幾種常見的工程材料編碼方式對比分析與實踐1121

1、數字化協(xié)同設計對智能油氣田建設的支持宋光紅1陳亮2成巖3（1.中國石油工程建設有限公司西南分公司；2.中國石油西南油氣田分公司蜀南氣礦；3. 鷹圖中國）摘 要材料編碼是工程建設項目開展精細化管理的重要基礎工作。本文分析了材料編碼工作的意義與編碼要素，對國際上常用的編碼結構和物資材料管理軟件進行了介紹，以及對我公司將集團ERP系統(tǒng)物資分類碼應用于企業(yè)級材料編碼的方案進行的說明，供業(yè)內學習和參考。關鍵詞 ERM 材料編碼 編碼原則 編碼結構 材料管理 54970 引言隨著石油天然氣化工項目信息化建設的不斷深入發(fā)展，工程設計普遍采用三維設計軟件。隨著軟件技術的進步，以及工程項目信息化管理的需要，以管

2、道安裝設計為主要目標的傳統(tǒng)三維設計逐步向多專業(yè)的三維協(xié)同設計方向發(fā)展，實現(xiàn)多專業(yè)設計成果輸出，同時形成了工程項目完整的虛擬資產模型【1】。無論是傳統(tǒng)的三維設計，還是三維協(xié)同設計，均是以材料數據庫為基礎，驅動三維建模，并為工程建設提供全流程數據支持。采用專業(yè)的材料管理軟件，對多專業(yè)三維材料數據庫進行編碼，并進行材料管理，能有效提高物資材料的管理質量和效率，并能有效節(jié)約項目建設成本【2】。1材料編碼及意義材料編碼也稱物資編碼，通過一串簡短的數字、字母、符號來代替材料的名稱和其他屬性。通過對材料進行編碼，能確保材料進入材料數據庫后具有唯一性【3】。以材料編碼為基礎建立的材料數據庫，可以驅動產生帶材料

3、編碼的工程物資材料清單，以便于在項目建設過程中通過以編碼為材料的唯一標識來進行物資材料的計算機管理。通過對工程材料進行統(tǒng)一編碼，可以在工程設計階段加強專業(yè)設計與材料控制之間的協(xié)調性，更能促進項目全生命周期內設計、采購、施工、成本管理的有效溝通，進而實現(xiàn)規(guī)范法、一體化、精細化材料管理的目標【4】；同時，還能夠整合、集成公司的知識和經驗，形成高水平的公司級信息資源庫和知識資產，并形成一個優(yōu)良的信息資源和知識生長機制與平臺，不斷提升全公司的工作質量、水平和效率。2工程材料編碼體系的選擇【5】由于工程項目形式的多樣性，不同企業(yè)、不同項目對工程材料編碼的需求重點也有所不同。因此，并不存在一套適用于所有企

4、業(yè)和項目的最佳工程材料編碼方案，企業(yè)或項目在建立工程材料編碼時，需要結合自身在項目生命周期中所承擔的角色和企業(yè)的發(fā)展定位選擇最適合于自身的材料編碼方式。同時，工程材料編碼為了滿足不同階段和不同業(yè)務單元的需求，需要考慮多種管理要素。由于不同的管理要素對材料提出不同的分類要求，因此，一套完整的工程材料編碼體系通常會包括一個材料識別碼和多項屬性碼，分別滿足不同的管理區(qū)分要求。一般來說，材料編碼需要考慮到以下管理要素：1）專業(yè)區(qū)分即材料所屬的設計專業(yè)。從設計的角度考慮，對材料按照專業(yè)進行區(qū)分，有助于分專業(yè)開展企業(yè)級材料庫管理，統(tǒng)計不同專業(yè)的材料用量，并追溯材料的設計來源。但是，由于不同設計專業(yè)可能應用

5、相同的材料，如果在材料識別碼和屬性碼體現(xiàn)設計專業(yè)，有可能會造成一些材料出現(xiàn)一物多碼的情況。一種替代的方式是通過材料所屬的設計對象（如材料所屬的MTO或圖紙）來確定材料的專業(yè)。這種方式通常需要借助計算機軟件進行材料管理，以便快速追蹤材料對應的設計對象。2）功能區(qū)分即材料的用途，是設計和施工識別材料的最明顯方法，例如，法蘭、彎頭、閥門、泵等，每一項材料都有不同的用途。因此，在材料識別碼中體現(xiàn)功能區(qū)分有助于快速識別材料類型。但如果材料功能區(qū)分劃分過細，則同樣可能造成一物多碼的情況。例如，焊接鋼管、鍍鋅焊接鋼管可能包括相同類型的鋼管。3）形態(tài)區(qū)分形態(tài)區(qū)分是與材料自身相關的屬性，用于區(qū)分物理、化學、加工

6、、連接等方面的特性。對于形態(tài)的區(qū)分，在設計階段可以輔助定位到工程對象所使用的具體材料，也可以在采購和施工階段輔助區(qū)分和識別具體的材料。由于材料的形態(tài)區(qū)分屬性眾多，確定工程對象的各個材料形態(tài)區(qū)分屬性的過程也是設計深化的過程。因此材料形態(tài)區(qū)分屬性也需要根據設計所能夠達到的深度進行確定。在材料編碼體系中需考慮不同項目環(huán)境對材料形態(tài)屬性的深度要求，但在實際工程項目中則根據項目需要確定所需的屬性，避免添加過多不必要的屬性。4）采購區(qū)分用于對材料進行采購分組。從采購的角度需要對材料進行歸類，以便把同類材料歸并請購后進行詢價和采購處理。采購區(qū)分通常需要綜合考慮材料的功能區(qū)分和形態(tài)區(qū)分特性，同時與項目組或企業(yè)

7、的采購職能劃分有密切關系。5）項目區(qū)分從項目管理的角度，一項基本要求就是考慮如何對材料所屬的項目進行識別。對于具備通用性的大宗材料，項目區(qū)分一般不必直接體現(xiàn)在材料編碼中。而對于不具備通用性的項目專屬材料，例如項目專用的大型設備，可以考慮在材料識別碼中體現(xiàn)項目信息，這樣可以突出材料的項目專屬性，便于識別和管理。在材料編碼中，通常需要重點考慮的是功能區(qū)分、形態(tài)區(qū)分、采購區(qū)分這三方面的管理要素。另外，材料編碼體系在融合以上的各種區(qū)分原則的同時，需要關注和避免一物多碼和多物一碼的情況發(fā)生。3常見工程材料編碼結構和方式3.1 常見工程材料編碼項的劃分當前，國際上先進的工程公司通常采用材料管理系統(tǒng)（或軟件

8、）輔助建立工程材料編碼。在這些材料管理系統(tǒng)中，每個材料通常包括一個識別碼和多個屬性碼。材料識別碼用于定位到唯一的工程材料，各項屬性碼中則體現(xiàn)了上述的各項管理要素，用于輔助不同目標的材料分類和統(tǒng)計。以目前工程行業(yè)常用的AVEVA公司的ERM（原VPRM）和INTERGRAPH公司的MARIAN（已更新為SPRD和SPM兩個軟件）材料管理系統(tǒng)為例，其軟件系統(tǒng)中為每項材料設置如下主要編碼：材料識別碼：ERM/VPRM中稱為PART NO,MARIAN中稱為IDENT。材料的功能區(qū)分和形態(tài)區(qū)分碼：在ERM/VPRM系統(tǒng)和MARIAN系統(tǒng)中，這些屬性大多集中體現(xiàn)在Commodity Code中。采購區(qū)分

9、碼：可以建立單獨的采購區(qū)分編碼（如ERM/VPRM中的MRID），也可以采用材料的屬性碼中的部分屬性碼組合達到采購區(qū)分的目的。3.2 各項常見工程材料編碼的形式對于材料編碼體系中的各項編碼，有以下三種編碼方式：有含義編碼、流水碼、組合碼。結合不同編碼的用途，每一項編碼可以采用不同的編碼原則。1)材料識別碼對于材料識別碼，重在材料的唯一性識別，可采用流水碼或組合碼的形式。例如：對于材料“4” x Sch40 Pipe Seamless BE CS ASTM A106-B Dim to ASME B36.10”，其編碼可以表達為： 有含義編碼：P1AAD2BE2DD（每位具備具體含義參見圖，最后兩

10、位代表尺寸）或，流水碼：1000027或，組合碼：PP00027（PP代表管子，00027為流水碼）2)材料的功能區(qū)分和形態(tài)區(qū)分碼對于材料的功能區(qū)分和形態(tài)區(qū)分，重在材料的屬性識別，多采用有含義編碼的形式?？梢詮牟少徑嵌冗M行頂層分類，之后再追加各種功能區(qū)分和形態(tài)區(qū)分的屬性信息。這種結構的優(yōu)勢是便于元件與采購包的對應。也可以從設計角度按照功能區(qū)分（元件類型）進行頂層分類，之后再追加各種形態(tài)區(qū)分屬性信息。這種結構的優(yōu)勢是便于設計人員快速檢索具體的元件。如下例：圖1：材料的功能區(qū)分和形態(tài)區(qū)分碼舉例3)采購區(qū)分碼采購區(qū)分碼重在材料的采購相關的屬性識別，多采用有含義分級編碼的形式。例如：02石油專用管材0

11、204套管及接箍、短節(jié)020401套管02040101無縫套管采購區(qū)分碼即可以單獨體現(xiàn)，也可以與材料的功能區(qū)分和形態(tài)區(qū)分碼組合在一起。如圖、圖3所示。圖2：材料的功能區(qū)分和形態(tài)區(qū)分碼舉例24工程材料管理系統(tǒng)對材料編碼管理的支撐工程材料管理系統(tǒng)為材料編碼管理提供了強大的工具，借助于工程材料管理系統(tǒng)，不但可以進行材料編碼的生成與維護，還可以把材料編碼應用于工程設計、采購、施工整個過程，從而實現(xiàn)工程材料在整個項目生命周期內的精細化管理和控制?？紤]到企業(yè)間、項目間管理目標和重點不同，對材料編碼提出的要求也將有所差別。因此，工程材料管理軟件系統(tǒng)必須能夠根據不同的需求靈活地構建材料編碼規(guī)則，以便根據需要支

12、持工程設計、采購、施工部分或所有階段的管理要求。除了靈活性之外，工程材料管理系統(tǒng)在編碼管理方面還應該具備以下特點：1) 支持規(guī)范的編碼規(guī)則、支持編碼規(guī)則配置；2) 支持多角度的材料分類體系；3) 支持各階段統(tǒng)一的材料命名和描述；4) 支持避免一物多碼或多物一碼；5) 支持設計系統(tǒng)對編碼的復用；6) 能夠快速建立編碼，漸進式的編碼庫擴充與完善；7) 易學、易用、易操作；8) 支持對現(xiàn)有編碼或材料分類的利用。5某項目中的工程材料編碼應用實踐5.1應用背景項目為加強物資材料的設計、采購、運輸、倉儲及安裝一體化管理，建立工廠資產明細，提出物資材料編碼要求。為滿足項目要求，同時也為了能夠以大型項目帶動企

13、業(yè)的技術進步，以項目為依托，對項目所用材料進行統(tǒng)一編碼，進而形成企業(yè)級材料編碼庫。項目實施過程中借助國際先進的管理軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)材料管理系統(tǒng)與三維設計系統(tǒng)對接，實現(xiàn)基于三維模型的材料統(tǒng)計，促進設計過程與材料請購、采購過程的順暢銜接，為最終實現(xiàn)一體化工程材料控制以及工廠的數字化移交奠定基礎。5.2 工程材料管理系統(tǒng)選擇經綜合調研，我方選擇了AVEVA公司的企業(yè)資產管理系統(tǒng)（Enterprise Resource Management，簡稱ERM）作為材料管理系統(tǒng)。AVEVA ERM是AVEVA公司在其原有VPRM【6】系統(tǒng)基礎上推出的新一代工程管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)全面支持整個項目執(zhí)行過程，包括項目規(guī)

14、劃、材料編碼、設計、采購與物流、施工工作包、計劃與控制等。AVEVA Catalogue Manager是ERM系統(tǒng)的材料編碼模塊，可以批量創(chuàng)建、維護材料編碼與管道等級，生成規(guī)范的材料描述。與三維設計系統(tǒng)集成，把生成的材料編碼傳遞給三維設計系統(tǒng)，并從三維設計系統(tǒng)抽取BOM（材料明細）和MTO（材料統(tǒng)計），進而確保材料信息工程全過程的一致性。除了上述功能之外，靈活性和易用性是AVEVA Catalogue Manager的突出特點。該系統(tǒng)允許工程公司根據自身需求，靈活定制所需要的材料編碼結構，同時具備通過模板快速建立等級的能力。5.3 編碼要素在構建編碼結構時，結合我公司的發(fā)展目標和本項目需求，

15、考慮以下要素：1）項目總包方為系統(tǒng)內部單位，要求我方（設計單位）各專業(yè)提出的材料清單能夠匹配集團ERP系統(tǒng)的材料分類體系，即我方所提出的材料清單需要標明各項材料的分類編碼（集團內的8位材料品名編碼）。這樣可以使設計階段提出的材料清單很方便地轉換成采購階段所需要的請購單和采購單。2）項目規(guī)模大，裝置數量和材料數量眾多，物資材料編碼必須滿足復雜的材料采購分包要求。3）由于該系統(tǒng)內的項目較多，必須考慮整個編碼結構在其他項目上的通用性和擴展性。5.4 編碼方案基于以上編碼原則，最終決定綜合考慮集團ERP系統(tǒng)的材料分類體系和國際化材料編碼規(guī)則，形成即符合集團ERP系統(tǒng)管理要求，也滿足設計需要的編碼結構，

16、確定的編碼方案如下：1）采用了組合碼形式形成材料的識別碼：集團位材料品名碼位流水號（簡稱“8+5”）。表1 “8+5”材料識別碼結構舉例描述材料識別碼集團位材料品名位流水號流體用無縫鋼管 A53 GR.B ASTM A53 ASME B36.10M 坡口夾套外管 DN400-Sch 200309010100491通過編碼的前位品名碼（代表“流體用無縫鋼管”），材料控制負責人可以借助系統(tǒng)快速確定材料所屬的采購類別，通過篩選功能開展請購、分包、采購等業(yè)務。同時，通過ERM系統(tǒng)生成的材料描述也以位品名碼對應的描述開頭，幫助業(yè)務人員直觀了解該材料的分類。2）借助ERM系統(tǒng)內的Commoditiy Co

17、de,表達材料的功能區(qū)分和形態(tài)區(qū)分。在ERM系統(tǒng)中，Commoditiy Code具有多重作用，一方面用來表達材料的功能區(qū)分和形態(tài)區(qū)分的各種屬性；另一方面Commoditiy Code結合具體的尺寸參數可以定位到一項具體的材料。3）利用ERM系統(tǒng)中的Commoditiy Code中的代碼可以部分或全部被用于生成具體的材料識別碼的功能，把集團位品名碼作為Commoditiy Code的頂層分類，之后按照再追加各種功能區(qū)分和形態(tài)區(qū)分屬性信息(如圖)。 4）采購分類碼：直接采用集團ERP系統(tǒng)中的位材料品名編碼。5.5 編碼方案評價“8+5”編碼結構采用了集團公司ERP系統(tǒng)的物資材料編碼8位分類結構，

18、該分類結構及分類代碼由石油工業(yè)物資分類及代碼（SY/T 5497-2000）進行規(guī)定，因此8位分類碼在集團內也簡稱為“5497”碼。SY/T 5497將石油工業(yè)物資劃分為60個大類，原則上按原材料、制品、設備、配件進行排序，其分類代碼結構可參見圖2“采購分類碼”部分。直接使用“5497”碼減少項目建立物資材料分類過程；同時由于“5497”碼已經融合到了材料識別碼中，故在ERM中創(chuàng)建材料識別碼時，系統(tǒng)將按照規(guī)則自動產生該材料對應的采購分類碼，減少了從功能區(qū)分和形態(tài)區(qū)分向采購區(qū)分轉化的過程，解決了工程物資與集團ERP系統(tǒng)對接的問題。但該編碼方案推廣應用后，材料工程師發(fā)現(xiàn)以下問題：1）“5497”碼

19、對應的材料品名采用了國家標準、行業(yè)標準名稱，以及行業(yè)俗稱，導致其不能與國際上通用材料一一對應。另外過多采用標準中的材料名稱進行分類導致的另一個問題是一些特殊的設備、材料無法找到對應的材料品名。2）分類太多，其中大部分非公司業(yè)務范圍內的材料；分類不符合設計專業(yè)劃分，導致查找和管理維護不方面，如普通鋼材包含了各類型材、板材和鋼管（結構用和石油天然氣化工用鋼管）。3）“5497”碼對閥門的分類采用了高壓、中壓、低壓分類，不符合材料管理分類需求；分類雖包含了壓力信息，但無法準確定義閥門的壓力等級，導致補充屬性中需重復定義壓力等級，同時材料描述出現(xiàn)冗余（“中壓手動球閥 PN25”）。4）分類中無法找到市

20、場上習慣成套供應的物資材料，如“螺栓螺母”等。5）以“5497”碼分類建立的材料編碼體系，存在一物多碼的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象更容易發(fā)生在不同項目或不同材料工程師之間，以及使用非中國標準制造材料當中。6）受標準主編單位業(yè)務的局限性和工程物資種類持續(xù)更新的影響，部分物資無法找到對應的分類和品名。但受標準及集團ERP系統(tǒng)限制，材料分類擴展周期長，難度大?！?497”分類標準方法滿足了集團ERP系統(tǒng)對企業(yè)資產統(tǒng)計和管理需要，同時為物資采購提供分類基礎，但其分類方法和分類結構并不能很好滿足工程建設設計、采購過程對物資材料編碼分類的需要，并未充分考慮工程物資的市場屬性、價格屬性、應用范圍、三維設計輔助、企業(yè)材料

21、管理等要求，導致實際使用效果不佳。5.6編碼方案改進在總結“8+5”編碼結構的優(yōu)缺點基礎上，公司開發(fā)和部署了第二套編碼系統(tǒng)。在實施第二套編碼系統(tǒng)之前，系統(tǒng)的開展了物資材料分類和編碼屬性結構研究工作。1） 物資材料分類根據公司業(yè)范圍、專業(yè)劃分以及材料類別，將工程物資材料分為16個大類，并根據材料形態(tài)、專業(yè)、功能和編碼結構不同建立了材料2級、3級分類，并作為材料采購區(qū)分。表2 物資材料1級分類序號材料分類序號材料分類1管道類9靜設備類2普通鋼材類10（熱）動力設備類3電線電纜類11機械設備類4防腐絕熱類12水處理及環(huán)保設備類5電氣類13成橇設備類6儀表通信類14分析化驗類7建筑設備及材料類15勞保

22、辦公類8動設備類16施工耗材表2 物資材料2級分類（示例）管道類序號材料分類序號材料分類1管子5緊固件2管件6閥門3法蘭及安裝件7管道特殊件4墊片8管道支吊架表3 物資材料3級分類（示例）管子序號材料分類序號材料分類1PPSSP 無縫鋼管8PPSSA 螺旋縫埋弧焊鋼管2PPSST 無縫鋼管 Tube9PPDSA 雙面埋弧焊鋼管3PPLEF 直縫電熔焊鋼管10PPLHF 直縫高頻焊鋼管4PPLER 直縫電阻焊鋼管11PPCMP 復合管5PPSEF 螺旋縫電熔焊鋼管12PPNMP 非金屬管6PPSER 螺旋縫電阻焊鋼管13PPCRP 鑄鐵管7PPLSA 直縫埋弧焊鋼管2） 大宗材料類物資編碼方案新

23、的大宗材料類物資編碼方案仍采用國際上通用的組合編碼方式，以CC碼(Commodity Code)體現(xiàn)材料屬性，ID碼（Identification Code）作為材料唯一的顯性標識。 CC碼由材料的完整屬性代碼構成。編碼庫建設過程中，在完成物資材料三級分類的基礎上，對每一類物資的屬性構成進行分解，建立每一類物資的編碼規(guī)則，以及屬性的數據字典庫和屬性代碼。通過在CC碼中附加了“5497碼”屬性建立了新編碼與集團公司ERP系統(tǒng)之間的聯(lián)系，但“5497碼”并不影響材料屬性的完整性和簡化ID碼生成，并且允許缺失和后期補充。圖3：CC碼結構舉例ID碼是編碼軟件通過讀取材料CC碼和材料尺寸，自動編譯成一串

24、等長的，帶流水號的編碼，并能逆向生成CC碼。ID碼采用19位定長組合碼，也稱“8+5+6”編碼規(guī)則?！?”為集團ERP系統(tǒng)“5497碼”；“5”為公司物資材料三級分類碼（參見表3字母），作為編碼的采購區(qū)分；“6”為數字流水碼，形成了材料的唯一標識?！?+6”形成了物資唯一的編碼，在設計圖紙上一般只輸出“5+6”編碼。通過生成ID碼，能有效減少編碼長度，規(guī)范編碼格式，加密編碼信息。圖4：ID碼結構及生成過程舉例3） 其他物資設備編碼方案針對品種單一，規(guī)格型號較少的物資或設備，在完成物資的三級分類后，參考石油工業(yè)物資分類及代碼（SY/T 5497-2000）中的描述，直接根據每一類對應的具體物資名

25、稱，在ERM系統(tǒng)中按流水編制ID碼，如機械設備類、分析化驗類等。針對項目特定的帶位號的設備和材料，通過定義了價格關鍵屬性和工藝關鍵屬性形成CC碼；通過項目實施過程中CC碼關聯(lián)“設備數據表”編號產生ID碼。因此此類設備的ID碼僅作為項目級編碼使用，不進入企業(yè)級編碼，但對應的CC碼進入企業(yè)級編碼庫。當帶位號的設備或材料關鍵信息不需要進入企業(yè)知識庫時，可直接使用設備位號（TAG）代替ID碼，進入項目級材料管理系統(tǒng)，開展下一步的材料控制工作。5.7物資材料編碼庫建設流程物資材料編碼作為工程建設物資管理的基礎，其建設過程必須保證全面、規(guī)范和嚴謹。以ERM材料管理平臺為例，編碼庫建設過程可參考圖5流程。圖5：ERM物資材料編碼及應用流程5.8應用效果目前，上述編碼結構與工作流程已普及到公司所有項目。應用效果如下：1）通過統(tǒng)一的物資材料屬性數據字典和物資材料編碼結構，材料編碼和描述全部由系統(tǒng)自動生成，確保不同項目相同物資編碼和描述的規(guī)范性和一致性；2）通過多個項目的應用和完善，初步形成了企業(yè)級物資材料庫；3）通過ERM系統(tǒng)和PDMS、SP3D系統(tǒng)間接口，形成帶有材料編碼的工程材料表，為采購、施工提供準確的設計材料基礎數據保證；4）通過總分部署模式，各分站點客戶端創(chuàng)建編碼，主站點服務器驗證和存儲編碼，同時向各分站點同步數據，實現(xiàn)了編碼系統(tǒng)的高效運轉和全公司的統(tǒng)一；5）