軌道交通是一種獨(dú)立的有軌交通系統(tǒng)，它提供了資源集約利用、環(huán)保舒適和安全快捷的大容量運(yùn)輸服務(wù)方式，能夠按照設(shè)計(jì)能力正常運(yùn)行，與其它交通工具互不干擾，具有強(qiáng)大的運(yùn)‘輸能力、較高的服務(wù)水平和顯著的資源環(huán)境效益。車輛是軌道交通的核心組成部分，其特點(diǎn)是投資巨大、技術(shù)復(fù)雜和維修成本高，為了應(yīng)對城市巨大的客流量，車輛不得不長時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)載，因而存在著巨大的運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)，任何一個(gè)細(xì)小的隱患都可能產(chǎn)生重大的影響。對于軌道交通運(yùn)營商而言，車輛往往來自多個(gè)制造廠商，擁有多種配置，維修工藝復(fù)雜，維修成本高，每輛車在使用全壽命周期中需要經(jīng)歷多個(gè)修程，周期長，管理難度大。如何管理好軌道交通車輛維修與保養(yǎng)過程，保障維修的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)維修過程的可監(jiān)控和可追溯以及故障的可預(yù)測和可預(yù)防．對于確保軌道交通車輛的安全運(yùn)行至關(guān)重要。同時(shí)，在確保車輛維修質(zhì)量的前提下，如何通過科學(xué)管理降低維修成本則是運(yùn)營企業(yè)所面臨的一項(xiàng)持久而艱巨的任務(wù)。

    從軌道交通車輛的維護(hù)維修管理現(xiàn)狀來看，目前主要是基于企業(yè)資產(chǎn)管理系統(tǒng)(EAM)和設(shè)備維護(hù)管理信息系統(tǒng)(MMIS)來進(jìn)行，這些系統(tǒng)可以基本滿足設(shè)備臺賬管理、維修計(jì)劃管理、工作單管理以及基于記錄信息的維修成本、設(shè)備可靠性、可用性、可維修性等維修活動(dòng)分析，但在維修管理精度和過程可控、可追溯方面存在不足。MRO(Maintenance維護(hù)、Repair維修、Overhaul大修)解決方案，正是為了滿足這種大型、復(fù)雜、昂貴、安全可靠性要求高、使用周期長的設(shè)備維護(hù)維修需求而提出的，它最早應(yīng)用于航空航天和國防領(lǐng)域，目前正快速地向其它通用大型復(fù)雜裝備的維護(hù)維修領(lǐng)域拓展，軌道車輛、工程機(jī)械、鋼鐵冶金等行業(yè)的MRO應(yīng)用已經(jīng)越來越普及。

    本文在充分調(diào)研軌道交通車輛維護(hù)維修管理現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，基于預(yù)測性維修等先進(jìn)的理念，并借鑒MRO在航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn)，針對軌道交通車輛維修管理現(xiàn)狀，提出了基于維修BOM演化的車輛全壽命狀態(tài)跟蹤機(jī)制；考慮維修管理精度和維修能力的持續(xù)動(dòng)態(tài)調(diào)整，建立了柔性可配置的維修工藝規(guī)程管理機(jī)制；以提高維修效率、保障維修質(zhì)量和降低維修成本為目標(biāo)，研發(fā)了車輛維修作業(yè)過程管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了車輛維修過程“人、機(jī)、量、法、環(huán)”的閉環(huán)控制；研發(fā)形成的軌道交通車輛維修過程管理MRO支撐系統(tǒng)，在上海申通地鐵五號線劍川路停車場進(jìn)行了示范應(yīng)用，取得了較好的應(yīng)用效果。

1 基于維修BOM演化的車輛全壽命跟蹤

    本文從軌道交通車輛的運(yùn)營商人手，基于對MRO領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，以及對車輛維修BOM組織模式的研究分析，提出了車輛運(yùn)營維護(hù)階段維修BOM的有效組織方式，并針對軌道交通行業(yè)提出了以維修BOM為核心的車輛使用壽命跟蹤機(jī)制，并且針對不同類型的零部件提出了不同的壽命跟蹤方法。

    1.1 維修BOM的內(nèi)涵

    BOM即物料清單(Bill of Material)，是計(jì)算機(jī)可識別的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)文件。根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、使用全生命周期各階段的不同展現(xiàn)形式，BOM可以分為工程BOM、制造BOM、交付BOM等多種形式。作為車輛維修管理的核心對象，維修BOM主要由維修承擔(dān)主體從制造商獲取的交付BOM演繹而來，維修承擔(dān)主體根據(jù)自身的維修能力針對交付BOM進(jìn)行簡化或者細(xì)分，劃分最小維修單元，所有的維修單元按一定的層次關(guān)系組成車輛的維修BOM。例如，上海地鐵AC11型軌道交通車輛MP1車受電弓總成零部件的維修BOM部分結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 軌道交通車輛受電弓總成維修BOM（部分）

    1.2 維修BOM的來源

    從維修服務(wù)的組織者來看，MRO的主體通�？梢苑譃�3類：設(shè)備制造商、設(shè)備使用者和第三方維修服務(wù)提供商。設(shè)備制造商在組織維修的同時(shí)，首先是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造者，因此擁有設(shè)計(jì)及制造階段詳細(xì)的BOM信息。對于設(shè)備使用者和第三方維修服務(wù)提供商，除了極個(gè)別的行業(yè)領(lǐng)域外，它們通常無法獲取產(chǎn)品的詳細(xì)設(shè)計(jì)或制造BOM數(shù)據(jù)。因此，對于設(shè)備制造商而言，維修BOM可以通過設(shè)計(jì)，制造BOM進(jìn)行繼承和轉(zhuǎn)化而形成；對于設(shè)備使用者和第三方維修服務(wù)提供商，維修BOM則以自有維修對象或者承接維修對象的設(shè)備樹形式存在，設(shè)備樹以最小維修單元為基本單位組成。根據(jù)組織形式的不同，可以把維修BOM細(xì)化為兩大類：以設(shè)備制造商為主體的維修BOM和以設(shè)備使用者和第三方維修服務(wù)提供商為主體的維修BOM。

    1.3 維修BOM的構(gòu)建

    目前，軌道交通車輛的維修一般都是由軌道交通運(yùn)營商的維保部門組織進(jìn)行，運(yùn)營商從軌道車輛制造商處獲取的車輛交付BOM往往是紙面的簡單物料清單，因此需要根據(jù)制造商的交付BOM以及維修能力和管理精度進(jìn)行構(gòu)建，維修BOM的構(gòu)建通�？赏ㄟ^維修單元構(gòu)建、維修BOM模板定義以及維修BOM實(shí)例化3個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)。

    (1)維修單元構(gòu)建。如上所述，車輛維修單元基于運(yùn)營商從車輛制造商處獲取的交付BOM構(gòu)建。在重構(gòu)過程中，如果交付BOM中包含維修BOM -致的維修單元結(jié)構(gòu)，則可以通過將相應(yīng)維修單元結(jié)構(gòu)從交付BOM復(fù)制并粘貼到交付BOM相應(yīng)位置來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)維修單元結(jié)構(gòu)和交付BOM中的對應(yīng)結(jié)構(gòu)不一致時(shí)，也即維修管理精度或者維修能力決定維修單元結(jié)構(gòu)細(xì)化程度高于或者低于交付BOM時(shí)，可在維修BOM中創(chuàng)建或者刪除不一致的單元結(jié)構(gòu)。

    (2)維修BOM模板定義。維修單元構(gòu)建實(shí)現(xiàn)了維修單元之間樹狀結(jié)構(gòu)關(guān)系的構(gòu)建，以及維修單元包括名稱、編號、備品備件編號、層次等顯性或隱性基本屬性的定義。維修承擔(dān)主體所關(guān)注的維修單元在使用全壽命周期內(nèi)的擴(kuò)展屬性都在維修BOM模板管理中進(jìn)行定義，擴(kuò)展屬性通常包括：①跟蹤屬性：描述在日常保養(yǎng)或檢修過程中被測量和記錄的屬性，如零件的長度、磨耗等；②壽命屬性：描述零件已使用的壽命屬性，如車輛的運(yùn)營里程、蓄電池充電次數(shù)等。

    (3)維修BOM實(shí)例化。通過對具體車型全車維修BOM的定義，該車型在使用過程所需記錄跟蹤的參數(shù)配置即可完成。從軌道交通車輛的資產(chǎn)來看，同一車型的車輛通常是批量采購并且共享備品備件庫存，同時(shí)，部分循環(huán)周轉(zhuǎn)修復(fù)件還存在跨線路周轉(zhuǎn)情況。因此，維修管理的對象必須是與物理車輛一一對應(yīng)的維修BOM實(shí)例，通過維修BOM的實(shí)例化，可以實(shí)現(xiàn)對具體維修車輛使用全壽命周期的跟蹤與管理。

    1.4 車輛壽命跟蹤機(jī)制

    通過維護(hù)維修BOM的相關(guān)信息，可以有效地追溯某一時(shí)間區(qū)域內(nèi)的設(shè)備實(shí)際裝配樹，并通過狀態(tài)屬性信息進(jìn)一步追溯某維修單元的壽命狀態(tài)信息以及關(guān)聯(lián)的維修信息。軌道交通車輛維修BOM各組成節(jié)點(diǎn)（維修單元）使用全壽命過程的狀態(tài)屬性，可以采用位置跟蹤和序列化跟蹤兩種機(jī)制。

    (1)位置跟蹤。位置跟蹤適用于車輛上固定位置的設(shè)備對象狀態(tài)參數(shù)的跟蹤管理。同一車廂上在不同位置的相同零件采用位置編碼進(jìn)行唯一標(biāo)識。通過位置編碼跟蹤的設(shè)備對象在進(jìn)行更替后，相關(guān)屬性信息在時(shí)間域內(nèi)進(jìn)行重置。歷史狀態(tài)參數(shù)信息可以通過設(shè)備安裝更換歷史進(jìn)行查詢。

    (2)序列化跟蹤。在軌道交通車輛上，還有一些壽命很長的關(guān)鍵零部件，它們在報(bào)廢之前往往經(jīng)歷多次的安裝使用、維修入庫以及領(lǐng)用更換，這類設(shè)備被稱為循環(huán)使用件或者周轉(zhuǎn)件。因?yàn)樵O(shè)備流通環(huán)節(jié)多，而且在架大修過程中可能導(dǎo)致這些設(shè)備在多車廂、多線路上流轉(zhuǎn)，存在多次下線、維修、安裝上線的循環(huán)復(fù)用，位置關(guān)系無法用來作為它的唯一化標(biāo)識，針對循環(huán)復(fù)用設(shè)備單元，需要通過序列化跟蹤，通過為每個(gè)設(shè)備單元分發(fā)特征序列號進(jìn)行單元對象唯一化標(biāo)識，并對設(shè)備使用的全壽命周期過程進(jìn)行唯一化跟蹤。

2 以維修質(zhì)量為導(dǎo)向的維修作業(yè)過程管控

    維修作業(yè)執(zhí)行管理是軌道交通車輛MRO業(yè)務(wù)開展的核心內(nèi)容，它不僅是從維修需求與策略出發(fā)，通過服務(wù)資源的調(diào)度實(shí)現(xiàn)維修計(jì)劃的制訂，更重要的是對整個(gè)維修執(zhí)行過程進(jìn)行監(jiān)督與反饋，以保證維修質(zhì)量為宗旨。維修作業(yè)執(zhí)行過程管理，首先需要按照計(jì)劃和工藝要求進(jìn)行服務(wù)資源的分配，如維修工單的拆分與再分配；其次需要結(jié)合三維可視化的工藝規(guī)程指導(dǎo)維修操作，并同步記錄維修結(jié)果及各類數(shù)據(jù)，支持完工后信息向產(chǎn)品BOM等關(guān)聯(lián)組件反饋。

    國內(nèi)大多數(shù)信息化程度較高的設(shè)備維護(hù)維修企業(yè)基于已有的ERP系統(tǒng)的實(shí)施實(shí)現(xiàn)了維修計(jì)劃的管理，支持維修工單的創(chuàng)建以及最終的完工報(bào)告。然而，整個(gè)維修作業(yè)的過程仍是個(gè)黑盒，缺乏有效的過程信息記錄。本文提出的維修作業(yè)過程管控，徹底打開了作業(yè)層面的黑盒，將維修管理的粒度細(xì)化到了作業(yè)過程，甚至到達(dá)了設(shè)備層面，系統(tǒng)通過對各種維修資源的有效管理，對維修工藝的可視化仿真和維修作業(yè)過程的管控，實(shí)現(xiàn)了維修過程的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，不僅固化了維修的流程，提高車輛運(yùn)行安全可靠性，同時(shí)還降低了車輛運(yùn)維成本，確保維修過程的可追溯，提升了軌道交通車輛維修的信息化水平。

    2.1 維修作業(yè)過程精細(xì)化管理

    維修作業(yè)過程的管理以設(shè)備維修BOM為核心，以維修工單為主線，以維修策略與維修計(jì)劃為源頭，以“人、機(jī)、量、法、環(huán)”為控制要素，實(shí)現(xiàn)了軌道交通車輛維修作業(yè)過程的精細(xì)化管理，并形成了維修作業(yè)過程管理系統(tǒng)。其功能主要包括：(1)維修工藝規(guī)程規(guī)范下的維修作業(yè)過程推進(jìn)；(2)合規(guī)的維修人員、工器具、備品備件、檢修環(huán)境配置；(3)維修作業(yè)過程資源的利用情況、測量數(shù)據(jù)等相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄管理；(4)符合維修作業(yè)管理規(guī)范的完工報(bào)單自動(dòng)生成等。通過信息化系統(tǒng)的支撐，實(shí)現(xiàn)了維修基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理與知識共享，以及維修過程跟蹤與管理，滿足軌道車輛維修的質(zhì)量控制和過程控制需求，提高車輛運(yùn)行的安全可靠性，降低車輛的運(yùn)維成本。

    2.2 基于手持終端的移動(dòng)應(yīng)用

    軌道交通車輛多節(jié)編組，系統(tǒng)眾多，車輛縱深跨度大，作業(yè)高度差別很大，這樣的設(shè)備特點(diǎn)決定了維修作業(yè)必須依賴工作臺上下工作，如車輛受電弓的維修作業(yè)屬于車頂高空作業(yè)，輪對維護(hù)則必須深入槽道進(jìn)行車底作業(yè)。隨著目前平板電腦的應(yīng)用技術(shù)日趨成熟，小型化、高續(xù)航力、自帶無線網(wǎng)絡(luò)功能使小型手持式平板電腦終端工業(yè)應(yīng)用成為可能。本文基于手持終端實(shí)現(xiàn)了維修作業(yè)管理的移動(dòng)化應(yīng)用，方便維修工程師進(jìn)行無紙化作業(yè)。手持終端具有800×480分辨率，支持6～8h的常開屏幕續(xù)航能力，支持802.11b/g WIFI無線網(wǎng)絡(luò)，Android 2.2的操作系統(tǒng)成熟且可以支持維修作業(yè)過程中三維作業(yè)指導(dǎo)書的瀏覽。同時(shí)，支持觸控式手寫輸入的電阻屏設(shè)計(jì)也可以有效避免維修作業(yè)過程戴手套作業(yè)、污漬等帶來的負(fù)面影響。手持終端界面及現(xiàn)場應(yīng)用如圖2所示。

圖2 手持移動(dòng)終端

3 應(yīng)用案例

    3.1 案例背景

    上海申通地鐵集團(tuán)有限公司是一家融軌道交通投資、建設(shè)和運(yùn)營管理為一體的大型企業(yè)集團(tuán)，是上海軌道交通投資建設(shè)和運(yùn)營的責(zé)任主體，上海市目前已擁有439 km的全世界第二長的運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)，12條運(yùn)營線路，290座車站，在役列車517列，3182節(jié)車廂，26種車型，今年1至4月上海地鐵日均客流達(dá)586萬人次，3月8日更是達(dá)到了824.6萬人次的單日最高紀(jì)錄。

    隨著地鐵車輛投入運(yùn)營時(shí)間推移以及客運(yùn)負(fù)載的不斷加重，地鐵車輛維修保障和安全可靠運(yùn)營的壓力也不斷增加。為了更好地面向上海軌道交通的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營，以保障車輛運(yùn)行安全，降低車輛裝備在線故障率，提高維修效率和降低維修成本，申通地鐵集團(tuán)聯(lián)合上海交通大學(xué)、上海東方申信科技發(fā)展有限公司進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作研究，通過車輛維修過程管理關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，開發(fā)了相應(yīng)的信息化支撐系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)維修基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理與知識共享和維修過程跟蹤與管理，并在上海申通地鐵五號線劍川路停車場實(shí)現(xiàn)應(yīng)用示范。

    3.2 系統(tǒng)架構(gòu)

    上海申通地鐵設(shè)備維修作業(yè)管理MRO系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖3所示。系統(tǒng)底層與數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)；中間為核心業(yè)務(wù)層，包括：系統(tǒng)管理層、技術(shù)支撐層和企業(yè)應(yīng)用層：上層為集成接口層，支持手持移動(dòng)終端設(shè)備的接入，并通過外部接口與申通企業(yè)資產(chǎn)管理系統(tǒng)(EAM)系統(tǒng)集成。

圖3 申通地鐵MRO系統(tǒng)架構(gòu)圖

    MRO系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)采用經(jīng)典的MVC分層設(shè)計(jì)模式，運(yùn)用SSH(Struts2+Spring+Hibernate)主流技術(shù)。數(shù)據(jù)訪問層采用集成Hibernate的Spring ORM框架實(shí)現(xiàn)對DAO數(shù)據(jù)庫的訪問；業(yè)務(wù)層采用Spring AOP實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的處理；顯示層通過Spring集成Struts2實(shí)現(xiàn)對控制層的訪問，通過JSP實(shí)現(xiàn)對視圖層的訪問：顯示層與業(yè)務(wù)層及業(yè)務(wù)層與數(shù)據(jù)庫訪問層的關(guān)聯(lián)通過SpringIOC模式實(shí)現(xiàn)。

    3.3 應(yīng)用效果

    軌道交通車輛維修過程管理系統(tǒng)目前已經(jīng)正式上線部署，申通地鐵五號線維修基地基于該系統(tǒng)，以手持無線終端為輔助工具，取得了良好的應(yīng)用效果。五號線管理部門和一線維修人員給予系統(tǒng)很好的評價(jià)，認(rèn)為該系統(tǒng)和申通地鐵現(xiàn)有資產(chǎn)管理系統(tǒng)在維修作業(yè)精細(xì)化管理方面實(shí)現(xiàn)了很好的有機(jī)互補(bǔ)。通過應(yīng)用實(shí)施，促進(jìn)了五號線維修規(guī)程的改進(jìn)，通過過程控制精簡了很多冗余環(huán)節(jié)，較好提升了維修組織效率，保證了維修質(zhì)量。系統(tǒng)在均衡修維修過程管理中得到了較好的應(yīng)用效果，使五號線維修基地車輛維修作業(yè)的管理和信息化水平都得到了較大的提升。系統(tǒng)截圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)截圖

4 結(jié)束語

    本文面向軌道交通車輛維修過程管理的MRO支撐系統(tǒng)，針對地鐵行業(yè)的業(yè)務(wù)現(xiàn)狀和業(yè)務(wù)需求，基于MRO理念，圍繞維修資源、維修知識、過程管控和統(tǒng)計(jì)分析4個(gè)核心內(nèi)容，提出了以維修BOM為核心的車輛壽命跟蹤機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了以維修質(zhì)量為導(dǎo)向的維修作業(yè)過程管控。MRO支撐系統(tǒng)具備了很好的可擴(kuò)展性和柔性配置功能，可以從五號線均衡修維修作業(yè)管理向其它線路橫向應(yīng)用推廣，可配置的維修工藝規(guī)程管理更加合適向大修、架大修等復(fù)雜修程縱深推廣實(shí)施應(yīng)用，全面提升精細(xì)化維修作業(yè)的管理精度。

    此外，為了對軌道交通車輛維修策略優(yōu)化提供進(jìn)一步支撐，筆者已根據(jù)申通地鐵五號線現(xiàn)有的數(shù)據(jù)積累在軸箱溫度趨勢、受電弓碳棒磨耗趨勢、受電弓解除壓力趨勢、制動(dòng)電阻箱電阻值變化趨勢、閘瓦磨耗趨勢等方面進(jìn)行了數(shù)據(jù)挖掘和智能分析，取得了較好的成果。數(shù)據(jù)智能分析技術(shù)通過建模與運(yùn)算，基于海量的歷史數(shù)據(jù)可以為設(shè)備故障診斷、設(shè)備狀態(tài)預(yù)測、維修策略制定、企業(yè)經(jīng)營決策提供數(shù)據(jù)支撐，隨著數(shù)據(jù)的不斷積累及分析模型的不斷優(yōu)化，數(shù)據(jù)智能分析必然能在設(shè)備維護(hù)維修領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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本文標(biāo)題：面向軌道交通車輛維修過程管理的MRO支撐系統(tǒng)

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