曹則新，張吉軍，楊國祥，徐曉龍，蔡慕堯

（常德煙草機械有限責任公司，湖南常德 415000）

0 引言

信息技術(shù)的飛速發(fā)展，使得制造業(yè)與服務(wù)業(yè)融合的特征愈發(fā)明顯。范德莫（Vandermerwe）和瑞達（Rada）給出的制造業(yè)服務(wù)化定義是：現(xiàn)代制造業(yè)企業(yè)由單純提供有形產(chǎn)品轉(zhuǎn)變?yōu)樘峁┮灶櫩蜑橹鞯母油暾摹爱a(chǎn)品包（Bundles）”。這個產(chǎn)品包由有形的裝備產(chǎn)品、制造廠商的服務(wù)支持、用戶自主服務(wù)和裝備知識等組成。國外制造服務(wù)業(yè)發(fā)展較成熟，以裝備制造業(yè)為例，發(fā)達國家呈現(xiàn)兩個70%的現(xiàn)象，即制造業(yè)占GDP 比重為70%，而制造服務(wù)再占其中的70%。我國在市場化改革和供給側(cè)改革雙重驅(qū)動下，服務(wù)化的步伐加快。但受傳統(tǒng)上我國裝備制造企業(yè)存在重設(shè)計、輕服務(wù)、重生產(chǎn)、輕市場的影響，制造業(yè)服務(wù)化存在的問題主要在于：一是服務(wù)化轉(zhuǎn)型發(fā)展的觀念欠缺、意識不強，頂層設(shè)計不足；二是裝備的數(shù)字化率和信息共享水平不高，制約了服務(wù)化的發(fā)展。針對這種普遍不足，本文以復(fù)雜裝備為研究對象，面向裝備的全生命周期過程提出信息模型的框架，并重點研究了服務(wù)模型的生成方法及服務(wù)化應(yīng)用，以期解決裝備制造企業(yè)普遍存在的設(shè)計、生產(chǎn)信息較為完整而孤島現(xiàn)象嚴重、服務(wù)信息化不足的局面。

1 現(xiàn)代機械裝備的特點及全生命周期的服務(wù)化需求

機械裝備全生命周期概念指從裝備的設(shè)計構(gòu)思開始，以時間為軸貫穿產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)制造、發(fā)運調(diào)試、使用維護、報廢回收或再制造的連續(xù)過程。作為智能制造的基礎(chǔ)設(shè)施，現(xiàn)代機械裝備的特點如下：

（1）復(fù)雜性增加。當前裝備是“機、電、氣、液”一體化的復(fù)雜特征，正在朝著大型化、高速化、精密化、自動化、數(shù)字化的方向發(fā)展。裝備廣泛應(yīng)用了新材料、綠色節(jié)能、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)。

（2）個性化要求增加。大型裝備生產(chǎn)很多屬于ETC 模式，需要按客戶的具體要求定制。而且裝備制造商為適應(yīng)個性化要求推出了大量的選配件，裝備的個性化特征顯著。

（3）操作人員經(jīng)驗普遍缺乏。由于裝備的復(fù)雜性、個性化特征，裝備維護人員、操作人員對裝備的了解就需要投入大量的時間及精力，因此掌握程度就不充分。裝備復(fù)雜性與維護、操作人員水平之間的不匹配，是當前設(shè)備管理領(lǐng)域的主要矛盾之一。

（4）停機損失大。由于高速化和高度自動化，機械設(shè)備在生產(chǎn)系統(tǒng)中擔任重要工序或加工裝備，裝備出現(xiàn)故障或停機，對產(chǎn)能、質(zhì)量的影響顯著，甚至有可能對安全和環(huán)保帶來負面影響。

機械裝備的全生命周期服務(wù)化的主要需求體現(xiàn)在以下3 個方面。

（1）互聯(lián)網(wǎng)+模式?；ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)的重大影響是促進了裝備服務(wù)信息的流動的效率。通過互聯(lián)網(wǎng)平臺，在裝備實物還沒有出廠時，信息服務(wù)就可以開展，包括裝備樣機、安裝指導(dǎo)、操作培訓(xùn)等。

（2）精準服務(wù)模式。由于裝備的復(fù)雜性特點，裝備生產(chǎn)基本上采用定制化模式，因此服務(wù)信息的“一機一檔”和“精準服務(wù)模式”很有必要。

（3）知識積累與共享模式。服務(wù)信息會隨著裝備出廠而共享到下游使用者，但裝備出廠只是全生命周期的一個節(jié)點，服務(wù)信息需要在使用維護中不斷地積累、完善。更為重要的是利用共享模式，采用互聯(lián)網(wǎng)+方式共享同類型多個裝備的使用維護經(jīng)驗，用于不斷完善單個裝備的服務(wù)信息，對裝備的應(yīng)用效率和管理水平提升很有必要。

2 機械裝備全生命周期信息模型框架

現(xiàn)代機械裝備是一個由供應(yīng)鏈多企業(yè)協(xié)作完成的復(fù)雜產(chǎn)品，即使在一個企業(yè)內(nèi)部也是多部門、多工序、多車間協(xié)同的產(chǎn)物。從裝備角度看，裝備本身則通過不同物料、數(shù)據(jù)、人力等生產(chǎn)資源在不同時間、空間和技術(shù)條件下的相互作用而生成。因此，為了支持相互協(xié)作與集成的需要，對裝備完整的信息化模型提出了迫切的需求。機械裝備生命周期信息模型可以定義為：以計算機技術(shù)和信息理論為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和模式來描述機械裝備在概念設(shè)計、產(chǎn)品開發(fā)、工藝設(shè)計、生產(chǎn)制造、檢驗檢驗、安裝調(diào)試、使用維護到報廢處置的全生命周期涉及的裝備本體、業(yè)務(wù)活動、相關(guān)資源以及之間相互聯(lián)系的一種信息模型。由于機械裝備的全生命周期涉及面廣、信息交互繁雜，不可能采用單一的模型來完整描述整個過程，因此必須采用一組分階段的模型。

從機械裝備的特點和裝備生產(chǎn)企業(yè)的視角，將裝備的全生命周期定義為：樣機論證、產(chǎn)品設(shè)計、加工制造、安裝調(diào)試和服務(wù)支撐共5 個階段，為此可以分別建立5 個階段的模型。同時，在階段模型中設(shè)置4 個層次的相關(guān)的要素，包括概念要素、信息要素、應(yīng)用服務(wù)要素、組織要素，給出機械裝備全生命周期信息模型的框架如圖1 所示。

圖1 裝備全生命周期模型框架

信息要素是裝備全生命周期建模和管理的核心?；谛畔⒌亩鄻有院蛯I(yè)的分工，信息要素必須按多種格式存儲及管理。但需要借助概念模型用于指導(dǎo)信息要素的統(tǒng)一管理。概念模型在裝備不同生命周期有不同的關(guān)注點，即分別側(cè)重于裝備信息模型的某個側(cè)面。隨著時間維度不斷推移，階段概念模型可進行細化、轉(zhuǎn)移，最終形成整個裝備全生命周期根模型。從信息化角度來看，概念模型與數(shù)據(jù)要素之間建立映射關(guān)系，即抽象模型數(shù)據(jù)與物理數(shù)據(jù)之間的映射，為元模型。全生命周期模型建立的目標是實現(xiàn)裝備在不同階段信息的互通、共享，因此必須實現(xiàn)多種形式的信息共享接口、集成標準，支持應(yīng)用服務(wù)要素對不同階段信息要素的獲取。而應(yīng)用服務(wù)要素支持不同業(yè)務(wù)功能的管理與作業(yè)，包括裝備生產(chǎn)計劃制定、產(chǎn)品營銷、售后服務(wù)管理等。通過人機接口實現(xiàn)裝備全生命周期各個階段的相關(guān)組織、不同角色對信息數(shù)據(jù)的獲取、處理、決策需要。

3 機械裝備服務(wù)信息模型及生成過程

機械裝備全生命周期不同階段模型的構(gòu)成及信息側(cè)重點也不同，且沿時間維度各個階段的模型可以相互轉(zhuǎn)化。在裝備制造企業(yè)服務(wù)化轉(zhuǎn)型的當下，機械裝備服務(wù)支持階段模型的建立與應(yīng)用是裝備制造商的重中之重，也是傳統(tǒng)企業(yè)容易忽視的地方。裝備服務(wù)可以細分為3 個子階段，即交付前服務(wù)、運行維護和回收處理。機械裝備的服務(wù)模型包括5 個重要的信息域：安裝調(diào)試信息域、裝備檔案信息域、運行維護信息域、回收處理信息域和客戶對象信息域。

（1）裝備安裝調(diào)試信息域。主要包括裝備運輸信息、裝備安裝信息、裝備調(diào)試信息、裝備試車信息、裝備交驗信息等，以及用戶驗收意見和相應(yīng)的技術(shù)手冊。

（2）裝備檔案信息域。主要包括裝備的設(shè)計資料、制造過程資料、物料清單、備件清單、技術(shù)手冊等，以及由裝備商提供的維修服務(wù)包的內(nèi)容，包括故障樹、維修大綱、維修知識庫等。

（3）裝備運行維護信息域。主要包括裝備運行數(shù)據(jù)、報警記錄、故障記錄、維修記錄、備件服務(wù)記錄等。

（4）裝備回收處理信息域。朱啊喲包括處置辦法、報廢流程、分拆要求和材料處理要求等。

（5）客戶對象信息域。主要包括客戶信息、銷售合同、操作人員信息和技能認證信息等。

服務(wù)化模型是由前期設(shè)計階段模型、生產(chǎn)制造模型逐步轉(zhuǎn)化而來的，因此其構(gòu)建過程的關(guān)鍵是在統(tǒng)一信息模型基礎(chǔ)之上打通設(shè)計、生產(chǎn)、裝配過程與裝備服務(wù)之間的數(shù)據(jù)鏈路。一是建立以裝備服務(wù)BOM（Bill Of Material，物料清單）為核心的一機一檔。設(shè)備定型后，設(shè)計數(shù)據(jù)可發(fā)布到服務(wù)化信息，而生產(chǎn)過程的工藝、裝配信息可以按需發(fā)布到服務(wù)模型。面向服務(wù)目錄的需要，基于裝備服務(wù)BOM 結(jié)構(gòu)，可以進一步集成相關(guān)的圖冊、手冊和文檔等非結(jié)構(gòu)化信息。二是支撐由改單驅(qū)動的裝備服務(wù)信息更新機制，實現(xiàn)版本管理。三是具備標準接口實現(xiàn)與裝備銷售、運維服務(wù)等應(yīng)用的集成。四是由靜態(tài)信息模型和動態(tài)信息模型兩部分構(gòu)成。靜態(tài)信息模型主要由制造商提供的設(shè)備投產(chǎn)前的信息的管理，而動態(tài)信息模型是指設(shè)備投用后的狀態(tài)、運維信息的管理。

4 試驗驗證項目

以煙草行業(yè)新一代智能化裝備的服務(wù)化轉(zhuǎn)型為驗證項目。常德煙機是行業(yè)指定的煙草專賣裝備的制造商、經(jīng)銷商。但煙機行業(yè)受計劃?？氐挠绊?，一段時期存在重生產(chǎn)輕服務(wù)的經(jīng)營觀。隨著全球經(jīng)濟一體化帶來的國外同行競爭加劇，和供給側(cè)改革帶來裝備銷量下降的雙重壓力，以及下游客戶快速推進智能工廠為抓手的數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需求的不斷上升，迫切需要煙機制造企業(yè)提供煙機裝備的全生命周期支持與服務(wù)，并著重補足服務(wù)化不足的短板。煙機制造企業(yè)利用對煙機裝備熟悉的優(yōu)勢，以及匯聚了裝備全生命周期中前4 個階段信息的優(yōu)勢，以數(shù)據(jù)驅(qū)動業(yè)務(wù)變革，將企業(yè)業(yè)務(wù)由單純的裝備制造延伸到裝備后服務(wù)，努力實現(xiàn)裝備價值的提升和企業(yè)服務(wù)化轉(zhuǎn)型。

在服務(wù)信息模型的構(gòu)建中，項目依托煙機設(shè)計過程中的三維模型數(shù)據(jù)（由Core3.0 設(shè)計，通過Windchill 平臺管理），經(jīng)過脫敏和輕量化處理，開發(fā)發(fā)布接口，建立服務(wù)化BOM 及裝備結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上完善交互式技術(shù)手冊、備件清單、運維策略、專家經(jīng)驗庫、爆炸圖等，以機型為管理基線，并按出廠設(shè)備一對一構(gòu)造“一機一檔”的模型，隨設(shè)備出廠進行發(fā)布。在信息模型的管理上，針對性開發(fā)了“云、管、端”一體的服務(wù)管理平臺，支撐模型信息從煙機制造商通過網(wǎng)絡(luò)向下游卷煙廠的流動，并保證模型信息的安全訪問。同時，有關(guān)設(shè)備使用過程中，信息通過服務(wù)管理平臺從卷煙廠向上流動到煙機制造企業(yè)，實現(xiàn)煙機裝備服務(wù)包的優(yōu)化與定制。

5 結(jié)語

當前機械裝備行業(yè)設(shè)計的數(shù)字化率較高，其中三維化率也在逐步提高，但設(shè)計階段的信息在生產(chǎn)、裝配、服務(wù)等裝備全生命周期環(huán)節(jié)并沒有得到全面應(yīng)用及價值發(fā)揮。裝備出廠后服務(wù)化信息，包括“一機一檔”沒有實現(xiàn)同步生成。而下游企業(yè)基于數(shù)字化轉(zhuǎn)型需要，二次開發(fā)和整理一些信息用于培訓(xùn)、維修的數(shù)字孿生可視化應(yīng)用，但通常存在工作量大、精度不高、與實際裝備不符、維護成本高等不良因素。本文從裝備制造企業(yè)視角，針對服務(wù)化轉(zhuǎn)型過程中裝備信息模型的構(gòu)建進行研究，并對服務(wù)信息模型的設(shè)計、集成及應(yīng)用的開發(fā)進行試點，并將研究結(jié)果應(yīng)用于煙機制造企業(yè)的服務(wù)裝備包中，通過信息共享及支撐裝備售后服務(wù)，取得了較好的效果。在后續(xù)的研究中，將擴大數(shù)據(jù)集成范圍和共享水平，涵蓋裝備銷售、生產(chǎn)、裝配、處置等環(huán)節(jié)，以及進一步回饋裝備設(shè)計優(yōu)化的全過程，實現(xiàn)裝備全生命周期信息模型“一處設(shè)計、過程集成、處處利用”的目標。