據(jù)倉庫項目的需求。

為此，本文重點針對大數(shù)據(jù)背景下的數(shù)據(jù)倉庫項目實施過程中由于業(yè)務(wù)多樣性、變化性等帶來的需求全面獲取，數(shù)據(jù)倉庫建模、數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)展現(xiàn)等問題，提出一種基于全需求分析法的數(shù)據(jù)倉庫構(gòu)建方法，根據(jù)MECE［9］原則，按照“全需求做減法”的思路給出了數(shù)據(jù)倉庫構(gòu)建的需求分析過程，研究提出了數(shù)據(jù)倉庫的指標(biāo)構(gòu)建、統(tǒng)計分析與結(jié)果展現(xiàn)的具體過程，并在實際企業(yè)進(jìn)行了應(yīng)用，驗證了方法的有效性。

2　全需求分析法

2.1需求分析的多維模型

需求分析的多維模型（Multi－Dimension Model，MDM）是一種對信息系統(tǒng)需求表達(dá)的具體方式，按照系統(tǒng)化思維和結(jié)構(gòu)化方式，從業(yè)務(wù)需求、集成需求、運維需求、安全需求、設(shè)施需求五個維度進(jìn)行信息系統(tǒng)的全需求分析，進(jìn)而全面梳理并結(jié)構(gòu)化表達(dá)信息系統(tǒng)建設(shè)需求。如圖1所示，需求分析的多維模型以信息系統(tǒng)需求分析為目標(biāo)，從基礎(chǔ)層、核心層和擴(kuò)展層三個層面，對安全需求、基礎(chǔ)設(shè)施需求、業(yè)務(wù)需求、運維需求和集成需求五個方面對信息系統(tǒng)需求，按照MECE原則進(jìn)行全需求描述，上述五個維度的需求表述之間相互聯(lián)系、相互影響，共同構(gòu)成了信息系統(tǒng)的全集需求。

圖1　需求分析的多維模型

（1）業(yè)務(wù)需求：信息系統(tǒng)作為支撐企業(yè)經(jīng)營活動的重要工具，其需求來自于企業(yè)的核心業(yè)務(wù)，因此信息系統(tǒng)的需求應(yīng)以業(yè)務(wù)需求為驅(qū)動。

（2）集成需求：信息系統(tǒng)不能成為“孤島”已成為信息化領(lǐng)域的共識，因此任何新建的信息系統(tǒng)都需要考慮與已有系統(tǒng)的集成，以及面向未來其他系統(tǒng)建設(shè)的集成接口要求。

（3）運維需求：信息系統(tǒng)的運行維護(hù)及管理是輔助其發(fā)揮作用的關(guān)鍵，因此需要把運維需求作為信息系統(tǒng)建設(shè)需求組成部分。

（4）安全需求：安全性是信息系統(tǒng)建設(shè)過程中不可忽視的需求，是保障系統(tǒng)安全運行的要求。

（5）設(shè)施需求：信息系統(tǒng)的運行依賴于可靠的基礎(chǔ)設(shè)施條件，因此設(shè)施需求是信息系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)需求。

2.2 基于MDM的信息系統(tǒng)全需求分析

全需求分析法是指在信息系統(tǒng)的需求分析過程中，重點圍繞需求分析多維模型的業(yè)務(wù)需求維，在參照一流標(biāo)桿企業(yè)基礎(chǔ)上，以MECE原則為指導(dǎo)，按照自底向上的思路全面梳理企業(yè)的業(yè)務(wù)需求，即按照業(yè)務(wù)線梳理，一通到底，而不是分層梳理，進(jìn)而形成企業(yè)全需求，當(dāng)企業(yè)業(yè)務(wù)發(fā)生變化時，以此全需求為基礎(chǔ)，按照“全需求做減法”的思路，根據(jù)企業(yè)自身需要形成需求子集的過程。

根據(jù)多維模型及全需求分析法的定義，基于MDM實現(xiàn)對信息系統(tǒng)的全需求分析，即以業(yè)務(wù)需求為驅(qū)動，對企業(yè)業(yè)務(wù)全集的數(shù)據(jù)源進(jìn)行細(xì)化分析，并結(jié)合組織屬性分析明確數(shù)據(jù)的抽取范圍及頻率，識別數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析所需維度和指標(biāo)，并且確認(rèn)相關(guān)維度層次及粒度；對不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)獲取方式進(jìn)行分析，總結(jié)提煉信息系統(tǒng)的集成需求；對信息系統(tǒng)運行維護(hù)及管理、安全保障及基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行需求分析。按照系統(tǒng)化思維和結(jié)構(gòu)化方式，通過對業(yè)內(nèi)已經(jīng)實現(xiàn)的需求進(jìn)行全面梳理，找到基于業(yè)務(wù)本身的“原子級”需求，將大量看似個性化的需求概括、提煉為共性需求，形成符合MECE原則的全需求。

3　基于全需求分析的數(shù)據(jù)倉庫構(gòu)建過程

過程1：數(shù)據(jù)倉庫的業(yè)務(wù)需求分析?；谌枨蠓治龅臄?shù)據(jù)倉庫構(gòu)建，首先要對數(shù)據(jù)倉庫的業(yè)務(wù)需求進(jìn)行自底向上的業(yè)務(wù)全集梳理，形成全部的業(yè)務(wù)分類集合。即對企業(yè)目前從事的業(yè)務(wù)，以及未來可能開展的業(yè)務(wù)進(jìn)行全面梳理，按照MECE原則，采用一定的分類方式對每項業(yè)務(wù)進(jìn)行詳細(xì)定義，明確業(yè)務(wù)邊界，進(jìn)而形成覆蓋企業(yè)全部業(yè)務(wù)的分類體系，作為全集需求分析的基礎(chǔ)。

過程2：業(yè)務(wù)分析指標(biāo)構(gòu)建。在業(yè)務(wù)分析的基礎(chǔ)上，針對每項業(yè)務(wù)應(yīng)該管理哪些指標(biāo)的問題，在對標(biāo)一流企業(yè)標(biāo)桿及行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)MECE原則，對具體業(yè)務(wù)的經(jīng)營指標(biāo)進(jìn)行細(xì)化梳理。首先，按照業(yè)務(wù)線一通到底，基于最底層業(yè)務(wù)進(jìn)行梳理，而不是分層梳理，即“以下為主，上下結(jié)合”；然后，按照行業(yè)一流構(gòu)建指標(biāo)全集，再根據(jù)具體企業(yè)情況進(jìn)行刪減，而不是按照企業(yè)現(xiàn)狀進(jìn)行梳理，本文稱之為“全指標(biāo)、做減法”。

對同一指標(biāo)，由于企業(yè)所處層級、業(yè)務(wù)性質(zhì)不同，對指標(biāo)要求的數(shù)據(jù)顆粒度會存在不同要求，需要在建模過程中加以考慮，并由此產(chǎn)生了源指標(biāo)和計算指標(biāo)。同時，對于每一指標(biāo)，有不同的統(tǒng)計范圍，如何建立便捷的統(tǒng)計邏輯樹？為解決該問題，按照MECE原則和全需求分析法，本文構(gòu)建了指標(biāo)多維度模型，具體將指標(biāo)統(tǒng)計維度分為組織維度、時間維度、度量維度和業(yè)務(wù)維度四大類，并根據(jù)每一類進(jìn)行了維度細(xì)分，最后給出了每一細(xì)分類別下的維度值，如表1所示。

表1　指標(biāo)多維度模型

續(xù)表1

過程3：數(shù)據(jù)分析模型。在數(shù)據(jù)倉庫建設(shè)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)依據(jù)指標(biāo)的要求確定統(tǒng)計分析需求，造成每增加一項指標(biāo)，就要構(gòu)造對應(yīng)的數(shù)據(jù)分析模型，由此不僅造成數(shù)據(jù)倉庫實施過程中統(tǒng)計分析建模的工作量巨大，而且分析的模型有所重疊。為解決該問題，本文基于過程2的指標(biāo)多維度模型分析，按照全集需求模式，對現(xiàn)有的統(tǒng)計分析方式進(jìn)行詳細(xì)的梳理、分類和定義，建立了數(shù)據(jù)分析模型，如表2所示。

表2　數(shù)據(jù)分析模型

該分析模型將對指標(biāo)的數(shù)據(jù)分析劃分為兩大類：對比分析和相關(guān)分析，又進(jìn)一步從縱向分析和橫向分析進(jìn)行細(xì)分，最后形成了包含趨勢分析、同比分析等12項分析方法；按照指標(biāo)及其多維度（業(yè)務(wù)維度/組織維度/度量維度/時間維度）確定了具體的分析內(nèi)容。

過程4：結(jié)果展現(xiàn)模型。確定了具體指標(biāo)的分析需求并選定具體的數(shù)據(jù)之后，應(yīng)該采取什么樣的結(jié)果展示模型，以最為合適的方式展示指標(biāo)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，也是數(shù)據(jù)倉庫構(gòu)建過程中需要解決的問題之一。本文基于指標(biāo)多維度模型，按照全集需求模式，對現(xiàn)有的展示方式進(jìn)行詳細(xì)的梳理、分類和定義，建立了結(jié)果展示模型，如柱狀圖、餅狀圖、折線圖、雷達(dá)圖、堆積圖、儀表盤、地圖等方式，并給出了數(shù)據(jù)分析與結(jié)果展示模型之間的匹配關(guān)系，建立了相關(guān)性模型，如表3所示。

表3　數(shù)據(jù)分析與展現(xiàn)模型的相關(guān)性模型

4　數(shù)據(jù)倉庫應(yīng)用實例

本文以全需求分析法及對數(shù)據(jù)倉庫構(gòu)建過程的分析，結(jié)合中國節(jié)能環(huán)保集團(tuán)數(shù)據(jù)倉庫項目建設(shè)，開展了方法的應(yīng)用驗證。以業(yè)務(wù)需求為驅(qū)動進(jìn)行數(shù)據(jù)倉庫建模，形成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型層次結(jié)構(gòu)設(shè)計；以集成需求為依據(jù)確定外部系統(tǒng)接口規(guī)則，形成接口規(guī)范文檔；基于需求與功能一致性映射的系統(tǒng)設(shè)計，進(jìn)行數(shù)據(jù)倉庫維度建模，形成多維分析模型，并最終完成數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理過程設(shè)計。

首先，在數(shù)據(jù)倉庫業(yè)務(wù)需求分析階段，本文以社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域的業(yè)務(wù)分類為例［10］，基于MECE原則，對環(huán)保業(yè)務(wù)分類，形成《節(jié)能環(huán)保業(yè)務(wù)分類》，即按照國民經(jīng)濟(jì)活動，對節(jié)能環(huán)保行業(yè)進(jìn)行業(yè)務(wù)分類；針對每一項業(yè)務(wù)，規(guī)范業(yè)務(wù)名稱、業(yè)務(wù)定義?！豆?jié)能環(huán)保業(yè)務(wù)統(tǒng)計分類》，即按照生產(chǎn)、運營、服務(wù)分為3個業(yè)務(wù)類別，劃分為16個業(yè)務(wù)大類、60個業(yè)務(wù)中類和152個業(yè)務(wù)小類。在《節(jié)能環(huán)保業(yè)務(wù)分類》和《節(jié)能環(huán)保業(yè)務(wù)統(tǒng)計分類》兩個分類基礎(chǔ)上，以MECE原則為指導(dǎo)，形成《中國節(jié)能業(yè)務(wù)統(tǒng)計分類》，即按照節(jié)能、環(huán)保、清潔能源、資源循環(huán)利用和節(jié)能環(huán)保綜合服務(wù)5個業(yè)務(wù)類別，劃分為18個業(yè)務(wù)大類、57個業(yè)務(wù)中類和104個業(yè)務(wù)小類。

第二，結(jié)合對節(jié)能環(huán)保業(yè)務(wù)分類，構(gòu)建了中國節(jié)能數(shù)據(jù)倉庫的業(yè)務(wù)指標(biāo)體系，形成節(jié)能環(huán)保業(yè)務(wù)的多維指標(biāo)分析模型。以營業(yè)收入指標(biāo)為例，可以按照計劃、預(yù)算、預(yù)計完成、實際完成等維度進(jìn)行統(tǒng)計分析；對電網(wǎng)裝機容量指標(biāo)，可以按照規(guī)劃、路條、在建、并網(wǎng)等維度進(jìn)行統(tǒng)計分析；而對發(fā)電量指標(biāo)，可以按照風(fēng)力發(fā)電量、太陽能發(fā)電量、垃圾發(fā)電量等維度進(jìn)行分析。以水務(wù)生產(chǎn)為例，構(gòu)建的經(jīng)營指標(biāo)如圖2所示。

圖2　水務(wù)生產(chǎn)經(jīng)營指標(biāo)示意圖

最后，應(yīng)用全需求分析法的數(shù)據(jù)分析模型與數(shù)據(jù)展現(xiàn)模型，結(jié)合中國節(jié)能數(shù)據(jù)倉庫的業(yè)務(wù)需求分析及指標(biāo)體系，開發(fā)了中國節(jié)能數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)。系統(tǒng)經(jīng)過近一年的研究開發(fā)，目前已經(jīng)完成系統(tǒng)測試、部分集成、試點企業(yè)試運行等工作，取得了較好的建設(shè)效果，如圖3所示，為系統(tǒng)應(yīng)用的界面示意圖。

5　結(jié)語

數(shù)據(jù)倉庫作為一種輔助企業(yè)經(jīng)營管理與決策的重要工具，在大數(shù)據(jù)時代將發(fā)揮越來越重要的作用。本文針對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)倉庫構(gòu)建過程中需求獲取存在的主要問題，提出了一種全需求分析法的數(shù)據(jù)倉庫構(gòu)建方法，以需求分析的多維模型為核心，給出了數(shù)據(jù)倉庫構(gòu)建過程。全需求模式體現(xiàn)了需求獲取按照“從下往上”全集基礎(chǔ)上對需求做減法的思路，能夠適應(yīng)企業(yè)業(yè)務(wù)變化導(dǎo)致的需求改變，并能夠滿足不同業(yè)務(wù)不同層級管理顆粒度的需求。提出了數(shù)據(jù)倉庫的業(yè)務(wù)分類、組織屬性、指標(biāo)構(gòu)建、統(tǒng)計分析與結(jié)果展現(xiàn)的具體模型，以適應(yīng)管理變革背景下的不同分析需求，并以中國節(jié)能環(huán)保集團(tuán)的數(shù)據(jù)倉庫建設(shè)為背景進(jìn)行了實例分析，驗證了方法的有效性。

圖3　中國節(jié)能數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)應(yīng)用示意圖

本文的主要貢獻(xiàn)點體現(xiàn)在以下三個方面：①基于最底層業(yè)務(wù)形成指標(biāo)全集，即改變了以往數(shù)據(jù)參考建模過程中按照組織機構(gòu)、按照分析主題梳理指標(biāo)的方法，而是基于最底層的業(yè)務(wù)，遵循MECE原則，梳理出指標(biāo)全集，滿足據(jù)倉庫項目實施過程中業(yè)務(wù)多樣性、變化性而動態(tài)調(diào)整指標(biāo)的管理需求；②構(gòu)建了符合MECE原則的指標(biāo)多維度模型，將不同的業(yè)務(wù)、不同場景下的指標(biāo)，歸集在統(tǒng)一的指標(biāo)多維度模型之中，實現(xiàn)具體業(yè)務(wù)與指標(biāo)模型相互分離，大幅減少了將業(yè)務(wù)場景轉(zhuǎn)化為業(yè)務(wù)模型的數(shù)量；③按照MECE原則，梳理了統(tǒng)計分析模型、圖形展示模型，并且建立了指標(biāo)多維度模型、統(tǒng)計分析模型、圖形展示模型的自動聯(lián)動，極大降低面對不同用戶分析需求的系統(tǒng)開發(fā)量。

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1673-0194（2016）19-0161-05

2016-07-27

國家自然科學(xué)基金資助項目（No.71071019）；中國環(huán)保集團(tuán)公司科技計劃項目資助。

梁磊（1971-），男，碩士，教授級高工，主要研究方向：企業(yè)管理、信息化管理；胡耀光（1974-），男，博士，副教授，主要研究方向：知識管理、信息系統(tǒng)。