材料数据应用于工程生命周期一体化的研究

刘源

(四川电力设计咨询有限责任公司，四川 成都 610000)

0 引言

工程项目管理的理想境界是按照工程总进度计划安排，做到人员、机具和材料科学合理匹配，达到缩短工期、保证质量和降低成本的目的。但是在工程项目(特别是海外项目)的实际执行过程中很难达到这种理想的状态。一个工程项目的大型机具由于进出场费用较高，一般安排一次性进出场。特别对海外项目而言，由于签证、机票等原因，动员进场后，一般要等到相对应的工作面完成后才能离场；而设备材料的到场则需要较长一段时期，是一个分阶段、分批次持续进行的过程。项目经理对于现场的大型机具和人员情况的掌握相对容易和清楚。但是材料数量庞大、型号规格繁多、到场批次多，经常不能准确掌握，因此现场(特别是海外现场)经常会出现“有工无料，有料无工”的矛盾情况。

一个项目的材料(本文是对大宗材料与设备的统称)所处的状态，通常包括已经订货、在运输途中、待交货；所需材料的到场时间及其数量；已经接收材料的数量、存放位置、发放数量和发放对象；设计变更引发的材料采购变化，包括短缺和多余的材料，以及能否退货等。作为一个现场的组织者只有对这些情况快速而准确地掌握，才能及时做出合理安排和协调。而常规的材料管理手段，这些信息都是分散、零碎地掌握在材料计划、采购、物流和库管人员手里。因此，现代工程项目管理，特别是针对海外总承包项目的实际需求，亟须建立一个统一的企业级的标准化的设备材料信息系统，同时引入二维码技术对材料的全过程进行跟踪管理，并构建一套完整的材料数据一体化管理体系，实现现场物资材料的有序管理。

通过材料主数据标准化、数字化管理，实现材料数据在工程设计、采购、物流、施工现场业务过程中的一体化贯穿，解决一次性录入、数据同源、数据在多个业务过程的应用和共享问题，实现业务岗位或/和供应链协同，减少材料差错和缺失，减少大量材料数据录入和核对等重复工作，加快材料数据变化的响应和执行，实现工程生命周期内材料数据的一体化，这已经成为工程建设方或承包方要研究的重要方面。本文总结笔者的研究成果，力求给出材料数据生命周期一体化解决方案，同时给出示例，证明利用信息技术建立材料数据生命周期一体化软件平台并应用于工程项目建设，可以确保工程总承包项目高效率、高质量、低成本和短周期地顺利完成。

当前阶段，工程建设行业已经应用了一些具有一体化理念的材料解决方案和软件平台，但在一些关键环节的处理上仍存在一些问题和缺陷，致使一体化不够充分，效果受限。比如，材料编码的标准化与一体化欠缺，材料主数据库不够完善，设计材料表与采购、物流和施工阶段相脱节，现场利用材料数据的程度低，等等。而且软件平台基本被国外公司垄断，需要固化国外工程建设的业务流程。针对这些问题，笔者总结、研究并形成了具有国内建设特点的材料数据生命周期一体化解决方案，对一些关键要素提出了解决措施，经编制的软件系统在工程项目中进行应用，取得了良好的效果。

1 材料数据生命周期一体化解决方案

1.1 解决方案构架

本文总结、研究并形成的材料数据生命周期一体化解决方案构架见图1。

1.2 解决方案说明

(1)工程主数据管理系统和工程主数据库。实现一体化的基础是源头数据的标准化与数字化管理，形成工程主数据，并支持和贯穿工程设计、采购、物流、施工现场业务的全过程。只有这样，才能确保数据同源，以及一致性、统一性、共享性和连贯性，才能确保实现生命周期一体化。为此，应建立工程主数据管理系统和工程主数据库，进而建立和管理各种工程主数据。

(2)工程主数据标准。建立工程主数据管理系统和工程主数据库的基础是工程主数据标准，组织和管理工程主数据的核心是材料编码与工厂标识码，编码属性、编码规则和编码也是工程主数据内容之一。为此，要研究、梳理和建立良好的材料编码与工厂标识码标准以及相关的工程主数据标准，为建立工程主数据库打下基础。

(3)工程主数据管理系统与设计系统的集成。通过这两类系统的集成，将标准化的工程主数据推送到设计系统并应用，不但可解决数据同源，而且可支撑设计系统的数字化与智能化，使其自动产生标准化和数字化的材料表与设备表(不能通过系统集成自动产生时，可在工程主数据管理系统中在线创建或处理)。再将这些材料表与设备表推送到工程主数据管理系统进行处理和加工，使其满足后续采购、物流、施工现场及项目管理的需要，并将其也作为一种工程主数据进行统一管理，从而保证更好地支撑后续业务的一体化。

(4)工程主数据管理系统和材料控制与采购管理系统的集成。通过这两类系统的集成，将标准化与数字化的材料表与设备表、供应商、项目与企业组织等主数据推送到材料控制与采购管理系统，作为采购、物流和现场材料管理的唯一基础，确保数据同源与工程生命周期内的传递与共享。

图1 材料数据生命周期一体化解决方案构架图

(5)材料控制与采购管理系统。系统以接收到的标准化的有唯一编码标识的材料表与设备表等主数据为基础，逐步进行请购管理、采购管理(询价、报价、采买、订单等)、物流管理(催交、检验、监造、运输等)、现场材料管理(材料接收、入库、配料、领料、代用、预留、材料发放、出库、库存、退库、移库、缺损等)，支撑支付款、费用控制和项目管理，材料数据贯穿全过程。通过材料表与设备表的变更管理，驱动请购、询价、订单的版本管理(或者补充订单)，实现材料生命周期的变化管理。以订单数据为基础，支撑物流管理与材料接收和入库。以材料表与入库数据为基础，支撑现场材料管理，在此过程中逐步形成材料业务数据库，并利用二维码技术实现材料管理的自动化和精确化，利用主数据和业务数据共享及固化的业务流程，实现工程建设上下游、业务岗位、产业链之间的协同。通过进一步的系统集成与电子交付，为开车管理及工厂运营阶段的运维管理持续提供一体化服务。

(6)可将上述工程主数据标准、工程主数据管理系统和工程主数据库、工程主数据管理系统与设计系统、材料控制与采购管理系统的集成以及材料控制与采购管理系统等构成的协同一体化的系统称为材料生命周期一体化平台。平台中各系统协调一致发挥作用，实现材料数据在工程生命周期内的一体化，确保材料数据同源、传递、共享、一致、唯一，从而促进工程总承包项目高效率、高质量和低成本。

2 材料生命周期一体化关键要素

2.1 工程主数据及工程主数据管理系统和工程主数据库

建立哪些工程主数据和工程主数据库？工程主数据管理系统如何管理和推送工程主数据，才能更好地支撑材料生命周期管理？哪些应用系统可共享应用工程主数据，以解决数据同源问题？目前，工程建设行业对于上述这些问题的探讨和研究深度不够，造成了基础不扎实，从而影响材料数据生命周期一体化进程。为此，笔者进行了较为深入的研究，给出的思路见图2，可满足一定范围内材料数据生命周期一体化的需要。

2.2 工程主数据标准

大多数企业没有建立起工程主数据库及管理系统的主要原因除了上述要素外，还有就是没有建立工程主数据标准或者建立得不够完备。比如，没有建立材料分类与编码规则标准，无法建立材料编码库，导致材料主数据库无法组织；由于材料标准众多和繁杂，研究和梳理不够深入，无法建立起编码属性与编码规则主数据库、规格或物理主数据等。为此，重视建立或者梳理工程主数据标准，使其标准化和体系化，特别是制定材料编码标准与工厂标识码标准势在必行。

图2 工程主数据、工程主数据库与工程主数据管理系统概念构架

2.3 材料表与设备表

材料表与设备表(包括零件表、部件表、杆构件表等)作为材料管理的基础和请购、采购、物流与现场阶段的工程主数据，其标准化、规范化与细化程度对材料生命周期管理的水平和效果影响很大，要切实解决好以下问题：

(1)种类、内容、格式的标准化与规范化。为了后续业务方便处理与共享，需统一格式与表达，每项材料或设备需要带有唯一的编码，材料描述的深度要满足请购、采购、物流和现场材料管理的实际需要。

(2)施工工作包材料表的标准化与细化。原来的设计规定与习惯是将施工工作包材料表放在设计图上，不作为设计成品文件单独输出为电子文件，致使配料没有科学依据或不方便。为此，需要改变设计规定和习惯，将施工工作包材料表作为设计成品文件，并输出为电子文件且装入材料管理系统，作为配料依据，从而增强材料控制能力。

2.4 材料控制与采购管理一体化关键业务流程

目前，工程建设行业大部分材料控制与采购管理软件一体化化程度较低。笔者参考国际先进的解决方案并考虑国内特色，总结、研究出一种材料控制与采购管理一体化关键业务流程，见图3。

2.5 设备零部件表处理

零部件表包括零部件表、备品备件表、杆构件表等。为了支持装箱、运输、材料接收、入库、配料、领料、库存等业务的自动化与标准化，需要将设备或者框塔架按零部件进行管理，这就需要对设备的零部件表以及零部件表与设备的关联进行有效的管理。

2.6 材料编码与工厂标识码的应用

工程建设行业中广泛存在一种认识，只要材料管理系统支持编码，无论是设备还是大宗材料都需要编制一个材料编码并应用于软件系统，才能很好地解决材料生命周期管理一体化的问题。这个认识是否对，值得探讨。笔者通过深入研究，得出以下结论：对设备(包括零部件)不一定需要编制材料编码，可以将工厂标识码直接用于材料生命周期管理过程中。对材料编码与工厂标识码在材料生命周期一体化过程中的应用分析如下：

图3 材料控制与采购管理一体化关键业务流程

(1)实际上，工程材料有两种形态(相对而言)，一种是大宗材料，另一种是设备(包括零部件，可以将建构筑物、仪电的柜子等都作为设备来处理)。

(2)大宗材料由于没有工厂标识码，就需要编制材料编码。材料编码又分为CC码(CC：Commodity Code，商品类别编码或材料类别编码，按类唯一)和ID码(ID：Identification Code，也称Part Number，材料标识码，按物唯一)。

(3)设备(包括零部件)本身存在工厂标识码(电力行业称为“KKS”，用于表示其在工厂中的位置和设备类型，石化行业称为设备位号、管线编号、建构筑物编号等)。下面将设备分为非标设备和标准设备对这个编码是否可以用于材料管理的全过程进行分析：

1)对于非标设备而言，在设计时，每台设备(包括零部件)就编制了一个KKS，用于标识该设备。无论其用于材料管理还是进行工厂标识，已经是唯一的。既然是唯一的，就可将KKS当作ID码用于材料管理过程，即ID=KKS的方案，就不需要对设备再编制CC码与ID码了。实际上非标设备每个都不同，即使编制ID码，也没有共性，只能出现一台设备就编制一个ID码。但由于KKS的分类比较简单，如果这个分类还不能满足材料管理和采购打包需要，可对设备编制CC码来进行分类，应用时，将CC与KKS关联并连接，生成一个ID码应用,即ID=CC+KKS的方案。

2)对于标准设备而言(相对性)，在设计时，每台设备(包括零部件)也编制了一个KKS，用于标识该设备。但这个KKS不能满足材料管理与采购需要，比如，10个不同KKS的温度仪可能材料与规格型号是完全一样的，再进行材料管理与采购时就得按一个对象来对待。为此，这类设备就需要编制ID码。实际上，设计提交的带有KKS的设备表是不能满足后续材料管理与采购管理需求的，需要处理成采购用的材料表，也就是将同类同种的设备进行归类合并，并赋予唯一的材料标识编码(ID码)。同时，可将具有同样ID的设备按KKS的列表进行单独存储管理和关联管理(可称为标准件表，是设备表的子集)，方便物流与现场施工管理。实际上，后续就与设备的零部件表一样处理。可称这个过程为KKS与ID码的关联。这样在后续材料管理过程中既可使用ID码，也可使用KKS。

上述方案，既满足了不同业务的需求，也梳理清楚了材料编码与工厂标识码在材料数据生命周期一体化管理中的作用和关系。同时，也缩小了材料编码范围，降低了难度，且更好地解决了材料在生命周期中的唯一性标识问题。

2.7 二维码技术的应用

二维码打印与识别技术的应用，可提高装箱、运输、材料接收、入库、盘库、出库等业务的自动化和工作效率。将材料编码、工厂标识码、箱单编号等打印出二维码粘贴在设备或材料上，既可标识材料、设备或箱件，也可通过扫描设备(PDA或智能手机)扫描，并采集材料编码推送到材料管理系统，实现材料的清点与跟踪，真正实现“账、卡、物”相符。

3 示例软件功能构架

笔者依据上述材料生命周期一体化解决方案，并对关键要素进行重点的研究与处理，编制了材料全生命周期管理系统(MLCMS)，包括工程主数据管理系统(MRDMS)和材料控制与采购管理系统(MCPMS)，这两个系统无缝集成。同时，建立了材料编码规则和编码库、工程数据库，实现了与众多设计软件的集成，已经应用于十余家企业，取得了良好的社会效益和经济效益。

(1)MRDMS包括了编码体系管理、系统管理、材料编码管理、工厂标识码管理、管道等级库管理、钢结构等级库管理、电缆桥架等级库管理、编码应用管理(材料表(BOM)管理、施工工作包材料表管理、设备表管理、阀门规格书管理、PDMS接口、PDS接口、SP3D接口、COMOS接口)等功能模块。MRDMS的功能构架见图4。

(2)MCPMS包括了项目基础信息、材料表(BOM)、请购、供应商、采购、物流、现场、报表等功能模块。MCPMS的功能构架见图5。

图5 MCPMS的功能构架图

4 结语

作为一种探索，上述材料数据生命周期一体化解决方案和关键要素已经过编制的软件系统应用验证。它是一个良好的、可行的方案，可较好地实现材料数据在工程生命周期的一体化，产生较大的经济效益和社会效益，对实现工程建设材料集约化管理、推动工程建设企业的科技进步，特别是加快工程建设企业数字化与智能化进程、实现工程建设产业链协同都具有重要意义和作用。