1 引言
MRO(Maintenance，Repair and Overhaul/Operation)是產(chǎn)品在使用和維護階段所進行的各種維修、維護、大修和操作等制造服務活動的總稱，是產(chǎn)品全生命周期的重要組成部分。MRO支持技術是制造服務業(yè)的核心支撐技術。它將現(xiàn)代MRO理論、網(wǎng)絡信息技術和企業(yè)管理方法相結(jié)合，利用產(chǎn)品知識對MRO數(shù)據(jù)和過程進行有效管理，支持產(chǎn)品制造商、用戶和維修服務商在整個產(chǎn)品生命周期中共享產(chǎn)品相關信息的關鍵使能技術，開發(fā)和應用大型裝備MRO支持系統(tǒng)是延伸制造業(yè)價值鏈、提高企業(yè)競爭能力和可持續(xù)發(fā)展的重要支撐。為此，863計劃專門設立了“大型裝備維護、維修與大修(MRO)支持系統(tǒng)”重點項目，本文內(nèi)容是該項目研究成果的一部分。
MRO業(yè)務主要涉及六個方面：裝備運行信息管理、維修資料和知識管理、維修需求及計劃管理、維修物料管理、維修監(jiān)控與確認、維修執(zhí)行管理。需要實現(xiàn)與產(chǎn)品的設計、制造、銷售、使用與維護、報廢與回收等生命周期階段之間的信息交互與反饋，其中涉及與PLM(Product Lifecycle Management)、CRM(Customer Relationship Management)、ERP(EntERPrise Resource Planning)、MES(Manufacturing Execution System)、SCM(Supply Chain Management)等各種應用系統(tǒng)和決策支持工具之間的信息交互。裝備在使用和維護階段的核心業(yè)務如圖1所示。
圖1 產(chǎn)品維修核心業(yè)務示意圖
當前關于產(chǎn)品維修方面的研究很多，但大都局限于個別MRO業(yè)務模塊如維修資料管理、維修計劃管理或MRO環(huán)節(jié)的零散研究，未能面向當前MRO中日益增加的精益管理需求提供系統(tǒng)化的解決方案，難以滿足綜合維修中可靠性、經(jīng)濟性和資源優(yōu)化配置等多目標優(yōu)化的需要。
維修計劃是產(chǎn)品MRO業(yè)務管理的核心。本文首先將探討如何設計維修BOM結(jié)構(gòu)以有效組織海量MRO數(shù)據(jù)，提出由中性結(jié)構(gòu)和實例結(jié)構(gòu)組成的復合式維修BOM結(jié)構(gòu)，接著通過分析維修需求和計劃管理的主要業(yè)務對象，重點討論如何實現(xiàn)維修BOM驅(qū)動的維修需求及計劃管理。最后通過一個實例來說明如何利用維修BOM來實現(xiàn)維修需求及計劃管理。
2 維修BOM結(jié)構(gòu)設計
諸如飛機、艦船、發(fā)電設備、工程機械等大型復雜裝備的各種維修技術支持與服務涉及到設計、制造、使用、維修等多個階段的技術資料、維修知識、維修歷史等海量數(shù)據(jù)信息資源。與設計制造階段利用設計BOM、制造BOM的做法相同，MRO支持系統(tǒng)也要利用BOM來組織和管理裝備數(shù)據(jù)信息。維修BOM不但用來描述裝備的物料組成及物料之間的關系，更重要的是要用于組織和管理使用維護階段的海量的裝備信息資源。對于同型號或同批次批量裝備，盡管初始的維修BOM完全相同，但在使用過程中裝備結(jié)構(gòu)會因為關鍵零部件的更換而發(fā)生變化，維修BOM所關聯(lián)的運行信息、維修歷史信息等會不斷增加，因此必須管理到單件具體裝備的維修BOM，也就是說，必須對每件裝備都要建立一個維修BOM。這點與設計BOM和制造BOM等對應的是同型號或同批次批量裝備的數(shù)據(jù)管理不同。如果采用和設計BOM和制造BOM相同的單樹式BOM結(jié)構(gòu)，同型號或同批次的批量裝備所對應的大量結(jié)構(gòu)高度相似的維修BOM會存在大量的數(shù)據(jù)冗余，維修BOM數(shù)據(jù)的一致性也難以保征。
為提高裝備MRO源數(shù)據(jù)的信息組織和管理效率，設計了一種復合式的維修BOM結(jié)構(gòu)，如圖2所示。與采用單樹式BOM相比，這種維修BOM結(jié)構(gòu)能更好地組織和管理海量的產(chǎn)品維修信息資源，降低維修信息資源組織的數(shù)據(jù)冗余度。
圖2 復合式維修BOM結(jié)構(gòu)圖
大型裝備MRO信息資源總的管理粒度四單件具體裝備，每一件裝備都要對應一個維修BOM。維修BOM由中性結(jié)構(gòu)和實例結(jié)構(gòu)兩個相互關聯(lián)的單樹式BOM來表示。兩種結(jié)構(gòu)定義如下：
定義1(中性結(jié)構(gòu))是維修BOM的核心結(jié)構(gòu)，是虛擬的單樹式BOM結(jié)構(gòu)，其數(shù)據(jù)節(jié)點關聯(lián)的都是具有共性的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)或維修資料和知識數(shù)據(jù)，用于組織共性的維修資料和維修知識。
中性結(jié)構(gòu)反映的是多件裝備的共性結(jié)構(gòu)，同型號或同批次的多件裝備的中性結(jié)構(gòu)是完全相同的，因此盡管每一件裝備都要對應一個維修BOM，但同型號或同批次的多件裝備可以共用一個中性結(jié)構(gòu)。
定義2(實例結(jié)構(gòu))是中性結(jié)構(gòu)在客觀世界的真實反映，是用來描述某件具體的物理裝備在某個時間真實配置數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)的單樹式BOM結(jié)構(gòu)，其元數(shù)據(jù)節(jié)點部是個性元數(shù)據(jù)節(jié)點，用于組織單件具體裝備的MRO業(yè)務數(shù)據(jù)。
實例結(jié)構(gòu)是中性結(jié)構(gòu)在客觀世界的實例化，每件裝備都對應一個實例結(jié)構(gòu)。對于共用中性結(jié)構(gòu)的多件裝備而言，實例結(jié)構(gòu)和中性結(jié)構(gòu)是多對一的關聯(lián)關系，一個中性結(jié)構(gòu)對應多個實例結(jié)構(gòu)。
通過復合式維修BOM可以將維修資料和知識、MRO業(yè)務數(shù)據(jù)等海量信息資源有效地組織起來，某型飛機有前、左、右三個起落架，其中左起落架和右起落架為主起落架，其結(jié)構(gòu)相同。但前起落架的結(jié)構(gòu)與主起落架不同。以該型飛機為例，維修BOM的組織圖如圖3。
圖3 飛機起落架維修BOM
對應于中性結(jié)構(gòu)和實例結(jié)構(gòu)，物料也分為中性物料和實例物料，中性結(jié)構(gòu)中的物料只能是中性物料，實例結(jié)構(gòu)中的物料也只能是實例物料。分別定義如下：
定義3(中性物料)用于標識同型號或同批次的同一種裝備，中性物料是對同種類型的不同實際物料的統(tǒng)一描述。中性物料之間存在從屬關系，利用這個關系形成中性結(jié)構(gòu)。使用唯一性的物料代碼來唯一標識。
定義4(實例物料)實例物料是中性物料批次化或序列化產(chǎn)生的具體物料。通過實例物料和實例物料關聯(lián)可以建立起描述一個現(xiàn)實的實例結(jié)構(gòu)。
中性物科和實際物料之間是抽象和具體的關系，如：東風內(nèi)燃4B型機車和第12臺東風內(nèi)燃4B型機車，輪軸和第18號輪軸。
3 主要業(yè)務對象和流程管理分析
維修需求管理模塊的主要類和類之間的關系如圖4所示，上半部分表示維修需求階段的主要類型，包括：中性物料、維修需求、工藝卡、工序等。下半部分表示維修計劃和執(zhí)行過程中的主要類型包括：實例物料、維修活動、工單、作業(yè)卡、作業(yè)任務、實例BOM變更報告和不一致報告。下面對各個類進行詳細說明。
圖4 基于BOM的維修業(yè)務對象組織
3.1 維修需求階段業(yè)務對象分析
維護需求相關信息一般來自于共享的維修文檔和知識，維修需求管理主要業(yè)務對象設計如下。
(1)維修需求：維修需求上關聯(lián)一個或多個中性物料對象，用以指明該維修需求需要觸發(fā)哪些子件中性物料的何種維修需求或維修項目。
(2)維修項目：維修項目是對一項維修工作的描述，包括維修項轉(zhuǎn)換成維修活動的條件、需要完成的工作、完成任務需要的人力資源，維修項目通過計算維修活動能產(chǎn)生真正的維修活動對象。
(3)工藝卡：是對維修項目過程中需要完成各項工作的描述。工藝卡中包含需要完成的工序、完成過程中需要人員具備什么技能以及執(zhí)行過程中需要用到的中性物料。工藝卡代表需要完成的任務集合，在一次維修中可能涉及到幾方面的工作，因此可以用多個工藝卡表示一個需要執(zhí)行的維修項目。
(4)工序：對將要執(zhí)行的工藝卡中某個具體步驟的描述，包括需要的技能和物料的需求，工序中可以包含子任務，子任務是對工序的更詳細描述。在MRO系統(tǒng)計算維修活動時工序?qū)⑥D(zhuǎn)換成作業(yè)任務。
(5)維修需求判定標準：描述在什么情況下維修項目可以轉(zhuǎn)化成維修活動。在進行維修活動計算時，系統(tǒng)將根據(jù)實例物料生命特征參數(shù)的取值判斷該判定標準是否滿足，如果滿足則將維修項目轉(zhuǎn)化成維修活動。例如：飛機發(fā)動機定期保養(yǎng)的維修需求上指定的維修需求判定標準為：飛行小時達到200小時后保養(yǎng)一次，假設發(fā)動機的使用壽命為5000飛行小時，那么按照該需求判定標準計算的得到的維修活動為25次。
3.2 維修計劃階段業(yè)務對象分析
維護計劃數(shù)據(jù)主要是當前和歷史維修業(yè)務數(shù)據(jù)，維修計劃管理的主要業(yè)務對象列舉如下。
(1)維修活動：表示一次實際執(zhí)行的維修工作，MRO系統(tǒng)在進行維修活動計算時將維修需求轉(zhuǎn)化成維修活動。維修活動中包含一個或多個作業(yè)卡，作業(yè)卡來自于維修需求關聯(lián)的工藝卡。
(2)工單：是一系列作業(yè)卡的集合，用戶可以調(diào)整工單包含的作業(yè)卡，如：添加作業(yè)卡、復制作業(yè)卡等。工單和維修活動之間存在關聯(lián)關系，工單最初包含的作業(yè)卡來源于維修活動。在執(zhí)行維修工作時以工單為單位下達維修計劃，如果需要，工單可以包含子工單。
(3)作業(yè)卡：表示維修需要執(zhí)行的一項工作，在維修活動計算時工藝卡將實例化成作業(yè)卡，作業(yè)卡中包含具體的作業(yè)任務和負責工藝卡執(zhí)行的監(jiān)控人員，該監(jiān)控人員將負責各個作業(yè)任務的人員分配。
(4)作業(yè)任務：代表維修活動中需要執(zhí)行的一項具體任務，作業(yè)任務是工序的具體實例，在作業(yè)任務中包含實際的人員分配和實際的物料分配。由于工序包含子工序且作業(yè)任務是工序的實例化，因此作業(yè)任務也包含子作業(yè)任務。
BOM驅(qū)動的維修需求和計劃業(yè)務對象管理框架（二）
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