面向全生命周期管理的煤機設備信息分類編碼

張建中

(北京天地龍躍科技有限公司，北京 100013)

0 引言

煤機設備是現(xiàn)代化煤礦最為關(guān)鍵的生產(chǎn)工具，煤機設備種類多、使用頻次高、采購和維護成本高，且以定制化為主、管理難度大。在跨設備全生命周期(包括煤機設備設計、工業(yè)試驗、安標認證、制造、交易、物流、安裝、運行、維護、拆除、報廢等)管理的各個階段產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)，由于企業(yè)信息化建設先后的客觀因素和行業(yè)標準細則的缺乏，導致產(chǎn)生了大量信息孤島[1]，不能有效將全過程的設備數(shù)據(jù)在統(tǒng)一標準下規(guī)約，在面向智慧礦山建設時，高質(zhì)量、全樣本數(shù)據(jù)支撐能力不足，無法發(fā)揮大數(shù)據(jù)、云計算等深度專業(yè)算法和技術(shù)工具的應用效果。

信息分類編碼是企業(yè)信息化管理和設備智能化應用的關(guān)鍵基礎，目前，我國信息分類編碼標準化領域主要有2個分類體系，分別是1997年發(fā)布的CIMS(Computer/contemporary Integrated Manufacturing Systems，計算機集成制造系統(tǒng))信息分類編碼標準體系[2-3]和1999年發(fā)布的國家信息分類編碼標準體系[4-6]。由于煤炭開采的特殊性，煤機設備信息分類編碼研究主要分為3個方面。一是煤機制造端，信息分類編碼研究主要集中在煤機設備零件系統(tǒng)，具有代表性的有煤礦機械零件分類編碼系統(tǒng)(MJLBM-1)[7]，該系統(tǒng)是借鑒原機械工業(yè)部的JLBM-1系統(tǒng)面向煤礦機械產(chǎn)品生產(chǎn)過程而研制的，主要包括圖號編碼、零件編碼和工藝輔助編碼3個部分。二是煤礦企業(yè)運營端，側(cè)重從財務角度開展的設備資產(chǎn)和運維管理，為主數(shù)據(jù)管理提供支持[8]，其主要目標是系統(tǒng)提高設備管理過程中的工作質(zhì)量和效率[9]。三是跨煤機設備全生命周期管理方向，代表性的有曹現(xiàn)剛等[10]采用RFID(Radio Frequency Identification,射頻識別)技術(shù)進行采煤機唯一身份識別，對設備進行大致分類并按類屬、類別、細目、型號4個部分，采用EPC(Electronic Product Code,產(chǎn)品電子代碼)編碼體系的GID-96進行具體的代碼編制，實現(xiàn)了從煤機制造端到煤礦企業(yè)運營端產(chǎn)業(yè)鏈各企業(yè)之間的信息交換與共享，具有較好的應用意義。

目前煤機設備信息分類編碼大多集中在某一階段，各階段未形成統(tǒng)一信息分類編碼標準。筆者在分析煤機設備全生命周期業(yè)務流程基礎上，提出了面向全生命周期管理的煤機設備信息分類編碼體系構(gòu)建方法，可為設備采購尋源、隱患排查、故障診斷、健康評估、效能評估和安全生產(chǎn)態(tài)勢評價等全生命周期精準維護管理提供支撐。

1 煤機設備信息分類編碼體系構(gòu)建

1.1 構(gòu)建方法

從業(yè)務建模與范圍劃分、標準體系相關(guān)性分析和分類編碼技術(shù)路線3個維度進行分析：① 梳理煤機設備全生命周期業(yè)務流程，通過劃分不同的業(yè)務階段并對業(yè)務特征進行總結(jié)，形成核心的研究對象和屬性集合。② 分析國際、國家、行業(yè)和代表性企業(yè)相關(guān)標準，分析標準的適用范圍和實施方法，以建立煤機產(chǎn)業(yè)信息分類標準體系。③ 通過研究信息分類方法和編碼技術(shù)，根據(jù)煤機產(chǎn)業(yè)信息分類標準體系框架形成煤機設備信息分類編碼方案。

1.1.1 業(yè)務建模與范圍劃分

以煤機設備全生命周期業(yè)務流程為研究對象，采用UML(Unified Modeling Language，統(tǒng)一建模語言)和OOA(Object-Oriented Analysis，面向?qū)ο蠓治龇椒?進行建模：① 識別領域?qū)ο?，建立問題域簡潔、精確和可解模型，如煤機設備、煤機制造企業(yè)、煤礦企業(yè)、安標機構(gòu)、制造車間、工藝流程、生產(chǎn)系統(tǒng)、工作面等均可抽象為對象。② 識別對象的內(nèi)部特征和外部關(guān)系，包括特殊結(jié)構(gòu)、整體/部分結(jié)構(gòu)、實例連接、消息連接等，并按業(yè)務域劃分主題，這是解決問題域的基本方法，遵循抽象原則、分類原則、聚合原則、關(guān)聯(lián)原則和消息通信原則，建立不同對象間的關(guān)系，面向?qū)ο髮哟蝿澐?，如圖1所示。③ 定義用例，建立交互圖。

圖1 面向?qū)ο竽Ｐ蛯哟蝿澐?/p>

1.1.2 標準體系相關(guān)性分析

采用文獻分析法對煤機設備分類編碼標準進行相關(guān)性分析。在分析煤炭行業(yè)相關(guān)標準現(xiàn)狀基礎上，結(jié)合國家標準、煤機產(chǎn)業(yè)相關(guān)的其他行業(yè)標準、通用技術(shù)規(guī)范和企業(yè)管理規(guī)定的資料，抽取業(yè)務對象相關(guān)有效信息，分析相關(guān)標準的引用關(guān)系，進而構(gòu)建煤機設備信息分類編碼體系框架。主要相關(guān)的信息分類包括：① 國家通用行業(yè)信息分類、信息技術(shù)標準，一般情況下企業(yè)信息化及細分領域采用的通用標準規(guī)范，是本文采用的主要分類依據(jù)。② 制造領域CIMS相關(guān)規(guī)范標準，是煤機設備生產(chǎn)制造端采用的標準，在現(xiàn)有的煤礦機械零件分類編碼系統(tǒng)MJLBM-1基礎上集成更新。③ 煤炭行業(yè)標準及智能化標準參考，基于礦山機械產(chǎn)品型號編制方法及智慧礦山、煤礦智能化相關(guān)標準[11-12]進行分類編碼。④ 國際貿(mào)易流通領域的國際物品編碼中心(GS1)分類編碼體系及國際EPC編碼體系，實現(xiàn)煤機設備銷售、流通領域的分類及編碼。⑤ IEC國際標準及特定工業(yè)領域的編碼體系，如OmniClass[13]、KKS編碼體系[14]等，實現(xiàn)在專業(yè)領域內(nèi)的國際標準化參考，以便能夠?qū)訃H標準。

1.1.3 分類編碼技術(shù)路線

分類編碼技術(shù)路線概述：① 根據(jù)業(yè)務范圍和相關(guān)標準體系，利用信息分類基本方法建立煤機設備信息分類框架。② 根據(jù)業(yè)務對象涉及的業(yè)務階段、層次建立對應的編碼技術(shù)方案，生成體系代碼表。③ 根據(jù)信息流轉(zhuǎn)關(guān)系構(gòu)建不同階段、層次的編碼關(guān)聯(lián)融合方法。

分類編碼關(guān)鍵技術(shù)包括信息分類基本方法和編碼方法。

(1)信息分類基本方法。信息分類基本方法包括線分類法、面分類法和混合分類法，見表1。煤機設備全生命周期過程具有層級多、管理復雜等特點，適用混合分類法。

表1 信息分類方法對比

(2)編碼方法。目前主要的編碼方法對比見表2。

表2 編碼方法對比

煤機設備全生命周期過程不同階段的編碼體系應符合現(xiàn)行標準，并根據(jù)煤機供應鏈特點進行編碼標準的關(guān)聯(lián)與統(tǒng)一。因此本文采用GS1編碼體系作為煤機設備銷售階段編碼標準，使用GTIN實現(xiàn)煤機設備類別唯一標志；在GITN基礎上增加系列號,實現(xiàn)以EPC編碼體系的SGTIN唯一標志1臺設備；采用GTIN編碼中的“附加屬性代碼”字段關(guān)聯(lián)設備設計階段的MJLBM-1的圖號或物料代碼，借鑒OmniClass和KKS編碼進行編碼標準文件編制。

1.2 煤機設備全生命周期業(yè)務梳理與分類編碼體系設計

煤機產(chǎn)業(yè)鏈上游屬于典型的離散制造業(yè)態(tài)，是以產(chǎn)品制造為核心，下游屬于流程化煤炭開采洗選生產(chǎn)業(yè)態(tài)，是以資產(chǎn)運營為核心，下游價值鏈的創(chuàng)造過程是上游產(chǎn)業(yè)價值產(chǎn)出的關(guān)鍵。產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)經(jīng)營活動的核心要素是產(chǎn)品，產(chǎn)品是從需求、設計、制造到倉儲、銷售、運營全過程信息連接的橋梁，產(chǎn)品在市場流通稱之為“商品”。煤機設備商品包括成套系統(tǒng)、整機、部件、配件和配套服務等，而分類編碼體系的目標即實現(xiàn)煤機設備全生命周期過程數(shù)字化、智能化，從而帶來價值鏈最大化。

1.2.1 業(yè)務流體系

煤機設備全生命周期業(yè)務流程如圖2所示：① 橫向為產(chǎn)品鏈圍繞煤機制造工業(yè)數(shù)字主線進行創(chuàng)新管理和持續(xù)改進，從產(chǎn)品設計、流程規(guī)劃、安標認證、工業(yè)試驗、生產(chǎn)過程、制造到成熟、升級改進、衰退和退役。② 縱向為貫穿產(chǎn)品訂單、生產(chǎn)計劃、物料供應、制造、交付與分銷和客戶支持的價值鏈連接到圍繞煤礦企業(yè)資產(chǎn)運營的設計安裝、投產(chǎn)、運維、退役和報廢回收的資產(chǎn)鏈。

圖2 煤機設備全生命周期業(yè)務流程

目前在煤機設備全生命周期過程中，普遍采用產(chǎn)品生命周期管理(PLM)、輔助設計(CAX)、輔助制造(CAM)、企業(yè)資源計劃(ERP)、采購電商、集中采購、供應鏈管理(SCM)、制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)、質(zhì)量管理體系(QMS)、客戶關(guān)系管理(CRM)、集中銷售、銷售電商、設備信息模型(BIM)、設備資產(chǎn)性能管理(APM)、設備運維管理(MRO)等商用數(shù)字化軟件進行設計、管理和運維，并向MBD(Model Based Definition，基于模型的產(chǎn)品數(shù)字化定義)方向發(fā)展。煤機設備全生命周期管理過程的核心即數(shù)字化，信息分類定義與編碼是基石，分類編碼體系構(gòu)建即從全生命周期業(yè)務流程中抽取關(guān)鍵對象，將設計數(shù)據(jù)、安標認證數(shù)據(jù)、制造數(shù)據(jù)、銷售數(shù)據(jù)、服務數(shù)據(jù)、運維數(shù)據(jù)、需求數(shù)據(jù)、計劃數(shù)據(jù)、供應數(shù)據(jù)進行分類，利用編碼方法進行對象標志并建立數(shù)據(jù)標準，從而為實現(xiàn)煤機設備產(chǎn)品鏈、資產(chǎn)鏈和價值鏈協(xié)同生態(tài)體系提供支撐。

1.2.2 煤機設備信息分類編碼體系

以煤機設備不同階段的業(yè)務域?qū)傩猿橄鬄椴煌姆诸悩酥卷?，從而?gòu)建面向全生命周期管理的煤機設備信息分類編碼體系，如圖3所示。

圖3 面向全生命周期管理的煤機設備信息分類編碼體系

對不同類型煤機設備進行劃分，建立煤機設備產(chǎn)品分類框架，用于標志某類設備，如圖4所示。從零級類目到三級類目采用線分類法構(gòu)建，三級類目至四級類目采用面分類法構(gòu)建。

圖4 煤機設備產(chǎn)品分類框架

采用隸屬分類和屬性分類相結(jié)合方式確定煤機設備唯一標志代碼結(jié)構(gòu)，用于標志單臺設備，如圖5所示。

圖5 煤機設備唯一標志代碼結(jié)構(gòu)

2 煤機設備信息分類編碼體系應用案例

2.1 案例概況

以某大型煤機制造企業(yè)為例，煤機設備遠程運維服務平臺[15]前端為面向煤機設備B2B電子商務門戶，后端為商品管理系統(tǒng)、供應商管理系統(tǒng)、倉儲管理系統(tǒng)和客戶關(guān)系管理系統(tǒng)等。為實現(xiàn)平臺的標準化構(gòu)架、規(guī)范化集成和面向設備智能化運維目標，應用本文構(gòu)建的煤機設備信息分類編碼體系，對煤機設備遠程運維平臺涉及的全生命周期業(yè)務信息進行對象抽取與集成。

2.2 應用流程

(1)通過電子商務門戶集中展示和銷售集團企業(yè)各單位煤機設備產(chǎn)品、部件、配件和服務，實現(xiàn)產(chǎn)品和服務的統(tǒng)一編碼和標準化服務。

(2)通過云端倉儲管理系統(tǒng)實現(xiàn)各單位PLM，ERP系統(tǒng)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，采用MJLBM-1為標準編制設備圖號，采用EPC編碼標準實現(xiàn)設計、安標、試驗和制造等過程的產(chǎn)品標志代碼標準化，通過GS1結(jié)構(gòu)的廠商識別代碼和產(chǎn)品標志與電子商務門戶的編碼進行集成。

(3)對售出設備、部件和配件進行全生命周期信息跟蹤，采用SGTIN-96編碼實現(xiàn)對單臺設備的代碼標志，采用鐳射二維碼、RFID標簽等載體與物理設備關(guān)聯(lián)，通過傳感器、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)對設備數(shù)據(jù)進行采集并傳輸至煤機設備遠程運維服務平臺。

(4)利用設備分類體系與唯一標志，對設備運行工況、故障代碼、健康指數(shù)、生產(chǎn)廠商、物流廠商、設計信息、裝配信息、安標信息等全生命周期信息追溯，并定制智能化分析應用。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1 煤機設備產(chǎn)品分類編碼與產(chǎn)品編碼

(1)煤機設備產(chǎn)品分類編碼。煤機設備產(chǎn)品分類編碼與中國物品編碼中心下發(fā)的廠商識別代碼進行統(tǒng)一編制備案，GS1系統(tǒng)提供相關(guān)服務，以便實現(xiàn)全球范圍內(nèi)任意POS機掃描就能識別產(chǎn)品信息功能。采用線分類法，將編碼結(jié)構(gòu)分為大類、中類、小類3層，每層均采用2位十進制阿拉伯數(shù)字編碼。經(jīng)過與案例企業(yè)下屬多家設備廠反復研討，形成煤機設備產(chǎn)品分類編碼，見表3。

表3 煤機設備產(chǎn)品分類編碼

(2)煤機設備產(chǎn)品編碼。煤機設備產(chǎn)品編碼包括零售編碼、儲運包裝編碼和物流單元編碼等內(nèi)容，由產(chǎn)品標志代碼和附加屬性代碼組成，即由GTIN(必選)和系列號、批號、生產(chǎn)日期、有效期等(可選)組成。

某企業(yè)為某類煤機設備分配的產(chǎn)品編碼如圖6所示。其中，有效期為2016年12月(不指明具體日期則用00表示)，附加產(chǎn)品標志代碼采用產(chǎn)成品物料代碼或設計圖號代碼等，用來與設計、制造過程數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。

圖6 煤機設備產(chǎn)品編碼

2.3.2 煤機設備編碼

單臺煤機設備編碼采用混合分類法，即按對象抽取屬性(如系統(tǒng)、整機、部件、配件、尺寸、型號、顏色等)，建立屬性編碼字典，在創(chuàng)建對象時選取字典編碼作為分類或檢索關(guān)鍵字，以此生成對象類別代碼。采用EPC編碼體系中的SGTIN-96進行編碼，通過條碼、二維碼、RFID等載體與GS1管理體系下的全球?qū)嶓w標記語言(Physical Markup Language，PML)文檔數(shù)據(jù)庫、對象名解析服務(Object Name Service，ONS)對接，能實現(xiàn)全球范圍內(nèi)的互連互查，對售出設備、部件或配件進行全生命周期追溯。通過GTIN與SGTIN的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)貿(mào)易體系與物理對象的關(guān)聯(lián)，從而兼容目前全球GS1運行體系。

例如1臺刮板輸送機的SGTIN-96編碼為30.7800190.000050.000000110，其中30是版本號，7800190是域名管理碼，均由EPC組織決定，而對象類別000050和系列號000000110是由產(chǎn)品所屬企業(yè)根據(jù)管理要求決定。為了能夠被ONS識別并定位，需將SGTIN-96編碼轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一資源標志符(Uniform Resource Identifier，URI)。SGTIN-96編碼轉(zhuǎn)換為二進制后表示為0011 0000 0111 10 00 0000 0000 0001 1001 00 00 0000 0000 0000 0000 0101 00 00 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0001 0000，URI地址為urn:epc:id:sgtin:100.20.272。

2.4 應用效果分析

從頂層設計梳理和明確了集團企業(yè)對執(zhí)行統(tǒng)一煤機設備信息分類編碼體系的工作思路和架構(gòu)模式，主要解決的問題及待改進的方向如下。

(1)通過產(chǎn)品分類編碼和產(chǎn)品編碼為貿(mào)易階段和設計、制造、運維階段建立了信息鏈接橋梁，案例實踐表明具備一定可行性，一定程度上解決了煤機設備信息分類和編碼混亂、規(guī)范性差和信息共享難等問題，并且與全球GS1系統(tǒng)實現(xiàn)了體系兼容，拓寬了煤炭行業(yè)相關(guān)產(chǎn)品和技術(shù)的流通領域，獲得更大商機，但從管理規(guī)范和機制上需要強有力的推行，以便進一步細化標準和執(zhí)行細則。

(2)采用EPC編碼體系實現(xiàn)了唯一標志單臺設備，SGTIN-96較為復雜，但包含信息量大，并且與現(xiàn)有GS1體系兼容，可利用軟件工具進行互相轉(zhuǎn)換。經(jīng)實踐發(fā)現(xiàn)存在設備廠家對物理標簽的加工安裝不夠積極、管理水平低等問題，亟需探尋一種商業(yè)模式助推該體系的實施。

(3)分類編碼體系建立了不同階段數(shù)據(jù)抽取的脈絡和方式，但這些數(shù)據(jù)具備資產(chǎn)屬性，尤其是設備設計數(shù)據(jù)往往是企業(yè)的核心機密，需建立一種數(shù)據(jù)加密和脫敏處理機制，并在智能化應用框架下構(gòu)建數(shù)據(jù)交易市場，從而保障在共享煤機設備全生命周期業(yè)務流程涉及的各方利益。

3 結(jié)語

從煤機設備全生命周期業(yè)務流程產(chǎn)品鏈、資產(chǎn)鏈和價值鏈運作模式出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)有國際、國家、煤炭行業(yè)和相關(guān)領域的信息分類和編碼標準，采用UML和OOA，提出了一種面向全生命周期管理的煤機設備信息分類編碼體系。采用GS1編碼、EPC編碼和MJLBM-1編碼融合方法，能夠?qū)崿F(xiàn)煤機設備全生命周期不同階段的編碼信息融合，從而唯一標志單臺設備。煤機設備信息分類編碼體系的實施與推廣尚需結(jié)合企業(yè)管理組織體系的配合，從而推動煤機設備行業(yè)邁向標準化、全球化發(fā)展階段。