軍工企業信息系統大數據挖掘實例分析

楊磊 馮茜 袁明鋒

[摘 ? ?要] 隨著信息技術在制造業中的不斷應用，軍工企業信息系統的復雜度越來越高，企業在長期的經營管理過程中積累了大量可以反映企業主體和各業務環境經營情況的數據。如何在盡量減少系統復雜度的同時，進一步利用大數據產生新的價值，成為企業信息化建設過程中面臨的突出問題。本文通過對企業信息化建設的實例進行分析，詳細闡述了如何運用大數據挖掘技術解決當前企業發展過程中的難點問題，并提出了合理化的建議，對企業信息化建設具有一定的借鑒參考價值。

[關鍵詞] 制造企業;信息系統;大數據挖掘

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2020. 13. 049

[中圖分類號] F270.7;TP311 ? ?[文獻標識碼] ?A ? ? ?[文章編號] ?1673 - 0194（2020）13- 0108- 03

1 ? ? ?引 ? ?言

隨著工業4.0、互聯網+以及中國制造2025在工業領域的不斷深化發展，軍工企業工業生產與管理過程逐步網絡化、智能化和信息化，所有的生產管理環節、生產裝備、感知設備包括生產者自身都在源源不斷地產生大量的數據。如何從這些工業大數據中獲得有價值的信息，幫助企業做出正確的決策，已經成為許多學者研究的熱點。大數據挖掘技術的應運而生，可以有效地提升企業在相關產品設計、生產制造、統計展示和改進產品質量等方面的能力，從而提高工業產品的生產成功率，降低開發成本，提高工業生產決策的準確度，進一步提升工業生產效率。

2 ? ? ?軍工企業信息系統結構實例

筆者所在企業圍繞建設智慧企業的戰略目標，經過多年的論證和實施，現已建成如下各類信息系統（如圖1所示）：以SAP為核心的經營管理體系，對企業的銷售服務、生產管理、財務管理、原材料采購、貨物倉儲及庫存管理等全部經營活動與環節，實施監督、分析及管理，形成數據化的資源管理系統，為企業生產、決策、組織運營提供指導及依據;以MES為核心的生產管理體系，能夠幫助企業實現生產計劃管理、生產過程控制、產品質量管理、車間庫存管理、項目看板管理等，提高企業制造執行能力;以PDM為核心的數字化研發設計體系，實現產品設計數據管理，以及這些數據的產生過程，如設計文檔管理、產品結構與配置管理、工藝管理、工作流程管理、項目管理和產品的分類檢索等內容;以DNC系統為核心的設備智能監控體系，能夠實現車間數控設備及生產工位的統一聯網管理，支持數控設備的在線加工、NC程序的斷點續傳、在線遠程請求和歷史追溯等，提高企業數控設備的生產效率;此外輔以OA對銷售合同進行審批與監管，從而構成了公司的骨干信息化系統。

在此基礎上，企業繼續優化生產流程，以銷售訂單+行項目為驅動，將戰略、計劃、科研、生產、執行和業績管理各環節有機串聯，形成完整的產供銷的信息流程。同時通過數據聯邦方式集成。這種集成方式投資小，部署容易，僅通過簡單、精確定義的API接口、Web Service接口或直接訪問數據庫接口等技術進行通訊，將分布式部署的各信息系統進行互聯互通，打通經營管理的數據壁壘，消除信息孤島，并將分散在各系統內的數據重新集合，實現各個異構數據源之間的數據共享，使得現有信息系統成為一個高效協作的和諧整體，便于獲取與應用內部所存的資源信息數據。

3 ? ? ?信息系統大數據的來源

企業在長期的經營管理過程中積累了豐富翔實的數據，這些數據真實地反映了企業主體和各業務環境的經營情況，其中蘊含著有助于企業發展的重要信息資源，而決策的信息化則是這些數據價值最重要的體現。主要包含：管理信息系統數據、機器設備數據和外部數據。其中管理信息系統數據是圍繞經典智能制造模式，從客戶需求到銷售、訂單、計劃、研發、設計工藝、制造、采購、供應、庫存和交付、售后等整個產品全生命周期各個環節所產生的各類數據以及相關技術和應用的總稱。如物料主數據、銷售數據、物資庫存數據、生產任務數據、財務數據、質量數據等，是工業大數據的主要組成部分，也是最具價值的部分。

機器設備數據是來源于工業生產線設備、機器、產品等方面的數據，多由傳感器、設備儀器儀表進行采集產生。如DNC系統采集和統計到設備的開機率、有效切削率、主軸倍率與轉速、進給倍率與速度以及溫度、濕度、壓力值等數據。

外部數據是指來源于工廠外部的數據，主要包括來自市場、環境、客戶、外協廠商等外部環境的信息和數據。如供應商主數據、客戶主數據、外協任務數據等。

4 ? ? ?集成系統存在問題

從上文所述可以看出工業制造業的數據有多種來源，且分布于各個獨立的系統。并且具有多源異構、分布廣泛、動態增長、實時性強等特點，為打破“數據信息孤島”，企業通過系統集成，部分實現了數據的互聯互通與信息共享。但距離數據的充分利用還差很多。究其原因，主要是現有的信息系統存在如下缺點：

（1）在靈活性方面有所欠缺，穩定性強而柔性不足。特別是排產方面、在解決能力瓶頸的功能方面、在解決具體行業的特殊性要求方面，過于死板。譬如：采購計劃處理代料問題，需要在PDM和SAP系統之間反復確認修改，不僅操作煩瑣，影響效率，還會造成數據冗余和重復，增加系統負擔。

（2）需要較專業的人員進行配置和使用。不同業務之間進入門檻高，并且配置數據量龐大，操作界面復雜。譬如：財務人員遇到業務問題，需要追根溯源查找上游環節的數據時，由于操作復雜，專業性強，經常望而卻步。

（3）基于流程的功能很弱，企業生成單據都需要走審批流程，一般要通過外部系統的工作流程軟件進行審批，再將數據寫入現有系統中。特別是在系統集成互聯后，原來少量的審批功能僅存在于單一系統中，嚴重影響集成系統的功能發揮。

（4）報表、數據統計與展示功能不直觀，不能完全滿足需要。其一是該類功能配置復雜，格式固定，可定制化程度低;其二是系統集成后，原系統缺少貫穿多個系統數據源的統計和展示能力。

（5）實施成本很高，二次開發（例如SAP系統使用ABAP語言開發）的成本相當高，使用成本也很高，嚴重制約企業對系統的升級需求。

5 ? ? ?大數據挖掘解決方案

筆者所在企業的信息系統進行了高效的集成，其基本架構已趨于完善，運營管理過程中產生和收集的海量大數據是實實在在的，如何充分利用現有的大數據，解決企業經營中提出的新需求，彌補現有系統不足，同時創造新的價值成為下一步信息系統建設的關鍵目標。

5.1 ? 新需求分析

近年來，企業不同業務部門基于自身情況，提出了大量新的信息系統的建設計劃，這類需求均是現有信息系統欠缺的功能，如果在現有系統基礎上進行升級改造，則代價高，技術難度大，實施困難。但這些需求又是各部門的剛性需求，極為迫切，如果能成功實施將能極大提高辦公效率。這些新需求如下：

（1）產出計劃管理系統。現有的MES系統無法實現生產任務的全程監控，無法保障產品交付時間，也無法統計出總裝產品所需零部件的庫存情況（數據在SAP系統中）并進行齊套性分析，影響產品的及時交付率。

（2）質量大數據管理系統。MES系統對于質量數據的歸集管理能力較弱，質量管控過程中所需的諸如合格品數量、廢品數、一次交檢合格率、產品最終合格率等指標的精細化統計分析功能欠缺;產品在設計、生產、試驗和交付等生產環節中形成的有關質量與可靠性的各類文件、記錄等信息無法和該產品的銷售信息、部分生產信息（數據在SAP系統中）相關聯，造成質量管理工作量巨大。

（3）外協任務監管系統。企業的外協廠家較多，需要外協的產品也較多，要求分散的外協廠家遠程運用同一MES系統上報生產進度等信息無法實現，因此大量的外協生產數據無法統計和獲得，信息不透明，嚴重影響企業生產進度。

（4）合同監管系統。目前缺少一個可以涵蓋銷售、研發、生產、采購、物資、財務的產品全流程監管系統，其數據源涉及所有系統，這使得企業合同評審、合同履行進度計劃、產品驗收、合同節點考核等工作缺乏清晰的主線貫穿，影響當前的合同監管和今后的合同審計工作的開展。

（5）財務共享系統。集團公司財務核算需要共享下屬單位財務數據，涉及企業和上級單位信息系統數據的互聯互通。

5.2 ? 實施方案

開發各類新的應用系統之前，通過對已有信息系統的特點與缺陷進行分析，制定了新的系統架構，旨在通過大數據挖掘技術實現對現有數據的進一步利用，同時摒棄以前的緊耦合系統集成方式，避免每次更新都必須完成眾多復雜接口的升級，建立以服務為核心的整體解決方案，如圖2所示。

（1）通過數據倉庫系統建立一個存儲海量數據的數據庫，然后將新應用系統所需的數據源通過數據抽取工具進行過濾、提取和轉換，定期裝載到數據庫中，所有查詢都通過數據倉庫根據其保存的信息來進行。通過中間件技術，將上下級單位的數據源進行協調處理，為異構數據創造檢索的條件。

（2）統一規劃定制開發的軟件和原有系統之間的中間層和數據倉庫的規范，統一采集和存儲管理的標準。在此基礎上，新開發的各類系統既能實現單點登錄、賬號權限統一管理，界面、操作方式一致性，各系統的無縫融合，又可以保持每個系統的單獨性，允許獨立部署，保證功能的完整性，從而最大化實現平臺無關性，降低系統間耦合度，增加通用性與可移植性。

（3）通過業務流程調整和重組，定制化開發新的系統，彌補現有信息系統功能缺陷，解決工作流程不符合企業特殊要求、統計數據分布于多個系統中無法統一展示等問題。

6 ? ? ?總結與反思

6.1 ? 降低系統間耦合性

企業的信息系統諸如SAP、MES、PDM、DNC等是通過獨立開發各信息系統之間的接口來進行彼此數據傳遞，從而實現系統間互聯的。也就是說，系統集成使系統耦合性進一步加強。盡管后續企業信息系統建設中認識到了這一弊端，定制開發的各類管理平臺采用數據庫訪問中間件和數據倉庫的方式實現和底層信息的交互，避免了單個系統間的直接接口訪問。但其底層系統間的耦合性是無法改變的。

隨著信息系統的復雜性不斷增大，這種緊耦合模式的缺陷逐漸暴露出來。首先，無法支持大規模的計算業務、任務執行過程中管理難度大并最終導致系統穩定性變差。其次，這種系統間的緊耦合模式使得信息系統后期的升級維護甚至更新替換過程中，原來在緊耦合架構下運行的程序接口代碼，甚至軟件流程方式發生根本性變化，其代碼的重寫過程將是一個龐大的工程，甚至是不可能完成的任務。

因此在后期的信息系統建設過程中，應逐步改變系統結構，降低系統間的耦合性。圖3是企業今后信息系統的建設目標和模式。

6.2 ? 長遠規劃與平臺化實施

企業信息系統建設的種類、類型、組成結構要進行長遠的規劃設計，在建設之初，結合企業的未來發展，確定系統和模塊以及之間的互聯互通耦合方式等，實現總體規劃，分步實施。而實現此目標，建設平臺化的信息系統是一個較好的實現方式。

平臺化系統具有獨立性、開放性、可管理性和可擴展性等特性，通過模塊組件化結構，支持企業逐步部署信息化系統，減少企業系統投資的壓力，提升企業平臺化系統的使用率。此外，平臺化能在整個系統內實現數據的共享，許多高級功能，比如單點登錄，用戶唯一、全局搜索、全局行動列表和全局業務地圖等支持不同應用模塊間的數據整合和信息重組的功能，都可以作為標準功能予以實施，這也大大提高了系統的價值。

6.3 ? 重視定制化的開發

采用通用的軟件系統產品構建企業的信息系統，價格低，制作周期短，見效快。這通常是一個企業解決企業發展初期信息化需求的必由之路。并且有些通用型的軟件系統產品，特別是大型的軟件產品，經過了市場的檢驗，能解決絕大部分企業面臨的一些共性問題，滿足企業信息化管理的基本需求，并構成企業信息系統的基礎設施。

但每個企業都有自己獨有的管理模式、工作流程及工作制度，隨著企業不斷發展，通用型軟件系統與企業個性化軟件需求之間的矛盾會越發凸顯，定制開發工作顯得尤為重要或不可或缺。

定制開發可以允許企業依據自己的行業特殊性、產品特性以及業務服務等方面的要求，經過細致的系統分析后，選擇重要的功能進行個性化的開發設計。定制開發具有靈活性、可擴展性、可控性，實現了從過去企業管理方式適應軟件系統向軟件系統適應企業管理方式的轉變。此外，定制開發的軟件系統允許企業擁有軟件所有權，包含軟件源文件、軟件版權、數據庫的結構信息等，所以企業能夠在與軟件定制開發公司合作前提下，自由添加或削減軟件的功能，使得企業在軟件的深度使用及推廣方面更加容易。

本文所述案例中，正是通過定制開發，滿足了企業不斷涌現的個性化需求，解決了困擾企業或部門多年的管理難題，填補了現有管理信息系統的空白，也使企業管理信息系統功能更加完整。

主要參考文獻

[1]陳良臣.大數據挖掘與分析的關鍵技術研究[J].數字技術與應用，2015（11）.

[2]潘偉.基于大數據的智慧工廠制造優化技術研究[J].計算機技術與發展，2019（1）.

[3]潘平.基于網絡系統集成的大數據分析及應用[J].軟件信息與電腦：理論版，2018（24）.

[4]張海健.大數據時代下數據分析理念探究[J].文理導航：中旬， 2016（8） .

[5]楊立雄.淺析大數據技術在物流企業中的應用[J].產業與科技論壇，2018（23）.

[6]呂佑龍，張潔.基于大數據的智慧工廠技術框架[J].計算機集成制造系統，2016（11）.