船厂计划管理决策支持系统研究

2021-03-04朱安庆郝德敬

江苏科技大学学报(自然科学版) 2021年6期

朱安庆，郝德敬，陈婷

(1.江苏科技大学船舶与海洋工程学院, 镇江 212100) (2.江苏现代造船技术有限公司, 镇江 212003)

在船舶建造过程中，结合船厂实际情况，制定合理有效的计划管理体系，将复杂的设计与生产结合起来，不仅可以降低企业成本，也能够加快工程进度.我国的计划管理体系与国外发达国家相比较为粗糙，生产精度和进度准确率低，经常出现生产脱节现象和计划变更现象[1].

决策支持系统通过计算机和信息技术，将数据、模型和抽取的知识进行分析和筛选，汇总成解决问题和辅助决策的综合信息[2-3].根据Gorry和Scott-Morton的决策理论将决策类型分为结构化、半结构化和非结构化决策[4].结构化的决策解决确定性的和常规的问题，半结构化决策指决策方案产生有规律可循，但不能通过确定模型达到最优方案，非结构化决策是解决存在模糊、复杂的问题，没有实现准备好的解决方法[5].传统的决策支持系统由人机接口、数据库、模型库、知识库和方法库组成的五部件四库结构[6].近年来决策支持系统不断与新的技术融合，在不同的领域研究加深，可以分为与数据仓库结合、与联机分析处理结合、与数据挖掘结合、与仿真技术结合、与专家系统结合和与神经网络结合[7-9].针对船厂计划管理过程中存在的编制计划工具落后，计划变更时无法实现信息共享等问题，缺乏计划管理决策支持的工具和平台.文中研究船厂计划管理决策支持系统，采用与数据仓库结合和与联机分析处理结合的方法将船厂业务数据进行加工处理装载到数据仓库，在此基础上构建多维数据立方体，满足企业各层级管理者多个维度查询分析需求，协助做出更有效、合理的决策.

1 决策支持系统研发需求

现代造船模式下，生产计划以线表计划作为中长期计划，经过分解和优化，制定综合大日程计划、中日程计划和小日程计划(月计划、周计划和日计划)在内不同层次的计划[10-11].图1为船厂计划体系组成.

图1 船厂计划管理体系

基于计划管理体系的报表主要为两类：决策类和业务类.决策类报表是供决策者监控项目总体进度，例如项目进度S曲线.业务类报表是为中层管理者分析各项业务数据，查漏补缺，进而保证整体的进度.当前编制计划的工具自动化和智能化程度低.当上层计划调整带来下层计划变更时，各工位之间计划相互影响，且不能及时调整.统计规则需灵活可变.计划管理过程中无法实现信息共享.以上因素决定了研发船厂计划管理决策支持系统的必要性和紧迫性.

2 决策支持系统架构设计

船厂计划管理决策支持系统由数据整合、配置工具、预置应用和数据展示4个基础模块组成.4个模块相辅相成，共同支撑着决策支持系统平稳正常的运行，帮助船厂管理层提供决策支持.图2为船厂计划管理决策支持系统的总体架构.

图2 船厂计划管理决策支持系统架构

2.1 数据整合

系统定期从企业现有的业务数据库和其它外部数据库中抽取数据，通过ETL过程把数据存储到数据仓库.系统业务数据经过OLAP联机分析处理形成多维数据模型，用户能够从多个维度查询所需要的信息.

2.2 配置工具

引入DevExpress Report控件，封装为平台报表工具，接入平台数据，根据用户需求配置报表输出样式，提供导出各种文档格式报表.引入DevExpress Dashboard控件，封装为平台的仪表盘工具，接入平台数据，让用户通过前台界面的拖拽操作，快速配置出所需的仪表盘，如图3.

图3 仪表盘配置界面

2.3 预置应用与数据展示

相对于配置类报表，将常用的用户决策报表作为系统固有报表预置在系统中，开箱即用，比如，基于分段轮廓的生产状态看板.

用户通过在PC端、WEB端对船厂计划管理数据进行查询和分析，使用平板电脑和智能手机可以更加便捷的获取计划管理信息，管控船舶建造进度.

3 数据仓库设计

船厂计划管理数据仓库设计包括概念模型设计、逻辑模型设计和物理模型设计.

3.1 概念模型设计

根据计划管理的流程特点及各环节的数据要求，结合计划管理的历史数据和用户的实际需求可以确定计划数据仓库的4个主题，分别为月度计划考核主题、月度计划跟踪主题、工程健康主题、总体进度主题.

(1) 月度计划考核分析

月度计划考核以月度执行月范围计划为基准，查看中日程月度计划中，各工位、工序的“应该完成、实际完成、超额完成”的统计数据，并可根据统计数据展开作业的详情，通过分析可以直观的看出各部门当月计划的执行情况，树立对计划执行的严肃性.

(2) 月度计划跟踪分析

月度计划跟踪以月度执行月范围计划为基准，查看中日程月度计划中，各工位、工序的“应该完成、实际完成、超额完成、计划内未完成”的统计数据，计划管理员根据统计数据重点关注跟踪拖期计划项及具体拖期原因.

(3) 工程健康分析

工程健康分析以各项目为单位，对比单项目的目标计划，查看中日程各工位、工序的“计划内完成、计划内未完成、超计划完成”的统计数据，并统计数据展开作业的详情，便于计划管理人员跟踪项目总体进展的健康状态.

(4) 总体进度分析

总体进度分析当前时间点整艘船所有分段的状态信息，查询所有工位、工序的总物量以及计划物量与实际完成情况，把控工程的总体进度.

3.2 逻辑模型设计

船厂计划管理数据仓库逻辑模型设计过程中，根据主题的特征属性，将概念模型抽象化成逻辑模型.此处以月度计划考核为例，其逻辑结构如图4.

图4 月度考核事实逻辑模型

通过抓取封存实际表、月周计划表、工程表和作业表中的数据形成月度考核事实表，了解各部门计划完成状态，实现对月度计划考核的目的.

3.3 物理模型设计

对数据仓库的物理模型设计，本质上将逻辑模型以事实表和维度表的结构存储.月度计划考核事实表由月周计划表、任务表、工程表和封存实际表组成.将拖期天数等作为计算字段，删除不必要的冗余，同时通过一定的冗余设计，比如在月度计划考核事实表中保留工程ID字段以提高查询效率.

表1 月度计划考核事实表

4 数据ETL设计

ETL是数据的抽取、转换和装载过程[12].计划管理数据特点是计划变动性大、实绩及时性强，为了保证数据仓库数据的准确性，基于数据仓库设计，着重介绍数据抽取设计思路：

(1) 版本数据的抽取

计划数据存在多个版本，月周记录表包含计划类型、计划范围、计划封存时间和版本记录识别码等信息.计划封存时间指考核月周计划的截止时间.例如A船厂把每月26号作为计划封存时间，如果对6月份计划进行考核，某项作业任务计划结束时间在27号，则该项作业任务不作为6月份的计划项进行考核.月周计划表包含工程信息、计划类型、作业类型、计划开始时间、计划结束时间、月周记录表信息.月周记录表作为月周计划表的外键.Formal实际表包含计划类型、计划范围、工程信息、计划开始时间、计划结束时间.Formal实际表其本质是抓取最新一次调整的月周记录表和月周计划表中的数据，并存储作为最新一次计划版本的数据.系统可以设置定时任务每晚23点执行抓取发布计划版本数据，更新到数据仓库.如果月周计划数据已经封存，需要在计划重新发布时自动清除原封存的内容.

(2) 作业实绩抽取

计划状态信息需要及时反馈，根据反馈的操作记录，更新反馈信息，分析作业的反馈信息，系统每日抓取反馈信息更新到总体实际表中.根据反馈操作记录，更新反馈信息，分析作业的反馈信息，每日晚固定时间点更新总体实际表.

5 数据OLAP设计

多维数据查询可以在船厂计划管理数据仓库中实现，但是数据仓库底层的粒度层次较低，造成数据查询时间较长，所以创建多维数据立方体，从不同维度对数据进行查询[12-13].

月度计划考核主题包含部门、工程和时间维度，构成了月度考核事实表的数据立方体，图5分析展示了各部门当月计划的完成率.联机分析处理对数据立方体实现切片、切块、旋转等操作，从多个维度对计划数据进行分析，辅助管理者对计划进行跟踪调整.

图5 数据立方体

5.1 船厂计划管理数据切片

切片是在多维数据立方体中选择一个二维子集的操作，即在多维数据立方体中选择两个维度(维i和维j)，在维i和维j上任取一个值，在其余维度上都取一个特定的值[14]，则构成了多维数据立方体上一个二维子集，称它是多维数组的一个切片.如图6，选择“船体车间”作为船厂的部门维度，时间维上取2019年6月船体车间上的数据切片，得到2019年6月份船体车间计划完成率情况.