軌道交通是一種獨立的有軌交通系統，它提供了資源集約利用、環保舒適和安全快捷的大容量運輸服務方式，能夠按照設計能力正常運行，與其它交通工具互不干擾，具有強大的運‘輸能力、較高的服務水平和顯著的資源環境效益。車輛是軌道交通的核心組成部分，其特點是投資巨大、技術復雜和維修成本高，為了應對城市巨大的客流量，車輛不得不長時間超負荷運載，因而存在著巨大的運營風險，任何一個細小的隱患都可能產生重大的影響。對于軌道交通運營商而言，車輛往往來自多個制造廠商，擁有多種配置，維修工藝復雜，維修成本高，每輛車在使用全壽命周期中需要經歷多個修程，周期長，管理難度大。如何管理好軌道交通車輛維修與保養過程，保障維修的質量，實現維修過程的可監控和可追溯以及故障的可預測和可預防．對于確保軌道交通車輛的安全運行至關重要。同時，在確保車輛維修質量的前提下，如何通過科學管理降低維修成本則是運營企業所面臨的一項持久而艱巨的任務。
從軌道交通車輛的維護維修管理現狀來看，目前主要是基于企業資產管理系統(EAM)和設備維護管理信息系統(MMIS)來進行，這些系統可以基本滿足設備臺賬管理、維修計劃管理、工作單管理以及基于記錄信息的維修成本、設備可靠性、可用性、可維修性等維修活動分析，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、Repair維修、Overhaul大修)解決方案，正是為了滿足這種大型、復雜、昂貴、安全可靠性要求高、使用周期長的設備維護維修需求而提出的，它最早應用于航空航天和國防領域，目前正快速地向其它通用大型復雜裝備的維護維修領域拓展，軌道車輛、工程機械、鋼鐵冶金等行業的MRO應用已經越來越普及。
本文在充分調研軌道交通車輛維護維修管理現狀的基礎上，基于預測性維修等先進的理念，并借鑒MRO在航空航天等領域應用的成功經驗，針對軌道交通車輛維修管理現狀，提出了基于維修BOM演化的車輛全壽命狀態跟蹤機制；考慮維修管理精度和維修能力的持續動態調整，建立了柔性可配置的維修工藝規程管理機制；以提高維修效率、保障維修質量和降低維修成本為目標，研發了車輛維修作業過程管控系統，實現了車輛維修過程“人、機、量、法、環”的閉環控制；研發形成的軌道交通車輛維修過程管理MRO支撐系統，在上海申通地鐵五號線劍川路停車場進行了示范應用，取得了較好的應用效果。
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營商人手，基于對MRO領域的先進技術，以及對車輛維修BOM組織模式的研究分析，提出了車輛運營維護階段維修BOM的有效組織方式，并針對軌道交通行業提出了以維修BOM為核心的車輛使用壽命跟蹤機制，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的內涵
BOM即物料清單(Bill of Material)，是計算機可識別的產品結構數據文件。根據產品設計、制造、使用全生命周期各階段的不同展現形式，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主要由維修承擔主體從制造商獲取的交付BOM演繹而來，維修承擔主體根據自身的維修能力針對交付BOM進行簡化或者細分，劃分最小維修單元，所有的維修單元按一定的層次關系組成車輛的維修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部分結構如圖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
從維修服務的組織者來看，MRO的主體通常可以分為3類：設備制造商、設備使用者和第三方維修服務提供商。設備制造商在組織維修的同時，首先是產品的設計和制造者，因此擁有設計及制造階段詳細的BOM信息。對于設備使用者和第三方維修服務提供商，除了極個別的行業領域外，它們通常無法獲取產品的詳細設計或制造BOM數據。因此，對于設備制造商而言，維修BOM可以通過設計，制造BOM進行繼承和轉化而形成；對于設備使用者和第三方維修服務提供商，維修BOM則以自有維修對象或者承接維修對象的設備樹形式存在，設備樹以最小維修單元為基本單位組成。根據組織形式的不同，可以把維修BOM細化為兩大類：以設備制造商為主體的維修BOM和以設備使用者和第三方維修服務提供商為主體的維修BOM。
1.3 維修BOM的構建
目前，軌道交通車輛的維修一般都是由軌道交通運營商的維保部門組織進行，運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，因此需要根據制造商的交付BOM以及維修能力和管理精度進行構建，維修BOM的構建通常可通過維修單元構建、維修BOM模板定義以及維修BOM實例化3個步驟實現。
(1)維修單元構建。如上所述，車輛維修單元基于運營商從車輛制造商處獲取的交付BOM構建。在重構過程中，如果交付BOM中包含維修BOM -致的維修單元結構，則可以通過將相應維修單元結構從交付BOM復制并粘貼到交付BOM相應位置來實現。當維修單元結構和交付BOM中的對應結構不一致時，也即維修管理精度或者維修能力決定維修單元結構細化程度高于或者低于交付BOM時，可在維修BOM中創建或者刪除不一致的單元結構。
(2)維修BOM模板定義。維修單元構建實現了維修單元之間樹狀結構關系的構建，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。維修承擔主體所關注的維修單元在使用全壽命周期內的擴展屬性都在維修BOM模板管理中進行定義，擴展屬性通常包括：①跟蹤屬性：描述在日常保養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，如車輛的運營里程、蓄電池充電次數等。
(3)維修BOM實例化。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配置即可完成。從軌道交通車輛的資產來看，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，部分循環周轉修復件還存在跨線路周轉情況。因此，維修管理的對象必須是與物理車輛一一對應的維修BOM實例，通過維修BOM的實例化，可以實現對具體維修車輛使用全壽命周期的跟蹤與管理。
1.4 車輛壽命跟蹤機制
通過維護維修BOM的相關信息，可以有效地追溯某一時間區域內的設備實際裝配樹，并通過狀態屬性信息進一步追溯某維修單元的壽命狀態信息以及關聯的維修信息。軌道交通車輛維修BOM各組成節點（維修單元）使用全壽命過程的狀態屬性，可以采用位置跟蹤和序列化跟蹤兩種機制。
(1)位置跟蹤。位置跟蹤適用于車輛上固定位置的設備對象狀態參數的跟蹤管理。同一車廂上在不同位置的相同零件采用位置編碼進行唯一標識。通過位置編碼跟蹤的設備對象在進行更替后，相關屬性信息在時間域內進行重置。歷史狀態參數信息可以通過設備安裝更換歷史進行查詢。
(2)序列化跟蹤。在軌道交通車輛上，還有一些壽命很長的關鍵零部件，它們在報廢之前往往經歷多次的安裝使用、維修入庫以及領用更換，這類設備被稱為循環使用件或者周轉件。因為設備流通環節多，而且在架大修過程中可能導致這些設備在多車廂、多線路上流轉，存在多次下線、維修、安裝上線的循環復用，位置關系無法用來作為它的唯一化標識，針對循環復用設備單元，需要通過序列化跟蹤，通過為每個設備單元分發特征序列號進行單元對象唯一化標識，并對設備使用的全壽命周期過程進行唯一化跟蹤。
2 以維修質量為導向的維修作業過程管控
維修作業執行管理是軌道交通車輛MRO業務開展的核心內容，它不僅是從維修需求與策略出發，通過服務資源的調度實現維修計劃的制訂，更重要的是對整個維修執行過程進行監督與反饋，以保證維修質量為宗旨。維修作業執行過程管理，首先需要按照計劃和工藝要求進行服務資源的分配，如維修工單的拆分與再分配；其次需要結合三維可視化的工藝規程指導維修操作，并同步記錄維修結果及各類數據，支持完工后信息向產品BOM等關聯組件反饋。
國內大多數信息化程度較高的設備維護維修企業基于已有的ERP系統的實施實現了維修計劃的管理，支持維修工單的創建以及最終的完工報告。然而，整個維修作業的過程仍是個黑盒，缺乏有效的過程信息記錄。本文提出的維修作業過程管控，徹底打開了作業層面的黑盒，將維修管理的粒度細化到了作業過程，甚至到達了設備層面，系統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過程的管控，實現了維修過程的標準化作業，不僅固化了維修的流程，提高車輛運行安全可靠性，同時還降低了車輛運維成本，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 維修作業過程精細化管理
維修作業過程的管理以設備維修BOM為核心，以維修工單為主線，以維修策略與維修計劃為源頭，以“人、機、量、法、環”為控制要素，實現了軌道交通車輛維修作業過程的精細化管理，并形成了維修作業過程管理系統。其功能主要包括：(1)維修工藝規程規范下的維修作業過程推進；(2)合規的維修人員、工器具、備品備件、檢修環境配置；(3)維修作業過程資源的利用情況、測量數據等相關數據的記錄管理；(4)符合維修作業管理規范的完工報單自動生成等。通過信息化系統的支撐，實現了維修基礎數據的統一管理與知識共享，以及維修過程跟蹤與管理，滿足軌道車輛維修的質量控制和過程控制需求，提高車輛運行的安全可靠性，降低車輛的運維成本。
2.2 基于手持終端的移動應用
軌道交通車輛多節編組，系統眾多，車輛縱深跨度大，作業高度差別很大，這樣的設備特點決定了維修作業必須依賴工作臺上下工作，如車輛受電弓的維修作業屬于車頂高空作業，輪對維護則必須深入槽道進行車底作業。隨著目前平板電腦的應用技術日趨成熟，小型化、高續航力、自帶無線網絡功能使小型手持式平板電腦終端工業應用成為可能。本文基于手持終端實現了維修作業管理的移動化應用，方便維修工程師進行無紙化作業。手持終端具有800×480分辨率，支持6～8h的常開屏幕續航能力，支持802.11b/g WIFI無線網絡，Android 2.2的操作系統成熟且可以支持維修作業過程中三維作業指導書的瀏覽。同時，支持觸控式手寫輸入的電阻屏設計也可以有效避免維修作業過程戴手套作業、污漬等帶來的負面影響。手持終端界面及現場應用如圖2所示。
圖2 手持移動終端
3 應用案例
3.1 案例背景
上海申通地鐵集團有限公司是一家融軌道交通投資、建設和運營管理為一體的大型企業集團，是上海軌道交通投資建設和運營的責任主體，上海市目前已擁有439 km的全世界第二長的運營網絡，12條運營線路，290座車站，在役列車517列，3182節車廂，26種車型，今年1至4月上海地鐵日均客流達586萬人次，3月8日更是達到了824.6萬人次的單日最高紀錄。
隨著地鐵車輛投入運營時間推移以及客運負載的不斷加重，地鐵車輛維修保障和安全可靠運營的壓力也不斷增加。為了更好地面向上海軌道交通的網絡化運營，以保障車輛運行安全，降低車輛裝備在線故障率，提高維修效率和降低維修成本，申通地鐵集團聯合上海交通大學、上海東方申信科技發展有限公司進行產學研合作研究，通過車輛維修過程管理關鍵技術攻關，開發了相應的信息化支撐系統，實現維修基礎數據的統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現應用示范。
3.2 系統架構
上海申通地鐵設備維修作業管理MRO系統的總體架構如圖3所示。系統底層與數據庫關聯；中間為核心業務層，包括：系統管理層、技術支撐層和企業應用層：上層為集成接口層，支持手持移動終端設備的接入，并通過外部接口與申通企業資產管理系統(EAM)系統集成。
圖3 申通地鐵MRO系統架構圖
MRO系統技術架構采用經典的MVC分層設計模式，運用SSH(Struts2+Spring+Hibernate)主流技術。數據訪問層采用集成Hibernate的Spring ORM框架實現對DAO數據庫的訪問；業務層采用Spring AOP實現業務的處理；顯示層通過Spring集成Struts2實現對控制層的訪問，通過JSP實現對視圖層的訪問：顯示層與業務層及業務層與數據庫訪問層的關聯通過SpringIOC模式實現。
3.3 應用效果
軌道交通車輛維修過程管理系統目前已經正式上線部署，申通地鐵五號線維修基地基于該系統，以手持無線終端為輔助工具，取得了良好的應用效果。五號線管理部門和一線維修人員給予系統很好的評價，認為該系統和申通地鐵現有資產管理系統在維修作業精細化管理方面實現了很好的有機互補。通過應用實施，促進了五號線維修規程的改進，通過過程控制精簡了很多冗余環節，較好提升了維修組織效率，保證了維修質量。系統在均衡修維修過程管理中得到了較好的應用效果，使五號線維修基地車輛維修作業的管理和信息化水平都得到了較大的提升。系統截圖如圖4所示。
圖4 系統截圖
4 結束語
本文面向軌道交通車輛維修過程管理的MRO支撐系統，針對地鐵行業的業務現狀和業務需求，基于MRO理念，圍繞維修資源、維修知識、過程管控和統計分析4個核心內容，提出了以維修BOM為核心的車輛壽命跟蹤機制，實現了以維修質量為導向的維修作業過程管控。MRO支撐系統具備了很好的可擴展性和柔性配置功能，可以從五號線均衡修維修作業管理向其它線路橫向應用推廣，可配置的維修工藝規程管理更加合適向大修、架大修等復雜修程縱深推廣實施應用，全面提升精細化維修作業的管理精度。
此外，為了對軌道交通車輛維修策略優化提供進一步支撐，筆者已根據申通地鐵五號線現有的數據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、制動電阻箱電阻值變化趨勢、閘瓦磨耗趨勢等方面進行了數據挖掘和智能分析，取得了較好的成果。數據智能分析技術通過建模與運算，基于海量的歷史數據可以為設備故障診斷、設備狀態預測、維修策略制定、企業經營決策提供數據支撐，隨著數據的不斷積累及分析模型的不斷優化，數據智能分析必然能在設備維護維修領域發揮更大的作用，具有廣闊的應用前景。
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