面向服役周期管理的軌道交通裝備MRO 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

羅鐵軍，任小冬，李雪江，秦 瑤，譚 卓

（株洲中車時(shí)代電氣股份有限公司，株洲 412001）

隨著技術(shù)的進(jìn)步和產(chǎn)品功能的日益豐富，大型裝備更加趨于復(fù)雜化和信息化，使得全面實(shí)施精益的維修、修理、大修和運(yùn)行保障（MRO，Maintenance，Repair and Overhaul/Operation）及產(chǎn)品全生命周期管理更加困難[1]。大型復(fù)雜裝備具有價(jià)格高昂、使用壽命長、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜和安全性要求高等特點(diǎn)[2]。軌道交通裝備又有其行業(yè)業(yè)務(wù)特點(diǎn)，其服役周期的維修策略復(fù)雜，檢修專業(yè)化程度高、配件管理精益、故障診斷技術(shù)復(fù)雜，普通服務(wù)商很難解決其專業(yè)維保問題，必須由裝備制造商參與維護(hù)和維修[3]。裝備制造商的維修活動(dòng)逐漸從孤立的運(yùn)營階段活動(dòng)（生產(chǎn)或運(yùn)營活動(dòng)中的售后服務(wù)）擴(kuò)展為全生命周期活動(dòng)[4]，裝備服役周期管理成為裝備全生命周期管理和全生命周期成本（LCC，Life Cycle Cost）管理的重要內(nèi)容[5]。

當(dāng)前，軌道交通裝備服役周期管理面臨維修服務(wù)存在信息孤島、復(fù)雜裝備制造物料清單（BOM，Bill of Materials）向服務(wù)階段延伸不足、服務(wù)階段與設(shè)計(jì)制造階段數(shù)據(jù)有效集成不足、MRO 系統(tǒng)與其他信息系統(tǒng)間信息集成不足等問題，導(dǎo)致裝備維修效率低下和維修數(shù)據(jù)向產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造業(yè)務(wù)反饋的中斷[5]。為解決該問題，眾多學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究，李浩等人[6-7]提出了面向全生命周期的復(fù)雜裝備MRO系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、MRO 系統(tǒng)與相關(guān)系統(tǒng)的集成框架，以及服務(wù)BOM 的結(jié)構(gòu)模型和演化模型；彭宇馨等人[8]提出了基于維修BOM 的航空裝備全生命周期狀態(tài)管理機(jī)制，建立了面向航空裝備維修過程的MRO系統(tǒng)，解決了航空裝備產(chǎn)品維修從返修入庫到發(fā)貨出庫的閉環(huán)過程管理問題；程曜安等人[1]通過研究大型復(fù)雜裝備MRO 系統(tǒng)解決方案，提出了面向全生命周期的復(fù)雜裝備MRO 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方案，論述了維修策略、維修計(jì)劃、維修執(zhí)行、維修評(píng)價(jià)、物料管理等共性業(yè)務(wù)；郝偉等人[3]通過研究高速列車MRO 系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)，提出面向全生命周期的高速列車MRO 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施方案，以及構(gòu)型管理、故障管理、檢修計(jì)劃管理和在線監(jiān)測與診斷管理等關(guān)鍵技術(shù)。相關(guān)研究成果為復(fù)雜裝備的MRO 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提供了理論和技術(shù)支撐，但現(xiàn)有研究缺乏對(duì)產(chǎn)品維修數(shù)據(jù)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造數(shù)據(jù)一致性的研究，同時(shí)，從產(chǎn)品全生命周期角度考慮維修數(shù)據(jù)的集成或建模研究[5]，以及服役周期維修數(shù)據(jù)多次變更中的數(shù)據(jù)連續(xù)性、準(zhǔn)確性控制研究方面都尚有欠缺。

MRO 支持技術(shù)是制造服務(wù)業(yè)的核心支撐技術(shù)，將現(xiàn)代MRO 理論、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)和企業(yè)管理方法相結(jié)合[9]，對(duì)產(chǎn)品運(yùn)營維護(hù)（簡稱：運(yùn)維）全過程進(jìn)行建模、優(yōu)化和重組，可實(shí)現(xiàn)對(duì)MRO 數(shù)據(jù)和過程的有效管理及信息共享。因此，本文采用MRO 支持技術(shù)進(jìn)行軌道交通裝備MRO 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)以BOM為核心，貫穿現(xiàn)場服務(wù)和檢修業(yè)務(wù)主線的裝備服役周期管理。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的面向服役周期管理的軌道交通裝備MRO 系統(tǒng)采用B/S 模式，在企業(yè)內(nèi)網(wǎng)及隔離區(qū)分別部署兩套應(yīng)用，并在企業(yè)內(nèi)網(wǎng)部署數(shù)據(jù)庫，用戶可通過內(nèi)/外部網(wǎng)絡(luò)終端進(jìn)行訪問。該系統(tǒng)可支撐設(shè)備使用企業(yè)、業(yè)務(wù)單元、服務(wù)站點(diǎn)、檢修站點(diǎn)用戶的聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。其總體架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 軌道交通裝備MRO 系統(tǒng)總體架構(gòu)

軌道交通裝備MRO 系統(tǒng)包含配置管理、現(xiàn)場服務(wù)管理、檢修管理和物資管理等4 個(gè)核心功能模塊，并通過App 實(shí)現(xiàn)作業(yè)記錄、作業(yè)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集和故障診斷等移動(dòng)端應(yīng)用。該系統(tǒng)在企業(yè)內(nèi)網(wǎng)中通過企業(yè)服務(wù)總線（ESB，Enterprise Service Bus）與企業(yè)資源計(jì)劃（ERP，Enterprise Resource Planning）系統(tǒng)、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES，Manufacturing Execution System）、質(zhì)量管理系統(tǒng)（QMS，Quality Management System）及大數(shù)據(jù)專家診斷系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，與產(chǎn)品生命周期管理（PLM，Product Lifecycle Management）、主數(shù)據(jù)管理（MDM，Master Data Management）等系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)調(diào)用。

1.2 技術(shù)架構(gòu)

軌道交通裝備MRO 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)由訪問層、接口層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層組成，如圖2 所示。

圖2 軌道交通裝備MRO 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

（1）訪問層：用戶可借助 PC 端、移動(dòng)終端或其他終端設(shè)備訪問該系統(tǒng)。

（2）接口層：該系統(tǒng)與外部系統(tǒng)間采用WebService 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并統(tǒng)一通過ESB 進(jìn)行發(fā)布，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種數(shù)據(jù)接口的統(tǒng)一管理。

（3）服務(wù)層：包括服務(wù)通信、業(yè)務(wù)服務(wù)模塊、服務(wù)管理及統(tǒng)一日志記錄和統(tǒng)一權(quán)限管理等部分。通過服務(wù)通信可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的調(diào)用與存??；業(yè)務(wù)服務(wù)模塊支撐業(yè)務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)，包括配置管理、現(xiàn)場服務(wù)管理、檢修管理和物資管理等；服務(wù)管理包含系統(tǒng)配置、系統(tǒng)監(jiān)控、接口管理及工作流管理等；統(tǒng)一日志記錄可提供安全日志審計(jì)功能；統(tǒng)一權(quán)限管理可實(shí)現(xiàn)用戶身份到應(yīng)用授權(quán)的映射。

（4）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層：主要實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)[10]，用以滿足現(xiàn)場服務(wù)和檢修數(shù)據(jù)、視頻、圖片等的存儲(chǔ)需求。

2 系統(tǒng)功能

2.1 配置管理

配置管理是產(chǎn)品全生命周期管理的關(guān)鍵技術(shù)之一，是產(chǎn)品全生命周期管理中用來聯(lián)系項(xiàng)目管理和質(zhì)量管理的紐帶[11]。服役周期配置管理的重點(diǎn)是維修構(gòu)型管理和配置履歷管理，其基本目的是保持維修數(shù)據(jù)的一致性和連續(xù)性。

2.1.1 維修構(gòu)型管理

維修構(gòu)型管理主要用于實(shí)現(xiàn)維修數(shù)據(jù)的集成、建模，以及維修數(shù)據(jù)的變更管理，包括服務(wù)BOM 生成、硬件構(gòu)型管理、軟件配置管理等模塊。

2.1.1.1 服務(wù)BOM 生成

軌道交通裝備MRO 系統(tǒng)利用企業(yè)已有數(shù)據(jù)構(gòu)建服務(wù)BOM 的結(jié)構(gòu)模型和演化模型，按維修管理顆粒度對(duì)現(xiàn)場可更換單元（LRU，Line Replaceable Unit）建立構(gòu)型項(xiàng)，并進(jìn)行物料屬性追加定義和關(guān)聯(lián)應(yīng)用，支撐由“設(shè)計(jì)BOM—制造BOM—服務(wù)BOM”的路線，演化生成服務(wù)BOM，并針對(duì)業(yè)務(wù)特點(diǎn)建立機(jī)型服務(wù)BOM 和系統(tǒng)/部件服務(wù)BOM 的結(jié)構(gòu)模型。

2.1.1.2 硬件構(gòu)型管理

本文按照“BOM—構(gòu)型基線—實(shí)例構(gòu)型”的主線，搭建覆蓋整機(jī)到系統(tǒng)/部件的基于BOM 的構(gòu)型基線和實(shí)例構(gòu)型。構(gòu)建構(gòu)型基線、系統(tǒng)/部件構(gòu)型基線、與修程修次對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品檢修構(gòu)型基線等，可實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)型數(shù)據(jù)校核、構(gòu)型數(shù)據(jù)采集和歷史產(chǎn)品構(gòu)型數(shù)據(jù)回補(bǔ)等功能的支撐。軌道交通裝備MRO 系統(tǒng)在生產(chǎn)制造階段采集新造產(chǎn)品出廠配置，基于出廠配置信息，生成初始實(shí)例構(gòu)型，并由工單驅(qū)動(dòng)實(shí)例構(gòu)型的更改，實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)型的動(dòng)態(tài)管理，確保構(gòu)型數(shù)據(jù)的完整性、準(zhǔn)確性和一致性。

2.1.1.3 軟件配置管理

軌道交通裝備MRO 系統(tǒng)按照機(jī)型應(yīng)用場景，基于硬件構(gòu)型確定軟件配置，獲取前端設(shè)計(jì)、制造系統(tǒng)的軟件配置履歷表和軟件發(fā)布單信息，生成對(duì)應(yīng)機(jī)型軟件配置標(biāo)準(zhǔn)版本，與實(shí)際版本的記錄比對(duì)校核，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，實(shí)現(xiàn)軟件配置管理。

2.1.2 配置履歷管理

軌道交通裝備MRO 系統(tǒng)以構(gòu)型項(xiàng)標(biāo)識(shí)貫穿各階段數(shù)據(jù)，按照機(jī)型機(jī)號(hào)（車型車號(hào)）記錄硬件構(gòu)型和軟件配置的建立信息和變更信息，并結(jié)合配屬信息、運(yùn)用信息（如運(yùn)用時(shí)間、運(yùn)行公里數(shù)等）、故障信息、檢修信息等，形成配置履歷，支撐一機(jī)一檔（一車一檔），以及服役周期維修數(shù)據(jù)的連續(xù)性和準(zhǔn)確性控制。

2.2 現(xiàn)場服務(wù)管理

服務(wù)管理主要用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場服務(wù)策劃和現(xiàn)場服務(wù)執(zhí)行與交付功能。

2.2.1 現(xiàn)場服務(wù)策劃

現(xiàn)場服務(wù)策劃以滿足客戶需求并為客戶提供產(chǎn)品服務(wù)支持為目的，注重產(chǎn)品的維護(hù)成本。按照服務(wù)項(xiàng)目進(jìn)行策劃，結(jié)合項(xiàng)目管理要素，獲取服務(wù)項(xiàng)目的名稱、工作令號(hào)、質(zhì)保期等信息，形成服務(wù)項(xiàng)目信息庫，通過業(yè)務(wù)工單的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)成本管控和服役周期質(zhì)保服務(wù)管理。

2.2.2 現(xiàn)場服務(wù)執(zhí)行與交付

軌道交通裝備MRO 系統(tǒng)基于現(xiàn)場服務(wù)策劃信息進(jìn)行“端到端”響應(yīng)式的業(yè)務(wù)工單管理，通過服務(wù)派工單、故障工單和改造工單等，實(shí)現(xiàn)流程驅(qū)動(dòng)的服務(wù)發(fā)起、響應(yīng)、派工、執(zhí)行和信息反饋等功能。在對(duì)執(zhí)行過程管控的同時(shí)，該系統(tǒng)將故障工單信息傳遞到QMS，打通產(chǎn)品維修數(shù)據(jù)向產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造業(yè)務(wù)反饋的信息通道。

2.3 檢修管理

在工單執(zhí)行過程中嵌入物料、備件等物資的使用記錄，在工單通過審核、完成服務(wù)交付的同時(shí)，由換件信息觸發(fā)硬件構(gòu)型、軟件配置數(shù)據(jù)和庫存數(shù)據(jù)的更改，實(shí)現(xiàn)硬件構(gòu)型、軟件配置數(shù)據(jù)和庫存數(shù)據(jù)的同步更新，以及人工、物料成本按項(xiàng)目歸集。

檢修管理主要用于實(shí)現(xiàn)檢修方案制定、檢修執(zhí)行與交付的功能。

2.3.1 檢修方案

檢修方案分為產(chǎn)品檢修方案和整車檢修方案。產(chǎn)品檢修方案針對(duì)檢修的設(shè)備整機(jī)，規(guī)定檢查項(xiàng)、試驗(yàn)項(xiàng)、所需物料、人員資質(zhì)及數(shù)量、工具、檢修構(gòu)型基線和適用的車型；整車檢修方案，規(guī)定修程修次對(duì)應(yīng)的車載設(shè)備整機(jī)名稱、產(chǎn)品編碼、數(shù)量，檢修范圍等。

2.3.2 檢修執(zhí)行與交付

軌道交通裝備MRO 系統(tǒng)根據(jù)ERP 系統(tǒng)的訂單生成檢修工單。根據(jù)檢修方案中的內(nèi)容，在檢修工單中記錄檢修工序、檢查項(xiàng)、試驗(yàn)項(xiàng)、對(duì)應(yīng)的執(zhí)行人及人工，記錄必?fù)Q件、偶換件及配置采集信息，實(shí)現(xiàn)檢修執(zhí)行過程控制和記錄。在工單執(zhí)行過程中嵌入檢修物料使用記錄，在工單通過審核、完成檢修交付的同時(shí)，由換件信息觸發(fā)硬件構(gòu)型和軟件配置數(shù)據(jù)更改，實(shí)現(xiàn)硬件構(gòu)型、軟件配置數(shù)據(jù)和庫存數(shù)據(jù)的同步更新。

2.4 物資管理

軌道交通裝備MRO 系統(tǒng)基于物資計(jì)劃、儲(chǔ)運(yùn)、返修、處置等管理要素，通過配件申請(qǐng)單匯總形成配件計(jì)劃；獲取并記錄調(diào)撥轉(zhuǎn)庫單，實(shí)現(xiàn)新品入庫管理；通過裝箱單、領(lǐng)料單、送修單、繳庫單等，實(shí)現(xiàn)與服務(wù)、檢修業(yè)務(wù)融合的物資調(diào)撥、出入庫管理和故障件返修管理。

物資管理與配置履歷管理模塊銜接，基于產(chǎn)品序列號(hào)追溯，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵零部件的履歷管理，避免過度修和欠修。通過配件精益管理能力提升，實(shí)現(xiàn)服務(wù)資源高效利用，減少對(duì)配件壽命的浪費(fèi)。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 基于BOM 的服役周期數(shù)據(jù)貫通

維修服務(wù)存在信息孤島的根源在于企業(yè)基于BOM 的構(gòu)型數(shù)據(jù)和造修數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)、傳遞和集成不足，產(chǎn)品的共性數(shù)據(jù)采集錄入不規(guī)范、不統(tǒng)一，同一屬性數(shù)據(jù)在多個(gè)系統(tǒng)間不一致導(dǎo)致數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和一致性差，多部門協(xié)同業(yè)務(wù)應(yīng)用無法開展。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的軌道交通裝備MRO 系統(tǒng)基于企業(yè)內(nèi)部系統(tǒng)的集成、數(shù)據(jù)完善與集成的設(shè)計(jì)與實(shí)施，實(shí)現(xiàn)BOM 數(shù)據(jù)主線、構(gòu)型數(shù)據(jù)主線和造修數(shù)據(jù)主線的數(shù)據(jù)鏈路銜接融合和數(shù)據(jù)貫通，建立基于BOM 的服役周期數(shù)據(jù)貫通模式，確保數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性、一致性和準(zhǔn)確性。

3.2 大數(shù)據(jù)專家診斷系統(tǒng)融合應(yīng)用

基于故障診斷模型建立的大數(shù)據(jù)專家診斷系統(tǒng)與軌道交通裝備MRO 系統(tǒng)的融合應(yīng)用是遠(yuǎn)程診斷支持的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。針對(duì)現(xiàn)場故障診斷主要依據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)人員人工支持的診斷模式單一問題，軌道交通裝備MRO 系統(tǒng)與大數(shù)據(jù)專家診斷系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，基于故障工單進(jìn)行融合應(yīng)用，并通過該系統(tǒng)的App實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障排查指導(dǎo)，提升現(xiàn)場服務(wù)人員的精確故障診斷能力，提高裝備的故障診斷效率，減少人工支持的工作量。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

軌道交通裝備MRO 系統(tǒng)已于2018 年10 月在株洲中車時(shí)代電氣股份有限公司進(jìn)行應(yīng)用，現(xiàn)場運(yùn)行維護(hù)人員可通過該系統(tǒng)開展現(xiàn)場服務(wù)和檢修業(yè)務(wù)，通過業(yè)務(wù)工單記錄工作內(nèi)容，獲得作業(yè)指導(dǎo)和支持，為客戶提供專業(yè)的運(yùn)維服務(wù)；通過閉環(huán)反饋業(yè)務(wù)信息，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造業(yè)務(wù)過程提供支持；通過業(yè)務(wù)工單驅(qū)動(dòng)維修構(gòu)型數(shù)據(jù)和物資庫存數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新，實(shí)現(xiàn)維修構(gòu)型和物資的實(shí)時(shí)、高效管理。該系統(tǒng)的應(yīng)用情況表明，基于BOM 的服役周期數(shù)據(jù)貫通技術(shù)和大數(shù)據(jù)專家診斷系統(tǒng)融合應(yīng)用技術(shù)，可有效提高軌道交通裝備服役周期運(yùn)維管理及技術(shù)服務(wù)的能力，實(shí)現(xiàn)了裝備服役周期協(xié)同運(yùn)維管理，使得故障閉環(huán)及時(shí)率等19 類運(yùn)營指標(biāo)符合度超過95%，具有推廣價(jià)值。

5 結(jié)束語

為滿足軌道交通裝備服役周期運(yùn)維保障的高安全、高可靠要求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了面向服役周期管理的軌道交通裝備MRO 系統(tǒng)，構(gòu)建了配置管理、服務(wù)管理、檢修管理和物資管理等4 個(gè)功能模塊，實(shí)現(xiàn)以BOM 和構(gòu)型數(shù)據(jù)為核心，貫穿現(xiàn)場服務(wù)和檢修業(yè)務(wù)主線的裝備服役周期管理。面向服役周期管理的軌道交通裝備MRO 系統(tǒng)的構(gòu)建是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，建立和保持產(chǎn)品構(gòu)型信息和產(chǎn)品間的一致性、消除維修服務(wù)信息孤島等方面是今后需要進(jìn)一步探索的內(nèi)容。