劉根娣，閻 森，貴 麗，張 延，孫新宇

（西安交通大學(xué)管理學(xué)院，陜西 西安 710049）

1 引言

在產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈和數(shù)字化技術(shù)日益成熟的雙重背景下，以定制化產(chǎn)品為核心的個(gè)性化價(jià)值鏈協(xié)同制造模式逐步涌現(xiàn)。在此過程中，“設(shè)計(jì)圖紙”“物料清單”“生產(chǎn)工藝”“采購(gòu)信息”“庫(kù)存狀態(tài)”等產(chǎn)品生命周期中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)因其多源異構(gòu)的特性，往往缺乏企業(yè)內(nèi)部平臺(tái)間和企業(yè)外部系統(tǒng)間的統(tǒng)一表達(dá)模型和協(xié)同共享機(jī)制，造成了信息孤島并導(dǎo)致個(gè)性化價(jià)值鏈演化困難[1-2]。

針對(duì)價(jià)值鏈數(shù)據(jù)集成和統(tǒng)一問題，理論界已有討論。李西興[3]等提出基于網(wǎng)絡(luò)的模塊化組件與數(shù)據(jù)庫(kù)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成方法的配合使用，可以實(shí)現(xiàn)平臺(tái)間的數(shù)據(jù)集成與共享。田仁勇[4]等基于企業(yè)服務(wù)總線將PLM、MES、QMS等各獨(dú)立系統(tǒng)進(jìn)行集成，解決了上下游系統(tǒng)的數(shù)據(jù)聯(lián)通和共享問題。姜楠[5]等和卞德志[6]等采用了元模型思想，實(shí)現(xiàn)了對(duì)異構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一描述、抽取、治理與共享。然而，以上面向服務(wù)架構(gòu)的數(shù)據(jù)集成技術(shù)缺乏了對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性和一致性的考慮，且依賴于既有系統(tǒng)。此外，元模型理論亦存在建模數(shù)據(jù)粒度大于真實(shí)資源粒度的風(fēng)險(xiǎn)。

因此，亟需構(gòu)建一種貫穿價(jià)值鏈閉環(huán)，且滿足數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性、一致性和良好建模粒度的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型來實(shí)現(xiàn)個(gè)性化價(jià)值鏈數(shù)據(jù)的協(xié)同與共享。利用產(chǎn)品物料清單在產(chǎn)品生命周期過程的業(yè)務(wù)串聯(lián)性，本文通過提出基于“塔形”BOM架構(gòu)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，回答個(gè)性化價(jià)值鏈數(shù)據(jù)協(xié)同的內(nèi)容邊界、格式定義、映射方式、功能優(yōu)勢(shì)和實(shí)現(xiàn)載體等問題，從頂層設(shè)計(jì)視角解決個(gè)性化價(jià)值鏈中數(shù)據(jù)統(tǒng)一表達(dá)與協(xié)同共享的需求，并填補(bǔ)該理論空白。

2 個(gè)性化價(jià)值鏈內(nèi)涵

參考邁克爾·波特的價(jià)值鏈概念[7]，本文定義的“個(gè)性化價(jià)值鏈”是指以定制化產(chǎn)品為核心，諸多參與企業(yè)在產(chǎn)品生命周期過程中進(jìn)行一切生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)所創(chuàng)造價(jià)值的過程。其目的是通過將單一企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)決策上升為多企業(yè)協(xié)同運(yùn)作來實(shí)現(xiàn)信息價(jià)值的溢出效應(yīng)，最終提高生產(chǎn)與服務(wù)效率。由于個(gè)性化價(jià)值鏈存在數(shù)據(jù)協(xié)同主體眾多、數(shù)據(jù)生成多源異構(gòu)、數(shù)據(jù)變更響應(yīng)迫切和數(shù)據(jù)融合增值不足等行業(yè)特性，解決數(shù)據(jù)層的統(tǒng)一表達(dá)和協(xié)同共享是實(shí)現(xiàn)個(gè)性化價(jià)值鏈協(xié)同的基礎(chǔ)和前提。

3 “塔形”BOM統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型

3.1 概念模型

“塔形”BOM架構(gòu)，本質(zhì)是一種四級(jí)五維的BOM數(shù)據(jù)組織體系?！八募?jí)”表示BOM數(shù)據(jù)的層級(jí)關(guān)系，包括產(chǎn)品級(jí)、模塊級(jí)、部件級(jí)和零件級(jí)。將物料關(guān)系以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行層級(jí)劃分可以提升產(chǎn)品生命周期流通中的唯一標(biāo)識(shí)性，建立產(chǎn)品構(gòu)件間的關(guān)聯(lián)性，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)變動(dòng)、制造外包和備件管理的快速協(xié)同，為全價(jià)值鏈的個(gè)性化產(chǎn)品準(zhǔn)時(shí)交付提供保障?！拔寰S”表示個(gè)性化價(jià)值鏈中關(guān)鍵業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的抽象，包括設(shè)計(jì)維、工藝維、采購(gòu)維、制造維和售后維。圍繞關(guān)鍵業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)將價(jià)值鏈中關(guān)鍵信息有效集成，實(shí)現(xiàn)定制化產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一治理、應(yīng)用和共享。因其概念模型形似寶塔，故稱“塔形”BOM架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 “塔形”BOM模型

（1）四級(jí) 現(xiàn)有研究將一般機(jī)械產(chǎn)品的基本結(jié)構(gòu)分為“產(chǎn)品-部件-零件”三個(gè)層級(jí)[8-10]，對(duì)應(yīng)三級(jí)BOM結(jié)構(gòu)，表示零部件的隸屬關(guān)系和數(shù)量關(guān)系。然而，在個(gè)性化產(chǎn)品的生產(chǎn)實(shí)踐中，傳統(tǒng)三級(jí)BOM結(jié)構(gòu)難以滿足對(duì)產(chǎn)品個(gè)性化配置的表征需求。因此，參考產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論中模塊化的思想[11-12]，本文在BOM統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型的層級(jí)維度上提出“產(chǎn)品-模塊-部件-零件”的四級(jí)層次關(guān)系，如圖2所示。

圖2 BOM層級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖

產(chǎn)品模塊劃分為通用模塊（必選模塊）和差異化模塊（可選模塊），可以根據(jù)客戶個(gè)性化需求選擇合適的模塊進(jìn)行組合快速完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，增加了BOM的復(fù)用性。當(dāng)需求或參數(shù)發(fā)生變更時(shí)，只需要對(duì)某（幾）個(gè)模塊進(jìn)行調(diào)整，便可以完成所有包含此模塊BOM數(shù)據(jù)的調(diào)整，確保產(chǎn)品BOM數(shù)據(jù)的同步性，縮短對(duì)客戶需求的響應(yīng)時(shí)間[13]，為生產(chǎn)制造的完工準(zhǔn)時(shí)性提供保障。模塊由部件集成得到，集成的方式有兩種：①將為實(shí)現(xiàn)同一功能的部件集成為模塊；②將在幾何空間上存在物理連接和位置約束的部件集成為模塊。這兩種集成方式不僅提高了模塊的功能獨(dú)立性，同時(shí)保證了部件的齊套性。部件由零件組合而成，通過組合可以提升產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化和系列化水平，避免零件種類和數(shù)量過多導(dǎo)致的錯(cuò)用、混用風(fēng)險(xiǎn)。零件是產(chǎn)品中不可再分的最小單元，這些零件分為國(guó)標(biāo)零件和特殊零件，國(guó)標(biāo)零件可直接通過采購(gòu)得到，特殊零件則需要企業(yè)自制。

（2）五維 “塔形”BOM的五維回答了統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型的邊界問題。以定制化產(chǎn)品為核心，對(duì)個(gè)性化價(jià)值鏈全域信息池進(jìn)行五個(gè)維度的抽取，包含設(shè)計(jì)維、工藝維、采購(gòu)維、制造維和售后維五大場(chǎng)景，涵蓋了主體協(xié)同多、數(shù)據(jù)交互強(qiáng)和變更響應(yīng)急的業(yè)務(wù)特征?；贐OM數(shù)據(jù)的生命周期性，提取以BOM數(shù)據(jù)為核心的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。通過統(tǒng)一物料編碼，使“塔形”BOM中的物料信息在五個(gè)場(chǎng)景維度下同步變更和互通互用，為個(gè)性化價(jià)值鏈提供決策支持，如圖3所示。

圖3 個(gè)性化價(jià)值鏈全域信息的五維抽取

3.2 表示形式

本文采用二維表形式對(duì)“塔形”BOM的概念模型進(jìn)行物理表示，主要分為主BOM表和五維BOM表。主BOM表和五維BOM表通過外鍵建立連接，如圖4所示。對(duì)各BOM表的字段進(jìn)行定義：

圖4 基于塔形BOM的數(shù)據(jù)協(xié)同共享機(jī)制原理

1）主BOM：用于存儲(chǔ)產(chǎn)品與零部件之間的父子級(jí)和數(shù)量關(guān)系，并通過外鍵與其他五個(gè)維度的表進(jìn)行連接。主要字段包括物料編碼ID、物料位置ID、BOM層級(jí)、物料名稱、父級(jí)物料編碼、數(shù)量、設(shè)計(jì)ID、工藝ID、采購(gòu)ID、制造ID和售后ID。

2）設(shè)計(jì)BOM：EBOM（Engineering BOM）是指設(shè)計(jì)工程師根據(jù)客戶訂單需求進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，生成產(chǎn)品零部件名稱、結(jié)構(gòu)關(guān)系、圖紙對(duì)應(yīng)關(guān)系等信息的BOM表單。主要字段包括設(shè)計(jì)ID、物料編碼ID、圖號(hào)、物料規(guī)格、設(shè)計(jì)人員、設(shè)計(jì)軟件和版本更新日期等。

3）工藝BOM：PBOM（Process BOM）是指基于設(shè)計(jì)BOM解算出的自制零部件物料清單及其工藝信息。主要字段包括工藝ID、物料編碼ID、工藝類型、工藝要求、工藝流程、關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵環(huán)節(jié)和版本更新日期等。

4）采購(gòu)BOM：BBOM（Buying BOM）是指基于設(shè)計(jì)BOM解算出的采購(gòu)零部件物料清單及外購(gòu)和外協(xié)的相關(guān)信息。主要字段包括采購(gòu)ID、物料編碼ID、供應(yīng)商信息（編號(hào)、名稱、地址和聯(lián)系方式）、訂貨量、交貨期、庫(kù)存信息、采購(gòu)狀態(tài)和版本更新日期等。

5）制造BOM：MBOM（Manufacturing BOM）是指基于設(shè)計(jì)BOM解算出的自制零部件物料清單及其制造和裝配信息。主要字段包括制造ID、物料編碼ID、裝配順序、裝配數(shù)量、制造工時(shí)、特殊配套工具及設(shè)備、技術(shù)人員、生產(chǎn)效能和版本更新日期等。

6）售后BOM：SBOM（Service BOM）是指在產(chǎn)品交付給客戶后，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行售后服務(wù)產(chǎn)生的物料清單，用于記錄產(chǎn)品在使用過程和維修階段的信息。主要字段包括售后ID、物料編碼ID、運(yùn)行狀態(tài)、故障信息、維修/替換記錄、檢修日期、零部件備貨信息和版本更新日期等。

3.3 協(xié)同共享機(jī)制

盡管個(gè)性化價(jià)值鏈中各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)相互關(guān)聯(lián)，但承擔(dān)各環(huán)節(jié)功能的價(jià)值鏈主體可能彼此獨(dú)立，體現(xiàn)在他們應(yīng)用不同的數(shù)據(jù)平臺(tái)或載體對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)與交互。在“塔形”BOM體系架構(gòu)下，這可能造成同一類型BOM表單在向主BOM集成時(shí)因格式或內(nèi)容不統(tǒng)一而難以融合。因此，本文進(jìn)一步提出多源異構(gòu)表單向“塔形”BOM統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型集成所需的數(shù)據(jù)映射轉(zhuǎn)換規(guī)則及規(guī)則管理方法，旨在為不同價(jià)值鏈主體產(chǎn)出的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)提供一個(gè)統(tǒng)一化和標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)同共享機(jī)制。將數(shù)據(jù)映射轉(zhuǎn)換規(guī)則進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化封裝，通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)描述規(guī)范屏蔽了不同類型數(shù)據(jù)源的差異，通過定義標(biāo)準(zhǔn)的適配器接口為上層數(shù)據(jù)交換提供統(tǒng)一的底層接口，也使新數(shù)據(jù)源的接入僅需增加適配器即可實(shí)現(xiàn)。其原理如圖4所示。

3.4 轉(zhuǎn)換映射規(guī)則

（1）轉(zhuǎn)換映射規(guī)則構(gòu)建 為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換映射，本文構(gòu)建了多源BOM到統(tǒng)一“塔形”BOM架構(gòu)的轉(zhuǎn)換映射規(guī)則，來解決BOM表字段之間的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類型、語(yǔ)義及值域不一致等問題。轉(zhuǎn)換映射規(guī)則函數(shù)和映射規(guī)則是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。假設(shè)Ts是源數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)表，Tt是目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)表，X和Y分別是來自源表Ts和目標(biāo)表Tt的兩個(gè)字段集合，集合X中的字段Xi經(jīng)過一系列的轉(zhuǎn)換或運(yùn)算，映射到集合Y的字段yi，其映射規(guī)則函數(shù)記作F(xi,yi)。

在數(shù)據(jù)映射過程中，可按字段映射、數(shù)據(jù)類型映射、語(yǔ)義映射、值域映射的順序依次進(jìn)行，其中語(yǔ)義映射和值域映射順序可以互換。

1）字段映射。建立表中字段在結(jié)構(gòu)上的對(duì)應(yīng)關(guān)系，形成Ts源表字段xi到Tt目標(biāo)表字段yi的對(duì)應(yīng)。字段映射包括1∶1、1∶n和n∶1三種情況。理想狀態(tài)是源表的字段和目標(biāo)表的字段可以一一映射，如源表的“物料id”和目標(biāo)表的“物料編碼ID”是1∶1的關(guān)系。但是，由于不同系統(tǒng)對(duì)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的解析程度的不同，會(huì)出現(xiàn)不能一一對(duì)應(yīng)的情況。如，在源表中只用“聯(lián)系方式”一個(gè)字段來描述與供應(yīng)商的聯(lián)系方式，而在目標(biāo)表中卻用了“電話”“地址”“郵政編碼”三個(gè)字段來描述，所以需要建立1∶n的映射；同理，也可能需要建立n∶1的映射。其映射規(guī)則函數(shù)如下：

2）數(shù)據(jù)類型映射。將Ts源表字段xi的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換成Tt目標(biāo)表字段yi的數(shù)據(jù)類型。數(shù)據(jù)庫(kù)表中字段有多種數(shù)據(jù)類型，如數(shù)值型、字符型和日期型等，而數(shù)值型又可分為整型、單精度浮點(diǎn)型和雙精度浮點(diǎn)型等，字符型又可分為固定長(zhǎng)度的字符和可變長(zhǎng)度的字符。字段對(duì)應(yīng)表建立之后，Ts源表內(nèi)字段xi的數(shù)據(jù)類型可能與Tt目標(biāo)表字段yi的數(shù)據(jù)類型不一致，故需要對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使整體數(shù)據(jù)庫(kù)同種含義字段的數(shù)據(jù)類型保持統(tǒng)一。映射規(guī)則函數(shù)如下：

3）語(yǔ)義映射。將Ts源表字段xi的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成Tt目標(biāo)表字段yi的內(nèi)容，解決數(shù)據(jù)語(yǔ)義異構(gòu)問題。數(shù)據(jù)集成過程中的語(yǔ)義異構(gòu)主要體現(xiàn)在字段內(nèi)容命名的差異。例如價(jià)值鏈上各個(gè)協(xié)同主體對(duì)于同一零件、同一種設(shè)備的名稱表述不同，都可能造成不同主體理解上的偏差，降低協(xié)同效率。因此，需要對(duì)“塔形”BOM模型的數(shù)據(jù)語(yǔ)義建立一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)范，企業(yè)內(nèi)外各應(yīng)用系統(tǒng)都按照該規(guī)范對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行映射轉(zhuǎn)換，確保數(shù)據(jù)語(yǔ)義的一致性。

4）值域映射。建立Ts源表字段xi和Tt目標(biāo)表字段yi在取值上的對(duì)應(yīng)關(guān)系。比較Ts源表中字段xi和對(duì)應(yīng)的Tt目標(biāo)表字段yi的值域定義，確保每一組字段值域定義的一致性，如果不一致，就需要構(gòu)建相應(yīng)的值域轉(zhuǎn)換函數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一。對(duì)于枚舉型值域，以不同值域表達(dá)和同一值域概念之間的映射表形式定義值域轉(zhuǎn)換函數(shù)；對(duì)于非枚舉型值域，通過構(gòu)建匹配算法等形式定義值域轉(zhuǎn)換函數(shù)。

（2）映射規(guī)則管理 元模型是對(duì)數(shù)據(jù)和相關(guān)信息的抽象，它對(duì)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、格式和語(yǔ)法等各方面的內(nèi)容進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)的定義。運(yùn)用元模型技術(shù)，可以降低數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程對(duì)軟件開發(fā)的依賴性，解決開發(fā)軟件受底層數(shù)據(jù)模型約束的問題，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的靈活映射和轉(zhuǎn)換。

本文構(gòu)建了映射規(guī)則庫(kù)，并以元數(shù)據(jù)的形式存儲(chǔ)映射規(guī)則。映射規(guī)則通過映射規(guī)則模板描述，模板內(nèi)容包括源表字段、目標(biāo)表字段、映射模式和映射規(guī)則函數(shù)等。元模型一般分為三層，最上層是元模型層，其主要作用是對(duì)模型層進(jìn)行抽象處理，確定模型的標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言，對(duì)類、屬性、關(guān)系等進(jìn)行描述；中層是對(duì)實(shí)例進(jìn)行抽象操作的模型層；最底層是實(shí)例層，主要描述實(shí)際數(shù)據(jù)的基本信息。映射規(guī)則元模型如圖5所示。

圖5 映射規(guī)則元模型

映射規(guī)則的存儲(chǔ)和管理過程為：先手動(dòng)判斷各字段轉(zhuǎn)換的異構(gòu)類型，與映射規(guī)則庫(kù)中已有的映射模板進(jìn)行匹配，若一致，則生成相應(yīng)的映射規(guī)則實(shí)例；若不一致，則對(duì)其進(jìn)行解析，創(chuàng)建新的映射模板并存儲(chǔ)于映射規(guī)則庫(kù)中，然后生成映射規(guī)則實(shí)例。運(yùn)用元數(shù)據(jù)方式對(duì)映射規(guī)則進(jìn)行存儲(chǔ)，便于映射規(guī)則的維護(hù)和重定義。

在進(jìn)行映射時(shí)，面對(duì)眾多的映射規(guī)則，必須先識(shí)別映射模式，與已定義的映射模式匹配，匹配成功后調(diào)用對(duì)應(yīng)的映射規(guī)則函數(shù)，實(shí)現(xiàn)映射識(shí)別與映射轉(zhuǎn)換的自動(dòng)處理。

3.5 功能優(yōu)勢(shì)

1）實(shí)現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。將來自不同企業(yè)主體、不同生產(chǎn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的多源異構(gòu)BOM數(shù)據(jù)集成為統(tǒng)一的“塔形”BOM架構(gòu)，并將該BOM架構(gòu)作為企業(yè)內(nèi)外部各應(yīng)用系統(tǒng)和平臺(tái)協(xié)同的唯一數(shù)據(jù)源，確保產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)性和一致性，實(shí)現(xiàn)了全價(jià)值域數(shù)據(jù)的集成管理。

2）增加經(jīng)驗(yàn)知識(shí)重用性。運(yùn)用模塊化思想，當(dāng)新的客戶需求產(chǎn)生時(shí)，通用的模塊級(jí)BOM數(shù)據(jù)可以直接利用已有的知識(shí)積累，只對(duì)個(gè)性化的部分進(jìn)行重設(shè)計(jì)，這樣不僅可以快速生成產(chǎn)品BOM，而且能直接獲取產(chǎn)品通用部分的設(shè)計(jì)、工藝等信息，減少?gòu)牧汩_始的重復(fù)工作，增加了BOM的復(fù)用性。

3）保障產(chǎn)品物料齊套性。離散制造企業(yè)產(chǎn)品個(gè)性化強(qiáng)，零件種類繁多，容易出現(xiàn)零件錯(cuò)用、混用和零件不匹配等問題，層級(jí)劃分可以清楚表達(dá)零部件之間的上下級(jí)關(guān)系，確保產(chǎn)品各層級(jí)零件的唯一標(biāo)識(shí)性，為物料的準(zhǔn)時(shí)完工生產(chǎn)和齊套供應(yīng)提供保障，縮短交貨期。

4）強(qiáng)化產(chǎn)品可追溯性。采用物料編碼ID進(jìn)行唯一標(biāo)識(shí)，可以追蹤產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、采購(gòu)和制造等過程，包含所采用的原料及外購(gòu)件的名稱、品質(zhì)和生產(chǎn)日期等物料來源信息，生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的加工流程、加工設(shè)備、工藝參數(shù)、生產(chǎn)環(huán)境、操作人員和質(zhì)檢結(jié)果等產(chǎn)品形成的過程信息。當(dāng)產(chǎn)品出現(xiàn)問題時(shí)，可以追溯其生命周期，找出問題出現(xiàn)的環(huán)節(jié)，以便采取針對(duì)性的糾正措施，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

5）提高BOM數(shù)據(jù)變更響應(yīng)速度。當(dāng)任意環(huán)節(jié)發(fā)生變更時(shí)，可以將變更信息實(shí)時(shí)同步到“塔形”BOM中，與之有信息交互的環(huán)節(jié)便能及時(shí)獲取變更信息，對(duì)各自的BOM進(jìn)行更新并上傳到統(tǒng)一BOM中，解決BOM數(shù)據(jù)全生命周期的變更同步問題。

4 以“塔形”BOM為核心的數(shù)據(jù)中臺(tái)構(gòu)建

“塔形”BOM統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型從理論層解決了個(gè)性化價(jià)值鏈數(shù)據(jù)協(xié)同的標(biāo)準(zhǔn)和范式問題，本文進(jìn)一步提出了一種基于“塔形”BOM為主數(shù)據(jù)的中臺(tái)構(gòu)建框架，以進(jìn)一步挖掘其數(shù)據(jù)融合的增益價(jià)值。本文將數(shù)據(jù)中臺(tái)的架構(gòu)劃分為三個(gè)層次，分別是數(shù)據(jù)源層、中臺(tái)集成層和協(xié)同應(yīng)用層，如圖6所示。

4.1 數(shù)據(jù)源層

數(shù)據(jù)源是指產(chǎn)品BOM數(shù)據(jù)的來源，來自企業(yè)內(nèi)部和外部。企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)主要分為兩種，一是指企業(yè)內(nèi)部各系統(tǒng)如PDM、ERP、MES、SCM和CRM等產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，二是來自企業(yè)內(nèi)硬件設(shè)備所采集的數(shù)據(jù)，如機(jī)器人、檢測(cè)設(shè)備、傳感器和條碼槍等。企業(yè)外部數(shù)據(jù)是指與該企業(yè)有著協(xié)同合作關(guān)系的主體所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，包括設(shè)計(jì)公司、外包生產(chǎn)公司、供應(yīng)商、客戶和運(yùn)維服務(wù)公司等。數(shù)據(jù)源層為中臺(tái)集成層提供了豐富的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)。

4.2 中臺(tái)集成層

基于BOM數(shù)據(jù)中臺(tái)，其內(nèi)部通過建立標(biāo)準(zhǔn)的、智能的和全域化的數(shù)據(jù)處理體系，提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)共享等一體化服務(wù)。

1）數(shù)據(jù)獲取和存儲(chǔ)。中臺(tái)集成層需要將各類多源異構(gòu)數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)源層抽取、轉(zhuǎn)換和并同步到數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)。數(shù)據(jù)獲取的主要方式有ETL、實(shí)時(shí)采集、離線采集、日志采集和數(shù)據(jù)復(fù)制等。其中ETL技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的提取、清洗和轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的過程通過適配器完成。適配器等價(jià)于一種通道銜接器，實(shí)際上是一種映射關(guān)系，用于連接企業(yè)內(nèi)外部應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中臺(tái)。通過建立統(tǒng)一的“塔形”BOM數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換映射規(guī)則，并將其封裝成適配器，提供標(biāo)準(zhǔn)化的調(diào)用接口，以解決多源異構(gòu)數(shù)據(jù)格式不一致的問題。最后將標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)中臺(tái)的BOM主數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)。

中臺(tái)集成層需要同時(shí)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是指標(biāo)準(zhǔn)化的“塔形”BOM數(shù)據(jù)，通過關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)以二維表的形式進(jìn)行存儲(chǔ)。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是指產(chǎn)品設(shè)計(jì)的2D、3D圖紙，可存儲(chǔ)于非結(jié)構(gòu)化圖紙數(shù)據(jù)庫(kù)如Neo4J中。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫(kù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫(kù)之間通過一個(gè)ID進(jìn)行鏈接，當(dāng)企業(yè)有關(guān)部門在設(shè)計(jì)、制造等過程需要查看圖紙時(shí)，可以通過ID快速定位圖紙位置。

2）數(shù)據(jù)分析。在“塔形”BOM數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)集成數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計(jì)進(jìn)行可視化分析，為設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和采購(gòu)等各環(huán)節(jié)提供BOM主數(shù)據(jù)的分析視圖。以知識(shí)發(fā)現(xiàn)算法對(duì)集成數(shù)據(jù)挖掘?qū)ο笈c對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)規(guī)則和內(nèi)在聯(lián)系[14]，輔助企業(yè)決策。

3）數(shù)據(jù)共享。制定規(guī)范的各信息管理系統(tǒng)管理權(quán)限，根據(jù)業(yè)務(wù)需求管理設(shè)計(jì)開發(fā)對(duì)應(yīng)的服務(wù)接口，支持各業(yè)務(wù)系統(tǒng)向數(shù)據(jù)中臺(tái)上傳、導(dǎo)出數(shù)據(jù)，并且及時(shí)獲取數(shù)據(jù)變更信息，確保企業(yè)決策的一致性，最終實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)外系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)協(xié)同。

4.3 協(xié)同應(yīng)用層

數(shù)據(jù)服務(wù)是數(shù)據(jù)價(jià)值的窗口，也是連接數(shù)據(jù)中臺(tái)和上層應(yīng)用的橋梁。在協(xié)同應(yīng)用層，離散制造企業(yè)內(nèi)外部系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)中臺(tái)提供的數(shù)據(jù)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)各類業(yè)務(wù)協(xié)同。經(jīng)過數(shù)據(jù)的計(jì)算邏輯封裝后，數(shù)據(jù)中臺(tái)對(duì)外可以讓客戶跟蹤訂單，了解訂單完成情況，對(duì)接外包企業(yè)生產(chǎn)信息，保證物料的齊套供應(yīng)等；對(duì)內(nèi)可以使不同企業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行BOM數(shù)據(jù)的統(tǒng)一查詢，實(shí)現(xiàn)BOM數(shù)據(jù)的知識(shí)重用，支持非結(jié)構(gòu)化圖紙數(shù)據(jù)的線上瀏覽，實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)以及生產(chǎn)進(jìn)度狀態(tài)等。

5 基于“塔形”BOM的數(shù)據(jù)中臺(tái)在M企業(yè)的應(yīng)用

結(jié)合某汽車制造商M企業(yè)的真實(shí)數(shù)據(jù)環(huán)境與業(yè)務(wù)協(xié)同場(chǎng)景，對(duì)以“塔形”BOM為主數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)中臺(tái)（簡(jiǎn)稱塔形BOM數(shù)據(jù)中臺(tái)）進(jìn)行設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，下面對(duì)塔形BOM數(shù)據(jù)中臺(tái)如何在個(gè)性化價(jià)值鏈中發(fā)揮數(shù)據(jù)集成與協(xié)同共享的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行案例說明。

M企業(yè)作為一家汽車集成制造商，在設(shè)計(jì)、采購(gòu)、制造和運(yùn)維等環(huán)節(jié)涉及大量信息化平臺(tái)和軟件系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)問題。這些軟件平臺(tái)分布企業(yè)內(nèi)外，且采用不同數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致交互困難。以M企業(yè)主機(jī)廠為塔形BOM數(shù)據(jù)中臺(tái)的應(yīng)用對(duì)象，通過對(duì)定制化汽車部件的BOM體系統(tǒng)一建模，打通個(gè)性化產(chǎn)品全生命周期關(guān)鍵BOM數(shù)據(jù)的流動(dòng)阻礙。該中臺(tái)主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)應(yīng)用等功能模塊。

在數(shù)據(jù)采集過程，以采購(gòu)業(yè)務(wù)為例，當(dāng)外部供應(yīng)商S企業(yè)向M企業(yè)發(fā)送報(bào)價(jià)單后，可能面臨外源數(shù)據(jù)表與企業(yè)常用數(shù)據(jù)表在字段描述、格式類別和語(yǔ)義表達(dá)等方面的不一致問題。BOM數(shù)據(jù)中臺(tái)通過“數(shù)據(jù)映射轉(zhuǎn)換”功能，可以將多源異構(gòu)表單向中臺(tái)中的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)模板進(jìn)行集成，以便進(jìn)行整體業(yè)務(wù)分析，如圖7所示。其流程簡(jiǎn)述：將外源表導(dǎo)入中臺(tái)，識(shí)別外源表字段，選擇想匹配的中臺(tái)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)表單進(jìn)行字段匹配，根據(jù)本文提出的映射規(guī)則進(jìn)行字段匹配和映射規(guī)則構(gòu)建，過程中可以人工調(diào)整映射規(guī)則，并最終存儲(chǔ)進(jìn)映射規(guī)則庫(kù)以形成對(duì)客戶/供應(yīng)商交互習(xí)慣的知識(shí)復(fù)用。

M企業(yè)訂單競(jìng)標(biāo)后的工程設(shè)計(jì)BOM與最后交付物的實(shí)際BOM往往不完全一致，其原因可能是客戶需求變化或供應(yīng)鏈運(yùn)營(yíng)中突發(fā)因素導(dǎo)致的零部件調(diào)整，統(tǒng)稱“設(shè)計(jì)變更”。塔形BOM中臺(tái)通過訂單號(hào)索引和物料編碼唯一標(biāo)識(shí)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、采購(gòu)環(huán)節(jié)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)和運(yùn)維環(huán)節(jié)的物料信息同步變化。具體地，某訂單中某發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品工程設(shè)計(jì)BOM的結(jié)構(gòu)樹如圖8所示，通過圖紙導(dǎo)入和圖紙預(yù)覽可以實(shí)現(xiàn)零部件和設(shè)計(jì)圖紙的追溯與綁定。當(dāng)某自制非標(biāo)件“飛輪”需要重新設(shè)計(jì)時(shí)，基于對(duì)應(yīng)圖紙?jiān)谠O(shè)計(jì)軟件中修改并重新上傳回中臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)圖紙的更新與動(dòng)態(tài)維護(hù)。此外，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)件或采購(gòu)件的“設(shè)計(jì)變更”，在中臺(tái)BOM管理功能模塊中對(duì)主BOM表中物料編碼ID直接修改，并同步至其他所有BOM視圖可以降低業(yè)務(wù)協(xié)同的時(shí)間和會(huì)計(jì)成本。

圖8 產(chǎn)品BOM結(jié)構(gòu)和圖紙查詢功能演示

為挖掘塔形BOM數(shù)據(jù)的薈萃價(jià)值，為M企業(yè)提供決策支持，塔形BOM數(shù)據(jù)中臺(tái)通過“數(shù)據(jù)分析”功能，對(duì)數(shù)據(jù)池進(jìn)行統(tǒng)計(jì)性分析（如銷售、運(yùn)營(yíng)情況）、智能算法類分析（如供應(yīng)商風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別）和戰(zhàn)略分析（如產(chǎn)品族演化態(tài)勢(shì)識(shí)別），統(tǒng)計(jì)性分析的各類視圖如圖9所示。

圖9 基于“塔形”BOM主數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)性分析功能演示

6 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)定制化產(chǎn)品在價(jià)值鏈中數(shù)據(jù)統(tǒng)一表達(dá)和協(xié)同共享問題，首先提出基于“塔形”BOM的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，并提供離散BOM數(shù)據(jù)到“塔形”BOM統(tǒng)一模型的映射規(guī)則，完成了多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換規(guī)則構(gòu)建；其次搭建以“塔形”BOM為主數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)中臺(tái)，形成以BOM數(shù)據(jù)總線為核心，企業(yè)內(nèi)外部各應(yīng)用與總線交互的信息協(xié)同模式；最后通過基于“塔形”BOM的數(shù)據(jù)中臺(tái)在M企業(yè)的應(yīng)用演示案例，驗(yàn)證了本文“塔形”BOM統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型的應(yīng)用價(jià)值。本研究提供了個(gè)性化制造業(yè)走向價(jià)值鏈協(xié)同過程中數(shù)據(jù)協(xié)同共享的科學(xué)模型和關(guān)鍵方法論。