面向服役周期管理的轨道交通装备MRO 系统设计与实现

罗铁军，任小冬，李雪江，秦 瑶，谭 卓

（株洲中车时代电气股份有限公司，株洲 412001）

随着技术的进步和产品功能的日益丰富，大型装备更加趋于复杂化和信息化，使得全面实施精益的维修、修理、大修和运行保障（MRO，Maintenance，Repair and Overhaul/Operation）及产品全生命周期管理更加困难[1]。大型复杂装备具有价格高昂、使用寿命长、系统结构复杂和安全性要求高等特点[2]。轨道交通装备又有其行业业务特点，其服役周期的维修策略复杂，检修专业化程度高、配件管理精益、故障诊断技术复杂，普通服务商很难解决其专业维保问题，必须由装备制造商参与维护和维修[3]。装备制造商的维修活动逐渐从孤立的运营阶段活动（生产或运营活动中的售后服务）扩展为全生命周期活动[4]，装备服役周期管理成为装备全生命周期管理和全生命周期成本（LCC，Life Cycle Cost）管理的重要内容[5]。

当前，轨道交通装备服役周期管理面临维修服务存在信息孤岛、复杂装备制造物料清单（BOM，Bill of Materials）向服务阶段延伸不足、服务阶段与设计制造阶段数据有效集成不足、MRO 系统与其他信息系统间信息集成不足等问题，导致装备维修效率低下和维修数据向产品设计、制造业务反馈的中断[5]。为解决该问题，众多学者进行了相关研究，李浩等人[6-7]提出了面向全生命周期的复杂装备MRO系统的体系结构、MRO 系统与相关系统的集成框架，以及服务BOM 的结构模型和演化模型；彭宇馨等人[8]提出了基于维修BOM 的航空装备全生命周期状态管理机制，建立了面向航空装备维修过程的MRO系统，解决了航空装备产品维修从返修入库到发货出库的闭环过程管理问题；程曜安等人[1]通过研究大型复杂装备MRO 系统解决方案，提出了面向全生命周期的复杂装备MRO 系统的关键技术和实现方案，论述了维修策略、维修计划、维修执行、维修评价、物料管理等共性业务；郝伟等人[3]通过研究高速列车MRO 系统及关键技术，提出面向全生命周期的高速列车MRO 系统设计与实施方案，以及构型管理、故障管理、检修计划管理和在线监测与诊断管理等关键技术。相关研究成果为复杂装备的MRO 系统设计与实现提供了理论和技术支撑，但现有研究缺乏对产品维修数据与产品设计、制造数据一致性的研究，同时，从产品全生命周期角度考虑维修数据的集成或建模研究[5]，以及服役周期维修数据多次变更中的数据连续性、准确性控制研究方面都尚有欠缺。

MRO 支持技术是制造服务业的核心支撑技术，将现代MRO 理论、网络信息技术和企业管理方法相结合[9]，对产品运营维护（简称：运维）全过程进行建模、优化和重组，可实现对MRO 数据和过程的有效管理及信息共享。因此，本文采用MRO 支持技术进行轨道交通装备MRO 系统的设计，实现以BOM为核心，贯穿现场服务和检修业务主线的装备服役周期管理。

1 系统设计

1.1 系统总体架构

本文设计的面向服役周期管理的轨道交通装备MRO 系统采用B/S 模式，在企业内网及隔离区分别部署两套应用，并在企业内网部署数据库，用户可通过内/外部网络终端进行访问。该系统可支撑设备使用企业、业务单元、服务站点、检修站点用户的联网应用。其总体架构如图1 所示。

图1 轨道交通装备MRO 系统总体架构

轨道交通装备MRO 系统包含配置管理、现场服务管理、检修管理和物资管理等4 个核心功能模块，并通过App 实现作业记录、作业监控、数据采集和故障诊断等移动端应用。该系统在企业内网中通过企业服务总线（ESB，Enterprise Service Bus）与企业资源计划（ERP，Enterprise Resource Planning）系统、制造执行系统（MES，Manufacturing Execution System）、质量管理系统（QMS，Quality Management System）及大数据专家诊断系统等实现数据交互，与产品生命周期管理（PLM，Product Lifecycle Management）、主数据管理（MDM，Master Data Management）等系统实现数据调用。

1.2 技术架构

轨道交通装备MRO 系统技术架构由访问层、接口层、服务层、数据存储层组成，如图2 所示。

图2 轨道交通装备MRO 系统技术架构

（1）访问层：用户可借助 PC 端、移动终端或其他终端设备访问该系统。

（2）接口层：该系统与外部系统间采用WebService 进行数据交换，并统一通过ESB 进行发布，实现对各种数据接口的统一管理。

（3）服务层：包括服务通信、业务服务模块、服务管理及统一日志记录和统一权限管理等部分。通过服务通信可实现数据的调用与存取；业务服务模块支撑业务功能的实现，包括配置管理、现场服务管理、检修管理和物资管理等；服务管理包含系统配置、系统监控、接口管理及工作流管理等；统一日志记录可提供安全日志审计功能；统一权限管理可实现用户身份到应用授权的映射。

（4）数据存储层：主要实现结构化、非结构化数据的存储[10]，用以满足现场服务和检修数据、视频、图片等的存储需求。

2 系统功能

2.1 配置管理

配置管理是产品全生命周期管理的关键技术之一，是产品全生命周期管理中用来联系项目管理和质量管理的纽带[11]。服役周期配置管理的重点是维修构型管理和配置履历管理，其基本目的是保持维修数据的一致性和连续性。

2.1.1 维修构型管理

维修构型管理主要用于实现维修数据的集成、建模，以及维修数据的变更管理，包括服务BOM 生成、硬件构型管理、软件配置管理等模块。

2.1.1.1 服务BOM 生成

轨道交通装备MRO 系统利用企业已有数据构建服务BOM 的结构模型和演化模型，按维修管理颗粒度对现场可更换单元（LRU，Line Replaceable Unit）建立构型项，并进行物料属性追加定义和关联应用，支撑由“设计BOM—制造BOM—服务BOM”的路线，演化生成服务BOM，并针对业务特点建立机型服务BOM 和系统/部件服务BOM 的结构模型。

2.1.1.2 硬件构型管理

本文按照“BOM—构型基线—实例构型”的主线，搭建覆盖整机到系统/部件的基于BOM 的构型基线和实例构型。构建构型基线、系统/部件构型基线、与修程修次对应的产品检修构型基线等，可实现对构型数据校核、构型数据采集和历史产品构型数据回补等功能的支撑。轨道交通装备MRO 系统在生产制造阶段采集新造产品出厂配置，基于出厂配置信息，生成初始实例构型，并由工单驱动实例构型的更改，实现对构型的动态管理，确保构型数据的完整性、准确性和一致性。

2.1.1.3 软件配置管理

轨道交通装备MRO 系统按照机型应用场景，基于硬件构型确定软件配置，获取前端设计、制造系统的软件配置履历表和软件发布单信息，生成对应机型软件配置标准版本，与实际版本的记录比对校核，从而及时发现异常情况，实现软件配置管理。

2.1.2 配置履历管理

轨道交通装备MRO 系统以构型项标识贯穿各阶段数据，按照机型机号（车型车号）记录硬件构型和软件配置的建立信息和变更信息，并结合配属信息、运用信息（如运用时间、运行公里数等）、故障信息、检修信息等，形成配置履历，支撑一机一档（一车一档），以及服役周期维修数据的连续性和准确性控制。

2.2 现场服务管理

服务管理主要用于实现现场服务策划和现场服务执行与交付功能。

2.2.1 现场服务策划

现场服务策划以满足客户需求并为客户提供产品服务支持为目的，注重产品的维护成本。按照服务项目进行策划，结合项目管理要素，获取服务项目的名称、工作令号、质保期等信息，形成服务项目信息库，通过业务工单的关联，实现成本管控和服役周期质保服务管理。

2.2.2 现场服务执行与交付

轨道交通装备MRO 系统基于现场服务策划信息进行“端到端”响应式的业务工单管理，通过服务派工单、故障工单和改造工单等，实现流程驱动的服务发起、响应、派工、执行和信息反馈等功能。在对执行过程管控的同时，该系统将故障工单信息传递到QMS，打通产品维修数据向产品设计、制造业务反馈的信息通道。

2.3 检修管理

在工单执行过程中嵌入物料、备件等物资的使用记录，在工单通过审核、完成服务交付的同时，由换件信息触发硬件构型、软件配置数据和库存数据的更改，实现硬件构型、软件配置数据和库存数据的同步更新，以及人工、物料成本按项目归集。

检修管理主要用于实现检修方案制定、检修执行与交付的功能。

2.3.1 检修方案

检修方案分为产品检修方案和整车检修方案。产品检修方案针对检修的设备整机，规定检查项、试验项、所需物料、人员资质及数量、工具、检修构型基线和适用的车型；整车检修方案，规定修程修次对应的车载设备整机名称、产品编码、数量，检修范围等。

2.3.2 检修执行与交付

轨道交通装备MRO 系统根据ERP 系统的订单生成检修工单。根据检修方案中的内容，在检修工单中记录检修工序、检查项、试验项、对应的执行人及人工，记录必换件、偶换件及配置采集信息，实现检修执行过程控制和记录。在工单执行过程中嵌入检修物料使用记录，在工单通过审核、完成检修交付的同时，由换件信息触发硬件构型和软件配置数据更改，实现硬件构型、软件配置数据和库存数据的同步更新。

2.4 物资管理

轨道交通装备MRO 系统基于物资计划、储运、返修、处置等管理要素，通过配件申请单汇总形成配件计划；获取并记录调拨转库单，实现新品入库管理；通过装箱单、领料单、送修单、缴库单等，实现与服务、检修业务融合的物资调拨、出入库管理和故障件返修管理。

物资管理与配置履历管理模块衔接，基于产品序列号追溯，实现关键零部件的履历管理，避免过度修和欠修。通过配件精益管理能力提升，实现服务资源高效利用，减少对配件寿命的浪费。

3 关键技术

3.1 基于BOM 的服役周期数据贯通

维修服务存在信息孤岛的根源在于企业基于BOM 的构型数据和造修数据的关联、传递和集成不足，产品的共性数据采集录入不规范、不统一，同一属性数据在多个系统间不一致导致数据准确性和一致性差，多部门协同业务应用无法开展。本文设计并实现的轨道交通装备MRO 系统基于企业内部系统的集成、数据完善与集成的设计与实施，实现BOM 数据主线、构型数据主线和造修数据主线的数据链路衔接融合和数据贯通，建立基于BOM 的服役周期数据贯通模式，确保数据的关联性、一致性和准确性。

3.2 大数据专家诊断系统融合应用

基于故障诊断模型建立的大数据专家诊断系统与轨道交通装备MRO 系统的融合应用是远程诊断支持的一项关键技术。针对现场故障诊断主要依据个人经验和技术人员人工支持的诊断模式单一问题，轨道交通装备MRO 系统与大数据专家诊断系统联动，基于故障工单进行融合应用，并通过该系统的App实现远程故障排查指导，提升现场服务人员的精确故障诊断能力，提高装备的故障诊断效率，减少人工支持的工作量。

4 系统应用

轨道交通装备MRO 系统已于2018 年10 月在株洲中车时代电气股份有限公司进行应用，现场运行维护人员可通过该系统开展现场服务和检修业务，通过业务工单记录工作内容，获得作业指导和支持，为客户提供专业的运维服务；通过闭环反馈业务信息，对产品设计、制造业务过程提供支持；通过业务工单驱动维修构型数据和物资库存数据的动态更新，实现维修构型和物资的实时、高效管理。该系统的应用情况表明，基于BOM 的服役周期数据贯通技术和大数据专家诊断系统融合应用技术，可有效提高轨道交通装备服役周期运维管理及技术服务的能力，实现了装备服役周期协同运维管理，使得故障闭环及时率等19 类运营指标符合度超过95%，具有推广价值。

5 结束语

为满足轨道交通装备服役周期运维保障的高安全、高可靠要求，设计并实现了面向服役周期管理的轨道交通装备MRO 系统，构建了配置管理、服务管理、检修管理和物资管理等4 个功能模块，实现以BOM 和构型数据为核心，贯穿现场服务和检修业务主线的装备服役周期管理。面向服役周期管理的轨道交通装备MRO 系统的构建是一项系统工程，建立和保持产品构型信息和产品间的一致性、消除维修服务信息孤岛等方面是今后需要进一步探索的内容。