李婷玉，劉 剛，高 琦

(1.山東大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，濟(jì)南，250061;2.山東大學(xué) 高效潔凈機(jī)械制造教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南，250061;3.山東大學(xué) 機(jī)械工程國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，濟(jì)南，250061)

在企業(yè)向服務(wù)型制造模式轉(zhuǎn)型的趨勢下，服務(wù)化不斷向制造業(yè)進(jìn)行滲透[1]，服務(wù)逐漸成為產(chǎn)品生命周期的重要環(huán)節(jié)之一[2]。MRO是服務(wù)階段中進(jìn)行的各種維修、維護(hù)和大修等活動(dòng)的總稱，是產(chǎn)品價(jià)值增長的重要來源[3]。

物料清單文件(Bill of Material ,BOM)，是組織產(chǎn)品數(shù)據(jù)的一種有效方式，反映了產(chǎn)品的層次結(jié)構(gòu)，也是產(chǎn)品服務(wù)數(shù)據(jù)管理的核心[4]。不少學(xué)者對(duì)MRO服務(wù)過程中的服務(wù)物料清單的構(gòu)建進(jìn)行了相關(guān)研究。任艮全[5]通過分析各類維修信息資源，提出了由中性物料清單、物理物料清單和實(shí)例物料清單組成的復(fù)合式維修BOM。Zhou C[6]提出了一種復(fù)合靜態(tài)SBOM，實(shí)現(xiàn)了位置信息管理和可替代部件管理等MRO服務(wù)。針對(duì)復(fù)雜裝備的檢修服務(wù)，劉曉冰[7]提出了具有不同需求的3種檢修物料清單結(jié)構(gòu)。李浩[8]基于SBOM結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了復(fù)雜產(chǎn)品MRO業(yè)務(wù)信息集成模型。Liu[9]基于維修部件的追蹤性，定義了維修物料清單中三種特殊零件形式及轉(zhuǎn)換規(guī)則。李玲[10]基于設(shè)備的工程物料清單(Engineering BOM ,EBOM)和服務(wù)需求，構(gòu)建了復(fù)合式維修物料清單。

目前MRO服務(wù)中的SBOM研究主要集中于SBOM結(jié)構(gòu)和EBOM向SBOM的轉(zhuǎn)換過程，對(duì)于服務(wù)生命周期中SBOM的演化過程關(guān)注較少。對(duì)于飛機(jī)、機(jī)車等復(fù)雜裝備而言，MRO活動(dòng)的實(shí)施不僅需要產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和維修相關(guān)知識(shí)和資料[11]，同時(shí)活動(dòng)實(shí)施過程中又會(huì)依據(jù)不同的服務(wù)需求產(chǎn)生動(dòng)態(tài)多變的MRO服務(wù)記錄[12]，大大增加了MRO服務(wù)數(shù)據(jù)的管理難度。為了識(shí)別及追蹤航空發(fā)動(dòng)機(jī)大修過程中的服務(wù)活動(dòng)，Hu[13]提出了三維配置管理模型。Shi L[14]以在役大型民用飛機(jī)為研究對(duì)象，分析各種飛機(jī)維修保障作業(yè)引起的構(gòu)型特征變化，構(gòu)建了在役飛機(jī)構(gòu)型數(shù)據(jù)模型。李青[15]提出單機(jī)構(gòu)型的追溯方法，實(shí)現(xiàn)了使用服務(wù)階段中任一追溯時(shí)間點(diǎn)的飛機(jī)構(gòu)型結(jié)構(gòu)的獲取。當(dāng)前所研究的動(dòng)態(tài)服務(wù)數(shù)據(jù)模型，一般只以單個(gè)產(chǎn)品為管理粒度，忽略了服務(wù)生命周期中不同粒度的管理需求。因此，建立面向不同管理需求和服務(wù)需求的產(chǎn)品服務(wù)數(shù)據(jù)模型是亟需解決的問題。

動(dòng)態(tài)MRO活動(dòng)實(shí)施過程中，一方面SBOM在不同管理需求下結(jié)構(gòu)具有差異性，另一方面在不同服務(wù)需求下的SBOM變更類型也不同。本文基于動(dòng)態(tài)MRO業(yè)務(wù)中產(chǎn)品的數(shù)據(jù)特點(diǎn)，定義了 SBOM的節(jié)點(diǎn)及節(jié)點(diǎn)間約束類型，用形式化的表達(dá)描述了不同類型SBOM間的演化關(guān)系模型、不同服務(wù)需求下SBOM的動(dòng)態(tài)演化模型，并在此基礎(chǔ)上提出了基于SBOM的兩種MRO服務(wù)追溯機(jī)制，為動(dòng)態(tài)MRO活動(dòng)中的SBOM服務(wù)數(shù)據(jù)組織和追溯提供了理論模型。

1 動(dòng)態(tài)MRO業(yè)務(wù)中的SBOM結(jié)構(gòu)

1.1 節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)間約束的定義及分類

對(duì)于零件數(shù)量眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品而言，SBOM節(jié)點(diǎn)并非包括全部零件，例如螺栓、螺母這樣的標(biāo)準(zhǔn)件不需要在SBOM中進(jìn)行管理[6]。將產(chǎn)品在MRO服務(wù)過程中需要記錄與管理的零件表示為SBOM的節(jié)點(diǎn)，需要關(guān)注的零件間的結(jié)構(gòu)關(guān)系表示為SBOM的節(jié)點(diǎn)間約束。在服務(wù)過程中，一方面，零件裝配位置或者供應(yīng)商的差異性會(huì)造成MRO服務(wù)的不同，需要關(guān)注的零件結(jié)構(gòu)關(guān)系也可能不同；另一方面，零件在不同MRO任務(wù)下可能會(huì)展現(xiàn)出不同的結(jié)構(gòu)關(guān)系。因此從零件的裝配位置、供應(yīng)商以及MRO任務(wù)這三個(gè)方面出發(fā)，將SBOM的節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)間約束進(jìn)行如下分類并給出定義：

定義1通用節(jié)點(diǎn)。通用節(jié)點(diǎn)表示MRO服務(wù)要求與裝配位置無關(guān)的零組件。

定義2位置節(jié)點(diǎn)。位置節(jié)點(diǎn)表示MRO服務(wù)要求與裝配位置相關(guān)的零組件，位置節(jié)點(diǎn)需要體現(xiàn)位置信息。

定義3可選節(jié)點(diǎn)。產(chǎn)品某位置處的可選節(jié)點(diǎn)表示該位置處允許裝配的具有不同供應(yīng)商來源的同類型零組件。

定義4通用約束。通用約束表示同類型零件在不同的裝配位置和MRO任務(wù)中都需要關(guān)注的零件裝配關(guān)系。

定義5可變約束?？勺兗s束表示只在特定裝配位置處的MRO任務(wù)中需要關(guān)注的零件裝配關(guān)系。

1.2 面向不同管理需求的SBOM分類

SBOM是一種面向產(chǎn)品MRO服務(wù)的復(fù)合物料清單，管理產(chǎn)品初始靜態(tài)屬性數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)服務(wù)數(shù)據(jù)。即便同一批產(chǎn)品具有相同的初始狀態(tài)，但是后續(xù)服務(wù)過程中產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)演化過程也可能不同，因此SBOM必須管理到單件產(chǎn)品。而單件產(chǎn)品在服務(wù)全生命周期中，需要進(jìn)行多次MRO服務(wù)，不同MRO服務(wù)之間存在大量重復(fù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，增大了服務(wù)數(shù)據(jù)的管理難度。為了提高M(jìn)RO服務(wù)信息的重用性，減少M(fèi)RO服務(wù)數(shù)據(jù)冗余，本文提出了管理批次產(chǎn)品的通用SBOM、管理單件產(chǎn)品的實(shí)例SBOM和管理單次MRO服務(wù)的任務(wù)SBOM，不同類型的SBOM間關(guān)聯(lián)關(guān)系如圖1所示。

圖1 不同類型的SBOM間關(guān)聯(lián)關(guān)系Fig.1 Relationship between different types of SBOM

1.2.1 管理批次產(chǎn)品的通用SBOM

通用SBOM節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的是批次產(chǎn)品與服務(wù)相關(guān)的共性信息，包括零件的三維模型、各類的維修規(guī)程和專用設(shè)備等。由于不同位置運(yùn)行環(huán)境的差異性，具有相同設(shè)計(jì)要求的零件可能具有不同的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，一般使用位置節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理。根據(jù)共性服務(wù)信息與位置的相關(guān)性，將通用SBOM劃分為中性BOM和位置BOM。中性BOM用于組織與位置無關(guān)的共性服務(wù)信息，位置BOM 用于組織與位置相關(guān)的共性服務(wù)信息。位置BOM是中性BOM的附加物料清單，在中性BOM的基礎(chǔ)上，將位置節(jié)點(diǎn)進(jìn)行拆分，如果零組件的MRO服務(wù)要求與裝配位置均無關(guān)，則位置BOM不存在。同時(shí)考慮到服務(wù)過程中允裝備件具有多種供應(yīng)商來源，可能會(huì)產(chǎn)生不同成本，因而在通用SBOM中采用具有不同物料號(hào)的可選節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理。

1.2.2 管理單件產(chǎn)品的實(shí)例SBOM

實(shí)例SBOM節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的是單件產(chǎn)品的個(gè)性服務(wù)信息，管理服務(wù)生命周期中的實(shí)物產(chǎn)品信息，記錄和跟蹤實(shí)物部件的MRO業(yè)務(wù)信息，為日常的檢查、維護(hù)和跟蹤提供依據(jù)。通用SBOM向?qū)嵗齋BOM轉(zhuǎn)化的過程中，如果位置BOM存在，則以位置BOM為核心；如果位置BOM不存在，則以中性BOM為核心，依據(jù)制造履歷選定允裝備件的供應(yīng)商，刪去同位置處其他可選節(jié)點(diǎn)，同時(shí)獲取零件的序列號(hào)、供應(yīng)商和出廠時(shí)間，添加到通用SBOM節(jié)點(diǎn)中，將其轉(zhuǎn)換為實(shí)例SBOM節(jié)點(diǎn)。一個(gè)通用SBOM可以序列化成多個(gè)實(shí)例SBOM。

1.2.3 管理單次MRO服務(wù)的任務(wù)SBOM

進(jìn)行MRO服務(wù)時(shí)，由于產(chǎn)品運(yùn)行狀態(tài)的不同，會(huì)產(chǎn)生不同的服務(wù)需求，服務(wù)內(nèi)容也不同。以某時(shí)刻實(shí)例SBOM的節(jié)點(diǎn)參數(shù)為輸入數(shù)據(jù)，服務(wù)人員依據(jù)維修規(guī)程和實(shí)際業(yè)務(wù)需求實(shí)施MRO服務(wù)。任務(wù)SBOM用于管理單次MRO服務(wù)下需要關(guān)注的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，涵蓋了一次MRO服務(wù)的全部內(nèi)容，包括服務(wù)內(nèi)容、服務(wù)方法、服務(wù)所需的資源等，用于對(duì)MRO服務(wù)過程的指導(dǎo)。單次任務(wù)SBOM基于MRO服務(wù)需求，選定服務(wù)節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)間的可變約束，對(duì)實(shí)例SBOM進(jìn)行部分映射而成。一個(gè)實(shí)例SBOM可以映射成多個(gè)任務(wù)SBOM。

2 不同類型的SBOM演化關(guān)系模型

2.1 通用SBOM的內(nèi)部演化關(guān)系

通用SBOM包含產(chǎn)品全部的MRO服務(wù)范圍，是產(chǎn)品服務(wù)生命周期的數(shù)據(jù)源頭，采用三元組KG=〈PG,RG,CG〉進(jìn)行表示，其中PG、RG、CG指通用SBOM中的節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)間約束和屬性集合。通用SBOM節(jié)點(diǎn)p一般以物料號(hào)BMNp為標(biāo)識(shí)符號(hào)，同一批次或型號(hào)的零件具有相同的物料號(hào)，節(jié)點(diǎn)p的數(shù)量為np，在產(chǎn)品通用SBOM中表示為(np)p，則節(jié)點(diǎn)集合PG可表示為∑{(np)p}。依據(jù)SBOM的節(jié)點(diǎn)分類，還可將PG表示為三種類型節(jié)點(diǎn)集合的并集，即PG=Psg+Psp+Psr，其中Psg表示通用節(jié)點(diǎn)集合，Psp表示位置節(jié)點(diǎn)集合，Psr表示可選節(jié)點(diǎn)集合。RG指零件間的裝配關(guān)系即節(jié)點(diǎn)間約束集合，依據(jù)SBOM的節(jié)點(diǎn)間約束分類，可將其表示為通用約束集合Rsu和可變約束集合Rsc的并集，即RG=Rsu+Rsc。節(jié)點(diǎn)p的裝配約束關(guān)系為

Rp={rp|rp=,p≠pj,(npj)pj∈PG,npj∈N+,z1∈Z}

(1)

式中z1為節(jié)點(diǎn)p和節(jié)點(diǎn)pj的裝配約束數(shù)量關(guān)系。當(dāng)z1>0時(shí)，p是pj的父項(xiàng)；當(dāng)z1<0時(shí)，p是pj的子項(xiàng)；當(dāng)z1=0時(shí)，p和pj無父子關(guān)系。

因此通用SBOM中的節(jié)點(diǎn)間約束集合可以表示為

(2)

節(jié)點(diǎn)p的靜態(tài)屬性集合Cp中包含多種不同類型的屬性cp，即Cp=∑{cp}，則通用SBOM中所有節(jié)點(diǎn)的靜態(tài)屬性集合CG可表示為

(3)

將中性BOM表示為KGM=〈PGM,RGM,CGM〉,其中PGM、RGM、CGM指中性BOM中的節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)間約束和屬性集合，可表示為

PGM=∑{(npm)p}

(4)

(5)

(6)

式中：npm指節(jié)點(diǎn)p在中性BOM中的數(shù)量，RMp、CMp指節(jié)點(diǎn)p在中性BOM中的節(jié)點(diǎn)間約束和通用屬性集合。

位置BOM不僅繼承了中性BOM結(jié)構(gòu)，同時(shí)又將中性BOM中的位置節(jié)點(diǎn)進(jìn)行拆分，并添加位置相關(guān)屬性。位置BOM可以表示為KGP=〈PGP,RGP,CGP〉，其中PGP、RGP、CGP指位置BOM中的節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)間約束和屬性集合，可表示為

PGP=∑{(npp)p}

(7)

(8)

(9)

式中：npp指節(jié)點(diǎn)p在位置BOM中的數(shù)量，RPp、CPp指節(jié)點(diǎn)p在位置BOM中的節(jié)點(diǎn)間約束集合和位置屬性集合。

通用SBOM為中性BOM和位置BOM復(fù)合而成的物料清單，因此節(jié)點(diǎn)p在這三類BOM中的數(shù)量和屬性的關(guān)聯(lián)關(guān)系為

np=npm+npp

(10)

Cp=CMp+CPp

(11)

對(duì)于中性BOM中的任一位置節(jié)點(diǎn)p((np)p∈PGMand(np)p∈Psp,np∈N+)，按照其位置管理要求，在位置BOM中需要將裝配數(shù)量關(guān)系為|z2|(|z2|>1,z2∈Z)的p節(jié)點(diǎn)約束拆分成|z2|個(gè)裝配數(shù)量關(guān)系為1的p節(jié)點(diǎn)約束，則位置節(jié)點(diǎn)在中性BOM和位置BOM中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量及節(jié)點(diǎn)間約束的關(guān)聯(lián)關(guān)系為

npp=npm+|z2|-1

(12)

RMp={rmp|rmp=〈p,pj,z〉,p≠pj,(npj)pj∈PG,npj∈N+,|z2|>1,z2∈Z}

(13)

RPp={(|z2|)rpp|rpp=〈p,pj,1〉,p≠pj,(npj)pj∈PG,npj∈N+,|z2|>1,z2∈Z}

(14)

位置節(jié)點(diǎn)在通用SBOM、中性BOM和位置BOM中的節(jié)點(diǎn)間約束的關(guān)聯(lián)關(guān)系為

Rp=RMp+RPp

(15)

而對(duì)于中性BOM中的非位置節(jié)點(diǎn)p((np)p∈PGMand (np)p?Psp,np∈N+)，其在中性BOM和位置BOM中具有相同的節(jié)點(diǎn)數(shù)量和節(jié)點(diǎn)間約束：

npm=npp

(16)

RMp=RPp

(17)

非位置節(jié)點(diǎn)在三類BOM中的節(jié)點(diǎn)間約束關(guān)聯(lián)關(guān)系為

Rp=2RMp=2RPp

(18)

2.2 通用與實(shí)例SBOM間的演化關(guān)系

實(shí)例SBOM在通用SBOM的基礎(chǔ)上，根據(jù)零組件的供應(yīng)商確定可選節(jié)點(diǎn)的物料號(hào)，刪去同一位置處的其他可選節(jié)點(diǎn)，并增加實(shí)例零件的序列號(hào)、零件剩余壽命等動(dòng)態(tài)屬性。實(shí)例SBOM節(jié)點(diǎn)可以看成是通用SBOM節(jié)點(diǎn)與實(shí)例零件的組合，以零件安裝時(shí)間為關(guān)聯(lián)關(guān)系，采用六元組KI=〈PI,RI,CI,PC,AC,T〉進(jìn)行表示，其中PI、RI、CI表示單件與批次產(chǎn)品相同的節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)間約束和屬性集合，PC表示實(shí)例SBOM中裝配的實(shí)例零件集合，AC表示實(shí)例零件的動(dòng)態(tài)屬性集合，T表示實(shí)例SBOM的時(shí)間戳。p′表示節(jié)點(diǎn)p處安裝的實(shí)例零件，以序列號(hào)USN為標(biāo)識(shí)符號(hào)。通用SBOM中可選節(jié)點(diǎn)集合Psr包含了所有位置處的可選節(jié)點(diǎn)，可選節(jié)點(diǎn)位置數(shù)量為nsr，任一i(i∈Zand 1≤i≤nsr)項(xiàng)位置的可選節(jié)點(diǎn)集合Psr(i)為

(19)

式中：n(i)為第i項(xiàng)位置處可選的供應(yīng)商數(shù)量，nsr(i)為第i項(xiàng)位置處的零件數(shù)量關(guān)系，節(jié)點(diǎn)psr(i,j)指第i項(xiàng)位置處由第j個(gè)供應(yīng)商制造的零件。

可選節(jié)點(diǎn)集合Psr可看成是各個(gè)位置處的可選節(jié)點(diǎn)集合之和，表示為

(20)

初始實(shí)例化SBOM時(shí)，需要選定可選節(jié)點(diǎn)位置處的供應(yīng)商，同時(shí)刪去該位置處的其他可選節(jié)點(diǎn)。設(shè)定第i項(xiàng)節(jié)點(diǎn)位置處選用的零件由第j(i)(j(i)∈Zand 1≤j(i)≤n(i))個(gè)供應(yīng)商提供，則通用SBOM與實(shí)例SBOM之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系可表示為

(21)

(22)

(23)

2.3 實(shí)例與任務(wù)SBOM間的演化關(guān)系管理

任務(wù)SBOM是根據(jù)MRO服務(wù)需求對(duì)實(shí)例SBOM進(jìn)行部分映射而成，涵蓋了單個(gè)產(chǎn)品的單次MRO服務(wù)的全部內(nèi)容。每次任務(wù)執(zhí)行后，實(shí)例SBOM會(huì)根據(jù)服務(wù)需求發(fā)生變更，因而任務(wù)SBOM也是會(huì)隨著時(shí)間而改變的。進(jìn)行MRO服務(wù)時(shí)，首先需要根據(jù)維修規(guī)程和產(chǎn)品狀態(tài)確定此次MRO服務(wù)的范圍以及內(nèi)容。產(chǎn)品具有不同級(jí)別的MRO服務(wù)范圍和深度，例如在機(jī)車小修時(shí)只需要檢查轉(zhuǎn)向架，而中修時(shí)則需要對(duì)轉(zhuǎn)向架進(jìn)行拆檢，因而在不同的任務(wù)SBOM中具有不同的節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)間約束；而產(chǎn)品在不同時(shí)間段也會(huì)進(jìn)行相同的MRO服務(wù)，不同的任務(wù)SBOM中也有相同的節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)間約束。為了提高M(jìn)RO服務(wù)信息的重用性，構(gòu)建了通用模板-實(shí)例模板-服務(wù)實(shí)例即CIS三層結(jié)構(gòu)(Common Templet-Instance Templet-Service Instance)管理任務(wù)SBOM，如圖2所示。

在以CIS結(jié)構(gòu)為核心的數(shù)據(jù)管理模式中，通用模板是面向型號(hào)產(chǎn)品的，實(shí)例模板和服務(wù)實(shí)例是面向單件產(chǎn)品的。由于同一批次或型號(hào)的產(chǎn)品共用一套維修規(guī)程，因而具有相同的MRO服務(wù)，使用通用模板對(duì)這類MRO服務(wù)進(jìn)行管理，對(duì)應(yīng)著同型號(hào)的N個(gè)實(shí)例產(chǎn)品，并存儲(chǔ)在通用模板庫中。而單件產(chǎn)品具有使用環(huán)境多變、故障復(fù)雜的特點(diǎn)，可能會(huì)產(chǎn)生超出維修規(guī)程范圍的MRO服務(wù)，例如附加檢修等，因而同一批次或者型號(hào)的產(chǎn)品的MRO服務(wù)模式具有差異性，使用實(shí)例模板對(duì)實(shí)例產(chǎn)品的MRO服務(wù)進(jìn)行管理。實(shí)例模板在通用模板的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際的MRO服務(wù)需求進(jìn)行增刪改，與實(shí)例產(chǎn)品是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，并存儲(chǔ)在實(shí)例模板庫中。對(duì)某個(gè)產(chǎn)品實(shí)施MRO服務(wù)時(shí)，可從該產(chǎn)品的實(shí)例模板庫中獲取相應(yīng)的任務(wù)模板，并根據(jù)任務(wù)執(zhí)行時(shí)間確定安裝的實(shí)例零件，擴(kuò)展實(shí)例屬性，生成任務(wù)SBOM，并作為服務(wù)實(shí)例存儲(chǔ)在服務(wù)實(shí)例庫中。任務(wù)SBOM是對(duì)實(shí)例SBOM的部分映射，表示為KIT=〈PIT,RIT,CIT,PCT,ACT,TT〉，其中PIT、RIT、CIT、PCT、ACT、TT分別表示任務(wù)SBOM中的節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)間約束、靜態(tài)屬性、實(shí)例零件及其動(dòng)態(tài)屬性集合和任務(wù)時(shí)間戳，任務(wù)映射主要體現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)間約束上，可以表示為PIT?PI,RIT?RI。

圖2 基于CIS三層結(jié)構(gòu)的任務(wù)SBOM的管理模式Fig.2 Task management mode of SBOM based on CIS three-tier structure

一個(gè)實(shí)例模板會(huì)產(chǎn)生N個(gè)服務(wù)實(shí)例，但是存在某些加改裝任務(wù)由于初次實(shí)施找不到相對(duì)應(yīng)的任務(wù)模板的情況，此時(shí)需要根據(jù)當(dāng)前的MRO服務(wù)需求構(gòu)建新的任務(wù)SBOM。而當(dāng)該項(xiàng)任務(wù)執(zhí)行次數(shù)過多時(shí)，經(jīng)服務(wù)人員決策后，可以將其轉(zhuǎn)化成實(shí)例模板，添加到實(shí)例模板庫中。此外，生產(chǎn)廠家還可以根據(jù)實(shí)際的MRO服務(wù)情況，對(duì)維修規(guī)程中不合理的地方進(jìn)行修改，并應(yīng)用到同型號(hào)產(chǎn)品的MRO服務(wù)中去，從而改進(jìn)該型號(hào)產(chǎn)品的MRO服務(wù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)MRO服務(wù)過程中的閉環(huán)信息反饋。

3 不同MRO服務(wù)需求下的SBOM動(dòng)態(tài)演化模型

在服務(wù)階段，MRO服務(wù)的實(shí)施會(huì)帶來單個(gè)產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)、組成零件或者性能參數(shù)的改變。MRO服務(wù)需求一般分為維護(hù)、修復(fù)、更換和加改裝四種，通過分析不同服務(wù)需求對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)關(guān)系和裝配零件產(chǎn)生的影響，將SBOM節(jié)點(diǎn)的變更分成兩種：第一種為節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)間約束的變更，該變更類型下通用SBOM和實(shí)例SBOM均發(fā)生了改變；第二種為實(shí)例零件及動(dòng)態(tài)屬性的變更，該變更類型下通用SBOM不變，實(shí)例SBOM發(fā)生了改變。對(duì)每一種變更類型下的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)進(jìn)行分析，討論不同節(jié)點(diǎn)狀態(tài)下通用SBOM和實(shí)例SBOM的動(dòng)態(tài)演化過程。

3.1 節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)間約束的變更

產(chǎn)品在投入使用后，會(huì)有較長的產(chǎn)品服務(wù)周期，使用環(huán)境也在不斷發(fā)生變化。當(dāng)運(yùn)營商發(fā)現(xiàn)零部件或者軟件版本不滿足現(xiàn)有的使用要求時(shí)，會(huì)向生產(chǎn)商提出改裝、加裝或者軟件升級(jí)的服務(wù)需求；或者是生產(chǎn)商通過產(chǎn)品的歷史服務(wù)記錄，發(fā)現(xiàn)重大的質(zhì)量缺陷，對(duì)已經(jīng)出廠的產(chǎn)品召回后進(jìn)行設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)或者生產(chǎn)工藝的更改服務(wù)。這類服務(wù)需求往往先由設(shè)計(jì)人員評(píng)定分析，對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造結(jié)構(gòu)或者屬性進(jìn)行更改后，再調(diào)整通用SBOM的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、零件屬性和維修規(guī)程。由于實(shí)例SBOM是對(duì)通用SBOM的序列化，因此不僅節(jié)點(diǎn)的需求版本或節(jié)點(diǎn)間約束會(huì)發(fā)生改變，安裝的實(shí)例零件的版本也會(huì)發(fā)生變化。在這種變更類型下，節(jié)點(diǎn)具有新增、刪除和升版三種狀態(tài)。

3.1.1 新增狀態(tài)

3.1.2 刪除狀態(tài)

3.1.3 升版狀態(tài)

圖3 節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)間約束變更類型下的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)Fig.3 Node status under node and inter-node constraint change types

3.2 實(shí)例零件及動(dòng)態(tài)屬性的變更

在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行維護(hù)、修復(fù)和更換服務(wù)時(shí)，由于產(chǎn)品通用SBOM節(jié)點(diǎn)不會(huì)發(fā)生改變，因而其實(shí)例SBOM中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及零件靜態(tài)屬性也不會(huì)發(fā)生改變，該變更類型下只討論實(shí)例SBOM中實(shí)例零件及動(dòng)態(tài)屬性的變化。節(jié)點(diǎn)具有修復(fù)和更換兩種狀態(tài)，而更換分為整體更換和拆卸更換，整體更換時(shí)，該組件及其所有子件都會(huì)同時(shí)發(fā)生變更，而拆卸更換只會(huì)更改部分子件。

3.2.1 修復(fù)狀態(tài)

3.2.2 零件更換狀態(tài)

3.2.3 組件更換狀態(tài)

圖4 實(shí)例零件及動(dòng)態(tài)屬性變更類型下的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)Fig.4 Example parts and node states under dynamic property change types

4 應(yīng)用實(shí)例

基于上文對(duì)SBOM演化模型的研究，本文以某機(jī)車轉(zhuǎn)向架的部分結(jié)構(gòu)為例，描述產(chǎn)品服務(wù)生命周期中面向不同管理需求和服務(wù)需求的SBOM演化過程。其中，機(jī)車轉(zhuǎn)向架的通用SBOM、實(shí)例SBOM和任務(wù)SBOM結(jié)構(gòu)及其之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖5所示。

對(duì)于部分關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，需要對(duì)其整個(gè)服務(wù)生命周期進(jìn)行管理，要求能快速追溯到該節(jié)點(diǎn)處特定時(shí)間安裝的實(shí)例零件以及實(shí)施的MRO活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)MRO服務(wù)追溯。服務(wù)追溯一般是基于實(shí)例SBOM而言，依據(jù)節(jié)點(diǎn)追溯目的本文定義了兩種MRO服務(wù)追溯機(jī)制：

1)節(jié)點(diǎn)在特定時(shí)間點(diǎn)t0安裝的實(shí)例零件追溯。依據(jù)追溯節(jié)點(diǎn)的物料號(hào)BMN和t0，基于實(shí)例SBOM結(jié)構(gòu)，確定該時(shí)刻安裝的零件序列號(hào)USN。

2)節(jié)點(diǎn)在特定時(shí)間段[ts,te]的安裝歷史序列追溯。依據(jù)追溯節(jié)點(diǎn)的物料號(hào)BMN、開始時(shí)間ts和結(jié)束時(shí)間te，確定初始和末尾追溯時(shí)刻安裝的實(shí)例零件序列號(hào)USNs、USNe，并沿著時(shí)間坐標(biāo)生成該節(jié)點(diǎn)在此時(shí)間段的安裝歷史序列[tsUSNs…USNete]。

圖5 面向不同管理需求的機(jī)車轉(zhuǎn)向架SBOMFig.5 SBOM of locomotive bogie for different management requirements

本文以該機(jī)車轉(zhuǎn)向架的實(shí)例SBOM在T0-T3期間的三次MRO服務(wù)下的動(dòng)態(tài)演化過程為例，對(duì)MRO服務(wù)追溯機(jī)制進(jìn)行驗(yàn)證。初始時(shí)刻T0時(shí)，機(jī)車實(shí)例SBOM結(jié)構(gòu)如圖6(a)所示。T1時(shí)刻，維修人員在出發(fā)前對(duì)機(jī)車轉(zhuǎn)向架中的輪對(duì)電機(jī)組裝一組進(jìn)行齒輪油位的外觀檢查任務(wù)，該服務(wù)下的任務(wù)SBOM如圖6(b)所示。通過檢查發(fā)現(xiàn)齒輪油位較低，因此按照維修說明對(duì)齒輪箱進(jìn)行了加油操作。該MRO服務(wù)下，齒輪箱節(jié)點(diǎn)為修復(fù)狀態(tài)，加油后的機(jī)車實(shí)例SBOM結(jié)構(gòu)如圖6(c)所示。T2時(shí)刻，維修人員在日常檢修時(shí)對(duì)機(jī)車轉(zhuǎn)向架的輪對(duì)電機(jī)組裝一組進(jìn)行了拆檢任務(wù)，需要將輪對(duì)電機(jī)拆下后再進(jìn)行檢查，該服務(wù)下的任務(wù)SBOM如圖6(d)所示。檢查后發(fā)現(xiàn)牽引電機(jī)故障，按照維修說明對(duì)該牽引電機(jī)進(jìn)行了更換操作。該項(xiàng)MRO服務(wù)下，牽引電機(jī)節(jié)點(diǎn)為零件更換狀態(tài)，其零件序列號(hào)及其他動(dòng)態(tài)屬性均發(fā)生了改變，而其他節(jié)點(diǎn)保持不變，更換后的機(jī)車實(shí)例SBOM結(jié)構(gòu)如圖6(e)所示。T3時(shí)刻，由于機(jī)車在運(yùn)行過程再次出現(xiàn)了牽引電機(jī)異常的情況，維修人員再次對(duì)機(jī)車轉(zhuǎn)向架的輪對(duì)電機(jī)組裝一組進(jìn)行了拆檢任務(wù)，該MRO服務(wù)下的任務(wù)SBOM如圖6(f)所示。為了避免再次出現(xiàn)異常情況，按照維修說明對(duì)輪對(duì)電機(jī)組裝一組進(jìn)行了整體更換。該項(xiàng)MRO服務(wù)下，由于更換了輪對(duì)電機(jī)組裝一組，輪對(duì)電機(jī)組裝一組的子件也會(huì)隨之進(jìn)行更換，因此輪對(duì)電機(jī)組裝一組為組件更換狀態(tài)，其子件為零件更換狀態(tài)，兩者的零件序列號(hào)及其他動(dòng)態(tài)屬性均發(fā)生了改變，整體更換后的實(shí)例SBOM如圖6(g)所示。

5 結(jié) 論

本文通過分析動(dòng)態(tài)MRO業(yè)務(wù)特點(diǎn)，定義了SBOM的節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)間約束，建立了不同類型SBOM間的演化關(guān)系模型，以及不同服務(wù)需求下的SBOM動(dòng)態(tài)演化模型，并以某型號(hào)機(jī)車轉(zhuǎn)向架為例進(jìn)行了演化模型及MRO服務(wù)追溯機(jī)制的驗(yàn)證。演化模型將動(dòng)態(tài)服務(wù)需求與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了SBOM對(duì)于動(dòng)態(tài)MRO活動(dòng)的支持，為復(fù)雜裝備企業(yè)提供了產(chǎn)品服務(wù)生命周期中動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的管理方法。