面向軌道客車裝備制造業服務平臺關鍵技術研究

狄 飛， 李晶瑩， 吳進軍， 王 營， 文 武

（1.中國機械科學研究總院集團有限公司， 北京 100044； 2.中機生產力促進中心， 北京 100044）

0 引言

隨著軌道客車裝備產品制造過程復雜度的提高，離散且少數企業沒有一定能力去完成新產品開發、制造、運維帶來的知識、技能和裝備需求。這促使制造企業逐步改變傳統的制造模式，建立一種以市場為導向，滿足個性化需求制造，融入網絡協同制造模式，以提高制造企業對動態多變的制造業市場需求做出快速應變的能力。一方面，完整的軌道客車裝備產業鏈上有產品流、信息服務流、資金流等資源流， 而信息服務流發揮著最為基礎和關鍵的載體作用。 網絡協同將信息服務流與制造過程緊密結合，利用物聯網、云計算、大數據等技術能夠精準全面的追蹤和分析顧客需求，基于這些信息服務構建需求分析模型，形成軌道客車裝備整體產品設計制造解決方案， 使服務設計理念不斷優化，解決服務信息孤島、服務需求等問題實現離散制造企業制造資源協同化， 共同提升軌道客車制造服務能力。

1 軌道客車裝備制造業服務需求

軌道客車裝備包括鐵路客運與城市軌道客車運輸所需各類裝備，是軌道交通裝備的重要組成部分，屬于高端裝備制造業之一。 根據表1 中《都市快軌交通》前瞻產業研究院整理世界各大洲城市軌道交通運營里程的數據顯示，亞歐軌道交通行業相較其他各洲發展前景最好。 對于國內軌道交通發展情況來看， 據德國SCI Verkehr 公布的市場份額情況來看， 至2020 年中國中車在全球軌道交通裝備行業占比已超過全球一半份額，處于行業主導地位。 面對軌道客車行業，具有發展需求量大、高能耗等特點，在提升社會經濟效益的同時要減少生產和消費過程中的資源消耗與污染排放，逐步由資源消耗大、污染排放多的粗放制造向綠色制造轉變，由生產型制造向服務型制造轉變，大力推動具有軌道客車裝備制造特色的服務業的發展，使其形成制造企業動態服務流模式。

表1 截止2020 年底世界各大洲城市軌道交通運營里程占比情況（%）

目前，軌道客車裝備制造業市場正在由“產品制造導向”朝著“產品制造服務導向”轉變。 而產品服務導向型需求意味著客戶不再僅僅滿足于從企業獲得具體產品， 而是傾向于獲得由產品和與產品相關的設計研發、制造、運維、技術支持、再制造等全生命周期一系列服務組成的動態產品服務流。 這就要求整條軌道客車裝備制造企業將所在產業鏈上下游的各種資源進行整合和集成應用，如圖1 所示，發展以客戶為中心的系統產品服務或一體化的產品服務解決方案。 同時軌道客車裝備產品具有結構復雜、定制化要求高、制造技術高、使用周期長等特點， 裝備產品的上述技術特征對從售前咨詢、物流運輸、安裝試用、使用培訓到運營維護、報廢回收等環節涉及的服務，提出了更專業、更復雜的要求。 因此，為實現軌道裝備制造業的價值鏈延伸，優先保證裝備制造企業更好更快地提升產品服務水平。

圖1 軌道客車裝備制造產業鏈

軌道客車裝備的復雜程度高， 所需制造資源信息量大。在傳統的生產過程中，主機廠與供應商之間的生產計劃、物料信息、庫存信息、物流信息、供應商制造資源信息等資源信息一般通過傳統交流方式進行，其溝通效率低、反饋不及時、相關信息數據可溯源性差。導致產業鏈資源管理效率低、可控性差，直接影響主機廠的資源調度和生產計劃。 亟需構建基于網絡協同制造的產業鏈資源管理模式，建立即時的信息交互機制，實現對產業鏈資源的高效、透明、可溯源管理，提高產業鏈資源配置能力，提升產業鏈企業生產效率，降低裝備產品及零部件生產成本。軌道客車裝備制造過程中有幾十家乃至上百家配套供廠商為主機廠提供服務， 傳統的管理方式已經無法適應當下復雜的業務往來關系。 同時， 多數供應商由于其規模不大，資金不足等原因，生產過程信息化程度有限，尚無法滿足網絡協同制造要求。 這就需要主機廠構建一個基于網絡協同制造的供應商管理模式， 對客戶和供應商的詳細信息進行有效管理，實現企業信息的共享共用，為產業鏈企業的生產活動提供支撐。

2 網絡化協同制造云服務平臺發展

為延伸和發展制造業信息化技術，李伯虎院士[1]等提出了云制造技術， 并指出服務化技術是實現面向服務制造系統的關鍵技術之一[2]。在云制造資源集成服務模式下，尹超等[3]基于Web 服務建立了外協加工資源語義描述，有效解決了異構外協加工資源組合和互操作問題， 實現了外協加工資源的快速共享和高效利用。 在實現服務化平臺過程中，需要進一步提升制造資源共享度，為此程思遙[4]建立了云制造環境下的資源模型和服務模型，并提出了云制造資源服務管理體系結構和云制造服務選擇評價指標體系，并結合應用場景實現了為用戶提供云制造服務評價方案的功能。 張又孔[5]在項目制造一體化過程管理需求分析和裝備類產品設計制造一體化管理業務建模的基礎上構建設計制造一體化管理平臺，能夠滿足項目制造生產模式的產品設計、生產準備和生產計劃排產一體化管理。

根據2021 年第一季度數據顯示，國內網絡協同化企業比例為38.1%， 開展服務型制造的企業比例為28.2%，工業平臺應用率為48.8%， 仍存在裝備制造產業布局分散、產業鏈條不完善、協同制造系統尚未建成等問題。 針對網絡協同制造服務對象、 服務技術及其他服務構建了如圖2 所示的網絡協同制造服務流程， 而云制造是網絡制造模式中的一種， 服務是在云制造的基礎上更加突出網絡協同制造的重要性， 是一種以用戶為中心的制造服務模式，實現分布式資源的按需分配，實現客戶與服務提供商之間的協作交互。

圖2 網絡協同制造服務流程

3 面向軌道客車裝備制造業服務平臺關鍵技術

隨著軌道客車等高端裝備制造業面向數智化發展，制造服務業在裝備產品設計制造、過程、服役、運維等全生命周期階段也發揮著越來越重要的角色， 但在此過程中依然面臨著制造企業離散、制造知識碎片化、制造資源利用率等問題，構建其云服務平臺能夠保障全面服務于軌道客車制造產業鏈，有效利用制造知識支持產品全生命周期階段，在生命周期階段內形成服務流，加強產業鏈上中下游之間協同發展，提高資源利用率，實現資源共享，滿足了不同制造業務中工作流程的定制需求，一定程度上解決了信息孤島、制造企業離散化等問題。

針對國內軌道客車運營及維護特點，崔艾嘉[6]構建了軌道客車生命周期成本模型， 有利于幫助國內客車制造企業傳統的采購決策觀念。 為完善軌道客車轉向架研發管理，王克強等[7]針對研發過程不規范、設計人員獲取產品相關信息困難等問題， 研制了一套基于B/S 架構的軌道客車轉向架研發過程管理系統， 實現了分層結構管理模式等。唐婷[8]針對軌道客車全壽命周期業務流程數據提出高效可靠的數據混合存儲方法， 通過挖掘數據價值為設計者和決策者提供數據支持實現了軌道客車裝備產品履歷管理、費用管理、分析與統計以及數據遷移等功能。

對于軌道客車裝備制造業服務平臺技術發展情況而言，根據軌道客車裝備制造業相關企業調研分析得出，現有基礎與待提升技術對比如表2 所示。

根據表2 相關信息統計情況， 在建設軌道客車裝備制造業服務平臺過程中仍然需要數據倉庫、 共性技術資源池、支撐技術等關鍵技術的提升，具體技術內容如圖3所示。

圖3 待提升的云服務平臺關鍵技術模型

表2 軌道客車裝備制造業相關企業調研情況對比統計

3.1 形成數據倉庫

目前國內的軌道客車裝備制造業企業已積累了相當豐富的工藝設計知識和大量的制造資源數據， 但這些工藝知識和制造資源數據并沒形成規范性體系架構， 先進工藝應用程度不高，不利于企業快速查找、重用和共享，制約了我國制造業的發展速度和管理水平的提升。因此，亟需建立含有軌道客車基礎零部件數據庫、 基礎零部件產品性能數據庫、 軌道客車標準規范數據庫以及供應鏈數據庫，根據數據庫定義產品基本屬性，并對所定義的屬性進行標準化。

3.2 建立共性技術資源池

對于共性技術資源池建設， 目標就是要建立規范性的制造工藝過程知識目錄體系， 形成軌道客車裝備制造高質量的資源知識庫， 全面提升制造能力與制造企業平臺集成度，實現設備廠家信息數據接口統一，為傳輸生命周期過程信息清除阻礙。

3.3 完善支撐技術

目前制造企業已對高速動車組等關鍵部件狀態進行采集試點，能夠分析相關部件的運行走行部指標參數，并依據指標參數判斷產品亞健康狀況。 在建設過程中可通過跨平臺、多元化的技術支撐，建立以用戶需求為中心服務信息管理平臺，實現產品質量管控體系，從而達到服務模式的創新。

4 基于服務流的管理信息架構

基于云制造環境下的軌道客車裝備制造業，服務不只是針對于制造過程，還需要對軌道客車裝備產品實現服務化管理。因此，提出一種基于服務流的管理信息架構，如圖4 所示，在此過程中，服務流是面向用戶、生產商及合作商、供應商三者之間進行服務，形成一種可見性能力。

圖4 基于服務流的軌道客車裝備產品制造管理信息架構

該管理信息架構主要分為基本管理、數據管理、協同管理、制造管理和運維管理五部分，使得信息服務流貫穿于整條軌道客車裝備產業鏈中， 同時實現信息集成化管理模式。 一方面，信息服務流模式是面向軌道客車裝備制造業服務平臺的重要功能之一， 建立制造企業的服務流管理模式的目的就是要優化企業網絡協同制造信息管理系統各要素的組合， 基于服務流模式下使得信息系統各要素之間形成強大的協作能力，發揮企業間優勢，保障企業的可持續發展。 另一方面， 將服務與制造過程融為一體，在云服務平臺中實現人員、資源、生產間的智能調度。對于服務流的定量化描述方面， 還需要對具體的服務參數信息、服務時間、服務內容等信息進行建模，依照軌道客車裝備制造特點建立服務信息模型實現服務匹配與服務信息管理優化。

5 結論

在制造業數智化發展進程中， 實現先進的智慧軌道客車裝備制造技術是未來軌道運輸制造業的主要任務之一。在網絡協同制造的環境下，針對軌道客車裝備制造業服務資源與信息的離散、服務分散等問題，通過對服務平臺關鍵技術的研究， 依據軌道客車裝備制造產業鏈相較目前已實現的云服務平臺技術提出了待提升的云服務平臺關鍵技術模型， 并建立了基于服務流的軌道客車裝備產品制造管理信息架構，深度融合制造與服務，從而促進軌道客車裝備制造行業朝著更具可持續制造服務特色的方向發展。但對于軌道客車裝備制造服務流的定量描述、形成評價管理體系等問題還需要進一步研究。