基于互聯(lián)網(wǎng)+的港口裝備服務(wù)型制造研究與應(yīng)用

王思遠(yuǎn)，張利強(qiáng)，張志崇

(1.一汽-大眾汽車有限公司 佛山分公司，廣東 佛山528237；2.北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所有限公司 機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)力促進(jìn)中心，北京 100120；3.太重(天津)濱海重型機(jī)械有限公司 技術(shù)中心，天津 300457)

服務(wù)與創(chuàng)新正成為制造業(yè)發(fā)展的價(jià)值核心[1]?！笆奈濉睍r(shí)期，服務(wù)型制造對(duì)于加快建設(shè)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系、推進(jìn)制造強(qiáng)國建設(shè)至關(guān)重要[2]。港口裝備是集機(jī)械、電氣、液壓為一體的復(fù)雜系統(tǒng)，是保障港口高效工作、及時(shí)有效服務(wù)的關(guān)鍵。因此轉(zhuǎn)變港口裝備制造與服務(wù)模式，發(fā)展服務(wù)型制造是港口裝備制造企業(yè)的必然選擇。隨著服務(wù)型制造理論、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，國內(nèi)學(xué)者結(jié)合中國制造的實(shí)際，逐步形成了服務(wù)型制造理論體系[3],如：林文進(jìn)等認(rèn)為，應(yīng)通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)制造向服務(wù)的拓展或服務(wù)向制造的滲透，為用戶提供“產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)”[4]；江平宇等認(rèn)為，產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)能將服務(wù)融入產(chǎn)品，延伸產(chǎn)品的價(jià)值[5]；顧新建等認(rèn)為，服務(wù)型制造會(huì)因信息化的深度應(yīng)用而發(fā)揮出服務(wù)增值方面的更大潛能[6]。此外，三一重工公司研發(fā)的“ECC客戶服務(wù)平臺(tái)”，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備雙向交互以及遠(yuǎn)程控制等功能；徐工集團(tuán)公司基于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的信息采集、遠(yuǎn)程控制及異常報(bào)警等功能；陜鼓動(dòng)力公司實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的多地多通道并行接入、遠(yuǎn)程傳輸、遠(yuǎn)程升級(jí)和診斷等功能[7]。

綜上所述，目前關(guān)于服務(wù)型制造的理論研究比較成熟，實(shí)踐中主要是通過物聯(lián)網(wǎng)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的信息進(jìn)行采集和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)制造向服務(wù)的延伸，但涉及港口裝備全生命周期信息集成的文獻(xiàn)并不多見。本文根據(jù)港口裝備制造和服務(wù)的特點(diǎn)，探索港口裝備服務(wù)型制造，基于互聯(lián)網(wǎng)+，對(duì)全生命周期的信息進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)多專業(yè)供應(yīng)鏈、服務(wù)鏈的業(yè)務(wù)協(xié)同以及港口裝備價(jià)值鏈向服務(wù)的延伸，以期將制造向服務(wù)延伸，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)反饋開發(fā)和制造，構(gòu)建制造服務(wù)的業(yè)務(wù)閉環(huán)，促進(jìn)更能滿足客戶需求的產(chǎn)品開發(fā)。

1 港口裝備的制造服務(wù)現(xiàn)狀

港口裝備集機(jī)械、電氣、液壓為一體，使用周期長，用戶要求高。港口裝備的制造和服務(wù)具有下列特點(diǎn):①屬于項(xiàng)目制造、定制化制造；②裝備結(jié)構(gòu)復(fù)雜；③裝備生命周期長(包括營銷、開發(fā)、制造、裝配、運(yùn)維及回收等階段)；④裝備使用周期長，質(zhì)量要求高；⑤服務(wù)要求及時(shí)。

隨著港口的快速發(fā)展，我國港口裝備的制造服務(wù)水平近年來逐步提升，但與國外先進(jìn)水平相比，目前仍存在較大的差距。

(1) 港口裝備制造與服務(wù)脫節(jié)，設(shè)備維護(hù)水平低，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)維效率低。港口設(shè)備投入使用后，主要由第三方維修隊(duì)伍和港口自身的維修隊(duì)伍承擔(dān)服務(wù)，而設(shè)備技術(shù)、制造信息、質(zhì)量數(shù)據(jù)由制造商管理，并且屬于核心機(jī)密，設(shè)備的運(yùn)維信息多由維修隊(duì)伍管理，缺乏有效管理，同時(shí)，制造商、用戶、維修隊(duì)伍無信息溝通的有效手段，造成維修水平很難達(dá)到技術(shù)要求，不時(shí)地產(chǎn)生過修和欠修問題，限制了港口裝備原有生產(chǎn)能力的發(fā)揮，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致制造商失去高附加值的服務(wù)業(yè)務(wù)。

(2) 港口與制造商之間缺乏緊密聯(lián)系，難以收集港口裝備運(yùn)維的第一手資料。由于港口運(yùn)營環(huán)境較惡劣(如潮濕、腐蝕、高溫)，自然災(zāi)害及事故較多，因此港口裝備在質(zhì)量、服務(wù)等方面有較高的要求。設(shè)備運(yùn)行過程中各關(guān)鍵部位的重要指標(biāo)和使用信息，因缺乏有效的收集渠道而不能被及時(shí)地收集、反饋到設(shè)備原廠商處。這使得制造商對(duì)產(chǎn)品和制造工藝的改進(jìn)非常緩慢，從而限制了我國港口裝備自主創(chuàng)新能力的提高。

(3) 缺乏港口裝備全生命周期管理的數(shù)據(jù)模型和業(yè)務(wù)協(xié)同手段。港口裝備的競(jìng)標(biāo)是主制造商、客戶、外協(xié)商以及供應(yīng)商形成的供應(yīng)鏈協(xié)同能力的競(jìng)爭(zhēng)，需要通過供應(yīng)鏈各方的協(xié)同，讓物流、信息流更加高效，以便快速開發(fā)制造能滿足客戶需求的產(chǎn)品，并保證一定的產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)水平。目前，我國的港口裝備缺乏全生命周期管理的數(shù)據(jù)模型和業(yè)務(wù)協(xié)同手段，這嚴(yán)重影響了港口裝備的產(chǎn)品創(chuàng)新和服務(wù)創(chuàng)新。

2 港口裝備制造服務(wù)的總體方案設(shè)計(jì)

2.1 港口裝備制造與服務(wù)的功能需求分析

港口裝備是復(fù)雜的機(jī)電裝備，其開發(fā)制造過程會(huì)產(chǎn)生大量的重要數(shù)據(jù)，同時(shí)運(yùn)行狀態(tài)、維保數(shù)據(jù)也至關(guān)重要，對(duì)設(shè)計(jì)優(yōu)化、預(yù)警、后續(xù)運(yùn)維有很大的指導(dǎo)作用。港口裝備全生命周期多源異構(gòu)信息的采集和集成應(yīng)用是制造與服務(wù)的基礎(chǔ)。

港口裝備服務(wù)型制造的關(guān)鍵功能包括：①港口裝備全生命周期多源異構(gòu)信息的統(tǒng)一和實(shí)時(shí)采集；②跨鏈信息集成和共享應(yīng)用；③制造與服務(wù)全流程的過程管控；④設(shè)備運(yùn)行故障的預(yù)警，產(chǎn)品質(zhì)量的追溯；⑤制造向服務(wù)延伸，將服務(wù)反饋至開發(fā)和制造。

港口裝備全生命周期的業(yè)務(wù)協(xié)同是實(shí)現(xiàn)服務(wù)型制造轉(zhuǎn)型的核心，將引領(lǐng)港口裝備企業(yè)的產(chǎn)品價(jià)值鏈延伸，促進(jìn)產(chǎn)品創(chuàng)新，形成制造與服務(wù)的業(yè)務(wù)閉環(huán)，推動(dòng)港口裝備行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

2.2 基于互聯(lián)網(wǎng)+的港口裝備服務(wù)型制造方案設(shè)計(jì)

本文根據(jù)港口裝備的特點(diǎn)，結(jié)合港口裝備設(shè)計(jì)生產(chǎn)服務(wù)全生命周期的業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，利用互聯(lián)網(wǎng)+，梳理優(yōu)化關(guān)聯(lián)企業(yè)群的業(yè)務(wù)協(xié)作流程和信息流，設(shè)計(jì)適合港口裝備全生命周期業(yè)務(wù)協(xié)同的工作平臺(tái)。港口裝備全生命周期業(yè)務(wù)協(xié)同平臺(tái)的總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 港口裝備全生命周期業(yè)務(wù)協(xié)同平臺(tái)的總體架構(gòu)

對(duì)港口裝備全生命周期各階段的多源異構(gòu)海量信息的集成管理，需搭建港口裝備各階段業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)，除了現(xiàn)在使用的產(chǎn)品生命周期管理(Product Lifecycle Management，PLM)、企業(yè)資源計(jì)劃(Enterprise Resource Planning, ERP)等系統(tǒng)，還需要開發(fā)基于互聯(lián)網(wǎng)+的港口裝備狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)、質(zhì)量跟蹤分析系統(tǒng)、維護(hù)維修管理系統(tǒng)等。PLM是管理全生命周期數(shù)據(jù)的平臺(tái)。以PLM為基礎(chǔ)的港口裝備信息集成、系統(tǒng)集成，是港口裝備供應(yīng)鏈服務(wù)鏈業(yè)務(wù)協(xié)同的核心和關(guān)鍵。該業(yè)務(wù)協(xié)同包括：港口裝備全生命周期各階段的業(yè)務(wù)協(xié)同，港口裝備機(jī)械、電氣、液壓、計(jì)算機(jī)多專業(yè)合作的業(yè)務(wù)協(xié)同，港口裝備主制造商、用戶、協(xié)作廠商、供應(yīng)商等合作的業(yè)務(wù)協(xié)同等。

3 基于互聯(lián)網(wǎng)+的港口裝備服務(wù)型制造應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)

3.1 基于PLM的港口裝備全生命周期信息集成管理系統(tǒng)

在分析港口裝備全生命周期各階段信息的基礎(chǔ)上，建立港口裝備全生命周期結(jié)構(gòu)、零部件等的信息集成模型，開發(fā)基于PLM的港口裝備全生命周期信息集成管理系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)港口裝備的全生命周期信息集成和管理功能，以及產(chǎn)品信息源頭唯一、信息及時(shí)采集、實(shí)時(shí)處理、管理和共享應(yīng)用的功能。

基于PLM的港口裝備全生命周期信息集成架構(gòu)如圖2所示。

圖2 基于PLM的港口裝備全生命周期信息集成架構(gòu)

集成信息主要包括：①港口裝備項(xiàng)目管理信息，包括合同、客戶、起止時(shí)間、狀態(tài)、團(tuán)隊(duì)、計(jì)劃、成本、驗(yàn)收和鑒定報(bào)告等項(xiàng)目信息；②港口裝備設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，包括方案總圖、實(shí)體模型、零部件模型、計(jì)算書、物料清單(Bill of Material,BOM)、計(jì)算機(jī)輔助工程(Computer Aided Engineering,CAE)模型仿真報(bào)告及檢驗(yàn)大綱等；③港口裝備制造信息，包括工藝信息、加工碼、物料信息、協(xié)作廠家信息、供應(yīng)商信息等；④港口裝備質(zhì)量信息，包括質(zhì)量要求、計(jì)劃、關(guān)鍵零部件質(zhì)量檢驗(yàn)及跟蹤信息、檢驗(yàn)報(bào)告、質(zhì)量分析報(bào)告等；⑤港口裝備使用信息，包括累計(jì)運(yùn)行時(shí)間、累計(jì)故障時(shí)間、運(yùn)行效能分析、健康評(píng)估報(bào)告等；⑥港口裝備維護(hù)維修信息，包括港口裝備維修記錄、維護(hù)記錄、分析報(bào)告等。

3.2 基于互聯(lián)網(wǎng)+的港口裝備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及運(yùn)維分析系統(tǒng)

通過物聯(lián)網(wǎng)對(duì)港口裝備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)視和故障定位，以便及時(shí)報(bào)警和處理設(shè)備故障。

港口裝備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及運(yùn)維分析系統(tǒng)的功能包括：①港口裝備使用過程信息的實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控，包括運(yùn)行時(shí)的額定電流、電壓、速度、溫度、起重量和故障情況等內(nèi)部參數(shù)，以及設(shè)備的位置參數(shù)等；②設(shè)備的運(yùn)行定位、故障定位；③故障報(bào)警和跟蹤處理；④存儲(chǔ)和查詢等。

基于互聯(lián)網(wǎng)+的港口裝備監(jiān)控信息如圖3所示。

圖3 基于互聯(lián)網(wǎng)+的港口裝備監(jiān)控信息

3.3 基于互聯(lián)網(wǎng)+的質(zhì)量跟蹤分析系統(tǒng)

通過分析港口裝備質(zhì)量管理過程，構(gòu)建適應(yīng)企業(yè)持續(xù)改善質(zhì)量管理水平且有全員參與的全過程“無縫隙”質(zhì)量管控體系，開發(fā)基于互聯(lián)網(wǎng)+的質(zhì)量跟蹤及分析系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過程改進(jìn)。

質(zhì)量跟蹤分析系統(tǒng)的主要功能包括：①對(duì)質(zhì)量檢驗(yàn)過程的規(guī)范化、模板化、流程化改造；②保證質(zhì)量信息的來源唯一、傳遞及時(shí)；③質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析等。

3.4 面向服務(wù)型制造的港口裝備全生命周期業(yè)務(wù)協(xié)同平臺(tái)

基于PLM統(tǒng)一架構(gòu)、數(shù)據(jù)庫、集成的業(yè)務(wù)系統(tǒng)和新增系統(tǒng)(包括基于互聯(lián)網(wǎng)+的質(zhì)量跟蹤及分析系統(tǒng)、基于互聯(lián)網(wǎng)+的狀態(tài)監(jiān)測(cè)及運(yùn)維分析系統(tǒng)及原有工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)、ERP等)，構(gòu)建完善的港口裝備全生命周期業(yè)務(wù)協(xié)同平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)下列功能：①對(duì)港口裝備全生命周期的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控，為現(xiàn)場(chǎng)提供服務(wù)；②實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈、服務(wù)鏈的信息共享，為港口裝備提供高效的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造服務(wù)；③完成數(shù)據(jù)積累，以便設(shè)計(jì)、工藝、加工人員能及時(shí)了解產(chǎn)品的使用、維護(hù)、維修情況，研制更好的新產(chǎn)品。

4 港口裝備全生命周期的業(yè)務(wù)協(xié)同平臺(tái)應(yīng)用

本文開發(fā)的“面向服務(wù)型制造的港口裝備全生命周期業(yè)務(wù)協(xié)同平臺(tái)”，在某重工企業(yè)進(jìn)行了驗(yàn)證，圍繞該重工企業(yè)產(chǎn)品供應(yīng)鏈、技術(shù)服務(wù)鏈等具體業(yè)務(wù)資源進(jìn)行了集成應(yīng)用，取得了一定效果。

(1) 該業(yè)務(wù)協(xié)同平臺(tái)完成了港口裝備全生命周期多源異構(gòu)海量信息的采集與集成，通過信息模型標(biāo)準(zhǔn)化，集成與共享服務(wù)統(tǒng)一接口，實(shí)現(xiàn)了對(duì)信息的快速查閱和調(diào)用，使信息查閱效率提高了約80%。

(2) 該業(yè)務(wù)協(xié)同平臺(tái)利用制造商的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)，為用戶提供運(yùn)保服務(wù)的同時(shí)，能讓制造商獲得港口裝備運(yùn)保的一手?jǐn)?shù)據(jù)，以便改進(jìn)和開發(fā)更能適應(yīng)市場(chǎng)的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造、維修、服務(wù)閉環(huán)的產(chǎn)品創(chuàng)新機(jī)制，探索港口裝備服務(wù)型制造模式。

(3) 該業(yè)務(wù)協(xié)同平臺(tái)能夠擴(kuò)展港口裝備運(yùn)行狀態(tài)采集與監(jiān)控、故障預(yù)警、運(yùn)行維護(hù)、綜合統(tǒng)計(jì)分析等服務(wù)，及時(shí)將設(shè)備運(yùn)維信息反饋給產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造部門，形成閉環(huán)的產(chǎn)品品質(zhì)改進(jìn)流程，為設(shè)備的運(yùn)維及改進(jìn)提供決策依據(jù)，以減少設(shè)備發(fā)生故障的次數(shù)。

(4) 該業(yè)務(wù)協(xié)同平臺(tái)的應(yīng)用有利于實(shí)現(xiàn)港口裝備質(zhì)量檢驗(yàn)過程的規(guī)范化、模板化和流程化，能把港口裝備的質(zhì)量要求、質(zhì)量文件、檢驗(yàn)報(bào)告、質(zhì)量分析報(bào)告等關(guān)聯(lián)到PLM的相應(yīng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中，形成閉環(huán)的產(chǎn)品質(zhì)量控制和改進(jìn)流程。

5 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了港口裝備全生命周期業(yè)務(wù)協(xié)同平臺(tái)，為實(shí)現(xiàn)港口裝備服務(wù)型制造探索了路徑，使港口裝備營銷、開發(fā)、制造加工、運(yùn)營維保、回收及再制造等全生命周期各階段的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了集成和業(yè)務(wù)協(xié)同，能夠充分利用制造商的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)，為用戶提供運(yùn)保服務(wù)，同時(shí)能獲得港口裝備運(yùn)保的一手?jǐn)?shù)據(jù)，用于制造商改進(jìn)和開發(fā)更適合市場(chǎng)的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造、維修、服務(wù)閉環(huán)的產(chǎn)品創(chuàng)新機(jī)制。該平臺(tái)的應(yīng)用推廣，不僅可以引領(lǐng)港口裝備的轉(zhuǎn)型升級(jí)，而且能夠延伸重型裝備行業(yè)的價(jià)值鏈，促進(jìn)重型裝備技術(shù)的創(chuàng)新和升級(jí)。