闲人闲谈PS之三十七——工程进度可视化的探索

Posted 2023-03-09 SAP闲人

惯例闲话：今年过年真是的好剧连连，过年假期基本是在追剧中了，《狂飙》、《三体》、《流浪地球2》，特别是电视剧版《三体》，作为一个《三体》死忠科幻粉，没有失望。然后反向追了MC版本《我的三体》，罗辑传、章北海传太震撼了，以后如果电影也能这么拍，忠于原著，那绝对不会翻车。闲人总结出一个规律，当制作者对作品内容质量有着宗教般的执著，那么没有做不好的事情。同样，对于自己目前所做的工作也提供了一个参考，用心做，坚持做，一定能成。

闲话到此为止，今天聊聊闲人在去年一年工程进度可视化的研究以及部分成果。

一、应用背景

工程进度可视化，即工程进度计划跟踪，它比一般的制造型企业复杂度更高，它涉及到多专业多地点的协同，笔者认为在大型工程企业的信息化实践中，项目进度可视化融合BIM、ERP、供应链以及物联等网多种先进技术和管理，将是集工程信息化之大成。

笔者做了一个简要归纳，进度可视化经历如下发展阶段：
1、纯手工图纸标记。做法是工程管理人员将工程建筑或装备打印输出二维图纸，将图纸放置在工作台，定期获取到每个工作面的工序或物资状况，分析工作面的完成进度情况，用文字或颜色在图上标记。
图 进度图手工作业

2、电子表格化
显而易见，第一阶段工作效率非常低，工程技术人员开始探索高效率方式，在Office办公软件日益普及的时代，采用电子表格记录信息数据，使得效率大为提升。
但是随着企业规模扩大和项目日益复杂，单纯靠人工统计数据的方式，效率已经到了瓶颈。

3、信息系统表格自动化
随着企业信息化建设的发展，越来越多的企业实施了ERP、SCM、PLM等信息化系统。通过以上系统实施，实现了数据收集的自动化，表格自动化，这样大大减少了人工收集、整理数据的时间。
如下图常见的订单到货状态表，是企业供应链常用的报表。通常一个完整的采购链条会穿透设计、请购、订单、到货等若干关键的节点，关键节点的状态是业务部门关注重点。

图 信息系统自动生成表

这种系统的电子表改变了以往的工作习惯——以前，要整合信息必须经过大量的沟通和确认，使用系统表可以略过索要环节，直接实时获取需要的信息。从沟通——确认——制表的方式，直接转换到制表——确认。

4、数字孪生，实现三维仿真可视化
过去的10年里，3阶段主流的做法，很多企业止步于此。但是回顾前三个阶段，这一过程并未闭环，对于工程技术人员而言，将数据信息图形化，才是最终的目的。所以，数据回归图形，不仅仅是数学上的完美统一，更是信息化价值本质回归。笔者坚定地认为，将数据图形化，是未来的大趋势。

以上4个阶段，并非彼此隔绝，它们之间是承上启下渐进式的发展。
闲人以目前所在企业的业务为例，来说明下工程行业的进展。

二、需求顶层设计

原始需求——一张图纸定乾坤。工程人员希望图纸作为入口，穿透每个交付的环节，监控执行情况，全过程透明化。这里主要以工程幕墙行业为案例。在幕墙行业领域，对工程进度可视化的需求说明很形象——彩虹图。

图 幕墙工程进度跟踪过程

具体的业务过程：
1、设计出图，绘制建筑物外立面所有幕墙单元板片编号图并打印输出。

图 某建筑外立面幕墙分布图
2、计划部门将楼立面分解为若干个批次，如上图0061,0052,0053，每个编号代表某个特定的施工区域。
3、设计师拆解图纸BOM，按每个批次的所需要原材料清单、成品清单录入系统，形成原材料采购需求和成品生产需求
4、计划管理人员作为项目信息协同的桥梁，将设计、采购、生产、安装等各个环节信息收集并汇总，根据实际的进度和每种颜色的不同含义，对幕墙单元板片编号图上每个成品涂色。

图 某建筑外立面三维建模

如上图某建筑外立面三维建模，红色表示图纸还在审批中，橙色表示物料采购中，黄色表示生产中等等。这种方式能很直观的表示进度状况，对于复杂的工程建设过程而言，这是一种非常有效的且简要的管理方法，是一线工程技术人员多年经验成果结晶。所以非常形象的称之为彩虹图。

建筑工程幕墙的施工过程，其本质是建造和制造两种不同业务形态协同。因此存在一个因时间线过长而形成的天然信息断层，协作过程是分布在供应商—>制造工厂—>运输—>施工现场不同的，彩虹图则能有效的解决这种信息断层。
从以上业务过程再理解需求再提炼，可以归纳为构建信息镜像模型，这就是近些年非常流程的“数字孪生”概念。如果对以上建筑工程彩虹图形成过程，采用现代数字孪生技术实现，那么其产生的效益将不可估量。笔者所在企业管理者，已经有了前瞻性的思维，在幕墙行业的可视化研究应用上，其探索过程值得借鉴。

三、标准化设计

在信息技术落后的时代，收集和整合信息使得擦彩虹图这一有效的管理手段需要耗费巨大的人力物力成本。这些成本为现在实现打下坚实的基础——如何把过程信息标准化。

3.1管理对象WBS标准化

将幕墙工程的管理自上而下形成标准化管理层级WBS结构，如下图：

从上图的结构中分析，将实体对象分解成工程-系统-批次-构件，构件（每个幕墙产品小单元）成为WBS中最小的交付单元，意味着现实中，对进度跟踪的最小颗粒度到了产品层级。

在最小管理颗粒度的设计上，往往会经历最佳平衡点问题，颗粒度过小，理论上我们可以把管理颗粒度管理到每个产品中的螺丝螺母，那会增加管理成本，颗粒度过大，则无法达到管理目标，比如我们把批次作为管理颗粒度，那么在一个批次的交付过程，会存在一个较长的时间黑箱，无法精确了解这一批次生产和施工的细节。最佳平衡点的问题，非常考验企业管理和顾问的实力，需要大量经验和试错成本。

3.2编码标准化

对每一个管理对象编码，编码具有层级可读性，编码设计的原则，则需要充分考虑对象的物理空间分布和唯一性。

以上图为例，每个构件编号的编码构成：
项目编号-系统号-批次-图号-楼栋-楼层-柱号-流水号，这种编码充分考虑了每个产品的二维空间分布，这种编码规则除了有一定的可读性之外，对BIM建模的属性快速映射具有重大意义。

3.3里程碑节点标准化

对建造和制造过程中关键里程碑节点标准化。在本例中，围绕每个产品，分成两部分，分别为工厂内制造过程的5大里程碑，现场建造过程的4个里程碑。


里程碑节点的标准化，其目的在于统一管理口径。在设计时需要考虑对里程碑的枚举。这个过程同样会遇到一般和特殊的矛盾，必然会涉及取舍，不同类型的产品生产制造、建造过程会有差别。笔者的建议是，尽可能做到统一一套里程碑节点模板，如果做不到，那考虑对产品做分类，对每一类统一一套模板。如下表：

里程碑节点的设计，是工程进度可视化的关键之一，它是将数字转换为图形的基础逻辑。同时它也是业务过程的标准化一个关键钥匙。

四、BIM技术应用

简单介绍下BIM：BIM（Building Information Model建筑信息模型）技术是一种数字化建筑设计和建造的方法，它可以帮助建筑师、工程师、建筑师和其他相关方面的专业人士在建筑过程中更好地协作、协调和管理。它在建筑幕墙上的应用主要体现下以下几个方面：
1、设计优化：使用BIM技术，建筑幕墙设计师可以创建精确的三维模型，并模拟不同材料和构造方案的效果。这有助于设计师更好地预测建筑幕墙的性能和外观效果，并进行更好的优化和改进。
2、构造协调：BIM技术可以帮助建筑幕墙制造商、安装商和施工方更好地协作和沟通。通过创建一个精确的数字模型，所有的利益相关方可以更好地了解幕墙的构造和安装过程，并更好地协调和管理幕墙工程。
3、质量控制：使用BIM技术，可以在建造过程中追踪建筑幕墙的实际状态，并与数字模型进行比对，从而检查和纠正任何质量问题。这有助于提高建筑幕墙的质量，并确保它们符合规范和标准。
4、施工安全：BIM技术可以帮助识别建筑幕墙工程中的安全风险，并制定有效的风险控制措施。通过模拟幕墙的施工过程，可以更好地规划和组织施工工作，减少安全事故的风险。

BIM技术的应用，则将彩虹图的呈现更为直观。

五、RFID-物联网技术应用

在产品交付里程碑确定后，在交付过程中，产生海量节点时间数据，这些数据是彩虹图运作的基础。以往通过人工填表记录的方式生成数据，带来的影响是效率低下，实操中很难要求车间工人做到填写EXCEL表格或录入。RFID扫码技术成为必要的应用。
简要介绍RFID技术，这是物联网技术重要应用。RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）技术是一种无线通信技术，可以通过无线信号传输识别标签中的数据。以下是RFID技术的几个应用：

•  物流和供应链管理：RFID技术可以帮助实现物流和供应链的自动化管理。通过将RFID标签粘贴在物品上，可以实时跟踪物品的位置和状态，从而更好地管理物流和库存，并提高效率和精度。
• 资产管理：RFID技术可以帮助企业实现资产的精确管理。通过将RFID标签贴在资产上，可以实时跟踪资产的位置和状态，从而更好地管理资产，并减少资产损失和浪费。
• 访客管理：RFID技术可以帮助企业更好地管理访客流程。通过发放带有RFID标签的访客卡，可以实时跟踪访客的位置和行动，并更好地管理访客的进出过程。
• 安全管理：RFID技术可以帮助实现场所和设备的安全管理。通过将RFID标签贴在安全门、设备等上，可以实时监控进出情况，并进行有效的安全管理。
• 医疗保健：RFID技术可以帮助医疗保健行业实现医疗设备和药品的自动化管理。通过将RFID标签贴在药品包装或医疗设备上，可以实时追踪药品和设备的位置和使用情况，并提高医疗保健的效率和精度。
• 相比二维码，RFID则是在产品上植入芯片，是的信息的保存时间和信息保真远远超过前者。对于幕墙而言，则更有意义。在安装过程中，二维码会被单元板片拼接过程中覆盖掉，普通的扫码设备无法获取信息，RFID芯片和扫码终端成为最好的选择。

1. RFID芯片安装
   

2. RFID芯片码和产品编码(序列号)绑定
   引入RFID技术后，生产制造、建造的相关里程碑环节，可以实现方便的节点确认和收集。

3. 扫码或感应芯片确认节点
   

六、系统集成平台

以上基础工作，数据标准化、BIM应用、RFID是相对独立的，需要通过系统集成平台将数据集成整合，最终形成动态化的彩虹图。

集成过程简述：
BIM-前端展示
 1、BIM建模， 绘图对象标准化
 2、施工分区和BIM建模对象集成
 3、设计师绘图标准变化，区域建模和施工分区建立映射关系
 4、实施抽取数据

SAP-ERP
 1、施工批次为单位的四位一体计划管理
 2、四位一体计划更新程序，输出数据
 3、和BIM对接

RFID
 1、成品序列号和分布位置写入芯片
 2、生产入库、工地收货、安装扫描写入进度数据

BIM-ERP集成
 1、BIM程序抽取ERP的四位一体计划数据
 2、根据WBS号、区域建模抽取当前状态
 3、BIM模型对应区域颜色动态变化

对进度异常的产品穿透查看详细信息。
小结：回顾彩虹图项目实施过程，并没有特别新锐前沿的技术，但产生的效果却是不可估量，是一次行业的技术爆炸。在未来发展趋势中，将会走向BIM三维化设计，同时BIM的建模也将成为供应链数据整合的载体，真正实现了将现实镜像于信息系统中，一张图掌控项目每一个细节。这种应用会非常广泛， ETO（现在看ETO这三个字母合在一起，闲人的第一印象一定是地球三体组织）形态的企业（工程建筑、装备制造为典型），设计为龙头。笔者认为，这将是此类行业下一个增长点。