采棉機采棉頭維護、維修和大修/運行支持系統解決方案[JP]

趙家偉++張立新++胡蓉++劉哲

摘要：為了合理應用維護、維修和大修/運行（MRO）支持系統來支持采棉機采棉頭裝配與運行、維護（簡稱運維）等活動，闡述實施采棉機采棉頭的MRO支持解決方案的必要性，研究采棉機采棉頭運維過程中具有代表性的相關業務需求，提出1種采棉機采棉頭的 MRO支持系統解決方案，討論適用于采棉機采棉頭產品全生命周期的數據模型、采棉頭裝配質量控制、故障維修業務管理流程等相關問題。通過該解決方案的提出，提高了采棉機采棉頭裝配與維修信息化程度，提升了采棉機采棉頭售后維修服務質量，表明采棉機采棉頭的MRO支持系統解決方案在采棉頭裝配質量控制方面有良好的實用性，對于提高采棉機采棉頭的工作水平有良好的幫助。

關鍵詞：采棉機；采棉頭；維護、維修和大修/運行（MRO）；裝配質量控制；維修服務；支持系統；工作效率

中圖分類號： TP319；S225.91+1文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）03-0187-05

收稿日期：2015-12-31

基金項目：國家科技支撐計劃（編號：2015BAF32B02）；八師石河子市工業科技攻關計劃（編號：2014GY01）。

作者簡介：趙家偉（1995—），男，安徽碭山人，碩士研究生，研究方向為智能檢測技術與裝置。E-mail：342611231@qq.com。

棉花是我國的重要戰略物資，并且是新疆地區的主要經濟作物和新疆農民的主要經濟來源，棉花生產的機械化是未來的發展趨勢。目前，犁地、整地、播種、施藥等環節已經實現機械化，但是棉花的采摘環節仍然需要人工參與[1]。目前新疆采棉機主要依賴進口，其中主要是美國迪爾和凱斯生產的水平摘錠采棉機。國外的采棉機結構復雜、價格較高、維修成本高，一旦在采棉期出現了故障，高額的維修費用與較長的維修期用對農戶帶來的損失是巨大的。因此，有必要降低采棉機的故障發生率，當故障發生時，準確定位故障發生位置，明確故障類型，了解機器故障維修史，對降低維修次數、縮短維修時間有十分重要的作用。

作為采棉機核心部件之一，采棉機的采棉頭承擔著將棉花從植株分離采摘下來的重要任務。一旦采棉頭發生故障，將直接導致整個采棉機的工作停止。采棉機采棉頭能否穩定地工作對采棉機能否正常工作的影響巨大。因此，降低采棉頭的故障發生率并對故障信息進行有效處理具有十分重要的意義。

采棉機采棉頭的維護、維修與大修/運行（maintenance，repair and overhaul/operations，簡稱MRO）在采棉頭從研發設計到退役的整個生命周期中都占有重要地位。MRO技術則是支撐服務階段業務及數據管理的核心技術[2]。采棉機采棉頭MRO支持系統解決方案對確保采棉頭高效運行、降低故障發生及故障信息統計起到十分關鍵的作用。本研究在分析采棉機采棉頭的裝配質量控制和運行維修方式基礎上，提出了采棉頭的MRO支持系統解決方案。采棉機采棉頭的MRO支持系統解決方案的應用，有利于提高企業對采棉機的現代化管理水平，提高采棉頭的維護、維修效率，縮短采棉頭的維修時間，提高采棉機的整體工作效率，降低維修維護費用。

[WTHZ]1采棉機采棉頭MRO支持系統需求分析

1.1采棉頭的運行、維護（簡稱運維）現狀分析

隨著新疆地區現代農業機械化發展不斷深入和新疆生產建設兵團機采棉推廣力度的加強，采棉機數量與日俱增。目前已有相關系統實現對采棉機的作業狀態、作業面積、油耗、作業軌跡等的實時監控管理，但是系統的監控管理中無法對采棉機的采棉頭裝配質量進行控制，當采摘頭出現故障導致采棉機停止運行時，維修管理人員無法迅速地對故障類型進行判斷，并無法及時獲取故障歷史及維修記錄，從而加大了維修難度，增加了維修時間，如果故障發生在棉花采收季，則會對農戶造成巨大的損失。

1.2采棉頭的MRO支持系統核心需求分析

采棉機屬于大型農用機械，結構復雜，維修情況也很復雜，須要采用多種模式進行維修維護，如視情維修、事后維修和定期維修等。采棉頭作為采棉機的核心部件之一，其結構的復雜性決定了采棉機采棉頭的MRO支持系統的實施難度。

目前市場上已經投運的采棉機遠程管理系統缺少故障監測及運行維護等服務的支持，在日常運營管理中，沒有涉及采棉機采棉頭的故障記錄及維修管理。當采棉頭出現故障時，由于日常運行中對產品運行過程中故障狀態的管理缺失，維修管理人員無法對采棉頭的故障信息進行及時的獲取、記錄，進而影響服務速度和質量。采棉頭是采棉機機械系統的重要組成部分，實踐證明，采棉頭的正常運行與否，對整個采棉系統有著重要的影響。

隨著采棉機業務企業化的發展，采棉機產業開始向制造服務型模式轉變。因此通過采棉頭MRO支持系統來即時可靠地實現采棉頭故障歷史及維修信息的管理，對于提高采棉機采摘棉花的能力、減少采棉頭故障次數、縮短采棉頭維修時間及提高采棉機整機的工作效率等方面有著重要影響。

[WTHZ]2采棉頭MRO支持系統設計目標

采棉機采棉頭MRO業務的目標很多，采棉頭的MRO支持系統的相關業務定制與系統的二次開發均在清華大學研發的全生命周期信息基礎平臺（MRO基礎應用平臺）上進行，如圖1所示。

為解決采棉頭在實際中面臨的問題，采棉機采棉頭MRO支持系統須要實現以下目標。

2.1實現采棉頭全生命周期知識的綜合利用

根據采棉頭運維業務的需求，采棉頭在維護維修階段須要用到產品生命周期中的上下游信息，其中包括結構信息、維修資料與維護維修記錄，這些信息可輔助辨別故障設備中可修復的設備，發揮設備最大的價值，并為改進產品、促進升級提供可靠的依據[3]。如果脫離生命周期上下游的信息進行MRO維修管理，將造成維修信息的缺失和浪費，不利于產品的使用與升級優化[4]。例如，在采棉頭裝配過程中，可根據采棉頭的裝配工藝數據，對采棉頭的裝配過程進行監控，嚴格控制當前采棉頭的裝配流程與裝配質量；在采棉頭的維修過程中對其維修維護記錄及信息等進行管理，使采棉頭的結構、維修歷史等信息具備可查詢性，為制定采棉頭的維修策略及設備優化提供數據支持。

2.2實現采棉頭的MRO維修服務

采棉頭的“MRO維修”是MRO系統在維修中的應用，旨在通過一系列技術和手段，發現和消除設備維修過程中的各種浪費，提高維修的“價值”[5]。傳統維修中的“浪費”不僅體現在故障原因不明、維修定位不明確過程中的時間浪費，還體現在不合理的零配件庫存造成的倉儲費用浪費以及不必要的維護、過度維修等[6]。采棉頭的“MRO維修”基于采棉頭MRO系統提供的維修服務流程管理、維修人員管理、維修物料管理等多個方面來進行采棉頭的故障維修。通過采棉頭的維修需求對發生故障的采棉頭進行維修，減少不必要的維修和過度維修；通過與庫存管理相結合的方式來減少零配件存放時間；通過規范化地執行維修工序，提高維修質量；通過維修結果反饋及故障信息統計分析持續改進維修策略，提高維修“價值”[7]。

[WTHZ]3采棉機采棉頭MRO支持系統設計

使用高性能、高可靠性、具有可擴展性、易用性、維護成本低的采棉頭MRO支持系統取代傳統的紙質化管理及簡單的Excel、電子郵件等信息管理方式是采棉頭管理信息化、智能化的必經之路，也是采棉機服務行業未來發展的方向。通過[JP2]系統業務需求調研，采棉頭的MRO支持系統框架如圖2所示。

3.1系統管理模塊

采棉頭MRO支持系統是采棉頭裝配、正常運行與維修的可靠保障，如何有效地進行系統的管理，確保系統安全與穩定地運行是實現采棉頭MRO支持系統的重要前提。采棉頭的MRO支持系統系統管理模塊分為系統權限管理模塊、系統流程管理模塊、系統設計管理模塊。

（1）系統權限管理模塊。在系統實施過程中，針對為采棉頭進行運行和維修的組織結構和職責結構，利用采棉頭MRO支持系統中的權限管理子系統進行系統權限管理的設計。通過該權限管理子系統，采棉頭MRO支持系統的管理員可以使用“角色組”應用程序，為各功能模塊、用戶、工作流程和其他設置指定相應的權限。

（2）系統流程管理模塊。系統流程管理模塊即為系統工作流程管理模塊。針對采棉頭裝配、運行和維修服務業務流程管理可能隨時靈活變化的特點，在采棉頭MRO支持系統的實施過程中，通過該模塊，業務人員可以隨時了解當前業務工作的執行情況，保證工作及時完成。相關人員也可查看流程執行情況，發現任務執行環節中存在的問題，及時進行改進。通過該模塊，提高了系統處理業務流程的靈活性，降低了日后維護的成本，提高了相關的服務工作效率。

（3）系統應急恢復模塊。在采棉頭的MRO支持系統實施過程中，考慮到進入系統的所有采棉頭裝配信息和質量信息，特別是故障信息與故障處理解決方案等都是經過實踐長期積累所得，對采棉頭的優化設計與故障維修策略的發展有著重要的價值，因此也將本系統的備份、災難恢復等納入采棉頭MRO支持系統的解決方案中，將災難事件可能造成的數據損失降到最低。

3.2采棉頭裝配管理模塊

采棉頭的裝配質量直接關系到采棉頭的運行情況及采棉機的使用情況，因此在采棉頭的MRO支持系統中，采棉頭的裝配管理是其中的重要業務之一，其核心業務如圖3所示。采棉頭的裝配管理模塊主要包括采棉頭裝配工藝管理模塊、采棉頭裝配質量管理模塊。

（1）采棉頭裝配工藝管理模塊。采棉頭工作過程中各零部件之間保持精確的運動關系，因而對相關零部件的裝配關系和配合間隙有著嚴格的控制要求。為保證采棉頭的工作性能，應對采棉頭零部件質量特性、裝配流程及工藝裝備進行嚴格控制。通過采棉頭裝配工藝管理模塊對采棉頭的裝配工序及業務操作人員進行記錄和管理，使采棉頭的裝配過程按照既定的裝配動作和流程進行裝配，防止裝配錯誤。一旦裝配完成的采棉頭出現故障，便依據采棉頭裝配工藝管理模塊所記錄的信息進行溯源管理，追究責任。

（2）采棉頭裝配質量管理模塊。采棉頭是采棉機機械系統的重要組成部分，其工作性能對整個采棉系統有著重要的影響。采棉頭的工作性能與其裝配質量有關。利用裝配質量檢測對采棉頭關鍵裝配工序進行定量化檢測，是進行裝配質量控制的基礎。使用相關設備對完成裝配的采棉頭進行相關工作參數的檢測，也是對采棉頭裝配質量進行檢測的重要方式。通過采棉頭裝配質量管理模塊，可對已經完成裝配的采棉頭工序進行讀取，并參考專用設備檢測的相關工作參數，對完成裝配的采棉頭進行質量檢測和鑒定，其檢測和鑒定結果又可作為裝配工藝優化的參考依據。

3.3采棉頭運維管理模塊

采棉頭的運行維護與維修服務是從實際維修需求中產生的，其維修服務的好壞直接關系到采棉頭能否繼續使用。如何規范維修活動、提升維修服務的質量，是采棉頭運維管理模塊存在的目的，其核心業務如圖4所示。采棉頭運維管理模塊主要包括維修服務流程管理模塊、維修人員管理模塊、故障統計分析模塊、服務報表模塊、零配件庫存管理模塊。

（1）維修服務流程管理模塊。采棉頭的維修服務流程是根據采棉頭歷史的維修經驗進行制定與管理的，當有維修需求時，采棉頭維修管理模塊根據采棉頭維修服務流程管理模塊存儲的維修服務流程進行維修活動。維修服務流程包括對維修需求的識別、維修活動的時間安排、維修人員的安排、維修活動次序的安排等。維修服務按照標準的維修服務流程執行，避免在提供維修活動過程中出現不必要的差錯。為更好地為客戶服務，管理員可根據客戶的維修服務意見反饋及滿意度評價及時地對維修服務流程進行合理的優化與調整。

（2）維修人員管理模塊。采棉頭維修人員管理模塊對所有在職的參與采棉頭維修的人員進行管理，可對所有的維修技術人員進行合理的人力資源分配，防止人力資源浪費及維修人員推卸責任的情況發生。當維修需求產生時，采棉頭MRO維修人員管理模塊自動篩選在崗的維修技術人員，顯示當前可進行維修活動的技術人員，管理員通過采棉頭MRO支持系統對相關人員下達維修指令。維修技術人員收到維修指令時，按照維修服務流程進行相應的維修活動，包括零配件申[CM（25]領、剩余零配件返還等。維修人員管理模塊會記錄各維修技術人員的外出作業時間、地點、返回時間、外出作業次數等相關信息，并根據各人員的外出作業次數自動平衡相關人員的外出情況，實現人力資源的合理分配，并在發生客戶投訴時能及時追溯到個人，防止責任推諉事件的發生。

（3）故障統計分析模塊。在維修活動的業務完成后，維修人員將己完成的維修作業活動反饋給故障統計分析模塊并提交維修報告。故障統計分析模塊根據報告中故障信息對采棉機采棉頭的故障發生類型、頻次等進行統計、分析等處理，輸出采棉頭故障分析報告并作用于采棉頭生產制造過程中的結構優化與材料改進等相關制造活動，體現了持續采棉頭MRO支持系統促進設備升級和研發的要求。

（4）服務報表模塊。采棉頭MRO支持系統針對采棉頭運行和維修的業務要求，提供對服務基本信息的管理，包括現場故障、保養信息中的故障照片與故障視頻信息管理。當故障維修活動結束后，采棉頭服務報表模塊可根據故障提出者發布到[JP3]系統中的故障狀態的照片、視頻信息，以及系統內的故障處理流程、零配件及質保期內的零配件信息，結合維修技術人員給出的維修結論和客戶的使用評價對維修服務過程的所有信息進行分析和處理，并生成各種數據統計圖表，將采棉頭在使用及維修過程中的具體信息以服務報表的形式直觀地顯示出來。[JP]

（5）零配件庫存管理模塊。采棉頭MRO零配件庫存管理模塊是面向整個采棉頭裝配及MRO維修業務過程解決零配件管理問題的，具備制定采棉頭裝配過程中物料采購、物料倉儲、物料出入庫統計等功能。它對零部件的狀態變化具有記錄功能，可對相關的所有采棉頭裝配過程中的業務操作進行監控，實時準確地更新零部件履歷表信息，隨時追溯整個采棉頭裝配周期內，每個業務階段的所有零部件的相關信息，最終為零部件的獲取與使用提供保障，杜絕業務操作人員竊取相關零部件牟取利益。

[WTHZ]4采棉頭MRO支持系統的技術要點

4.1維修知識管理

采棉頭基礎信息管理、裝配工藝管理和維修知識管理是實現采棉頭MRO支持系統的基礎。對于采棉頭這種大型復雜設備的核心部件而言，由于其結構復雜，相關維修知識也會非常復雜。在投入使用之前，須要建立設備臺賬，導入設備本身的物料清單（bill of material，BOM）信息，關聯生命特征參數，以便在維修執行時提供基準信息支持[8]。這些知識是在設備的使用過程中逐步積累的，是采棉頭MRO支持系統的基礎數據信息，而采棉頭MRO支持系統解決方案的核心是數據模型，其數據模型主要的概念見圖5[2]。

為達到綜合利用采棉頭維修知識的目標，參考國外先進MRO系統中的中性BOM等概念，采棉頭MRO支持系統以中性BOM為核心進行維修知識管理，具有可以達到生命周期不同階段的信息融合、共享的優點[9]。具體體現在3個方而：（1）從中性BOM導出初始的實例BOM；（2）實例 BOM對中性BOM進行信息反饋，中性BOM從多個實例 BOM中匯總維修信息，積累同類設備共性的維修知識，從而進行故障分析和壽命預測，在設備維修時進行共享；（3）中性BOM須要將產品全生命周期前期段的各個BOM（功能BOM、設計BOM、制造BOM）的信息進行匯總，并在維修判定、維修計劃和維修執行時提供信息輔助支持[10]（圖6）。傳統的BOM管理技術側重于單個階段內BOM信息的維護，或者是2個階段之間BOM的變換。如何從多個結構不同的BOM中匯總信息，是采棉頭MRO支持系統中的BOM管理需要特別克服的問題。

4.2采棉頭裝配質量控制

采棉頭的裝配是采棉機全生命周期中的關鍵環節，也是采棉機獲得整體性能的最后環節。采棉頭結構復雜，裝配工藝要求高，裝配影響因素多，是收獲機械中制造裝配難度較大的部件之一，對采棉頭裝配質量的優化、控制與采棉機的質量有著直接關系。因而，分析采棉頭零部件質量特性、裝配工藝流程及工藝裝備，獲得影響采棉頭裝配質量的關鍵影響因素，找到影響裝配質量關鍵工序的工藝裝備和質量檢測裝置，并將其集成至采棉頭MRO支持系統內是實現使用MRO支持系統對采棉頭裝配質量控制的關鍵。

5結論

本研究分析了采棉機采棉頭MRO支持系統的目標和核心業務需求，提出了1種MRO支持系統的解決方案。方案中包含的MRO系統管理、采棉頭裝配質量控制、采棉頭MRO維修服務、MRO數據模型等，全而覆蓋了采棉頭裝配及MRO維修業務中的信息流和業務流，為同行業提供了MRO支持系統的解決方案。以中性BOM為核心的維修知識管理，有效地支持了產品全生命周期知識的綜合運用，提高了采棉頭裝配與維修過程的信息化程度，體現了采棉頭MRO系統的應用目標。

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