面向全生命周期管理的煤机设备信息分类编码

张建中

(北京天地龙跃科技有限公司，北京 100013)

0 引言

煤机设备是现代化煤矿最为关键的生产工具，煤机设备种类多、使用频次高、采购和维护成本高，且以定制化为主、管理难度大。在跨设备全生命周期(包括煤机设备设计、工业试验、安标认证、制造、交易、物流、安装、运行、维护、拆除、报废等)管理的各个阶段产生了大量数据，由于企业信息化建设先后的客观因素和行业标准细则的缺乏，导致产生了大量信息孤岛[1]，不能有效将全过程的设备数据在统一标准下规约，在面向智慧矿山建设时，高质量、全样本数据支撑能力不足，无法发挥大数据、云计算等深度专业算法和技术工具的应用效果。

信息分类编码是企业信息化管理和设备智能化应用的关键基础，目前，我国信息分类编码标准化领域主要有2个分类体系，分别是1997年发布的CIMS(Computer/contemporary Integrated Manufacturing Systems，计算机集成制造系统)信息分类编码标准体系[2-3]和1999年发布的国家信息分类编码标准体系[4-6]。由于煤炭开采的特殊性，煤机设备信息分类编码研究主要分为3个方面。一是煤机制造端，信息分类编码研究主要集中在煤机设备零件系统，具有代表性的有煤矿机械零件分类编码系统(MJLBM-1)[7]，该系统是借鉴原机械工业部的JLBM-1系统面向煤矿机械产品生产过程而研制的，主要包括图号编码、零件编码和工艺辅助编码3个部分。二是煤矿企业运营端，侧重从财务角度开展的设备资产和运维管理，为主数据管理提供支持[8]，其主要目标是系统提高设备管理过程中的工作质量和效率[9]。三是跨煤机设备全生命周期管理方向，代表性的有曹现刚等[10]采用RFID(Radio Frequency Identification,射频识别)技术进行采煤机唯一身份识别，对设备进行大致分类并按类属、类别、细目、型号4个部分，采用EPC(Electronic Product Code,产品电子代码)编码体系的GID-96进行具体的代码编制，实现了从煤机制造端到煤矿企业运营端产业链各企业之间的信息交换与共享，具有较好的应用意义。

目前煤机设备信息分类编码大多集中在某一阶段，各阶段未形成统一信息分类编码标准。笔者在分析煤机设备全生命周期业务流程基础上，提出了面向全生命周期管理的煤机设备信息分类编码体系构建方法，可为设备采购寻源、隐患排查、故障诊断、健康评估、效能评估和安全生产态势评价等全生命周期精准维护管理提供支撑。

1 煤机设备信息分类编码体系构建

1.1 构建方法

从业务建模与范围划分、标准体系相关性分析和分类编码技术路线3个维度进行分析：① 梳理煤机设备全生命周期业务流程，通过划分不同的业务阶段并对业务特征进行总结，形成核心的研究对象和属性集合。② 分析国际、国家、行业和代表性企业相关标准，分析标准的适用范围和实施方法，以建立煤机产业信息分类标准体系。③ 通过研究信息分类方法和编码技术，根据煤机产业信息分类标准体系框架形成煤机设备信息分类编码方案。

1.1.1 业务建模与范围划分

以煤机设备全生命周期业务流程为研究对象，采用UML(Unified Modeling Language，统一建模语言)和OOA(Object-Oriented Analysis，面向对象分析方法)进行建模：① 识别领域对象，建立问题域简洁、精确和可解模型，如煤机设备、煤机制造企业、煤矿企业、安标机构、制造车间、工艺流程、生产系统、工作面等均可抽象为对象。② 识别对象的内部特征和外部关系，包括特殊结构、整体/部分结构、实例连接、消息连接等，并按业务域划分主题，这是解决问题域的基本方法，遵循抽象原则、分类原则、聚合原则、关联原则和消息通信原则，建立不同对象间的关系，面向对象层次划分，如图1所示。③ 定义用例，建立交互图。

图1 面向对象模型层次划分

1.1.2 标准体系相关性分析

采用文献分析法对煤机设备分类编码标准进行相关性分析。在分析煤炭行业相关标准现状基础上，结合国家标准、煤机产业相关的其他行业标准、通用技术规范和企业管理规定的资料，抽取业务对象相关有效信息，分析相关标准的引用关系，进而构建煤机设备信息分类编码体系框架。主要相关的信息分类包括：① 国家通用行业信息分类、信息技术标准，一般情况下企业信息化及细分领域采用的通用标准规范，是本文采用的主要分类依据。② 制造领域CIMS相关规范标准，是煤机设备生产制造端采用的标准，在现有的煤矿机械零件分类编码系统MJLBM-1基础上集成更新。③ 煤炭行业标准及智能化标准参考，基于矿山机械产品型号编制方法及智慧矿山、煤矿智能化相关标准[11-12]进行分类编码。④ 国际贸易流通领域的国际物品编码中心(GS1)分类编码体系及国际EPC编码体系，实现煤机设备销售、流通领域的分类及编码。⑤ IEC国际标准及特定工业领域的编码体系，如OmniClass[13]、KKS编码体系[14]等，实现在专业领域内的国际标准化参考，以便能够对接国际标准。

1.1.3 分类编码技术路线

分类编码技术路线概述：① 根据业务范围和相关标准体系，利用信息分类基本方法建立煤机设备信息分类框架。② 根据业务对象涉及的业务阶段、层次建立对应的编码技术方案，生成体系代码表。③ 根据信息流转关系构建不同阶段、层次的编码关联融合方法。

分类编码关键技术包括信息分类基本方法和编码方法。

(1)信息分类基本方法。信息分类基本方法包括线分类法、面分类法和混合分类法，见表1。煤机设备全生命周期过程具有层级多、管理复杂等特点，适用混合分类法。

表1 信息分类方法对比

(2)编码方法。目前主要的编码方法对比见表2。

表2 编码方法对比

煤机设备全生命周期过程不同阶段的编码体系应符合现行标准，并根据煤机供应链特点进行编码标准的关联与统一。因此本文采用GS1编码体系作为煤机设备销售阶段编码标准，使用GTIN实现煤机设备类别唯一标志；在GITN基础上增加系列号,实现以EPC编码体系的SGTIN唯一标志1台设备；采用GTIN编码中的“附加属性代码”字段关联设备设计阶段的MJLBM-1的图号或物料代码，借鉴OmniClass和KKS编码进行编码标准文件编制。

1.2 煤机设备全生命周期业务梳理与分类编码体系设计

煤机产业链上游属于典型的离散制造业态，是以产品制造为核心，下游属于流程化煤炭开采洗选生产业态，是以资产运营为核心，下游价值链的创造过程是上游产业价值产出的关键。产业链上下游企业经营活动的核心要素是产品，产品是从需求、设计、制造到仓储、销售、运营全过程信息连接的桥梁，产品在市场流通称之为“商品”。煤机设备商品包括成套系统、整机、部件、配件和配套服务等，而分类编码体系的目标即实现煤机设备全生命周期过程数字化、智能化，从而带来价值链最大化。

1.2.1 业务流体系

煤机设备全生命周期业务流程如图2所示：① 横向为产品链围绕煤机制造工业数字主线进行创新管理和持续改进，从产品设计、流程规划、安标认证、工业试验、生产过程、制造到成熟、升级改进、衰退和退役。② 纵向为贯穿产品订单、生产计划、物料供应、制造、交付与分销和客户支持的价值链连接到围绕煤矿企业资产运营的设计安装、投产、运维、退役和报废回收的资产链。

图2 煤机设备全生命周期业务流程

目前在煤机设备全生命周期过程中，普遍采用产品生命周期管理(PLM)、辅助设计(CAX)、辅助制造(CAM)、企业资源计划(ERP)、采购电商、集中采购、供应链管理(SCM)、制造执行系统(MES)、质量管理体系(QMS)、客户关系管理(CRM)、集中销售、销售电商、设备信息模型(BIM)、设备资产性能管理(APM)、设备运维管理(MRO)等商用数字化软件进行设计、管理和运维，并向MBD(Model Based Definition，基于模型的产品数字化定义)方向发展。煤机设备全生命周期管理过程的核心即数字化，信息分类定义与编码是基石，分类编码体系构建即从全生命周期业务流程中抽取关键对象，将设计数据、安标认证数据、制造数据、销售数据、服务数据、运维数据、需求数据、计划数据、供应数据进行分类，利用编码方法进行对象标志并建立数据标准，从而为实现煤机设备产品链、资产链和价值链协同生态体系提供支撑。

1.2.2 煤机设备信息分类编码体系

以煤机设备不同阶段的业务域属性抽象为不同的分类标志项，从而构建面向全生命周期管理的煤机设备信息分类编码体系，如图3所示。

图3 面向全生命周期管理的煤机设备信息分类编码体系

对不同类型煤机设备进行划分，建立煤机设备产品分类框架，用于标志某类设备，如图4所示。从零级类目到三级类目采用线分类法构建，三级类目至四级类目采用面分类法构建。

图4 煤机设备产品分类框架

采用隶属分类和属性分类相结合方式确定煤机设备唯一标志代码结构，用于标志单台设备，如图5所示。

图5 煤机设备唯一标志代码结构

2 煤机设备信息分类编码体系应用案例

2.1 案例概况

以某大型煤机制造企业为例，煤机设备远程运维服务平台[15]前端为面向煤机设备B2B电子商务门户，后端为商品管理系统、供应商管理系统、仓储管理系统和客户关系管理系统等。为实现平台的标准化构架、规范化集成和面向设备智能化运维目标，应用本文构建的煤机设备信息分类编码体系，对煤机设备远程运维平台涉及的全生命周期业务信息进行对象抽取与集成。

2.2 应用流程

(1)通过电子商务门户集中展示和销售集团企业各单位煤机设备产品、部件、配件和服务，实现产品和服务的统一编码和标准化服务。

(2)通过云端仓储管理系统实现各单位PLM，ERP系统数据互联互通，采用MJLBM-1为标准编制设备图号，采用EPC编码标准实现设计、安标、试验和制造等过程的产品标志代码标准化，通过GS1结构的厂商识别代码和产品标志与电子商务门户的编码进行集成。

(3)对售出设备、部件和配件进行全生命周期信息跟踪，采用SGTIN-96编码实现对单台设备的代码标志，采用镭射二维码、RFID标签等载体与物理设备关联，通过传感器、物联网网关对设备数据进行采集并传输至煤机设备远程运维服务平台。

(4)利用设备分类体系与唯一标志，对设备运行工况、故障代码、健康指数、生产厂商、物流厂商、设计信息、装配信息、安标信息等全生命周期信息追溯，并定制智能化分析应用。

2.3 关键技术

2.3.1 煤机设备产品分类编码与产品编码

(1)煤机设备产品分类编码。煤机设备产品分类编码与中国物品编码中心下发的厂商识别代码进行统一编制备案，GS1系统提供相关服务，以便实现全球范围内任意POS机扫描就能识别产品信息功能。采用线分类法，将编码结构分为大类、中类、小类3层，每层均采用2位十进制阿拉伯数字编码。经过与案例企业下属多家设备厂反复研讨，形成煤机设备产品分类编码，见表3。

表3 煤机设备产品分类编码

(2)煤机设备产品编码。煤机设备产品编码包括零售编码、储运包装编码和物流单元编码等内容，由产品标志代码和附加属性代码组成，即由GTIN(必选)和系列号、批号、生产日期、有效期等(可选)组成。

某企业为某类煤机设备分配的产品编码如图6所示。其中，有效期为2016年12月(不指明具体日期则用00表示)，附加产品标志代码采用产成品物料代码或设计图号代码等，用来与设计、制造过程数据关联。

图6 煤机设备产品编码

2.3.2 煤机设备编码

单台煤机设备编码采用混合分类法，即按对象抽取属性(如系统、整机、部件、配件、尺寸、型号、颜色等)，建立属性编码字典，在创建对象时选取字典编码作为分类或检索关键字，以此生成对象类别代码。采用EPC编码体系中的SGTIN-96进行编码，通过条码、二维码、RFID等载体与GS1管理体系下的全球实体标记语言(Physical Markup Language，PML)文档数据库、对象名解析服务(Object Name Service，ONS)对接，能实现全球范围内的互连互查，对售出设备、部件或配件进行全生命周期追溯。通过GTIN与SGTIN的转换实现贸易体系与物理对象的关联，从而兼容目前全球GS1运行体系。

例如1台刮板输送机的SGTIN-96编码为30.7800190.000050.000000110，其中30是版本号，7800190是域名管理码，均由EPC组织决定，而对象类别000050和系列号000000110是由产品所属企业根据管理要求决定。为了能够被ONS识别并定位，需将SGTIN-96编码转换为统一资源标志符(Uniform Resource Identifier，URI)。SGTIN-96编码转换为二进制后表示为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地址为urn:epc:id:sgtin:100.20.272。

2.4 应用效果分析

从顶层设计梳理和明确了集团企业对执行统一煤机设备信息分类编码体系的工作思路和架构模式，主要解决的问题及待改进的方向如下。

(1)通过产品分类编码和产品编码为贸易阶段和设计、制造、运维阶段建立了信息链接桥梁，案例实践表明具备一定可行性，一定程度上解决了煤机设备信息分类和编码混乱、规范性差和信息共享难等问题，并且与全球GS1系统实现了体系兼容，拓宽了煤炭行业相关产品和技术的流通领域，获得更大商机，但从管理规范和机制上需要强有力的推行，以便进一步细化标准和执行细则。

(2)采用EPC编码体系实现了唯一标志单台设备，SGTIN-96较为复杂，但包含信息量大，并且与现有GS1体系兼容，可利用软件工具进行互相转换。经实践发现存在设备厂家对物理标签的加工安装不够积极、管理水平低等问题，亟需探寻一种商业模式助推该体系的实施。

(3)分类编码体系建立了不同阶段数据抽取的脉络和方式，但这些数据具备资产属性，尤其是设备设计数据往往是企业的核心机密，需建立一种数据加密和脱敏处理机制，并在智能化应用框架下构建数据交易市场，从而保障在共享煤机设备全生命周期业务流程涉及的各方利益。

3 结语

从煤机设备全生命周期业务流程产品链、资产链和价值链运作模式出发，结合现有国际、国家、煤炭行业和相关领域的信息分类和编码标准，采用UML和OOA，提出了一种面向全生命周期管理的煤机设备信息分类编码体系。采用GS1编码、EPC编码和MJLBM-1编码融合方法，能够实现煤机设备全生命周期不同阶段的编码信息融合，从而唯一标志单台设备。煤机设备信息分类编码体系的实施与推广尚需结合企业管理组织体系的配合，从而推动煤机设备行业迈向标准化、全球化发展阶段。