面向全生命周期的高速列車MRO系統(tǒng)應用

郝 偉，曹炳欣，郭宗鵬，賀婷婷

（南車青島四方機車車輛股份有限公司 信息技術部，青島 266011）

面向全生命周期的高速列車MRO系統(tǒng)應用

郝 偉，曹炳欣，郭宗鵬，賀婷婷

（南車青島四方機車車輛股份有限公司 信息技術部，青島 266011）

為保障高速列車運行安全、提高維修效率、降低維修成本和消除維修服務的信息孤島，建立了面向全生命周期的高速列車MRO系統(tǒng)。分析了當前高速列車維修需要解決的主要問題，討論了MRO系統(tǒng)的業(yè)務框架，提出面向全生命周期的MRO系統(tǒng)設計與實施方案，描述構型管理、故障管理、檢修計劃管理和在線監(jiān)測與診斷管理等技術。面向全生命周期的高速列車MRO系統(tǒng)在企業(yè)應用過程中取得良好效果。

高速列車；維護、維修和大修；全生命周期；狀態(tài)監(jiān)測

近年來，高速鐵路迅猛發(fā)展，高速列車成為人們出行的主要工具之一，在高速列車不斷刷新時速的背景下，旅客更關注列車運行安全，鐵路局用戶更關注產(chǎn)品的維護、保養(yǎng)、維修等售后服務內(nèi)容，制造企業(yè)競爭策略轉(zhuǎn)移到提供更好的售后服務方面。維護、維修和大修（MRO，Maintenance,Repair and Overhaul）是產(chǎn)品在使用和維護階段所進行的各種維護、維修和大修等產(chǎn)品服務活動的總稱，是現(xiàn)代制造服務的重要組成部分[1]。MRO系統(tǒng)通過運用設備全壽命周期管理，縮短服務響應時間，提升服務水平，實現(xiàn)盈利模式的創(chuàng)新，促進設計水平和生產(chǎn)工藝的改進和提高[4～5]。

如何充分利用設備運行的詳細技術數(shù)據(jù)信息，推進預測性維護技術研究，做到精檢慎修，以最小的維護成本，達到最大限度地保證高速列車的運營安全，對高速列車 MRO系統(tǒng)提出了更高的要求。因此，研究面向全生命周期的高速列車MRO系統(tǒng)應用具有重要意義。

1 高速列車檢修問題分析

目前，高速列車制造企業(yè)的信息化水平穩(wěn)步提高，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM，Product Data Management）、企業(yè)資源計劃（ERP，Enterprise Resource Planning）、質(zhì)量管理系統(tǒng)（QMS，Quality Management System）等信息化項目已逐步實施與應用。但是高速列車檢修知識復雜，檢修管理過程中仍面臨多個問題，需要MRO系統(tǒng)解決。

1.1 高速列車維修策略復雜

目前，高速列車運維多采用狀態(tài)修和預防修相結合的維修方式。但是，高速列車維修策略具有多樣性，維修程度包含運用修和高級修等，維修目標分為可靠性為中心、生產(chǎn)保障優(yōu)先、用戶需求優(yōu)先等；維修階段分為定期、事前和事后等，因此，不同的目標和階段需要采用不同的維修策略，這種多樣性使維修策略的選擇變得重要而困難，如維修策略不合理會造成維修資源浪費。

1.2 高速列車配件精益管理的需求

高速列車零部件數(shù)量龐大，維護過程主要關注重要設備和配件的使用維修履歷信息，部分維修備品備件未啟用序列號管理，導致維修履歷信息管理不完善。產(chǎn)品零部件的履歷信息對列車維修決策具有至關重要的作用，零部件的粗粒度管理導致零部件維護業(yè)務數(shù)據(jù)的缺失，不但為全生命周期管理和維修輔助決策帶來困難，難以提高部件的維修服務質(zhì)量，也導致物料不能充分利用而造成了資源浪費。

1.3 高速列車全生命周期管理的需求

對高速列車全生命周期而言，使用和維修階段的時間遠大于設計制造和回收再利用階段。在高速列車納入MRO系統(tǒng)統(tǒng)一管理范疇前，信息系統(tǒng)無法完全覆蓋高速列車全生命周期，生產(chǎn)資源、質(zhì)量和裝配履歷等信息僅在企業(yè)內(nèi)部實現(xiàn)了有限集成；廠外運維過程提供的技術數(shù)據(jù)與出廠履歷未能有效集成，使原始裝配信息及維修信息知識重用困難；返廠大修時，大修履歷數(shù)據(jù)未能與其他階段的技術狀態(tài)數(shù)據(jù)實現(xiàn)集成，無法實現(xiàn)高速列車的全生命周期狀態(tài)管理。

1.4 高速列車制造企業(yè)轉(zhuǎn)型的需求

高速列車技術復雜度高，一旦高速列車使用過程中出現(xiàn)較大的故障，普通服務商很難解決問題，必須由制造商參與維護和維修。市場為高速列車制造企業(yè)提供了從生產(chǎn)制造型向服務型制造轉(zhuǎn)變的機遇，高速列車制造企業(yè)應基于MRO系統(tǒng)技術支撐，實現(xiàn)從“制造”型向“制造+服務”型轉(zhuǎn)變，提升企業(yè)的國際市場競爭力。

2 MRO系統(tǒng)框架

高速列車MRO系統(tǒng)的業(yè)務流由兩部分組成，MRO信息管理業(yè)務和MRO檢修服務業(yè)務，如圖1所示。基礎信息管理和物料信息管理是維護產(chǎn)品全生命周期信息，形成對設計及制造環(huán)節(jié)信息反饋，最終滿足全生命周期知識綜合利用的要求；檢修方案、檢修計劃、檢修生產(chǎn)和運維監(jiān)控持續(xù)優(yōu)化了MRO業(yè)務，在充分使用信息管理系統(tǒng)知識的同時，也不斷更新和完善信息管理系統(tǒng)的知識數(shù)據(jù)庫。

圖1 高速列車MRO系統(tǒng)業(yè)務流程

高速列車使用周期長、結構復雜、涉及人員多，MRO 基礎信息數(shù)據(jù)量大、覆蓋面廣，在產(chǎn)品的設計生產(chǎn)和使用過程中逐步積累，是實現(xiàn)檢修業(yè)務的基礎。通過MRO物流信息管理系統(tǒng)對物料進行跟蹤，更新產(chǎn)品檢修構型信息和履歷信息，形成信息閉環(huán)反饋，使物料信息具有可追溯性，是MRO信息管理的核心要求。MRO檢修方案以產(chǎn)品履歷信息、運行信息、檢修需求和檢修知識為基礎，合理地選擇檢修方案和模式，觸發(fā)檢修計劃，派發(fā)檢修工單。MRO檢修計劃進行合理的作業(yè)調(diào)整、作業(yè)排程和資源分配，并與物料庫存管理相結合，調(diào)整資源配置，優(yōu)化工單，是檢修管理的核心。檢修生產(chǎn)執(zhí)行檢修計劃制定的檢修活動各環(huán)節(jié)，檢查、確認并記錄檢修結果。運維監(jiān)控對設備運行進行在線監(jiān)測，充分利用和有效地集成監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過MRO系統(tǒng)將監(jiān)測結果以異常報告和評價報告等形式反饋給檢修策略管理環(huán)節(jié)，幫助決策者制定合理的維修預案，優(yōu)化檢修策略及檢修計劃。MRO系統(tǒng)跟蹤檢修生產(chǎn)過程中的各個環(huán)節(jié)，提高了檢修質(zhì)量和檢修作業(yè)的規(guī)范化。

3 MRO系統(tǒng)設計與實施

高速列車MRO系統(tǒng)在MVC（Model View Controller）3層架構的基礎上，實現(xiàn)B/S（Browser/ Server）的系統(tǒng)架構，通過OAF（Oracle ApplicationFramework）、Form、Workflow等技術實現(xiàn)系統(tǒng)功能。高速列車MRO系統(tǒng)的設計與實施包括產(chǎn)品構型管理、檢修計劃管理、故障管理、配件管理和在線監(jiān)測與診斷管理等。系統(tǒng)實現(xiàn)了對高速列車精細化故障修管理、精細化計劃修管理、高速列車部件全生命周期的履歷管理、質(zhì)量追溯管理、遠程故障處理等增值業(yè)務的支撐。

3.1 構型管理

高速列車MRO系統(tǒng)產(chǎn)品構型是面向產(chǎn)品運維管理搭建的層級結構，結構體現(xiàn)的是運維及運行監(jiān)控對象，包含高速列車的維修層級關系、裝配位置信息、履歷跟蹤信息、最小維修單元等信息。高速列車構型的搭建分為兩個階段，搭建主構型和實例化為單元構型。在MRO系統(tǒng)中，主構型是按車型進行搭建以產(chǎn)品的檢修運行為出發(fā)點的層級結構，層級結構體現(xiàn)檢修及運行的監(jiān)控對象；實例化為單元構型是指基于主構型搭建單列高速動車組的具體裝配信息，包括安裝的物料、物料序列號等。構型管理通過允裝清單規(guī)定具體每一個位置都可以安裝的配件，實現(xiàn)對高速列車一致性和可控性管理。通過構型管理為每一個設備建立一本履歷，記錄每個設備的基本數(shù)據(jù)，例如：記錄設備的運行距離、時間等記錄值；沉淀設備生命周期內(nèi)所發(fā)生的采購、安裝、拆卸、送修、改裝、索賠等業(yè)務過程等。

高速列車構型管理體系按部件定義維修方案，追蹤維護對象，統(tǒng)計維護對象的歷史數(shù)據(jù)，積累設備和配件的故障信息和維護經(jīng)驗。高速列車MRO系統(tǒng)運行維修服務數(shù)據(jù)反饋，為設備健康狀態(tài)監(jiān)控、技術診斷、維修和大修、拆解回收等提供數(shù)據(jù)支持，還為初期階段的產(chǎn)品改進和創(chuàng)新提供反饋信息，用于修改設計、改進制造手段和工藝、提高新設備的質(zhì)量，形成信息閉環(huán)反饋以及有效追溯，進一步提升高速列車運維構型管理能力。

3.2 檢修計劃管理

產(chǎn)品檢修計劃是檢修管理的核心，MRO檢修計劃分為長期計劃、中期計劃和短期計劃。長期計劃依據(jù)歷史車輛維修信息數(shù)據(jù)，進行整車的5年檢修預測，指導企業(yè)規(guī)劃。系統(tǒng)通過計數(shù)器規(guī)則計算整車或關鍵零部件的維護需求和維護計劃報表，實現(xiàn)中期計劃。短期計劃為月度計劃，指導生產(chǎn)排產(chǎn)，計劃編排實現(xiàn)編制調(diào)整快速和聯(lián)動等特性要求。檢修計劃管理對人力、時間和物料進行綜合規(guī)劃，以待計劃的檢修活動為輸入，排列檢修活動的次序和時間，計算用工人數(shù)、工時定額和材料定額，觸發(fā)工作單并輸出，查詢檢修需求的物料。

3.3 故障管理

高速列車MRO系統(tǒng)通過建立故障體系實現(xiàn)故障管理。故障體系以高速列車的系統(tǒng)分類為基礎，依據(jù)故障處理的操作流程建立故障處理層級結構，包括系統(tǒng)分類、故障現(xiàn)象、故障原因及解決方案，用于故障匯報、原因定位和排查處理、標準化故障處理的維修活動。高速列車運行維護過程中生成的故障單是故障體系的依據(jù)，故障體系指導故障單的解決。維修人員發(fā)現(xiàn)故障后在MRO系統(tǒng)中錄入故障信息生成故障單，系統(tǒng)根據(jù)故障現(xiàn)象查詢故障體系，如有該故障現(xiàn)象的解決方案則直接轉(zhuǎn)換為工單解決故障，工單執(zhí)行完畢后關閉故障單作業(yè)；如果MRO系統(tǒng)中無故障現(xiàn)象的描述則觸發(fā)故障體系的更新，待故障問題解決后，關聯(lián)故障對象、故障現(xiàn)象、原因和解決方案，更新并關閉故障單。

故障管理直接關聯(lián)維修工單和維修計劃，提高故障處理效率。通過故障體系記錄的結構化的故障數(shù)據(jù)，用于可靠性分析，有助于改進產(chǎn)品的設計和制造技術，為新產(chǎn)品的研發(fā)提供數(shù)據(jù)支撐。

3.4 配件管理

高速列車MRO系統(tǒng)通過配件采購入庫、生產(chǎn)發(fā)料、生產(chǎn)退料、庫存盤點等業(yè)務流程實現(xiàn)配件管理，對配件業(yè)務操作進行監(jiān)控和記錄，實時準確地更新配件履歷信息，隨時正向跟蹤和逆向追溯具體配件在其壽命周期內(nèi)每個業(yè)務階段的所有相關信息，為配件狀態(tài)和追蹤提供保障。系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)人員提報的配件需求計劃結合當前配件的庫存和在途供應，計算出可以分配給檢修車輛使用的供應數(shù)量，給出采購新件的采購建議，協(xié)助采購部門進行配件的需求計算，通過對備件需求的準確預測，在保障服務水平的基礎上合理設置庫存，優(yōu)化占用資金。庫存盤點功能通過分析檢修信息選擇匹配檢修節(jié)拍的配件，發(fā)揮配件最大的價值，提高配件使用率；配件管理是MRO系統(tǒng)全壽命周期管理的基礎，通過配件全壽命管理實現(xiàn)檢修業(yè)務專業(yè)化管理和降本增效的需要，完善了故障管理。

3.5 在線監(jiān)測與診斷管理模塊

高速列車MRO系統(tǒng)的在線檢測技術包括設備運行數(shù)據(jù)獲取技術（電子標簽和傳感器等實時獲取設備數(shù)據(jù)）、設備運行狀態(tài)監(jiān)控技術（嵌入式軟件獲取狀態(tài)數(shù)據(jù)）、數(shù)據(jù)融合技術等，對列車車對踏面、受電弓磨損情況等進行檢測，實時采集、有效融合和按需傳輸運行參數(shù)、環(huán)境參數(shù)等產(chǎn)品性能和健康狀況信息，為維護、維修和大修等的預測業(yè)務提供必要的數(shù)據(jù)支持，提高設備運行管理水平、降低設備故障率，實現(xiàn)服務增值。

故障診斷與在線監(jiān)測模塊互相關聯(lián)，支持異地在線交流，對設備故障進行協(xié)同分析，利用產(chǎn)品故障字典，對產(chǎn)品的實時工況數(shù)據(jù)進行分析挖掘，對比設備狀態(tài)參數(shù)與指標值，進行故障預測和判斷，預測設備狀態(tài)的故障趨勢和需要采取的措施。

4 結束語

本文分析了高速列車檢修需求，建立了面向全生命周期的高速列車MRO系統(tǒng)業(yè)務流程，提出了面向全生命周期的MRO系統(tǒng)主要業(yè)務系統(tǒng)的關鍵技術?；谌芷诠芾淼母咚倭熊嘙RO系統(tǒng)可以實時記錄產(chǎn)品業(yè)務活動，規(guī)范管理設備運行的詳細技術數(shù)據(jù)信息，為客戶提供專業(yè)檢修服務，對設計、生產(chǎn)過程提供支持，優(yōu)化設計制造和檢修技術，提高車輛利用率。目前，MRO系統(tǒng)仍在發(fā)展中，還有許多值得研究的關鍵理論和技術。

[1]V.V.Panteleev,V.A.Kamaev,A.V.Kizim.Developing a Model of Equipment Maintenance and Repair Process at Service Repair Company Using Agent-based Approach[J].Procedia Technology, 2014,16(1):1072-1079.

[2]Haihua Zhu,James Gao,Dongbo Li,Dunbing Tang.A Webbased Product Service System for aerospace maintenance,repair and overhaul services[J].Computers in Industry.2012,63(3):338-348.

[3]王建民，任艮全，張 力，等.MRO支持技術研究[J].計算機集成制造系統(tǒng)，2010，16（10）： 2018-2025.

[4]王建民.MRO2制造業(yè)新的增長點 [J].中國制造業(yè)信息化,2010（5）：13-15.

[5]Eckart Uhlmann,Martin Bilz,Jeannette Baumgarten.MRO –Challenge and Chance for Sustainable Enterprises[J].Procedia CIRP,2013(11):239-244.

責任編輯 徐侃春

Application of MRO System for full life oriented high-speed train

HAO Wei,CAO Bingxin,GUO Zongpeng,HE Tingting
( Department of Information Technology, CSR Qingdao Sifang Locomotive &Rolling Stock Co.Ltd.,Qingdao 266011,China)

In order to support the high speed train operation safety and improve maintenance effciency,reduce the maintenance cost,eliminate the information island for the maintenance service,a full life cycle oriented Maintenance,Repair and Overhaul (MRO) System was established for the high speed train.This article analyzed the main problems in maintenance of the high speed train,discussed the operational framework of MRO System and proposed the design and implementation plan,illustrated the configuration management,fault management,maintenance scheduling management,on-line monitoring and diagnosis technology.The MRO System was taken good effect for the high speed train.

high speed train;maintenance,repair and overhaul(MRO);full life cycle;condition monitoring

U266.2∶TP39

A

1005-8451（2016）02-0040-04

2015-05-22

國家863計劃資助項目（2015AA043701）。

郝 偉，工程師；曹炳欣，高級工程師。