面向航空制造業(yè)數(shù)據(jù)挖掘的數(shù)據(jù)源結(jié)構(gòu)研究

孫宏強(qiáng) 李源 曹云 張聰

摘要：航空企業(yè)的信息化系統(tǒng)已經(jīng)積累了大量的科研生產(chǎn)數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，可以從這些大量的、無關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)中，提取出對科研生產(chǎn)有益的知識和信息，在數(shù)據(jù)挖掘的數(shù)據(jù)預(yù)處理階段，對原始信息進(jìn)行獲取、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)抽取及數(shù)據(jù)交換，完成數(shù)據(jù)源結(jié)構(gòu)的建立。該文通過對企業(yè)現(xiàn)有信息化系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的梳理、分析各數(shù)據(jù)源的主鍵及關(guān)系，搭建了數(shù)據(jù)源框架，形成了數(shù)據(jù)源報表清單。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)挖掘;數(shù)據(jù)源框架;數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

中圖分類號：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）18-0036-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

航空企業(yè)經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，信息化系統(tǒng)的應(yīng)用在科研生產(chǎn)過程的各個環(huán)節(jié)中逐步成熟。從物資采購配送、產(chǎn)品科研數(shù)據(jù)、生產(chǎn)控制管理等信息化系統(tǒng)中，已經(jīng)積累了大量的科研生產(chǎn)數(shù)據(jù)，然而這些數(shù)據(jù)相互獨(dú)立于各自的信息系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)來源具有多樣性和分散性。利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，可以從這些大量的、無關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)中，提取出對科研生產(chǎn)有益的知識和信息，提供決策支持。在數(shù)據(jù)挖掘的數(shù)據(jù)預(yù)處理階段，對原始信息進(jìn)行獲取、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)抽取及數(shù)據(jù)交換，完成數(shù)據(jù)源結(jié)構(gòu)的建立。

1 數(shù)據(jù)挖掘中的數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是從海量的數(shù)據(jù)中提取出更為高效、更為新穎、更具潛在應(yīng)用價值的知識和信息。數(shù)據(jù)挖掘中的數(shù)據(jù)來源是非常廣泛的，包含面向關(guān)系數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉庫、非結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化文本數(shù)據(jù)、圖片視頻音頻等多媒體數(shù)據(jù)、Web數(shù)據(jù)以及空間數(shù)據(jù)庫和時間序列數(shù)據(jù)庫等復(fù)雜類型的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)挖掘的流程是從數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)挖掘到模式評估和知識表示，其中數(shù)據(jù)的預(yù)處理過程包含了數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)簡化等。在預(yù)處理的過程中，需要完成數(shù)據(jù)除噪、非法數(shù)值處理、冗余數(shù)據(jù)消除、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等數(shù)據(jù)操作。得到預(yù)處理數(shù)據(jù)之后，就可以利用數(shù)據(jù)挖掘的技術(shù)，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和評估表示。由此可見，數(shù)據(jù)的預(yù)處理是數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)源結(jié)構(gòu)直接影響挖掘模型的可靠性及決策的正確性。

2 航空制造企業(yè)的信息化系統(tǒng)

隨著“中國制造2025”的提出，航空裝備制造企業(yè)迎來了新的技術(shù)變革和重大挑戰(zhàn)，我們將依托較強(qiáng)的信息產(chǎn)業(yè)實力，通過工業(yè)化與信息化的深度融合，實現(xiàn)建成制造強(qiáng)國的戰(zhàn)略目標(biāo)。由于現(xiàn)代企業(yè)運(yùn)營管理理念的進(jìn)步和航空制造技術(shù)的提升，信息技術(shù)及生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)積累在制造企業(yè)的價值越來越大，航空企業(yè)也越來越注重從企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)中獲取可以輔助其進(jìn)行長期決策的有價值的信息。為提高企業(yè)運(yùn)營效率、及時識別企業(yè)風(fēng)險、積累產(chǎn)品知識，已逐步建立起完整的企業(yè)級資源統(tǒng)籌和制造過程管理的信息化平臺。

以某航空企業(yè)信息化系統(tǒng)建設(shè)為例，如圖1所示，企業(yè)實施了TCP項目管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了科研計劃管理及生產(chǎn)計劃管理，根據(jù)PDM產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中的BOM清單，在MSM元器件采購系統(tǒng)中生成采購計劃，進(jìn)行元器件訂貨篩選、合同報價、缺件反饋等元器件管理，在MES系統(tǒng)中完成電裝配送、機(jī)加生產(chǎn)、部件調(diào)試等生產(chǎn)制造過程管理，半成品和成品進(jìn)入PIM檢驗系統(tǒng)中完成半成品檢驗和過程檢驗，通過BPM流程管理系統(tǒng)完成產(chǎn)品的試驗、所檢及軍檢流程，入成品庫。多個信息系統(tǒng)的集成實現(xiàn)了從項目計劃、產(chǎn)品設(shè)計及數(shù)據(jù)管理、物料齊套、工藝生產(chǎn)執(zhí)行的全過程管理，同時集成QMS質(zhì)量管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程及售后的故障報告及歸零數(shù)據(jù)規(guī)范化、信息化。多個信息系統(tǒng)的部署將產(chǎn)品生產(chǎn)周期中產(chǎn)生的設(shè)計、生產(chǎn)、檢驗、質(zhì)量等數(shù)據(jù)實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化存儲，為企業(yè)數(shù)據(jù)挖掘提供了初始數(shù)據(jù)。

3 數(shù)據(jù)源框架

數(shù)據(jù)源是數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的基礎(chǔ)，在企業(yè)信息化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上，構(gòu)建一個結(jié)構(gòu)通用、可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)源框架，有利于企業(yè)獲取更多有用的價值信息，同時也能識別出各信息系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)關(guān)系，并提供一種數(shù)據(jù)源構(gòu)建思路，為后期信息化發(fā)展提供更為有效的建設(shè)目標(biāo)。

3.1 信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

企業(yè)現(xiàn)有的信息系統(tǒng)，從經(jīng)營管理、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、生產(chǎn)管理三個層面可概括為企業(yè)資源數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)。其中，企業(yè)資源數(shù)據(jù)涵蓋項目計劃、物料采購、庫存、任務(wù)管理、質(zhì)量管理等，產(chǎn)品數(shù)據(jù)涵蓋BOM清單管理、圖紙文檔協(xié)議等，生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)涵蓋生產(chǎn)計劃管理、生產(chǎn)進(jìn)度管理、生產(chǎn)異常處理、工藝路線規(guī)劃、生產(chǎn)任務(wù)執(zhí)行過程等數(shù)據(jù)。

在TCP項目管理系統(tǒng)中生成項目計劃，項目計劃以課題代號為主鍵，計劃信息包含計劃名稱、產(chǎn)品型號、研制階段、產(chǎn)品代號、計劃類型、承擔(dān)人、承擔(dān)部門、計劃數(shù)量、計劃下達(dá)時間、要求完成時間、實際完成時間等信息，項目計劃可拆分生成二級計劃，課題代號為主鍵。根據(jù)計劃信息，可對承擔(dān)人下發(fā)計劃任務(wù)，在任務(wù)信息中可匯報項目執(zhí)行信息。科研計劃根據(jù)項目計劃要求在PDM產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中提交相應(yīng)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、圖紙文檔、協(xié)議文件、生成BOM清單，PDM產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中，以產(chǎn)品代號即產(chǎn)品圖紙代號和研制階段為主鍵，對產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。生產(chǎn)計劃根據(jù)項目計劃要求生成生產(chǎn)任務(wù)，按照產(chǎn)品型號、類型及計劃生產(chǎn)數(shù)量自動生成生產(chǎn)指令號，生產(chǎn)指令號為產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的主鍵，編號規(guī)則可體現(xiàn)計劃完成時間信息及計劃數(shù)量信息，可向上關(guān)聯(lián)至項目計劃中的課題代號，向下貫通整個生產(chǎn)流程中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。生產(chǎn)計劃從PDM產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中匹配產(chǎn)品代號及研制階段讀取BOM清單，在MSM元器件采購系統(tǒng)中生成采購計劃，完成到貨和元器件篩選工作，進(jìn)行缺件管理，MSM系統(tǒng)中以采購計劃及元器件代號為主鍵。在MES生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)中生成電裝配送計劃、機(jī)加生產(chǎn)計劃及部件調(diào)試計劃，均以生產(chǎn)指令號為主鍵。在PIM檢驗管理系統(tǒng)中完成半成品檢驗和過程檢驗，在BPM系統(tǒng)中完成產(chǎn)品試驗、所檢、軍檢流程，在庫存管理系統(tǒng)中完成出入庫管理，均以生產(chǎn)指令號為主鍵。在產(chǎn)品流轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題則與質(zhì)量管理系統(tǒng)產(chǎn)生數(shù)據(jù)交互，以產(chǎn)品編號和生產(chǎn)指令號為主鍵。

3.2 建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)報表

根據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)、流程管理系統(tǒng)等多個系統(tǒng)的功能和業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，確定了各系統(tǒng)中數(shù)據(jù)源，形成了數(shù)據(jù)源報表如表1。

3.3生成數(shù)據(jù)源框架

基于上文得出的數(shù)據(jù)源報表，結(jié)合各系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)邏輯，挖掘數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立了數(shù)據(jù)源框架。由TCP項目管理系統(tǒng)中的生產(chǎn)交付需求作為數(shù)據(jù)發(fā)起源，根據(jù)交付需求所提供的產(chǎn)品型號、研制階段、交付需求數(shù)量等信息，在生產(chǎn)計劃管理系統(tǒng)中創(chuàng)建生產(chǎn)計劃，確定投產(chǎn)數(shù)量及計劃完成時間，結(jié)合PDM系統(tǒng)中獲取的產(chǎn)品的BOM結(jié)構(gòu)，生成物料需求計劃，物料需求計劃以元器件代號及生產(chǎn)指令號為主鍵，匯總物料需求計劃，在MSM元器件采購系統(tǒng)中生成采購信息，生成采購訂單號，上報缺件時以元器件代號及生產(chǎn)指令號為主鍵。投產(chǎn)進(jìn)入MES系統(tǒng)中后，生成產(chǎn)品編號，在每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)生成相應(yīng)的單號，以產(chǎn)品編號、生產(chǎn)指令號、單號為主鍵。進(jìn)入檢驗階段后，以產(chǎn)品編號、生產(chǎn)指令號、檢驗單號為主鍵。進(jìn)入出入庫階段后，以產(chǎn)品編號、生產(chǎn)指令號、出入庫單號為主鍵。以此構(gòu)成了數(shù)據(jù)源框架。

4 結(jié)束語

本文基于對TCP、BPM、MES、BPM等企業(yè)現(xiàn)有信息化系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的梳理，形成了數(shù)據(jù)源報表清單，同時通過分析各數(shù)據(jù)源的主鍵及關(guān)系搭建了數(shù)據(jù)源框架，闡述了各數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。通過對數(shù)據(jù)源框架的設(shè)計，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)挖掘的數(shù)據(jù)預(yù)處理準(zhǔn)備，提高了挖掘模型的可靠性及決策的正確性。

參考文獻(xiàn)：

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