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数字主线：工业互联网时代的产品数据中台

产品研发是一个创新创造的过程。然后，在这一过程中，有的企业，有的人，只是在做“剪切”、“复制”的低价值劳动而已；就这样，还时常出错。

——无名氏

【摘要】本文结合业务背景，以 数据中台 做类比，阐述了数字主线（Digital Thead），这一的数字解决方案的使命和角色、架构特点、实施路径、挑战和机遇等相关内容。

根据笔者的工作经验，企业的信息化建设中，研发领域的IT是最难的。简单来说，制造领域的IT，直观；物流领域的IT，规范；营销领域的IT，开放；财务领域的IT，精确；人力领域的IT，感性；研发领域的IT，复杂。通常来说，一个人所能接收的信息，取决于他（她）的理解能力；从这点来说，研发领域的业务管理和IT建设，是一个最“烧脑”的工作，数字主线的建设就是最典型的例子。

1.背景

都说产品研发是一个创新型工作，可研究表明，研发领域的人们，大部分的工作时间并不是花在创新上；在产品研发过程中，一个工程师平均有15%的时间花在产品或流程相关信息的检索上。在一份LNS公司提供的调查报告中，300名受访者中39%的人认为，信息孤岛是影响他们工作效率的主要因素之一。

研发领域的信息孤岛，增加了新产品的研发成本，延长了新产品的研发周期，是企业提升研发创新能力的主要障碍，这尤其表现在以汽车、高铁、航空等为代表，以集机械、电子电器、软件等一体化为产品特征的行业领域。在航空和军工领域，数字主线的提法由来已久；之所以最近几年才变得时髦，就是机、电、软一体化的产品趋势已经在家电、工业设备、工程机械等领域逐渐展开。

以汽车行业为例，汽车整车的研发工作中，涉及到的软件和工具多达上百种。首先，机械、电子电器和软件等汽车部件分别有各自的CAD软件；其次，在工程分析中，结构分析、有限元分析、热力分析、平顺性分析，等等，分别有各自的分析工具；再次，设计需求、竞品分析、会议纪要、测试报告等产品信息仍然以Word、Excel、Powerpoint等非结构化的形式大量存在。这些来自不同工具，以各种形式存在的结构化或非结构化信息，是天然的信息孤岛；如何将之整合，是每一个企业信息化建设中面临的严峻挑战。

产品生命周期（PLM）系统曾经为解决这些问题而提了出来；可实际上，一则，这些软件主要还应用在设计和工程领域；二则，以文档等形式作为管理对象，如何将文档类数据与交易型数据和实时运行数据进行融合，也是一个很大的挑战；三则，商业化PLM软件主要针对的是产品的机械部件，电子电气和软件系统的管理有各自相应的软件，这些异构系统如何整合？诸如此类的问题，让企业将眼光将PLM转向了数字主线（Digital Thread）。

2. 使命

因为结构的标准化和工具的商业化程度不高，业内对数字主线并没有一个统一的定义。一般认为，数字主线是一种全局性通讯架构，将产品或资产全生命周期的各种信息整合在一起，为企业中不同角色的人，提供与产品有关的完整的、一致的、准确的信息。简单来说，就是将合适的信息，在合适的时间，提供给合适的人（Deliver the right information to the right person at the right time），这与时下热炒的“数据中台”的概念，颇为类似；只不过，数字主线是制造企业中的产品数据中台。

据调查，企业中数字主线的应用，对提高研发团队工作效率，提高工程、制造、服务等部门之间的同步工程和协作，改进产品质量，缩短新产品上市时间等方面具有直接的推动作用。LNS的研究表明，数字主线可以提升新产品研发效率20%以上。

对于那些即将或正在进行服务型制造转型的制造企业，数字主线将扮演重要的角色。为了延长服务型产品的使用寿命，为客户提供更高效的运行支持服务，企业需要打通从设计到工程，到制造，到交付，再到运行的全产品和资产链的信息。

数字孪生的开发有赖于数字主线所提供的信息支持。随着物联网等 工业互联网 技术的普及，在产品开发的虚拟验证，在生产系统的仿真优化，在资产运行的实时监测与控制，在设备的预测性维护等方面，数字孪生得到了广泛的应用，而这一切都离不开数字主线的支持。可以这样说，没有有效的数字主线，就不可能有有效的数字孪生。

3. 架构

数字主线本质上是一种信息架构和数据服务，它要在基于模型的系统工程（Model-BasedSystem Engineering，MBSE）指导下，围绕产品的通用信息结构，面向市场、设计、工程、制造、服务、运营等各个业务领域的需求来构建，要涵盖产品或资产的整个生命周期。在表现形式上，可以这样比喻，市场、设计、工程、制造、服务、运营等领域的相关产品信息就像“信息湖”，而数字主线就是流经和贯穿这些“湖泊”的“信息河”。实际上，数字主线的英文，Digital Thread的Thread，就有类似于“河流”的意思。

1）基于模型的系统工程

对于机、电、软一体化产品，机械、电子电器、软件等部件都有各自特有的模型定义，比如机械部件可以用三维模型（Model-BasedDefinition，MDB）来表示，电子电气可以用V模型来开发，软件系统则可以用统一建模语言（Unified Modeling Language，UML）来定义。要想实现一个统一的产品信息沟通架构，就需要一种更抽象、更通用的模型语言和工程方法将机械模型、电子电器模型和软件模型统一起来，业内主流的就是基于模型的系统工程（MBSE）。换言之，如果没有MBSE之类的语言和方法，需求、机械结构、电子电器结构、软件结构的定义之间就无法建立关联，也就实现不了相互之间的双向追溯，数字主线也就不可能有效地得以实现。

2）通用产品架构

江、河、湖、海之所以能贯通，是因为它们的容纳之物——“水”具有相同的“水分子结构”；同样，企业中的产品，无论它面向什么样的市场，落实到哪个业务领域，都应该具有高度抽象的、一致的结构，这就是通用产品结构（Generic Product Structure，GPS）。通用产品架构的核心作用是实现功能结构（相对稳定）与实物结构（多变）的分离，从而从根源上降低了产品结构的复杂度，进而避免了复杂性管理在制造、服务等下游环节的蔓延。对此，笔者在之前的文章：汽车产品结构系统中有详细的介绍，在此不做赘述。需要特别指出的是，有些企业的产品结构系统只是考虑了机械和电子电器件，还需要在此基础上把软件结构和运行维护结构整合进去。

3）多领域用途视图

数字主线的目的是建立全价值链的产品信息沟通架构，因而，要兼顾市场、设计、工程、制造、采购、服务、运行支持等领域和团队的产品信息需求。每一个领域有各自的需求特点，比如市场部门关注的产品需求如何描述，采购部门关注的是外协件如何做采购计划，诸如此类；这些不同领域的产品信息结构，又可成为产品用途结构（Product Usage Structure，PUS）。

4. 路径

作为一种还在不断完善中的数字化解决方案，业内尚没有非常成熟的，针对数字主线的实施方法论。本文中，借鉴企业架构规划的方法，笔者提出一个大概框架，供企业的实践参考。大体上，这个框架分为五个步骤：业务流程梳理，信息架构定义，项目目标设定、架构实施交付和效果评估改进。

数字主线实施项目的项目需求来自于业务流程的协作，即与产品或资产全生命周期有关的各个环节，各个流程的每个作业对产品信息输入的要求。业务流程梳理的目的是：1）识别各个作业所需的信息输入；2）明确各个作业可能输出的产品信息。

各作业的产品信息输入和输出清单整理出来后，就要对这些信息进行整理、归类，比如产品信息元数据的种类、内容、格式，等等，并形成以产品生命周期演变为时间轴的信息流。另外，还要参照产品通用结构和业务用途视图的要求进行结构化。

项目目标的设定，即综合考虑业务价值、数据获得和加工的难易程度，数据加工成本等因素，整理出数据主线项目的目标优先级。需要提出的是，数字主线实施项目应遵循迭代的方法论（Scrum）来做，选择优先级高的，先行先试。

在开发实施上，数字主线项目与数据中台、商务智能等系统的开发方法和技术差不多。在产品或资产实时运行数据的获取方面，可以借助物联网平台；在PLM、ERP、MES等系统交易数据的采集方面，可以采用ETL；在数据展现上，可以按业务场景或用户角色来设计相应的用户交互界面。

数字主线一旦投入使用，要持续跟踪其业务价值，并与项目初期设定的项目目标进行对照和评估，找出其中有待改进的地方，作为下一个冲刺（Sprint）的项目需求。

5. 挑战

数字主线的开发和实施，是对企业的巨大管理基础和技术挑战。一则，它涉及到的组织和业务面广；二则，它缺乏成熟的解决方案和典型案例；三则，它缺乏详细、有高指导性的实施方法论。然而，实践告诉人们，复杂度越高，风险越大的事情，一旦做成了，则成效越突出。

企业要想从制造向创造转型，必须强化产品研发，而产品研发的立足点就是全生命周期的产品数据管理。当前，很多企业连基本的BOM结构和管理体系都还没建立，也没有梳理出清晰的产品研发流程，数字主线可以作为这些企业数字化研发建设的愿景，并以之为中长期目标来开展当下的信息化和数字化建设工作。

小结

从单细胞到多细胞，从植物到动物，再到人类，物种的演变由简单到复杂。让人惊叹的是，高度复杂的物种，反而具有高级的自治和自主能力，这不能不说是“造物主”的杰作。随着机、电、软一体化的产品趋势，工业产品作为企业的杰作，其研发和运行过程，是否也可以具有一定的自治和自主性呢？耗散理论告诉我们，要想保持系统的生命力，系统必须具有结构化和开放性。企业中的数字主线，就像人体的经络，既是信息和能量的运输通道，也是沟通前后、上下、左右和内外的桥梁。就如同人类之有经络，而能自我调节；企业之有数字主线，也就具备的自主运行的基础。

原文 http://www.ceconline.com/it/ma/8800101397/fcf28eb601/

正文到此结束