船廠計劃管理決策支持系統研究

朱安慶，郝德敬，陳 婷

(1.江蘇科技大學 船舶與海洋工程學院, 鎮江 212100) (2.江蘇現代造船技術有限公司, 鎮江 212003)

在船舶建造過程中，結合船廠實際情況，制定合理有效的計劃管理體系，將復雜的設計與生產結合起來，不僅可以降低企業成本，也能夠加快工程進度.我國的計劃管理體系與國外發達國家相比較為粗糙，生產精度和進度準確率低，經常出現生產脫節現象和計劃變更現象[1].

決策支持系統通過計算機和信息技術，將數據、模型和抽取的知識進行分析和篩選，匯總成解決問題和輔助決策的綜合信息[2-3].根據Gorry和Scott-Morton的決策理論將決策類型分為結構化、半結構化和非結構化決策[4].結構化的決策解決確定性的和常規的問題，半結構化決策指決策方案產生有規律可循，但不能通過確定模型達到最優方案，非結構化決策是解決存在模糊、復雜的問題，沒有實現準備好的解決方法[5].傳統的決策支持系統由人機接口、數據庫、模型庫、知識庫和方法庫組成的五部件四庫結構[6].近年來決策支持系統不斷與新的技術融合，在不同的領域研究加深，可以分為與數據倉庫結合、與聯機分析處理結合、與數據挖掘結合、與仿真技術結合、與專家系統結合和與神經網絡結合[7-9].針對船廠計劃管理過程中存在的編制計劃工具落后，計劃變更時無法實現信息共享等問題，缺乏計劃管理決策支持的工具和平臺.文中研究船廠計劃管理決策支持系統，采用與數據倉庫結合和與聯機分析處理結合的方法將船廠業務數據進行加工處理裝載到數據倉庫，在此基礎上構建多維數據立方體，滿足企業各層級管理者多個維度查詢分析需求，協助做出更有效、合理的決策.

1 決策支持系統研發需求

現代造船模式下，生產計劃以線表計劃作為中長期計劃，經過分解和優化，制定綜合大日程計劃、中日程計劃和小日程計劃(月計劃、周計劃和日計劃)在內不同層次的計劃[10-11].圖1為船廠計劃體系組成.

圖1 船廠計劃管理體系

基于計劃管理體系的報表主要為兩類：決策類和業務類.決策類報表是供決策者監控項目總體進度，例如項目進度S曲線.業務類報表是為中層管理者分析各項業務數據，查漏補缺，進而保證整體的進度.當前編制計劃的工具自動化和智能化程度低.當上層計劃調整帶來下層計劃變更時，各工位之間計劃相互影響，且不能及時調整.統計規則需靈活可變.計劃管理過程中無法實現信息共享.以上因素決定了研發船廠計劃管理決策支持系統的必要性和緊迫性.

2 決策支持系統架構設計

船廠計劃管理決策支持系統由數據整合、配置工具、預置應用和數據展示4個基礎模塊組成.4個模塊相輔相成，共同支撐著決策支持系統平穩正常的運行，幫助船廠管理層提供決策支持.圖2為船廠計劃管理決策支持系統的總體架構.

圖2 船廠計劃管理決策支持系統架構

2.1 數據整合

系統定期從企業現有的業務數據庫和其它外部數據庫中抽取數據，通過ETL過程把數據存儲到數據倉庫.系統業務數據經過OLAP聯機分析處理形成多維數據模型，用戶能夠從多個維度查詢所需要的信息.

2.2 配置工具

引入DevExpress Report控件，封裝為平臺報表工具，接入平臺數據，根據用戶需求配置報表輸出樣式，提供導出各種文檔格式報表.引入DevExpress Dashboard控件，封裝為平臺的儀表盤工具，接入平臺數據，讓用戶通過前臺界面的拖拽操作，快速配置出所需的儀表盤，如圖3.

圖3 儀表盤配置界面

2.3 預置應用與數據展示

相對于配置類報表，將常用的用戶決策報表作為系統固有報表預置在系統中，開箱即用，比如，基于分段輪廓的生產狀態看板.

用戶通過在PC端、WEB端對船廠計劃管理數據進行查詢和分析，使用平板電腦和智能手機可以更加便捷的獲取計劃管理信息，管控船舶建造進度.

3 數據倉庫設計

船廠計劃管理數據倉庫設計包括概念模型設計、邏輯模型設計和物理模型設計.

3.1 概念模型設計

根據計劃管理的流程特點及各環節的數據要求，結合計劃管理的歷史數據和用戶的實際需求可以確定計劃數據倉庫的4個主題，分別為月度計劃考核主題、月度計劃跟蹤主題、工程健康主題、總體進度主題.

(1) 月度計劃考核分析

月度計劃考核以月度執行月范圍計劃為基準，查看中日程月度計劃中，各工位、工序的“應該完成、實際完成、超額完成”的統計數據，并可根據統計數據展開作業的詳情，通過分析可以直觀的看出各部門當月計劃的執行情況，樹立對計劃執行的嚴肅性.

(2) 月度計劃跟蹤分析

月度計劃跟蹤以月度執行月范圍計劃為基準，查看中日程月度計劃中，各工位、工序的“應該完成、實際完成、超額完成、計劃內未完成”的統計數據，計劃管理員根據統計數據重點關注跟蹤拖期計劃項及具體拖期原因.

(3) 工程健康分析

工程健康分析以各項目為單位，對比單項目的目標計劃，查看中日程各工位、工序的“計劃內完成、計劃內未完成、超計劃完成”的統計數據，并統計數據展開作業的詳情，便于計劃管理人員跟蹤項目總體進展的健康狀態.

(4) 總體進度分析

總體進度分析當前時間點整艘船所有分段的狀態信息，查詢所有工位、工序的總物量以及計劃物量與實際完成情況，把控工程的總體進度.

3.2 邏輯模型設計

船廠計劃管理數據倉庫邏輯模型設計過程中，根據主題的特征屬性，將概念模型抽象化成邏輯模型.此處以月度計劃考核為例，其邏輯結構如圖4.

圖4 月度考核事實邏輯模型

通過抓取封存實際表、月周計劃表、工程表和作業表中的數據形成月度考核事實表，了解各部門計劃完成狀態，實現對月度計劃考核的目的.

3.3 物理模型設計

對數據倉庫的物理模型設計，本質上將邏輯模型以事實表和維度表的結構存儲.月度計劃考核事實表由月周計劃表、任務表、工程表和封存實際表組成.將拖期天數等作為計算字段，刪除不必要的冗余，同時通過一定的冗余設計，比如在月度計劃考核事實表中保留工程ID字段以提高查詢效率.

表1 月度計劃考核事實表

4 數據ETL設計

ETL是數據的抽取、轉換和裝載過程[12].計劃管理數據特點是計劃變動性大、實績及時性強，為了保證數據倉庫數據的準確性，基于數據倉庫設計，著重介紹數據抽取設計思路：

(1) 版本數據的抽取

計劃數據存在多個版本，月周記錄表包含計劃類型、計劃范圍、計劃封存時間和版本記錄識別碼等信息.計劃封存時間指考核月周計劃的截止時間.例如A船廠把每月26號作為計劃封存時間，如果對6月份計劃進行考核，某項作業任務計劃結束時間在27號，則該項作業任務不作為6月份的計劃項進行考核.月周計劃表包含工程信息、計劃類型、作業類型、計劃開始時間、計劃結束時間、月周記錄表信息.月周記錄表作為月周計劃表的外鍵.Formal實際表包含計劃類型、計劃范圍、工程信息、計劃開始時間、計劃結束時間.Formal實際表其本質是抓取最新一次調整的月周記錄表和月周計劃表中的數據，并存儲作為最新一次計劃版本的數據.系統可以設置定時任務每晚23點執行抓取發布計劃版本數據，更新到數據倉庫.如果月周計劃數據已經封存，需要在計劃重新發布時自動清除原封存的內容.

(2) 作業實績抽取

計劃狀態信息需要及時反饋，根據反饋的操作記錄，更新反饋信息，分析作業的反饋信息，系統每日抓取反饋信息更新到總體實際表中.根據反饋操作記錄，更新反饋信息，分析作業的反饋信息，每日晚固定時間點更新總體實際表.

5 數據OLAP設計

多維數據查詢可以在船廠計劃管理數據倉庫中實現，但是數據倉庫底層的粒度層次較低，造成數據查詢時間較長，所以創建多維數據立方體，從不同維度對數據進行查詢[12-13].

月度計劃考核主題包含部門、工程和時間維度，構成了月度考核事實表的數據立方體，圖5分析展示了各部門當月計劃的完成率.聯機分析處理對數據立方體實現切片、切塊、旋轉等操作，從多個維度對計劃數據進行分析，輔助管理者對計劃進行跟蹤調整.

圖5 數據立方體

5.1 船廠計劃管理數據切片

切片是在多維數據立方體中選擇一個二維子集的操作，即在多維數據立方體中選擇兩個維度(維i和維j)，在維i和維j上任取一個值，在其余維度上都取一個特定的值[14]，則構成了多維數據立方體上一個二維子集，稱它是多維數組的一個切片.如圖6，選擇“船體車間”作為船廠的部門維度，時間維上取2019年6月船體車間上的數據切片，得到2019年6月份船體車間計劃完成率情況.

圖6 數據切片

5.2 船廠計劃管理數據切塊

切塊與切片操作類似，可以看作是多維數組(維1，維2，…，維n)上取3個或3個以上維成員中的任意值，其余維上取特定的值，構成多維數據立方體上的一個切塊.切塊和切片操作類似，切塊可以看作是對切片操作的多次疊加.圖7在圖6上增加了計劃類型維度，得到了2019年6月份船體車間各計劃作業的類型計劃完成率.

圖7 數據切塊

5.3 船廠計劃管理數據旋轉

旋轉是通過改變數據維度的位置的操作，使管理者從多個視角對數據進行觀察，獲得預料之外的信息.將圖6旋轉后，時間維和部門維的位置發生改變，橫向表示部門，縱向表示時間(圖8).

圖8 數據旋轉

6 決策支持系統的初步應用

根據實際需要配置報表及導航，圖9為配置后的功能導航示意.

圖9 船廠計劃管理決策支持系統導航界面

(1) 配置應用示例-分段建造計劃實際對比

通過對從數據倉庫中抓取到的先行月度計劃已發布版本的數據以及實際反饋數據進行分析.見圖10.

圖10 分段建造計劃與實際對比

通過對圖中曲線分析比較，得到搭載裝焊與計劃完成程度契合，其余各階段的實際完成情況與計劃相比存在著明顯差異.例如，內場涂裝從2019年8月份到2020年6月份計劃完成度高，6月份以后完成度下降，需要關注具體原因.

(2) 配置應用示例—后行計劃與實際對比

后行計劃所關注的重點是系統及區域工作的完整性，以系統或區域維度統計各月份各系統或區域各項工作的完成情況.圖11展示了某工程區域工作的計劃完成與實績對比，本工程是散貨船船型，包括液艙空艙、機械區域、生活區，通過對從數據倉庫中抓取到的后行月度計劃已發布版本的數據以及實際反饋數據進行分析.

圖11 后行計劃與實際對比

(3) 預置應用示例—先行狀態看板

通過查看先行各工位、工序間的狀態數據，指導現場生產與運輸，實現準時化生產.圖12為先行狀態生產看板.通過總體狀態看板，可以直觀的了解到大部分分段已完成搭載吊裝.

圖12 先行狀態生產看板

7 結論

(1) 對船廠計劃管理流程特點及業務現狀分析，針對計劃管理過程中存在的編制計劃的工具落后，計劃變更時無法實現信息共享等問題，提出了構建船廠計劃管理決策支持系統.

(2) 首先對決策支持系統的架構進行設計，然后結合計劃管理的歷史數據和用戶的實際需求對數據倉庫概念模型、邏輯模型和物理模型進行設計，利用OLAP技術構建計劃管理數據多維立方體，管理者能夠從多個維度視角查看生產計劃管理數據，便于管控項目進度.

(3) 最后展示了船廠計劃管理決策支持系統的初步應用.