面向全生命周期的高速列車MRO系統(tǒng)應(yīng)用

郝 偉，曹炳欣，郭宗鵬，賀婷婷

（南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司 信息技術(shù)部，青島 266011）

面向全生命周期的高速列車MRO系統(tǒng)應(yīng)用

郝 偉，曹炳欣，郭宗鵬，賀婷婷

（南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司 信息技術(shù)部，青島 266011）

為保障高速列車運行安全、提高維修效率、降低維修成本和消除維修服務(wù)的信息孤島，建立了面向全生命周期的高速列車MRO系統(tǒng)。分析了當(dāng)前高速列車維修需要解決的主要問題，討論了MRO系統(tǒng)的業(yè)務(wù)框架，提出面向全生命周期的MRO系統(tǒng)設(shè)計與實施方案，描述構(gòu)型管理、故障管理、檢修計劃管理和在線監(jiān)測與診斷管理等技術(shù)。面向全生命周期的高速列車MRO系統(tǒng)在企業(yè)應(yīng)用過程中取得良好效果。

高速列車；維護(hù)、維修和大修；全生命周期；狀態(tài)監(jiān)測

近年來，高速鐵路迅猛發(fā)展，高速列車成為人們出行的主要工具之一，在高速列車不斷刷新時速的背景下，旅客更關(guān)注列車運行安全，鐵路局用戶更關(guān)注產(chǎn)品的維護(hù)、保養(yǎng)、維修等售后服務(wù)內(nèi)容，制造企業(yè)競爭策略轉(zhuǎn)移到提供更好的售后服務(wù)方面。維護(hù)、維修和大修（MRO，Maintenance,Repair and Overhaul）是產(chǎn)品在使用和維護(hù)階段所進(jìn)行的各種維護(hù)、維修和大修等產(chǎn)品服務(wù)活動的總稱，是現(xiàn)代制造服務(wù)的重要組成部分[1]。MRO系統(tǒng)通過運用設(shè)備全壽命周期管理，縮短服務(wù)響應(yīng)時間，提升服務(wù)水平，實現(xiàn)盈利模式的創(chuàng)新，促進(jìn)設(shè)計水平和生產(chǎn)工藝的改進(jìn)和提高[4～5]。

如何充分利用設(shè)備運行的詳細(xì)技術(shù)數(shù)據(jù)信息，推進(jìn)預(yù)測性維護(hù)技術(shù)研究，做到精檢慎修，以最小的維護(hù)成本，達(dá)到最大限度地保證高速列車的運營安全，對高速列車 MRO系統(tǒng)提出了更高的要求。因此，研究面向全生命周期的高速列車MRO系統(tǒng)應(yīng)用具有重要意義。

1 高速列車檢修問題分析

目前，高速列車制造企業(yè)的信息化水平穩(wěn)步提高，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM，Product Data Management）、企業(yè)資源計劃（ERP，Enterprise Resource Planning）、質(zhì)量管理系統(tǒng)（QMS，Quality Management System）等信息化項目已逐步實施與應(yīng)用。但是高速列車檢修知識復(fù)雜，檢修管理過程中仍面臨多個問題，需要MRO系統(tǒng)解決。

1.1 高速列車維修策略復(fù)雜

目前，高速列車運維多采用狀態(tài)修和預(yù)防修相結(jié)合的維修方式。但是，高速列車維修策略具有多樣性，維修程度包含運用修和高級修等，維修目標(biāo)分為可靠性為中心、生產(chǎn)保障優(yōu)先、用戶需求優(yōu)先等；維修階段分為定期、事前和事后等，因此，不同的目標(biāo)和階段需要采用不同的維修策略，這種多樣性使維修策略的選擇變得重要而困難，如維修策略不合理會造成維修資源浪費。

1.2 高速列車配件精益管理的需求

高速列車零部件數(shù)量龐大，維護(hù)過程主要關(guān)注重要設(shè)備和配件的使用維修履歷信息，部分維修備品備件未啟用序列號管理，導(dǎo)致維修履歷信息管理不完善。產(chǎn)品零部件的履歷信息對列車維修決策具有至關(guān)重要的作用，零部件的粗粒度管理導(dǎo)致零部件維護(hù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的缺失，不但為全生命周期管理和維修輔助決策帶來困難，難以提高部件的維修服務(wù)質(zhì)量，也導(dǎo)致物料不能充分利用而造成了資源浪費。

1.3 高速列車全生命周期管理的需求

對高速列車全生命周期而言，使用和維修階段的時間遠(yuǎn)大于設(shè)計制造和回收再利用階段。在高速列車納入MRO系統(tǒng)統(tǒng)一管理范疇前，信息系統(tǒng)無法完全覆蓋高速列車全生命周期，生產(chǎn)資源、質(zhì)量和裝配履歷等信息僅在企業(yè)內(nèi)部實現(xiàn)了有限集成；廠外運維過程提供的技術(shù)數(shù)據(jù)與出廠履歷未能有效集成，使原始裝配信息及維修信息知識重用困難；返廠大修時，大修履歷數(shù)據(jù)未能與其他階段的技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)實現(xiàn)集成，無法實現(xiàn)高速列車的全生命周期狀態(tài)管理。

1.4 高速列車制造企業(yè)轉(zhuǎn)型的需求

高速列車技術(shù)復(fù)雜度高，一旦高速列車使用過程中出現(xiàn)較大的故障，普通服務(wù)商很難解決問題，必須由制造商參與維護(hù)和維修。市場為高速列車制造企業(yè)提供了從生產(chǎn)制造型向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)變的機(jī)遇，高速列車制造企業(yè)應(yīng)基于MRO系統(tǒng)技術(shù)支撐，實現(xiàn)從“制造”型向“制造+服務(wù)”型轉(zhuǎn)變，提升企業(yè)的國際市場競爭力。

2 MRO系統(tǒng)框架

高速列車MRO系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流由兩部分組成，MRO信息管理業(yè)務(wù)和MRO檢修服務(wù)業(yè)務(wù)，如圖1所示?；A(chǔ)信息管理和物料信息管理是維護(hù)產(chǎn)品全生命周期信息，形成對設(shè)計及制造環(huán)節(jié)信息反饋，最終滿足全生命周期知識綜合利用的要求；檢修方案、檢修計劃、檢修生產(chǎn)和運維監(jiān)控持續(xù)優(yōu)化了MRO業(yè)務(wù)，在充分使用信息管理系統(tǒng)知識的同時，也不斷更新和完善信息管理系統(tǒng)的知識數(shù)據(jù)庫。

圖1 高速列車MRO系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

高速列車使用周期長、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、涉及人員多，MRO 基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)量大、覆蓋面廣，在產(chǎn)品的設(shè)計生產(chǎn)和使用過程中逐步積累，是實現(xiàn)檢修業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)。通過MRO物流信息管理系統(tǒng)對物料進(jìn)行跟蹤，更新產(chǎn)品檢修構(gòu)型信息和履歷信息，形成信息閉環(huán)反饋，使物料信息具有可追溯性，是MRO信息管理的核心要求。MRO檢修方案以產(chǎn)品履歷信息、運行信息、檢修需求和檢修知識為基礎(chǔ)，合理地選擇檢修方案和模式，觸發(fā)檢修計劃，派發(fā)檢修工單。MRO檢修計劃進(jìn)行合理的作業(yè)調(diào)整、作業(yè)排程和資源分配，并與物料庫存管理相結(jié)合，調(diào)整資源配置，優(yōu)化工單，是檢修管理的核心。檢修生產(chǎn)執(zhí)行檢修計劃制定的檢修活動各環(huán)節(jié)，檢查、確認(rèn)并記錄檢修結(jié)果。運維監(jiān)控對設(shè)備運行進(jìn)行在線監(jiān)測，充分利用和有效地集成監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過MRO系統(tǒng)將監(jiān)測結(jié)果以異常報告和評價報告等形式反饋給檢修策略管理環(huán)節(jié)，幫助決策者制定合理的維修預(yù)案，優(yōu)化檢修策略及檢修計劃。MRO系統(tǒng)跟蹤檢修生產(chǎn)過程中的各個環(huán)節(jié)，提高了檢修質(zhì)量和檢修作業(yè)的規(guī)范化。

3 MRO系統(tǒng)設(shè)計與實施

高速列車MRO系統(tǒng)在MVC（Model View Controller）3層架構(gòu)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)B/S（Browser/ Server）的系統(tǒng)架構(gòu)，通過OAF（Oracle ApplicationFramework）、Form、Workflow等技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)功能。高速列車MRO系統(tǒng)的設(shè)計與實施包括產(chǎn)品構(gòu)型管理、檢修計劃管理、故障管理、配件管理和在線監(jiān)測與診斷管理等。系統(tǒng)實現(xiàn)了對高速列車精細(xì)化故障修管理、精細(xì)化計劃修管理、高速列車部件全生命周期的履歷管理、質(zhì)量追溯管理、遠(yuǎn)程故障處理等增值業(yè)務(wù)的支撐。

3.1 構(gòu)型管理

高速列車MRO系統(tǒng)產(chǎn)品構(gòu)型是面向產(chǎn)品運維管理搭建的層級結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)體現(xiàn)的是運維及運行監(jiān)控對象，包含高速列車的維修層級關(guān)系、裝配位置信息、履歷跟蹤信息、最小維修單元等信息。高速列車構(gòu)型的搭建分為兩個階段，搭建主構(gòu)型和實例化為單元構(gòu)型。在MRO系統(tǒng)中，主構(gòu)型是按車型進(jìn)行搭建以產(chǎn)品的檢修運行為出發(fā)點的層級結(jié)構(gòu)，層級結(jié)構(gòu)體現(xiàn)檢修及運行的監(jiān)控對象；實例化為單元構(gòu)型是指基于主構(gòu)型搭建單列高速動車組的具體裝配信息，包括安裝的物料、物料序列號等。構(gòu)型管理通過允裝清單規(guī)定具體每一個位置都可以安裝的配件，實現(xiàn)對高速列車一致性和可控性管理。通過構(gòu)型管理為每一個設(shè)備建立一本履歷，記錄每個設(shè)備的基本數(shù)據(jù)，例如：記錄設(shè)備的運行距離、時間等記錄值；沉淀設(shè)備生命周期內(nèi)所發(fā)生的采購、安裝、拆卸、送修、改裝、索賠等業(yè)務(wù)過程等。

高速列車構(gòu)型管理體系按部件定義維修方案，追蹤維護(hù)對象，統(tǒng)計維護(hù)對象的歷史數(shù)據(jù)，積累設(shè)備和配件的故障信息和維護(hù)經(jīng)驗。高速列車MRO系統(tǒng)運行維修服務(wù)數(shù)據(jù)反饋，為設(shè)備健康狀態(tài)監(jiān)控、技術(shù)診斷、維修和大修、拆解回收等提供數(shù)據(jù)支持，還為初期階段的產(chǎn)品改進(jìn)和創(chuàng)新提供反饋信息，用于修改設(shè)計、改進(jìn)制造手段和工藝、提高新設(shè)備的質(zhì)量，形成信息閉環(huán)反饋以及有效追溯，進(jìn)一步提升高速列車運維構(gòu)型管理能力。

3.2 檢修計劃管理

產(chǎn)品檢修計劃是檢修管理的核心，MRO檢修計劃分為長期計劃、中期計劃和短期計劃。長期計劃依據(jù)歷史車輛維修信息數(shù)據(jù)，進(jìn)行整車的5年檢修預(yù)測，指導(dǎo)企業(yè)規(guī)劃。系統(tǒng)通過計數(shù)器規(guī)則計算整車或關(guān)鍵零部件的維護(hù)需求和維護(hù)計劃報表，實現(xiàn)中期計劃。短期計劃為月度計劃，指導(dǎo)生產(chǎn)排產(chǎn)，計劃編排實現(xiàn)編制調(diào)整快速和聯(lián)動等特性要求。檢修計劃管理對人力、時間和物料進(jìn)行綜合規(guī)劃，以待計劃的檢修活動為輸入，排列檢修活動的次序和時間，計算用工人數(shù)、工時定額和材料定額，觸發(fā)工作單并輸出，查詢檢修需求的物料。

3.3 故障管理

高速列車MRO系統(tǒng)通過建立故障體系實現(xiàn)故障管理。故障體系以高速列車的系統(tǒng)分類為基礎(chǔ)，依據(jù)故障處理的操作流程建立故障處理層級結(jié)構(gòu)，包括系統(tǒng)分類、故障現(xiàn)象、故障原因及解決方案，用于故障匯報、原因定位和排查處理、標(biāo)準(zhǔn)化故障處理的維修活動。高速列車運行維護(hù)過程中生成的故障單是故障體系的依據(jù)，故障體系指導(dǎo)故障單的解決。維修人員發(fā)現(xiàn)故障后在MRO系統(tǒng)中錄入故障信息生成故障單，系統(tǒng)根據(jù)故障現(xiàn)象查詢故障體系，如有該故障現(xiàn)象的解決方案則直接轉(zhuǎn)換為工單解決故障，工單執(zhí)行完畢后關(guān)閉故障單作業(yè)；如果MRO系統(tǒng)中無故障現(xiàn)象的描述則觸發(fā)故障體系的更新，待故障問題解決后，關(guān)聯(lián)故障對象、故障現(xiàn)象、原因和解決方案，更新并關(guān)閉故障單。

故障管理直接關(guān)聯(lián)維修工單和維修計劃，提高故障處理效率。通過故障體系記錄的結(jié)構(gòu)化的故障數(shù)據(jù)，用于可靠性分析，有助于改進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計和制造技術(shù)，為新產(chǎn)品的研發(fā)提供數(shù)據(jù)支撐。

3.4 配件管理

高速列車MRO系統(tǒng)通過配件采購入庫、生產(chǎn)發(fā)料、生產(chǎn)退料、庫存盤點等業(yè)務(wù)流程實現(xiàn)配件管理，對配件業(yè)務(wù)操作進(jìn)行監(jiān)控和記錄，實時準(zhǔn)確地更新配件履歷信息，隨時正向跟蹤和逆向追溯具體配件在其壽命周期內(nèi)每個業(yè)務(wù)階段的所有相關(guān)信息，為配件狀態(tài)和追蹤提供保障。系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)人員提報的配件需求計劃結(jié)合當(dāng)前配件的庫存和在途供應(yīng)，計算出可以分配給檢修車輛使用的供應(yīng)數(shù)量，給出采購新件的采購建議，協(xié)助采購部門進(jìn)行配件的需求計算，通過對備件需求的準(zhǔn)確預(yù)測，在保障服務(wù)水平的基礎(chǔ)上合理設(shè)置庫存，優(yōu)化占用資金。庫存盤點功能通過分析檢修信息選擇匹配檢修節(jié)拍的配件，發(fā)揮配件最大的價值，提高配件使用率；配件管理是MRO系統(tǒng)全壽命周期管理的基礎(chǔ)，通過配件全壽命管理實現(xiàn)檢修業(yè)務(wù)專業(yè)化管理和降本增效的需要，完善了故障管理。

3.5 在線監(jiān)測與診斷管理模塊

高速列車MRO系統(tǒng)的在線檢測技術(shù)包括設(shè)備運行數(shù)據(jù)獲取技術(shù)（電子標(biāo)簽和傳感器等實時獲取設(shè)備數(shù)據(jù)）、設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)（嵌入式軟件獲取狀態(tài)數(shù)據(jù)）、數(shù)據(jù)融合技術(shù)等，對列車車對踏面、受電弓磨損情況等進(jìn)行檢測，實時采集、有效融合和按需傳輸運行參數(shù)、環(huán)境參數(shù)等產(chǎn)品性能和健康狀況信息，為維護(hù)、維修和大修等的預(yù)測業(yè)務(wù)提供必要的數(shù)據(jù)支持，提高設(shè)備運行管理水平、降低設(shè)備故障率，實現(xiàn)服務(wù)增值。

故障診斷與在線監(jiān)測模塊互相關(guān)聯(lián)，支持異地在線交流，對設(shè)備故障進(jìn)行協(xié)同分析，利用產(chǎn)品故障字典，對產(chǎn)品的實時工況數(shù)據(jù)進(jìn)行分析挖掘，對比設(shè)備狀態(tài)參數(shù)與指標(biāo)值，進(jìn)行故障預(yù)測和判斷，預(yù)測設(shè)備狀態(tài)的故障趨勢和需要采取的措施。

4 結(jié)束語

本文分析了高速列車檢修需求，建立了面向全生命周期的高速列車MRO系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程，提出了面向全生命周期的MRO系統(tǒng)主要業(yè)務(wù)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)?；谌芷诠芾淼母咚倭熊嘙RO系統(tǒng)可以實時記錄產(chǎn)品業(yè)務(wù)活動，規(guī)范管理設(shè)備運行的詳細(xì)技術(shù)數(shù)據(jù)信息，為客戶提供專業(yè)檢修服務(wù)，對設(shè)計、生產(chǎn)過程提供支持，優(yōu)化設(shè)計制造和檢修技術(shù)，提高車輛利用率。目前，MRO系統(tǒng)仍在發(fā)展中，還有許多值得研究的關(guān)鍵理論和技術(shù)。

[1]V.V.Panteleev,V.A.Kamaev,A.V.Kizim.Developing a Model of Equipment Maintenance and Repair Process at Service Repair Company Using Agent-based Approach[J].Procedia Technology, 2014,16(1):1072-1079.

[2]Haihua Zhu,James Gao,Dongbo Li,Dunbing Tang.A Webbased Product Service System for aerospace maintenance,repair and overhaul services[J].Computers in Industry.2012,63(3):338-348.

[3]王建民，任艮全，張 力，等.MRO支持技術(shù)研究[J].計算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2010，16（10）： 2018-2025.

[4]王建民.MRO2制造業(yè)新的增長點 [J].中國制造業(yè)信息化,2010（5）：13-15.

[5]Eckart Uhlmann,Martin Bilz,Jeannette Baumgarten.MRO –Challenge and Chance for Sustainable Enterprises[J].Procedia CIRP,2013(11):239-244.

責(zé)任編輯 徐侃春

Application of MRO System for full life oriented high-speed train

HAO Wei,CAO Bingxin,GUO Zongpeng,HE Tingting
( Department of Information Technology, CSR Qingdao Sifang Locomotive &Rolling Stock Co.Ltd.,Qingdao 266011,China)

In order to support the high speed train operation safety and improve maintenance effciency,reduce the maintenance cost,eliminate the information island for the maintenance service,a full life cycle oriented Maintenance,Repair and Overhaul (MRO) System was established for the high speed train.This article analyzed the main problems in maintenance of the high speed train,discussed the operational framework of MRO System and proposed the design and implementation plan,illustrated the configuration management,fault management,maintenance scheduling management,on-line monitoring and diagnosis technology.The MRO System was taken good effect for the high speed train.

high speed train;maintenance,repair and overhaul(MRO);full life cycle;condition monitoring

U266.2∶TP39

A

1005-8451（2016）02-0040-04

2015-05-22

國家863計劃資助項目（2015AA043701）。

郝 偉，工程師；曹炳欣，高級工程師。