羅鐵軍,任小冬,李雪江,秦 瑤,譚 卓
(株洲中車時代電氣股份有限公司,株洲 412001)
隨著技術(shù)的進步和產(chǎn)品功能的日益豐富,大型裝備更加趨于復雜化和信息化,使得全面實施精益的維修、修理、大修和運行保障(MRO,Maintenance,Repair and Overhaul/Operation)及產(chǎn)品全生命周期管理更加困難[1]。大型復雜裝備具有價格高昂、使用壽命長、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜和安全性要求高等特點[2]。軌道交通裝備又有其行業(yè)業(yè)務特點,其服役周期的維修策略復雜,檢修專業(yè)化程度高、配件管理精益、故障診斷技術(shù)復雜,普通服務商很難解決其專業(yè)維保問題,必須由裝備制造商參與維護和維修[3]。裝備制造商的維修活動逐漸從孤立的運營階段活動(生產(chǎn)或運營活動中的售后服務)擴展為全生命周期活動[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]。
當前,軌道交通裝備服役周期管理面臨維修服務存在信息孤島、復雜裝備制造物料清單(BOM,Bill of Materials)向服務階段延伸不足、服務階段與設(shè)計制造階段數(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,導致裝備維修效率低下和維修數(shù)據(jù)向產(chǎn)品設(shè)計、制造業(yè)務反饋的中斷[5]。為解決該問題,眾多學者進行了相關(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]通過研究大型復雜裝備MRO 系統(tǒng)解決方案,提出了面向全生命周期的復雜裝備MRO 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和實現(xiàn)方案,論述了維修策略、維修計劃、維修執(zhí)行、維修評價、物料管理等共性業(yè)務;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)計與實施方案,以及構(gòu)型管理、故障管理、檢修計劃管理和在線監(jiān)測與診斷管理等關(guān)鍵技術(shù)。相關(guān)研究成果為復雜裝備的MRO 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)提供了理論和技術(shù)支撐,但現(xiàn)有研究缺乏對產(chǎn)品維修數(shù)據(jù)與產(chǎn)品設(shè)計、制造數(shù)據(jù)一致性的研究,同時,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、準確性控制研究方面都尚有欠缺。
MRO 支持技術(shù)是制造服務業(yè)的核心支撐技術(shù),將現(xiàn)代MRO 理論、網(wǎng)絡信息技術(shù)和企業(yè)管理方法相結(jié)合[9],對產(chǎn)品運營維護(簡稱:運維)全過程進行建模、優(yōu)化和重組,可實現(xiàn)對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)進行軌道交通裝備MRO 系統(tǒng)的設(shè)計,實現(xiàn)以BOM為核心,貫穿現(xiàn)場服務和檢修業(yè)務主線的裝備服役周期管理。
本文設(shè)計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)絡終端進行訪問。該系統(tǒng)可支撐設(shè)備使用企業(yè)、業(yè)務單元、服務站點、檢修站點用戶的聯(lián)網(wǎng)應用。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)場服務管理、檢修管理和物資管理等4 個核心功能模塊,并通過App 實現(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端應用。該系統(tǒng)在企業(yè)內(nèi)網(wǎng)中通過企業(yè)服務總線(ESB,Enterprise Service Bus)與企業(yè)資源計劃(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)實現(xiàn)數(shù)據(jù)調(diào)用。
軌道交通裝備MRO 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)由訪問層、接口層、服務層、數(shù)據(jù)存儲層組成,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 進行數(shù)據(jù)交換,并統(tǒng)一通過ESB 進行發(fā)布,實現(xiàn)對各種數(shù)據(jù)接口的統(tǒng)一管理。
(3)服務層:包括服務通信、業(yè)務服務模塊、服務管理及統(tǒng)一日志記錄和統(tǒng)一權(quán)限管理等部分。通過服務通信可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的調(diào)用與存取;業(yè)務服務模塊支撐業(yè)務功能的實現(xiàn),包括配置管理、現(xiàn)場服務管理、檢修管理和物資管理等;服務管理包含系統(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功能;統(tǒng)一權(quán)限管理可實現(xiàn)用戶身份到應用授權(quán)的映射。
(4)數(shù)據(jù)存儲層:主要實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲[10],用以滿足現(xiàn)場服務和檢修數(shù)據(jù)、視頻、圖片等的存儲需求。
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)系項目管理和質(zhì)量管理的紐帶[11]。服役周期配置管理的重點是維修構(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BOM 的結(jié)構(gòu)模型和演化模型,按維修管理顆粒度對現(xiàn)場可更換單元(LRU,Line Replaceable Unit)建立構(gòu)型項,并進行物料屬性追加定義和關(guān)聯(lián)應用,支撐由“設(shè)計BOM—制造BOM—服務BOM”的路線,演化生成服務BOM,并針對業(yè)務特點建立機型服務BOM 和系統(tǒng)/部件服務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—實例構(gòu)型”的主線,搭建覆蓋整機到系統(tǒng)/部件的基于BOM 的構(gòu)型基線和實例構(gòu)型。構(gòu)建構(gòu)型基線、系統(tǒng)/部件構(gòu)型基線、與修程修次對應的產(chǎn)品檢修構(gòu)型基線等,可實現(xiàn)對構(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,生成初始實例構(gòu)型,并由工單驅(qū)動實例構(gòu)型的更改,實現(xiàn)對構(gòu)型的動態(tài)管理,確保構(gòu)型數(shù)據(jù)的完整性、準確性和一致性。
2.1.1.3 軟件配置管理
軌道交通裝備MRO 系統(tǒng)按照機型應用場景,基于硬件構(gòu)型確定軟件配置,獲取前端設(shè)計、制造系統(tǒng)的軟件配置履歷表和軟件發(fā)布單信息,生成對應機型軟件配置標準版本,與實際版本的記錄比對校核,從而及時發(fā)現(xiàn)異常情況,實現(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)型項標識貫穿各階段數(shù)據(jù),按照機型機號(車型車號)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、運用信息(如運用時間、運行公里數(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)性和準確性控制。
服務管理主要用于實現(xiàn)現(xiàn)場服務策劃和現(xiàn)場服務執(zhí)行與交付功能。
2.2.1 現(xiàn)場服務策劃
現(xiàn)場服務策劃以滿足客戶需求并為客戶提供產(chǎn)品服務支持為目的,注重產(chǎn)品的維護成本。按照服務項目進行策劃,結(jié)合項目管理要素,獲取服務項目的名稱、工作令號、質(zhì)保期等信息,形成服務項目信息庫,通過業(yè)務工單的關(guān)聯(lián),實現(xiàn)成本管控和服役周期質(zhì)保服務管理。
2.2.2 現(xiàn)場服務執(zhí)行與交付
軌道交通裝備MRO 系統(tǒng)基于現(xiàn)場服務策劃信息進行“端到端”響應式的業(yè)務工單管理,通過服務派工單、故障工單和改造工單等,實現(xiàn)流程驅(qū)動的服務發(fā)起、響應、派工、執(zhí)行和信息反饋等功能。在對執(zhí)行過程管控的同時,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、制造業(yè)務反饋的信息通道。
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、完成服務交付的同時,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、物料成本按項目歸集。
檢修管理主要用于實現(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)品檢修方案針對檢修的設(shè)備整機,規(guī)定檢查項、試驗項、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)定修程修次對應的車載設(shè)備整機名稱、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、試驗項、對應的執(zhí)行人及人工,記錄必換件、偶換件及配置采集信息,實現(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,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。
軌道交通裝備MRO 系統(tǒng)基于物資計劃、儲運、返修、處置等管理要素,通過配件申請單匯總形成配件計劃;獲取并記錄調(diào)撥轉(zhuǎn)庫單,實現(xiàn)新品入庫管理;通過裝箱單、領(lǐng)料單、送修單、繳庫單等,實現(xiàn)與服務、檢修業(yè)務融合的物資調(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)品序列號追溯,實現(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,實現(xiàn)服務資源高效利用,減少對配件壽命的浪費。
維修服務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)在多個系統(tǒng)間不一致導致數(shù)據(jù)準確性和一致性差,多部門協(xié)同業(yè)務應用無法開展。本文設(shè)計并實現(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)計與實施,實現(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、一致性和準確性。
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)的融合應用是遠程診斷支持的一項關(guān)鍵技術(shù)。針對現(xiàn)場故障診斷主要依據(jù)個人經(jīng)驗和技術(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,基于故障工單進行融合應用,并通過該系統(tǒng)的App實現(xiàn)遠程故障排查指導,提升現(xiàn)場服務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。
軌道交通裝備MRO 系統(tǒng)已于2018 年10 月在株洲中車時代電氣股份有限公司進行應用,現(xiàn)場運行維護人員可通過該系統(tǒng)開展現(xiàn)場服務和檢修業(yè)務,通過業(yè)務工單記錄工作內(nèi)容,獲得作業(yè)指導和支持,為客戶提供專業(yè)的運維服務;通過閉環(huán)反饋業(yè)務信息,對產(chǎn)品設(shè)計、制造業(yè)務過程提供支持;通過業(yè)務工單驅(qū)動維修構(gòu)型數(shù)據(jù)和物資庫存數(shù)據(jù)的動態(tài)更新,實現(xiàn)維修構(gòu)型和物資的實時、高效管理。該系統(tǒng)的應用情況表明,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)融合應用技術(shù),可有效提高軌道交通裝備服役周期運維管理及技術(shù)服務的能力,實現(xiàn)了裝備服役周期協(xié)同運維管理,使得故障閉環(huán)及時率等19 類運營指標符合度超過95%,具有推廣價值。
為滿足軌道交通裝備服役周期運維保障的高安全、高可靠要求,設(shè)計并實現(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、服務管理、檢修管理和物資管理等4 個功能模塊,實現(xiàn)以BOM 和構(gòu)型數(shù)據(jù)為核心,貫穿現(xiàn)場服務和檢修業(yè)務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、消除維修服務信息孤島等方面是今后需要進一步探索的內(nèi)容。