張 穎，郭星明

（浙江經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310018）

0 引言

進(jìn)入大數(shù)據(jù)時代，工信部發(fā)布的《“十四五”信息化和工業(yè)化深度融合發(fā)展規(guī)劃（2016-2020 年）》[1]催生了制造業(yè)企業(yè)大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，也隨之產(chǎn)生了海量的物理數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，這些都為“兩化融合”的進(jìn)一步推進(jìn)打下了良好的基礎(chǔ)。 縱觀各類應(yīng)用，大數(shù)據(jù)挖掘已在各行各業(yè)逐步發(fā)揮越來越重要的作用， 比如理財分析、 社交網(wǎng)站、天氣預(yù)報服務(wù)等。 就社交網(wǎng)站來說，可以通過分析網(wǎng)站歷史記錄（如點(diǎn)擊記錄、活動記錄等）揭示用戶使用習(xí)慣及其潛在關(guān)系[2]，為網(wǎng)站的市場運(yùn)營決策服務(wù)。

對于制造業(yè)企業(yè)來說，大數(shù)據(jù)挖掘利用迫切需要找到一個切入點(diǎn)。 企業(yè)根本的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)是利潤。在大數(shù)據(jù)時代，隨著企業(yè)中各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的大規(guī)模投入使用，生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)據(jù)量呈爆發(fā)性增長，通過大數(shù)據(jù)挖掘處理和提取利用，高效、直接及至近乎實(shí)時地分析和利用這些海量數(shù)據(jù)，發(fā)揮其蘊(yùn)含的巨大潛在價值，指導(dǎo)企業(yè)增盈減損，穩(wěn)步提升核心競爭力，是應(yīng)該的和可能的。

欲解決制造業(yè)企業(yè)中大數(shù)據(jù)對利潤核算分析的關(guān)鍵作用，需要解決的重要問題是:

（1）如何捕捉在不同位置、異構(gòu)系統(tǒng)中實(shí)時產(chǎn)生的大規(guī)模數(shù)據(jù)；

（2）如何使捕捉到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、可視化和可理解；

（3）如何使異構(gòu)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)指標(biāo)體系無縫對接企業(yè)的核算體系；

（4）如何根據(jù)企業(yè)的個性化特征構(gòu)建利潤核算體系。

由于大數(shù)據(jù)產(chǎn)生的5V 特點(diǎn)：Volume （大量）、Velocity（高速）、Variety（多樣）、Value（低價值密度）和Veracity（真實(shí)性），使得上述問題極具挑戰(zhàn)性。

1 相關(guān)研究

1.1 大數(shù)據(jù)挖掘方法的相關(guān)研究

當(dāng)前，對大數(shù)據(jù)的研究主要集中在不同類型數(shù)據(jù)的高速并行處理 （如針對批量數(shù)據(jù)處理的MapReduce[3]框架、針對交互式數(shù)據(jù)的Spark[4]系統(tǒng)、針對流式數(shù)據(jù)處理的Dremel[5]系統(tǒng)以及針對圖數(shù)據(jù)的Pregel[6]系統(tǒng)） 、大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用（如個性化推薦[7]、軟件分類[8]、基因選擇[9]） 以及大數(shù)據(jù)處理基礎(chǔ)技術(shù)[10]等方面，但將大數(shù)據(jù)和企業(yè)利潤核算進(jìn)行對接和管理的研究甚少。 目前，企業(yè)的大數(shù)據(jù)應(yīng)用和企業(yè)的核算通常是兩張皮運(yùn)作，甚至還需要依靠人作為“搬運(yùn)工”來解決網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)的“謄抄”（可能會借助于Excel 等工具）和會計核算系統(tǒng)的“錄入”工作，效率十分低下，信息孤島現(xiàn)象明顯，與國家“兩化融合”的要求相去甚遠(yuǎn)。

1.2 本體中間件方法研究

面向管理信息系統(tǒng)的本體有六元組[11]、五元組[12]、四元組[13]、三元組[14]、二元組[15]等多種分析方法。 其中，三元組的本體中間件[14]借鑒了其他領(lǐng)域中間件的研究方法和本體論工程的研究成果，將管理信息系統(tǒng)歸納為三元組，將領(lǐng)域業(yè)務(wù)知識與表及表的謂詞演算相分離，然后運(yùn)用數(shù)學(xué)集合空間的運(yùn)算和數(shù)理邏輯的推導(dǎo)，完成并構(gòu)造了一個基于管理信息本體需求的、與具體領(lǐng)域知識無關(guān)的，但又可以通過知識集映射領(lǐng)域需求的、通用的管理信息系統(tǒng)中間件構(gòu)件平臺[16]。 本文的研究方法采納了三元組本體分析方法。

1.3 企業(yè)核算方法研究

受國家財政部條例制約， 自1994 年稅制改革以來，我國制造業(yè)企業(yè)的會計核算制度一直在規(guī)范會計信息系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)[17]。 這種現(xiàn)象有利于各類商品化的會計賬務(wù)處理軟件穩(wěn)定推行，一些有實(shí)力的企業(yè)也籍此進(jìn)行了 “現(xiàn)代集成制造大系統(tǒng)平臺”建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了財務(wù)業(yè)務(wù)一體化[18]。 但對這些企業(yè)以及更多的中小型企業(yè)來說，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)時代資源的共享對接和個性化需求，以及成本費(fèi)用的精準(zhǔn)控制，尚在探索中[19-20]。 作為會計賬務(wù)處理軟件，原始異構(gòu)系統(tǒng)和柔性制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和核算分錄還無法實(shí)現(xiàn)智能高效的自動生成[21]。

2 問題建模

2.1 三元組模型

按照三元組理論，制造業(yè)企業(yè)的核算管理信息系統(tǒng)可以描述為如下三元組：

三元組S={U，T，P}是一個管理信息系統(tǒng)。 其中U 為制造業(yè)企業(yè)核算領(lǐng)域的本體知識及需求的集合，也可稱企業(yè)核算業(yè)務(wù)；T 為二維關(guān)系表集合，簡稱表；P 為針對T 而不針對U 的謂詞演算邏輯集合，也可稱為核算功能。

關(guān)于企業(yè)核算管理信息系統(tǒng)，上述表述的一個重要意義是實(shí)現(xiàn)了企業(yè)核算管理信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)與功能的分離。 在三元組S 中，二維關(guān)系表T 是企業(yè)核算管理信息的載體，它的值域構(gòu)成無限循環(huán)集合，見表1。

表1 二維關(guān)系表本體T 的值域表Table 1 Value range of the two-dimensional relation table ontology T

U 是會計核算領(lǐng)域特征的直接體現(xiàn)，它的值域構(gòu)成無限不循環(huán)集合，見表2。

表2 會計核算知識及需求本體集合U 的值域表Table 2 Value range table of accounting knowledge and requirement ontology set U

P 通過對T 的靜態(tài)描述 （定義） 和動態(tài)處理（演算） 實(shí)現(xiàn)會計核算領(lǐng)域的信息本體處理需求。根據(jù)二元關(guān)系的定義， 在數(shù)據(jù)庫的關(guān)系代數(shù)中，專門的關(guān)系運(yùn)算包括選擇、投影、連接和除四種，分別以Γ、Σ、Π、Δ 四個符號表示。因此，P 是一個基于二元關(guān)系操作的有限集合。

選擇操作：

Γ（T）∈T={T|tij；i=1，2，3，…，m；j=1，2，3，…，n；?t∈T，st.γ（t） =true}。 γ 為選擇條件。

投影操作：

Σ（T）∈T={T|tij；i=1，2，3，…，m；j=1，2，3，…，n；?t1，t2，t3，…，tk∈T，st.tij=Σtl}。 Σ 為降維操作。

連接操作：

Π（T1，T2）∈T={T|π（tij）=true；i=1，2，3，…，m；j=1，2，3， …，n；?t1∈T1，t2∈T2，st.t1=t2}。 π 為連接條件。

除操作：

Δ （T1，T2）∈T={T|tij；i=1，2，3， …，m；j=1，2，3，…，n；?t1∈T1，t2T2}。 Δ 為除操作。

為進(jìn)一步闡述異構(gòu)信息系統(tǒng)之間的變換關(guān)系，引入關(guān)系運(yùn)算M，用于對表集T 進(jìn)行描述，其逆運(yùn)算M-1則為抽象運(yùn)算。

描述操作：M（U，T，P）?S={U，T，P}，M∈P。 M操作運(yùn)用知識集U 賦予T 和P 以領(lǐng)域的意義，從而完成一般意義上的管理信息系統(tǒng)。 顯然，其逆運(yùn)算應(yīng)該是抽象運(yùn)算：

抽象操作：M-1（{U，T，P}） =M-1（S） ={Φ，T，P}。顯然，經(jīng)過抽象的管理信息系統(tǒng)不再含有領(lǐng)域意義。

由于P 是針對T 而不針對U 的謂詞演算邏輯集合， 因此描述操作M 和抽象操作M-1可以簡化為：

簡化后的描述操作：M（U，T）?S= {U，T}，M∈P，稱R={U，T}為狀態(tài)集。

簡化后的抽象操作：M-1（{U，T}）=M-1（R）= {Φ，T}～T。

{Φ，T}和T 存在等價關(guān)系，所以有時就進(jìn)一步簡化表示：

M（T）?S={U，T}，M∈P。

M-1（{U，T}） =M-1（R）=T。

2.2 形式化描述

按照上述三元組模型，基于大數(shù)據(jù)挖掘的企業(yè)核算信息系統(tǒng)S 可以形式化地描述如下：

S=M·Δ·Σ·Π·（?！-1（S1），?！-1（S2），Γ·M-1（S3）， …）

其中S1，S2，S3，…為各個異構(gòu)系統(tǒng)，可以來自于物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等多個數(shù)據(jù)源，如圖1 所示。

3 中間件設(shè)計

3.1 平臺架構(gòu)

大數(shù)據(jù)時代的企業(yè)管理信息系統(tǒng)都是基于云服務(wù)的，因此企業(yè)核算系統(tǒng)的后端數(shù)據(jù)采集觸角應(yīng)當(dāng)延伸到底層的傳感器物理設(shè)施層（I），而前端服務(wù)則應(yīng)面向企業(yè)決策層（S），中間是由中間件組成的各個服務(wù)構(gòu)件，如圖2 所示。

3.2 軟件架構(gòu)

對大數(shù)據(jù)背景下的企業(yè)核算系統(tǒng)的本體研究，其意義在于可據(jù)此構(gòu)建一個面向大數(shù)據(jù)挖掘和企業(yè)核算的中間件軟件平臺，并形成高效、長周期、個性化和可持續(xù)完善的系統(tǒng)生命周期， 以回應(yīng)動態(tài)性、多樣化、多源性和不確定性的企業(yè)信息化需求特征。 中間件平臺的設(shè)計框架如圖3 所示。3.3 構(gòu)件組成

三元組研究的價值在于可以據(jù)此構(gòu)建一個通用的、 基于大數(shù)據(jù)的企業(yè)核算系統(tǒng)的本體中間件，而基于謂詞演算邏輯（功能）集合P 的構(gòu)件開發(fā)則可使T 表的推演以及U 與T 之間描述和抽象等得以順利地實(shí)現(xiàn)。

U 與T 之間描述和抽象一般通過靜態(tài)元數(shù)據(jù)標(biāo)引加以實(shí)現(xiàn)， 其又可分為表格標(biāo)引和表欄標(biāo)引，根據(jù)企業(yè)核算和大數(shù)據(jù)特征，靜態(tài)元數(shù)據(jù)標(biāo)引集可如表3 所示。

表3 靜態(tài)元數(shù)據(jù)標(biāo)引指標(biāo)概覽Table 3 Overview of static metadata indexing indicators

而T 表推演的謂詞演算屬于動態(tài)元數(shù)據(jù)標(biāo)引，其標(biāo)引集可如表4 所示，一個可能的構(gòu)件組成及其應(yīng)用如表5 所示。

表4 動態(tài)元數(shù)據(jù)標(biāo)引集Table 4 Dynamic metadata indexing set

4 企業(yè)核算本體推演

4.1 頂層設(shè)計

基于三元組的企業(yè)大數(shù)據(jù)核算工作流程是十分清晰的，如圖1 所示。 但是，在實(shí)際應(yīng)用中，由于數(shù)據(jù)更為多樣、動態(tài)和不確定，要動態(tài)、在線、自動地順利完成此核算過程仍然是一個極具挑戰(zhàn)性的課題。 為解決這一問題，前述中間件提供了更為便捷的解決方案。 在這一中間件平臺上，大數(shù)據(jù)挖掘和核算工作可以在線調(diào)用和動態(tài)組裝，并且構(gòu)件的粒度大小能夠保持在可以和業(yè)務(wù)相映射的程度。此舉極大提高了企業(yè)核算效率，也為大數(shù)據(jù)時代的制造業(yè)應(yīng)用開辟了一條新的思路。

4.2 大數(shù)據(jù)采集

大數(shù)據(jù)采集和挖掘是企業(yè)核算轉(zhuǎn)型升級的必由之路。 對于制造業(yè)中直接與核算相關(guān)的大數(shù)據(jù)，其來源一般是控制計量設(shè)備、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)以及其他異構(gòu)系統(tǒng)，形式可能是流式非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，也可能是半結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，或者是異構(gòu)數(shù)據(jù)，為和企業(yè)自身的核算系統(tǒng)對接，必須要對其作結(jié)構(gòu)化遷移挖掘。

異構(gòu)數(shù)據(jù)可能是無序的和無結(jié)構(gòu)的， 但是挖掘的目標(biāo)必須是有序的和結(jié)構(gòu)化的。 對于企業(yè)核算來說，下列狀態(tài)集R=（U，T）是核算的必然要素和前提：

收料大數(shù)據(jù)：｛日期，[供應(yīng)單位代碼或名稱]， 材料代碼或名稱，數(shù)量，單價或暫估價，金額，簽收人，[備注]｝

領(lǐng)料大數(shù)據(jù)：｛日期， 領(lǐng)用部門代碼或名稱，材料代碼或名稱，數(shù)量，簽發(fā)人，[備注]｝

投料大數(shù)據(jù)：｛日期， 生產(chǎn)部門代碼或名稱，產(chǎn)品代碼或名稱， 產(chǎn)出量， 所耗材料代碼或名稱，數(shù)量，操作人，[備注]｝

能耗大數(shù)據(jù)：｛日期，生產(chǎn)部門代碼或名稱，能源代碼或名稱，耗用量，單價，金額，能源管理員，[備注]｝

成品入庫大數(shù)據(jù)：｛日期， 生產(chǎn)部門代碼或名稱，產(chǎn)品代碼或名稱，入庫量，簽收人，[備注]｝

成品出庫大數(shù)據(jù)：｛日期，購貨單位代碼或名稱，產(chǎn)品代碼或名稱，數(shù)量，單價，金額，簽發(fā)人，[備注]｝

上述大數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)項(xiàng)指標(biāo)，除了“[]”中的信息對于核算是可有可無的，其他項(xiàng)目都必須關(guān)鍵存在，否則核算將無法進(jìn)行。 這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)項(xiàng)可以通過特征抽取等方式從大數(shù)據(jù)源中挖掘而得。

為便于后續(xù)謂詞演算，上述狀態(tài)集經(jīng)抽象后得到的T 表依次為：

其中，i=1，2，3，…。 顯然，這些表和業(yè)務(wù)無關(guān)。而它們又是和業(yè)務(wù)存在著解釋、賦予等描述性的關(guān)系。因此，描述和抽象是自然存在的關(guān)系，不再一一推導(dǎo)。

借助于上述中間件，這些數(shù)據(jù)的遷移和挖掘有多種途徑，如表5 中的“|R…；”，其中間件應(yīng)用平臺的界面如圖4 所示， 這些參數(shù)是可以在線定義、保存和自動執(zhí)行的。

表5 基于謂詞演算集的構(gòu)件組成Table 5 Components based on predicate calculus

從圖可見， 借助ODBC （Open Database Connectivity）技術(shù)和流技術(shù)，幾乎可以實(shí)現(xiàn)任意字符的數(shù)據(jù)挖掘，并使之成為結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)表。 如果借助圖形和音視頻分析軟件， 此中間件還可實(shí)現(xiàn)圖形、音頻、視頻等信息的數(shù)據(jù)挖掘。特殊情況下，遷移挖掘可以是反向進(jìn)行的，即向其他異構(gòu)信息系統(tǒng)發(fā)送所需要的信息。

4.3 數(shù)據(jù)整理

對于進(jìn)入企業(yè)核算的任何數(shù)據(jù)，均應(yīng)經(jīng)受會計人員的審核和未來的審計。 因此，大數(shù)據(jù)集須進(jìn)一步整理為適合人們閱讀理解的界面形式，并需要按國家財政部門的要求格式規(guī)范打印存檔。其中涉及到許多界面形式的要求（見表3）和閱讀習(xí)慣，有時需要從多個采集表中連接、篩選、轉(zhuǎn)換而成，可借助上述構(gòu)件方法，對大數(shù)據(jù)集作進(jìn)一步的處理。 以某化工企業(yè)的投料為例，其投料單的界面形式如圖5所示。

這一界面顯然和大數(shù)據(jù)采集而得的數(shù)據(jù)形式有較大的差別，且符合我國管理模式的風(fēng)格。 以構(gòu)件表述的整理過程見表6。

表6 大數(shù)據(jù)整理謂詞演算的構(gòu)件表述集Table 6 Component representation set of predicate calculus for big data sorting

4.4 核算推演

可以在經(jīng)整理的原始表集T=｛MR，MS，BM，EB，PI，PO｝基礎(chǔ)上，作進(jìn)一步的謂詞演算推演，以逐步完成材料核算、車間核算、成本核算、費(fèi)用核算、收入核算，最終實(shí)現(xiàn)利潤核算。這些核算涉及到的重要狀態(tài)表集如下：

材料核算MA：｛月份，材料代碼或名稱，期初數(shù)量，單價，金額，收入數(shù)量，單價，金額，領(lǐng)用數(shù)量，單價，金額，耗用數(shù)量，單價，金額，期末數(shù)量，單價，金額，[備注]｝

車間核算CA：｛月份，產(chǎn)品代碼或名稱，工時，產(chǎn)量，材料代碼或名稱，用料量，損耗分?jǐn)偭?，[備注]｝

成本核算VA：｛月份，產(chǎn)品代碼或名稱，產(chǎn)量，產(chǎn)品總成本，材料代碼或名稱，用料量，損耗分?jǐn)偭?，單價，金額，[備注]｝

費(fèi)用核算FA：｛月份，產(chǎn)品代碼或名稱，分?jǐn)傎M(fèi)用金額，[備注]｝

收入核算HA：｛月份，產(chǎn)品代碼或名稱，銷售數(shù)量，單價，金額，[備注]｝

銷售核算SA：｛月份，產(chǎn)品代碼或名稱，期初數(shù)量，單位成本，金額，生產(chǎn)數(shù)量，單位成本，金額，銷售數(shù)量，單位成本，金額，期末數(shù)量，單位成本，金額，[備注]｝

利潤核算PA：｛月份，產(chǎn)品代碼或名稱，銷售收入，銷售成本，毛利，[備注]｝

這些表的核算推演關(guān)系如圖6 所示。以成本核算為例，基于構(gòu)件表述的整理過程見表7。

5 實(shí)施情況分析

5.1 開發(fā)效率分析

本體開發(fā)方法優(yōu)于一般開發(fā)方法的最大特點(diǎn)在于能夠很好地實(shí)現(xiàn)原型開發(fā)思想，即符合人們思想認(rèn)識的漸進(jìn)性，以及需求不甚明朗和經(jīng)常處于變動之中的情形。自2011 年以來，本課題的本體中間件 （VC For API 開發(fā)工具+MSSQL 或ORACLE 數(shù)據(jù)庫）就分別應(yīng)用于多個行業(yè)企業(yè)，極大地提升了軟件開發(fā)效率，如圖7 所示。

圖7 中，一個中型規(guī)模制造業(yè)企業(yè)的企業(yè)核算系統(tǒng)開發(fā)天數(shù)，由原來的平均一年縮短到現(xiàn)在的平均30 天；開發(fā)團(tuán)隊人數(shù)由原來的10 人左右，縮短到現(xiàn)在的2～3 人； 全部程序共35 萬代碼行的更改量由原來的5 萬行，縮短到現(xiàn)在的不足五百行。 整體效率提高了三倍。

5.2 應(yīng)用效率效果分析

本體開發(fā)方法將功能和業(yè)務(wù)分離，于是目標(biāo)系統(tǒng)的開發(fā)就成為原型的二次定義，許多功能可以在現(xiàn)場定制，極大地改善了與目標(biāo)用戶之間的需求溝通。 特別是一些簡單系統(tǒng)的維護(hù)，可以授權(quán)用戶自行解決，對于延長系統(tǒng)的生命周期有十分重要的意義。同時，系統(tǒng)的靈敏性也有所增強(qiáng)，企業(yè)可根據(jù)市場波動和高層決策及時主動調(diào)整系統(tǒng)需求，并在短期內(nèi)加以實(shí)現(xiàn)，可以抓住有利時機(jī)，為企業(yè)爭取更多的利潤空間。 系統(tǒng)應(yīng)用效果如圖8 所示。

圖8 中，企業(yè)應(yīng)用信息系統(tǒng)之后，崗位管理人員數(shù)從20 余人下降到7 人； 借助系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了平面化管理， 庫存和資金周轉(zhuǎn)的天數(shù)也從90 天以上大幅縮短到20 天左右， 企業(yè)外延市場擴(kuò)張和內(nèi)涵挖掘并舉，利潤也有顯著的增長。5.3 異構(gòu)資源共享

近年來，隨著兩化融合的逐步推開，基于大數(shù)據(jù)挖掘的企業(yè)核算本體中間件日益顯現(xiàn)了靈活、高效的特點(diǎn)。 迄今為止，系統(tǒng)已與銀行對賬、財稅申報、工業(yè)控制、員工考勤、工資發(fā)放等多個政府部門、中介機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對接，還和其他財務(wù)軟件實(shí)現(xiàn)了信息資源共享，如圖9 所示。

6 結(jié)語

隨著兩化融合的深入，企業(yè)管理信息化必然要和工業(yè)信息化發(fā)生全方位的交融，海量的數(shù)據(jù)無疑為管理效率的提高和利潤的挖掘帶來新的機(jī)遇。搶抓這種機(jī)遇，正確應(yīng)對復(fù)雜多變的市場，及時作出科學(xué)合理的經(jīng)營決策，需要靈活、高效的系統(tǒng)軟件的有力支撐。 為此，本文設(shè)計了一種面向大數(shù)據(jù)挖掘的企業(yè)核算本體中間件，通過本體抽象，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)和功能的分離，并構(gòu)建了靈活通用、又有適當(dāng)粒度的功能構(gòu)件，以原型定義、在線調(diào)用、動態(tài)組裝的方式，有效解決了用戶需求的及時響應(yīng)。 一段時間的應(yīng)用情況也表明，這樣的中間件及其開發(fā)方法是十分適應(yīng)制造業(yè)企業(yè)，特別是中小企業(yè)的信息化應(yīng)用發(fā)展的，具有明顯的優(yōu)越性。