面向服役周期管理的軌道交通裝備MRO 系統設計與實現

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）

隨著技術的進步和產品功能的日益豐富，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、系統結構復雜和安全性要求高等特點[2]。軌道交通裝備又有其行業業務特點，其服役周期的維修策略復雜，檢修專業化程度高、配件管理精益、故障診斷技術復雜，普通服務商很難解決其專業維保問題，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、服務階段與設計制造階段數據有效集成不足、MRO 系統與其他信息系統間信息集成不足等問題，導致裝備維修效率低下和維修數據向產品設計、制造業務反饋的中斷[5]。為解決該問題，眾多學者進行了相關研究，李浩等人[6-7]提出了面向全生命周期的復雜裝備MRO系統的體系結構、MRO 系統與相關系統的集成框架，以及服務BOM 的結構模型和演化模型；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管理機制，建立了面向航空裝備維修過程的MRO系統，解決了航空裝備產品維修從返修入庫到發貨出庫的閉環過程管理問題；程曜安等人[1]通過研究大型復雜裝備MRO 系統解決方案，提出了面向全生命周期的復雜裝備MRO 系統的關鍵技術和實現方案，論述了維修策略、維修計劃、維修執行、維修評價、物料管理等共性業務；郝偉等人[3]通過研究高速列車MRO 系統及關鍵技術，提出面向全生命周期的高速列車MRO 系統設計與實施方案，以及構型管理、故障管理、檢修計劃管理和在線監測與診斷管理等關鍵技術。相關研究成果為復雜裝備的MRO 系統設計與實現提供了理論和技術支撐，但現有研究缺乏對產品維修數據與產品設計、制造數據一致性的研究，同時，從產品全生命周期角度考慮維修數據的集成或建模研究[5]，以及服役周期維修數據多次變更中的數據連續性、準確性控制研究方面都尚有欠缺。

MRO 支持技術是制造服務業的核心支撐技術，將現代MRO 理論、網絡信息技術和企業管理方法相結合[9]，對產品運營維護（簡稱：運維）全過程進行建模、優化和重組，可實現對MRO 數據和過程的有效管理及信息共享。因此，本文采用MRO 支持技術進行軌道交通裝備MRO 系統的設計，實現以BOM為核心，貫穿現場服務和檢修業務主線的裝備服役周期管理。

1 系統設計

1.1 系統總體架構

本文設計的面向服役周期管理的軌道交通裝備MRO 系統采用B/S 模式，在企業內網及隔離區分別部署兩套應用，并在企業內網部署數據庫，用戶可通過內/外部網絡終端進行訪問。該系統可支撐設備使用企業、業務單元、服務站點、檢修站點用戶的聯網應用。其總體架構如圖1 所示。

圖1 軌道交通裝備MRO 系統總體架構

軌道交通裝備MRO 系統包含配置管理、現場服務管理、檢修管理和物資管理等4 個核心功能模塊，并通過App 實現作業記錄、作業監控、數據采集和故障診斷等移動端應用。該系統在企業內網中通過企業服務總線（ESB，Enterprise Service Bus）與企業資源計劃（ERP，Enterprise Resource Planning）系統、制造執行系統（MES，Manufacturing Execution System）、質量管理系統（QMS，Quality Management System）及大數據專家診斷系統等實現數據交互，與產品生命周期管理（PLM，Product Lifecycle Management）、主數據管理（MDM，Master Data Management）等系統實現數據調用。

1.2 技術架構

軌道交通裝備MRO 系統技術架構由訪問層、接口層、服務層、數據存儲層組成，如圖2 所示。

圖2 軌道交通裝備MRO 系統技術架構

（1）訪問層：用戶可借助 PC 端、移動終端或其他終端設備訪問該系統。

（2）接口層：該系統與外部系統間采用WebService 進行數據交換，并統一通過ESB 進行發布，實現對各種數據接口的統一管理。

（3）服務層：包括服務通信、業務服務模塊、服務管理及統一日志記錄和統一權限管理等部分。通過服務通信可實現數據的調用與存取；業務服務模塊支撐業務功能的實現，包括配置管理、現場服務管理、檢修管理和物資管理等；服務管理包含系統配置、系統監控、接口管理及工作流管理等；統一日志記錄可提供安全日志審計功能；統一權限管理可實現用戶身份到應用授權的映射。

（4）數據存儲層：主要實現結構化、非結構化數據的存儲[10]，用以滿足現場服務和檢修數據、視頻、圖片等的存儲需求。

2 系統功能

2.1 配置管理

配置管理是產品全生命周期管理的關鍵技術之一，是產品全生命周期管理中用來聯系項目管理和質量管理的紐帶[11]。服役周期配置管理的重點是維修構型管理和配置履歷管理，其基本目的是保持維修數據的一致性和連續性。

2.1.1 維修構型管理

維修構型管理主要用于實現維修數據的集成、建模，以及維修數據的變更管理，包括服務BOM 生成、硬件構型管理、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 系統利用企業已有數據構建服務BOM 的結構模型和演化模型，按維修管理顆粒度對現場可更換單元（LRU，Line Replaceable Unit）建立構型項，并進行物料屬性追加定義和關聯應用，支撐由“設計BOM—制造BOM—服務BOM”的路線，演化生成服務BOM，并針對業務特點建立機型服務BOM 和系統/部件服務BOM 的結構模型。

2.1.1.2 硬件構型管理

本文按照“BOM—構型基線—實例構型”的主線，搭建覆蓋整機到系統/部件的基于BOM 的構型基線和實例構型。構建構型基線、系統/部件構型基線、與修程修次對應的產品檢修構型基線等，可實現對構型數據校核、構型數據采集和歷史產品構型數據回補等功能的支撐。軌道交通裝備MRO 系統在生產制造階段采集新造產品出廠配置，基于出廠配置信息，生成初始實例構型，并由工單驅動實例構型的更改，實現對構型的動態管理，確保構型數據的完整性、準確性和一致性。

2.1.1.3 軟件配置管理

軌道交通裝備MRO 系統按照機型應用場景，基于硬件構型確定軟件配置，獲取前端設計、制造系統的軟件配置履歷表和軟件發布單信息，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，從而及時發現異常情況，實現軟件配置管理。

2.1.2 配置履歷管理

軌道交通裝備MRO 系統以構型項標識貫穿各階段數據，按照機型機號（車型車號）記錄硬件構型和軟件配置的建立信息和變更信息，并結合配屬信息、運用信息（如運用時間、運行公里數等）、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據的連續性和準確性控制。

2.2 現場服務管理

服務管理主要用于實現現場服務策劃和現場服務執行與交付功能。

2.2.1 現場服務策劃

現場服務策劃以滿足客戶需求并為客戶提供產品服務支持為目的，注重產品的維護成本。按照服務項目進行策劃，結合項目管理要素，獲取服務項目的名稱、工作令號、質保期等信息，形成服務項目信息庫，通過業務工單的關聯，實現成本管控和服役周期質保服務管理。

2.2.2 現場服務執行與交付

軌道交通裝備MRO 系統基于現場服務策劃信息進行“端到端”響應式的業務工單管理，通過服務派工單、故障工單和改造工單等，實現流程驅動的服務發起、響應、派工、執行和信息反饋等功能。在對執行過程管控的同時，該系統將故障工單信息傳遞到QMS，打通產品維修數據向產品設計、制造業務反饋的信息通道。

2.3 檢修管理

在工單執行過程中嵌入物料、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，由換件信息觸發硬件構型、軟件配置數據和庫存數據的更改，實現硬件構型、軟件配置數據和庫存數據的同步更新，以及人工、物料成本按項目歸集。

檢修管理主要用于實現檢修方案制定、檢修執行與交付的功能。

2.3.1 檢修方案

檢修方案分為產品檢修方案和整車檢修方案。產品檢修方案針對檢修的設備整機，規定檢查項、試驗項、所需物料、人員資質及數量、工具、檢修構型基線和適用的車型；整車檢修方案，規定修程修次對應的車載設備整機名稱、產品編碼、數量，檢修范圍等。

2.3.2 檢修執行與交付

軌道交通裝備MRO 系統根據ERP 系統的訂單生成檢修工單。根據檢修方案中的內容，在檢修工單中記錄檢修工序、檢查項、試驗項、對應的執行人及人工，記錄必換件、偶換件及配置采集信息，實現檢修執行過程控制和記錄。在工單執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，由換件信息觸發硬件構型和軟件配置數據更改，實現硬件構型、軟件配置數據和庫存數據的同步更新。

2.4 物資管理

軌道交通裝備MRO 系統基于物資計劃、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；獲取并記錄調撥轉庫單，實現新品入庫管理；通過裝箱單、領料單、送修單、繳庫單等，實現與服務、檢修業務融合的物資調撥、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，基于產品序列號追溯，實現關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，實現服務資源高效利用，減少對配件壽命的浪費。

3 關鍵技術

3.1 基于BOM 的服役周期數據貫通

維修服務存在信息孤島的根源在于企業基于BOM 的構型數據和造修數據的關聯、傳遞和集成不足，產品的共性數據采集錄入不規范、不統一，同一屬性數據在多個系統間不一致導致數據準確性和一致性差，多部門協同業務應用無法開展。本文設計并實現的軌道交通裝備MRO 系統基于企業內部系統的集成、數據完善與集成的設計與實施，實現BOM 數據主線、構型數據主線和造修數據主線的數據鏈路銜接融合和數據貫通，建立基于BOM 的服役周期數據貫通模式，確保數據的關聯性、一致性和準確性。

3.2 大數據專家診斷系統融合應用

基于故障診斷模型建立的大數據專家診斷系統與軌道交通裝備MRO 系統的融合應用是遠程診斷支持的一項關鍵技術。針對現場故障診斷主要依據個人經驗和技術人員人工支持的診斷模式單一問題，軌道交通裝備MRO 系統與大數據專家診斷系統聯動，基于故障工單進行融合應用，并通過該系統的App實現遠程故障排查指導，提升現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。

4 系統應用

軌道交通裝備MRO 系統已于2018 年10 月在株洲中車時代電氣股份有限公司進行應用，現場運行維護人員可通過該系統開展現場服務和檢修業務，通過業務工單記錄工作內容，獲得作業指導和支持，為客戶提供專業的運維服務；通過閉環反饋業務信息，對產品設計、制造業務過程提供支持；通過業務工單驅動維修構型數據和物資庫存數據的動態更新，實現維修構型和物資的實時、高效管理。該系統的應用情況表明，基于BOM 的服役周期數據貫通技術和大數據專家診斷系統融合應用技術，可有效提高軌道交通裝備服役周期運維管理及技術服務的能力，實現了裝備服役周期協同運維管理，使得故障閉環及時率等19 類運營指標符合度超過95%，具有推廣價值。

5 結束語

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，設計并實現了面向服役周期管理的軌道交通裝備MRO 系統，構建了配置管理、服務管理、檢修管理和物資管理等4 個功能模塊，實現以BOM 和構型數據為核心，貫穿現場服務和檢修業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 系統的構建是一項系統工程，建立和保持產品構型信息和產品間的一致性、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容。