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趙敏 |挖掘工業軟件新趨勢:數據萬象,模型無邊,數據治理無處不在

發布時間:2024-02-20作者來源:趙敏瀏覽:1456


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在現代工業中,數據是無處不在的。僅一個機加車間每天就能產生1.5TB的加工數據,而全球使用的8000多個工業軟件每天生成的各種數據更是數量龐大。這些輸入、計算和輸出的數據構成了數字世界的基石,為實體經濟和數字經濟的創新發展提供了強有力的支持。這些數據要素的積極作用為我們構建更美好、更先進的工業世界提供了無限可能。

數據要素極其復雜,數據無窮,形態各異,屬性不同。幾十年來,各個工業軟件廠商為追求當時版本之最佳功能,恣意定義數據格式,讓用戶留下大量格式迥異、難以轉換消化,但是又無法舍棄的歷史數據。

當今工業領域,在數字技術解構與重構下,萬物皆模型,一切皆數據,數據皆治理。在數字原生的新一代工業軟件的開發、使用、存儲、數據交換、集成、二開、推廣等環節,對數據要素的管理和治理,已經有了質的飛躍。玩轉數據要素,工軟飛速進步。

一、數據管理理念的演進:“面向結果”→“面向過程”→“面向對象”

工業軟件領域的數據管理理念和技術手段,一直在發展、迭代、演進,大致分為以下三個模式。
(1面向結果:從產品全價值鏈、全生命周期的各環節來看,產品的研發、制造、供應鏈、運維、一直到報廢環節的每個節點上均有數據的產生、交互、協同、消費的管理過程。企業一直追求對工業數據的有效管理。早期的工業軟件數據,大多是“面向結果”的數據,通常是把工程師存在電腦上的研發結果歸檔到數據文件管理系統中。在上個世紀末,產品數據管理(PDM)軟件一度流行,可把某個業務環節不同軟件集成為一個信息系統,管理該業務環節的結果數據
2面向過程:在制造企業的各個業務環節中,工業軟件應用結果是種類繁多的數據急劇膨脹,對企業產品數據管理形成巨大壓力。在21世紀初,一種具有管理產品全生命周期數據、過程、資源能力的“產品生命周期管理(PLM)”軟件應運而生。PLM系統以產品為核心,實現在產品需求管理、研發設計、生產控制、運營運維、項目管理、質量管理等業務環節中對“面向過程”的文檔、圖紙、物料等數據進行一體化管理。
3面向對象:今天為了準確地使用數字化手段描述物理世界中的產品實體,尤其是基于正向設計的方法,從產品的需求管理入手,需要采用產品模型定義和構建的方法進行數據管理。基于模型的產品定義,強調將產品相關的功能、特性、工藝、材料、產品構型、產品組織形態等信息在模型上進行統一的數字化定義,并以模型為核心,將產品數據傳遞給下游工藝、生產、試驗、供應鏈、運維等環節。建立產品模型的基礎是“面向對象”的方法。
在“面向對象”的數據管理過程中,首先需要識別和定義對象,對象是由數據及可以對這些數據施加的操作所組成的統一體對象本身是以數據為中心的,操作圍繞對其數據所需做的處理來設置,沒有無關的操作。因此,對象內部各種元素彼此結合得很緊密。在識別和定義對象之后,通過描述對象之間的關系、對象的屬性、對象的操作,定義出面向對象的數據模型。所以說,產品的數據模型和對象是密不可分的。
新一代工業軟件的數據要素管理,以對象為“綱”,以模型為“目”,以綱帶目,綱舉目張,最終實現準確、全面、動態的基于“面向對象”模型的數據要素管理與治理。

二、數據管理技術的躍升:“管理殼”→“管理核”→“管理腦”

(1)管理殼歷史數據一定是異構的,但我們可以利用前面提到的“面向對象”的數據管理理念,探查歷史數據,抽取并重整出歷史數據中的業務對象,梳理出歷史數據中的業務邏輯和業務對象之間的關系,將歷史數據資產中隱式表達的數據模型顯性化構建出來,并基于此數據模型來構建轉換接口,從而將歷史多源異構數據,轉化為基于數據模型的同構數據接口,再利用同構數據接口將歷史數據互聯起來,最后通過關聯關系實現數據的路由追溯,構建數據血緣。
借鑒“工業4.0”中提出“管理殼”概念將這套基于數據模型構建的同構數據接口,形象地比喻為是罩在多源異構數據外面的“管理殼”這個“管理殼”是標準化、規范化、元數據模型驅動化的,即使殼內數據的組織形態、存儲方式仍舊是異構的,但仍能夠通過“管理殼”的橋接來最大化地利用歷史數據,挖掘其可用價值
(2)管理核。理想方式是,我們需要采用“面向對象”的數據管理和治理理念,對于新一代工業軟件底層數據管理進行規范化的數據架構設計,從設計之初就基于對象的數據模型來構建對象關系,定義元數據結構和元數據模型實現在數據模型層面的數據對象、數據與元數據之間的互聯互通,然后基于數據和元數據模型構建上層軟件系統,實現元數據模型驅動的工業軟件開發。在這樣架構設計下的工業軟件系統中所裝載的數據要素,原生是互聯互通的
基于“面向對象”的方法構建核心模型,我們可以將這個核心模型形象稱之為數據“管理核”對數據要素從內而外實現治理,達到了數據要素“不治而順”
(3)管理腦。接下來我們進一步探索數據管理的業務價值,將傳統的數據管理上升到知識管理的范疇,開拓數據應用更大范圍的價值空
我們把數據關系識別定義的過程,通過抽象化定義了6類“元關系”(見下節),并在具體的工業軟件業務場景中,將“元關系”擴展為業務關系,更透徹地描述業務場景,建立數據模型與業務場景之間的映射關系,呈現出數據中的業務價值。
進一步地,讓數據管理在面向對象、元數據驅動的數據模型基礎上,具備智能屬性,為基于數據要素的高級應用,如數據分布與流動走向的智能路由、數據血緣的多維可視化展現、數據溯源的自動跟蹤等內容提供了堅實的技術基礎,我們將這種具備智能數據、升維應用的數據管理稱之為數據“管理腦”
通過數據“管理腦”,一方面實現更深層次的數據治理,另一方面也讓數據管理更直接地服務業務、服務客戶、服務整個工業軟件生態圈。

三、數據管理引擎的變革:管結果PDM→管過程PLM→管治理DME

在21世紀初,華為已經使用了PLM系統,數據管理水平逐步從“面向結果”“面向過程”升級為“面向對象”,在產品研發、生產、供應、銷售、服務等不同的業務環節上構建不同的信息系統,管理各自業務環節的數據,再打通各分段建立的信息系統,部分實現數據的互聯互通。這種“亂而后治”數據管理方式已經成為制約企業數字化發展的瓶頸,往往等各系統數據梳理完成并實現打通后,數據所帶來的時效性價值已經落后于業務發展需要了!
(1)萬物皆模型為了實現數據要素“不治而順”的愿景,華為內部組織了上百次的研討,最終達成結論:采用基于“面向對象”的數據管理理念和技術,探索“面向對象”的數據治理技術
經過五年多的探索和實踐,華為對自身所研發和生產的各種產品,進行了全局性的數據梳理和總結,識別出包含產品、部件、單板、器件等234個業務對象,555個業務實體、18000種屬性和24種典型結構,最終抽象為2種類元模型(獨立實體、多版本實體)和6類元關系1:N主外鍵關系,1:N主從關系,樹形關系,N:xM單邊不確定關系,M:N多對多關系,UsageLink關系
“面向對象”數據治理的理論表明,世界萬物都可以被抽象成[敏感詞]簡單的元模型,即“萬物皆模型”。如圖1所示(請旋轉90度觀看)。
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圖1:面向對象的數據管理元模型
“對象”是還原一切事物的本源,可以由[敏感詞]簡單的元模型來構建。在構建新一代工業軟件過程中,先建立數據模型,再建立數據模型之間的關系,進而形成復雜的數據模型結構,最終實現數據模型的全范圍連接,形成全企業數據治理。這是工業軟件數據要素治理上的一次重大進步。從模型到實例的對應關系如圖2所示。
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圖2:模型到實例對應關系
(2)一切皆數據。在新一代工業軟件使用過程中,產生大量實例化數據,天然以對象為核心而內聚在一起,對象與對象之間的關系聯通后,進而形成龐大的數據圖譜,數據本身自動進入數據湖存儲,在使用數據時,在數據圖譜上定義起點和終點,靈活實現數據跨業務領域、跨組織的端到端連接,根據業務場景的需求,提供完整的數據服務。這種“面向對象”的數據治理方式,徹底解決數據集成打通的難題,數據治理從“亂而后治”走向“不治而順”。
華為在工業領域率先把“面向對象”數據管理概念、知識、經驗和實踐進行體系化的總結并形成標準化的數據管理軟件產品:“數據模型驅動引擎DMEData Model Engine)”,為突出其工業屬性,也稱之為“工業數據模型驅動引擎iDME”。從此,處理工業數據的引擎有了重大變革,數據要素治理能力有了范式上的提升。
DME用于提升工業軟件數據管理的能力,加速實現“工業軟件云戰略DME為了讓工業軟件各相關方實現工業數據管理領域的統一思想、統一協同提供了標準化的工業數據管理規范與軟件開發框架,開創了工業數據管理和治理新范式。正如云計算技術改變傳統工業軟件的開發與構建范式一樣,DME也將顛覆傳統的PDMPLM模式的工業數據管理思想。
(3)數據皆治理作為一個工業軟件數據要素的治理引擎,DME主要包括工業數據建模引擎(xDM-Foundation)、工業數據圖模型引擎(LinkX-Foundation)和工業數據模型模板庫(BoX)三個功能模塊,如圖3所示。
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3DME的功能模塊
DME擁有強大的工業數據建模能力,可以通過圖形化、零代碼、配置化的方式構建數據模型。在建模過程中,可以定義所有的業務對象所對應的數據邏輯實體,實體模型及模型之間的關系、模型所附帶的屬性,以及模型所需要用到的數據管理功能(如數據權限,數據生命周期管理、數據版本管理等)。建模完畢后,數據模型實體之間的關系將形成一張巨大的網,如同浩瀚的星空圖。數據要素治理得井井有條。
DME可以基于數據模型自動生成可編排的數據服務API,將傳統工業軟件開發過程中的數據模型設計、數據庫管理、數據服務開發等工作一站式整合,實現“設計即開發”,大幅提升新一代軟件的開發效率、降低開發成本。讓數據要素為工業軟件充分釋放出巨大的數字生產力。

四、行業數據治理的進階:數據模型→數據模板庫→數據生態

工業軟件生態圈的軟件開發者、千行百業的工業軟件使用者均可在DME上,利用面向對象的數據模型,構建滿足其市場需求、業務需求的工業軟件上層應用。
在工業軟件開發過程中,如果能夠快速吸收、借鑒和應用各行業的、模板化的數據模型最佳經驗,將大幅度加快行業化的工業軟件開發速度。因此,DME中的重要功能“工業數據模型模板庫BoXBill of X)”的產品理念應運而生。
工業數據模型模板庫(BoX)根植于DME之中,讓各行各業的優秀數據模型加速實現模板化構建,利用工業BoX的功能,號召行業各有識之士共同建設和豐富工業BoX,繁榮工業軟件的數據生態,讓數據提升為數據要素,讓數據管理升級為數據治理,為工業軟件深深地扎牢工業數據之根。
工業BoX將不同領域可重用的工業數據管理數據模型、數據服務API、業務規則、業務流程、業務界面等方面進行抽象,并整合成通用的工業BoX。通過使用模板庫,用戶可方便快捷地導入各種模板,創建基于模型驅動的工業數據管理應用標準模塊,再根據用戶實際業務調整模型參數,即可快速定制化出最終用戶所需的工業數據管理應用,實現良好的數據治理。工業BoX的功能架構如圖4所示。
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上圖中術語翻譯如下:
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圖4:工業BoX的功能架構
PLM過程中,人們以BoMBill of Material 物料清單)、BoPBill of Process 工藝清單)、BoQBill of Quotation 報價單)等來命名不同領域具有樹形結構特征的結構化業務對象數據模型。
DME中,將其含義引申為各領域(X代表各領域)的關鍵業務對象數據模型、數據服務接口及其他數據模型驅動相關的模板庫。在工業BoX目前預置的關鍵業務對象,如表1所示:
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在工業BoX里,我們會首先定義工業數據的標準,將標準通過“面向對象”的數據管理方法,解構成行業BoX中的功能。使用者即可以從標準入手,利用BoX在各行業落地成各行業專業化的數據模板,如汽車行業模板、電子行業模板、家電行業模板、裝備制造行業模板等,逐步建設優良的工業領域數據生態。。

五、小結

工業材料,如同工業之軀體,越新、越韌、越強健越好;工業軟件,如同工業之靈魂,越優、越靈、越便利越好;工業數據,如同工業之血脈,越豐、越暢、越精專越好。
華為是工業軟件集之大成的使用者、開發者和實踐者,長期使用近千種工業軟件,形成了對工業產品數據管理和數據要素治理的有益探索和實踐:在數據管理理念上,經歷了“面向結果”“面向過程”到“面向對象”的演進;在數據管理技術上,實現了從“管理殼”“管理核”到“管理腦”的躍升;在數據管理引擎上,實現了從“管結果PDM”“管過程PLM”到“管治理DME”的變革;在行業數據治理上,實現了從“數據模型”“數據模板庫”到“數據生態的進階。
新一代工業軟件的基本發展邏輯是“萬物皆模型、一切皆數據、數據皆治理”。在數據要素的管理和治理上,新一代工業軟件經歷了演進、躍升、變革和進階。工業數據的根基已經扎得更深、布得更密、長得更壯,從云端到地面全方位覆蓋,為實現數字化轉型提供了有力支持。無論是在工業生產過程中的實時數據監測,還是在智能制造和物聯網領域的數據應用,新一代工業軟件都能夠高效管理和治理數據,幫助企業實現數字化轉型的目標,走向更加智能化、可持續化的未來。


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