面向軌道客車裝備制造業(yè)服務(wù)平臺關(guān)鍵技術(shù)研究

狄 飛， 李晶瑩， 吳進(jìn)軍， 王 營， 文 武

（1.中國機械科學(xué)研究總院集團(tuán)有限公司， 北京 100044； 2.中機生產(chǎn)力促進(jìn)中心， 北京 100044）

0 引言

隨著軌道客車裝備產(chǎn)品制造過程復(fù)雜度的提高，離散且少數(shù)企業(yè)沒有一定能力去完成新產(chǎn)品開發(fā)、制造、運維帶來的知識、技能和裝備需求。這促使制造企業(yè)逐步改變傳統(tǒng)的制造模式，建立一種以市場為導(dǎo)向，滿足個性化需求制造，融入網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造模式，以提高制造企業(yè)對動態(tài)多變的制造業(yè)市場需求做出快速應(yīng)變的能力。一方面，完整的軌道客車裝備產(chǎn)業(yè)鏈上有產(chǎn)品流、信息服務(wù)流、資金流等資源流， 而信息服務(wù)流發(fā)揮著最為基礎(chǔ)和關(guān)鍵的載體作用。 網(wǎng)絡(luò)協(xié)同將信息服務(wù)流與制造過程緊密結(jié)合，利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)能夠精準(zhǔn)全面的追蹤和分析顧客需求，基于這些信息服務(wù)構(gòu)建需求分析模型，形成軌道客車裝備整體產(chǎn)品設(shè)計制造解決方案， 使服務(wù)設(shè)計理念不斷優(yōu)化，解決服務(wù)信息孤島、服務(wù)需求等問題實現(xiàn)離散制造企業(yè)制造資源協(xié)同化， 共同提升軌道客車制造服務(wù)能力。

1 軌道客車裝備制造業(yè)服務(wù)需求

軌道客車裝備包括鐵路客運與城市軌道客車運輸所需各類裝備，是軌道交通裝備的重要組成部分，屬于高端裝備制造業(yè)之一。 根據(jù)表1 中《都市快軌交通》前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理世界各大洲城市軌道交通運營里程的數(shù)據(jù)顯示，亞歐軌道交通行業(yè)相較其他各洲發(fā)展前景最好。 對于國內(nèi)軌道交通發(fā)展情況來看， 據(jù)德國SCI Verkehr 公布的市場份額情況來看， 至2020 年中國中車在全球軌道交通裝備行業(yè)占比已超過全球一半份額，處于行業(yè)主導(dǎo)地位。 面對軌道客車行業(yè)，具有發(fā)展需求量大、高能耗等特點，在提升社會經(jīng)濟(jì)效益的同時要減少生產(chǎn)和消費過程中的資源消耗與污染排放，逐步由資源消耗大、污染排放多的粗放制造向綠色制造轉(zhuǎn)變，由生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)變，大力推動具有軌道客車裝備制造特色的服務(wù)業(yè)的發(fā)展，使其形成制造企業(yè)動態(tài)服務(wù)流模式。

表1 截止2020 年底世界各大洲城市軌道交通運營里程占比情況（%）

目前，軌道客車裝備制造業(yè)市場正在由“產(chǎn)品制造導(dǎo)向”朝著“產(chǎn)品制造服務(wù)導(dǎo)向”轉(zhuǎn)變。 而產(chǎn)品服務(wù)導(dǎo)向型需求意味著客戶不再僅僅滿足于從企業(yè)獲得具體產(chǎn)品， 而是傾向于獲得由產(chǎn)品和與產(chǎn)品相關(guān)的設(shè)計研發(fā)、制造、運維、技術(shù)支持、再制造等全生命周期一系列服務(wù)組成的動態(tài)產(chǎn)品服務(wù)流。 這就要求整條軌道客車裝備制造企業(yè)將所在產(chǎn)業(yè)鏈上下游的各種資源進(jìn)行整合和集成應(yīng)用，如圖1 所示，發(fā)展以客戶為中心的系統(tǒng)產(chǎn)品服務(wù)或一體化的產(chǎn)品服務(wù)解決方案。 同時軌道客車裝備產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、定制化要求高、制造技術(shù)高、使用周期長等特點， 裝備產(chǎn)品的上述技術(shù)特征對從售前咨詢、物流運輸、安裝試用、使用培訓(xùn)到運營維護(hù)、報廢回收等環(huán)節(jié)涉及的服務(wù)，提出了更專業(yè)、更復(fù)雜的要求。 因此，為實現(xiàn)軌道裝備制造業(yè)的價值鏈延伸，優(yōu)先保證裝備制造企業(yè)更好更快地提升產(chǎn)品服務(wù)水平。

圖1 軌道客車裝備制造產(chǎn)業(yè)鏈

軌道客車裝備的復(fù)雜程度高， 所需制造資源信息量大。在傳統(tǒng)的生產(chǎn)過程中，主機廠與供應(yīng)商之間的生產(chǎn)計劃、物料信息、庫存信息、物流信息、供應(yīng)商制造資源信息等資源信息一般通過傳統(tǒng)交流方式進(jìn)行，其溝通效率低、反饋不及時、相關(guān)信息數(shù)據(jù)可溯源性差。導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)鏈資源管理效率低、可控性差，直接影響主機廠的資源調(diào)度和生產(chǎn)計劃。 亟需構(gòu)建基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造的產(chǎn)業(yè)鏈資源管理模式，建立即時的信息交互機制，實現(xiàn)對產(chǎn)業(yè)鏈資源的高效、透明、可溯源管理，提高產(chǎn)業(yè)鏈資源配置能力，提升產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)生產(chǎn)效率，降低裝備產(chǎn)品及零部件生產(chǎn)成本。軌道客車裝備制造過程中有幾十家乃至上百家配套供廠商為主機廠提供服務(wù)， 傳統(tǒng)的管理方式已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)下復(fù)雜的業(yè)務(wù)往來關(guān)系。 同時， 多數(shù)供應(yīng)商由于其規(guī)模不大，資金不足等原因，生產(chǎn)過程信息化程度有限，尚無法滿足網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造要求。 這就需要主機廠構(gòu)建一個基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造的供應(yīng)商管理模式， 對客戶和供應(yīng)商的詳細(xì)信息進(jìn)行有效管理，實現(xiàn)企業(yè)信息的共享共用，為產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的生產(chǎn)活動提供支撐。

2 網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造云服務(wù)平臺發(fā)展

為延伸和發(fā)展制造業(yè)信息化技術(shù)，李伯虎院士[1]等提出了云制造技術(shù)， 并指出服務(wù)化技術(shù)是實現(xiàn)面向服務(wù)制造系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一[2]。在云制造資源集成服務(wù)模式下，尹超等[3]基于Web 服務(wù)建立了外協(xié)加工資源語義描述，有效解決了異構(gòu)外協(xié)加工資源組合和互操作問題， 實現(xiàn)了外協(xié)加工資源的快速共享和高效利用。 在實現(xiàn)服務(wù)化平臺過程中，需要進(jìn)一步提升制造資源共享度，為此程思遙[4]建立了云制造環(huán)境下的資源模型和服務(wù)模型，并提出了云制造資源服務(wù)管理體系結(jié)構(gòu)和云制造服務(wù)選擇評價指標(biāo)體系，并結(jié)合應(yīng)用場景實現(xiàn)了為用戶提供云制造服務(wù)評價方案的功能。 張又孔[5]在項目制造一體化過程管理需求分析和裝備類產(chǎn)品設(shè)計制造一體化管理業(yè)務(wù)建模的基礎(chǔ)上構(gòu)建設(shè)計制造一體化管理平臺，能夠滿足項目制造生產(chǎn)模式的產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)準(zhǔn)備和生產(chǎn)計劃排產(chǎn)一體化管理。

根據(jù)2021 年第一季度數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同化企業(yè)比例為38.1%， 開展服務(wù)型制造的企業(yè)比例為28.2%，工業(yè)平臺應(yīng)用率為48.8%， 仍存在裝備制造產(chǎn)業(yè)布局分散、產(chǎn)業(yè)鏈條不完善、協(xié)同制造系統(tǒng)尚未建成等問題。 針對網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造服務(wù)對象、 服務(wù)技術(shù)及其他服務(wù)構(gòu)建了如圖2 所示的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造服務(wù)流程， 而云制造是網(wǎng)絡(luò)制造模式中的一種， 服務(wù)是在云制造的基礎(chǔ)上更加突出網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造的重要性， 是一種以用戶為中心的制造服務(wù)模式，實現(xiàn)分布式資源的按需分配，實現(xiàn)客戶與服務(wù)提供商之間的協(xié)作交互。

圖2 網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造服務(wù)流程

3 面向軌道客車裝備制造業(yè)服務(wù)平臺關(guān)鍵技術(shù)

隨著軌道客車等高端裝備制造業(yè)面向數(shù)智化發(fā)展，制造服務(wù)業(yè)在裝備產(chǎn)品設(shè)計制造、過程、服役、運維等全生命周期階段也發(fā)揮著越來越重要的角色， 但在此過程中依然面臨著制造企業(yè)離散、制造知識碎片化、制造資源利用率等問題，構(gòu)建其云服務(wù)平臺能夠保障全面服務(wù)于軌道客車制造產(chǎn)業(yè)鏈，有效利用制造知識支持產(chǎn)品全生命周期階段，在生命周期階段內(nèi)形成服務(wù)流，加強產(chǎn)業(yè)鏈上中下游之間協(xié)同發(fā)展，提高資源利用率，實現(xiàn)資源共享，滿足了不同制造業(yè)務(wù)中工作流程的定制需求，一定程度上解決了信息孤島、制造企業(yè)離散化等問題。

針對國內(nèi)軌道客車運營及維護(hù)特點，崔艾嘉[6]構(gòu)建了軌道客車生命周期成本模型， 有利于幫助國內(nèi)客車制造企業(yè)傳統(tǒng)的采購決策觀念。 為完善軌道客車轉(zhuǎn)向架研發(fā)管理，王克強等[7]針對研發(fā)過程不規(guī)范、設(shè)計人員獲取產(chǎn)品相關(guān)信息困難等問題， 研制了一套基于B/S 架構(gòu)的軌道客車轉(zhuǎn)向架研發(fā)過程管理系統(tǒng)， 實現(xiàn)了分層結(jié)構(gòu)管理模式等。唐婷[8]針對軌道客車全壽命周期業(yè)務(wù)流程數(shù)據(jù)提出高效可靠的數(shù)據(jù)混合存儲方法， 通過挖掘數(shù)據(jù)價值為設(shè)計者和決策者提供數(shù)據(jù)支持實現(xiàn)了軌道客車裝備產(chǎn)品履歷管理、費用管理、分析與統(tǒng)計以及數(shù)據(jù)遷移等功能。

對于軌道客車裝備制造業(yè)服務(wù)平臺技術(shù)發(fā)展情況而言，根據(jù)軌道客車裝備制造業(yè)相關(guān)企業(yè)調(diào)研分析得出，現(xiàn)有基礎(chǔ)與待提升技術(shù)對比如表2 所示。

根據(jù)表2 相關(guān)信息統(tǒng)計情況， 在建設(shè)軌道客車裝備制造業(yè)服務(wù)平臺過程中仍然需要數(shù)據(jù)倉庫、 共性技術(shù)資源池、支撐技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的提升，具體技術(shù)內(nèi)容如圖3所示。

圖3 待提升的云服務(wù)平臺關(guān)鍵技術(shù)模型

表2 軌道客車裝備制造業(yè)相關(guān)企業(yè)調(diào)研情況對比統(tǒng)計

3.1 形成數(shù)據(jù)倉庫

目前國內(nèi)的軌道客車裝備制造業(yè)企業(yè)已積累了相當(dāng)豐富的工藝設(shè)計知識和大量的制造資源數(shù)據(jù)， 但這些工藝知識和制造資源數(shù)據(jù)并沒形成規(guī)范性體系架構(gòu)， 先進(jìn)工藝應(yīng)用程度不高，不利于企業(yè)快速查找、重用和共享，制約了我國制造業(yè)的發(fā)展速度和管理水平的提升。因此，亟需建立含有軌道客車基礎(chǔ)零部件數(shù)據(jù)庫、 基礎(chǔ)零部件產(chǎn)品性能數(shù)據(jù)庫、 軌道客車標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范數(shù)據(jù)庫以及供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)庫，根據(jù)數(shù)據(jù)庫定義產(chǎn)品基本屬性，并對所定義的屬性進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

3.2 建立共性技術(shù)資源池

對于共性技術(shù)資源池建設(shè)， 目標(biāo)就是要建立規(guī)范性的制造工藝過程知識目錄體系， 形成軌道客車裝備制造高質(zhì)量的資源知識庫， 全面提升制造能力與制造企業(yè)平臺集成度，實現(xiàn)設(shè)備廠家信息數(shù)據(jù)接口統(tǒng)一，為傳輸生命周期過程信息清除阻礙。

3.3 完善支撐技術(shù)

目前制造企業(yè)已對高速動車組等關(guān)鍵部件狀態(tài)進(jìn)行采集試點，能夠分析相關(guān)部件的運行走行部指標(biāo)參數(shù)，并依據(jù)指標(biāo)參數(shù)判斷產(chǎn)品亞健康狀況。 在建設(shè)過程中可通過跨平臺、多元化的技術(shù)支撐，建立以用戶需求為中心服務(wù)信息管理平臺，實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量管控體系，從而達(dá)到服務(wù)模式的創(chuàng)新。

4 基于服務(wù)流的管理信息架構(gòu)

基于云制造環(huán)境下的軌道客車裝備制造業(yè)，服務(wù)不只是針對于制造過程，還需要對軌道客車裝備產(chǎn)品實現(xiàn)服務(wù)化管理。因此，提出一種基于服務(wù)流的管理信息架構(gòu)，如圖4 所示，在此過程中，服務(wù)流是面向用戶、生產(chǎn)商及合作商、供應(yīng)商三者之間進(jìn)行服務(wù)，形成一種可見性能力。

圖4 基于服務(wù)流的軌道客車裝備產(chǎn)品制造管理信息架構(gòu)

該管理信息架構(gòu)主要分為基本管理、數(shù)據(jù)管理、協(xié)同管理、制造管理和運維管理五部分，使得信息服務(wù)流貫穿于整條軌道客車裝備產(chǎn)業(yè)鏈中， 同時實現(xiàn)信息集成化管理模式。 一方面，信息服務(wù)流模式是面向軌道客車裝備制造業(yè)服務(wù)平臺的重要功能之一， 建立制造企業(yè)的服務(wù)流管理模式的目的就是要優(yōu)化企業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造信息管理系統(tǒng)各要素的組合， 基于服務(wù)流模式下使得信息系統(tǒng)各要素之間形成強大的協(xié)作能力，發(fā)揮企業(yè)間優(yōu)勢，保障企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。 另一方面， 將服務(wù)與制造過程融為一體，在云服務(wù)平臺中實現(xiàn)人員、資源、生產(chǎn)間的智能調(diào)度。對于服務(wù)流的定量化描述方面， 還需要對具體的服務(wù)參數(shù)信息、服務(wù)時間、服務(wù)內(nèi)容等信息進(jìn)行建模，依照軌道客車裝備制造特點建立服務(wù)信息模型實現(xiàn)服務(wù)匹配與服務(wù)信息管理優(yōu)化。

5 結(jié)論

在制造業(yè)數(shù)智化發(fā)展進(jìn)程中， 實現(xiàn)先進(jìn)的智慧軌道客車裝備制造技術(shù)是未來軌道運輸制造業(yè)的主要任務(wù)之一。在網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造的環(huán)境下，針對軌道客車裝備制造業(yè)服務(wù)資源與信息的離散、服務(wù)分散等問題，通過對服務(wù)平臺關(guān)鍵技術(shù)的研究， 依據(jù)軌道客車裝備制造產(chǎn)業(yè)鏈相較目前已實現(xiàn)的云服務(wù)平臺技術(shù)提出了待提升的云服務(wù)平臺關(guān)鍵技術(shù)模型， 并建立了基于服務(wù)流的軌道客車裝備產(chǎn)品制造管理信息架構(gòu)，深度融合制造與服務(wù)，從而促進(jìn)軌道客車裝備制造行業(yè)朝著更具可持續(xù)制造服務(wù)特色的方向發(fā)展。但對于軌道客車裝備制造服務(wù)流的定量描述、形成評價管理體系等問題還需要進(jìn)一步研究。