1 引言
MRO(Maintenance，Repair and Overhaul/Operation)是產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，是產品全生命周期的重要組成部分。MRO支持技術是制造服務業的核心支撐技術。它將現代MRO理論、網絡信息技術和企業管理方法相結合，利用產品知識對MRO數據和過程進行有效管理，支持產品制造商、用戶和維修服務商在整個產品生命周期中共享產品相關信息的關鍵使能技術，開發和應用大型裝備MRO支持系統是延伸制造業價值鏈、提高企業競爭能力和可持續發展的重要支撐。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”重點項目，本文內容是該項目研究成果的一部分。
MRO業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、維修監控與確認、維修執行管理。需要實現與產品的設計、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務如圖1所示。
圖1 產品維修核心業務示意圖
當前關于產品維修方面的研究很多，但大都局限于個別MRO業務模塊如維修資料管理、維修計劃管理或MRO環節的零散研究，未能面向當前MRO中日益增加的精益管理需求提供系統化的解決方案，難以滿足綜合維修中可靠性、經濟性和資源優化配置等多目標優化的需要。
維修計劃是產品MRO業務管理的核心。本文首先將探討如何設計維修BOM結構以有效組織海量MRO數據，提出由中性結構和實例結構組成的復合式維修BOM結構，接著通過分析維修需求和計劃管理的主要業務對象，重點討論如何實現維修BOM驅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來實現維修需求及計劃管理。
2 維修BOM結構設計
諸如飛機、艦船、發電設備、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、維修歷史等海量數據信息資源。與設計制造階段利用設計BOM、制造BOM的做法相同，MRO支持系統也要利用BOM來組織和管理裝備數據信息。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構會因為關鍵零部件的更換而發生變化，維修BOM所關聯的運行信息、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據管理不同。如果采用和設計BOM和制造BOM相同的單樹式BOM結構，同型號或同批次的批量裝備所對應的大量結構高度相似的維修BOM會存在大量的數據冗余，維修BOM數據的一致性也難以保征。
為提高裝備MRO源數據的信息組織和管理效率，設計了一種復合式的維修BOM結構，如圖2所示。與采用單樹式BOM相比，這種維修BOM結構能更好地組織和管理海量的產品維修信息資源，降低維修信息資源組織的數據冗余度。
圖2 復合式維修BOM結構圖
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由中性結構和實例結構兩個相互關聯的單樹式BOM來表示。兩種結構定義如下：
定義1(中性結構)是維修BOM的核心結構，是虛擬的單樹式BOM結構，其數據節點關聯的都是具有共性的結構數據或維修資料和知識數據，用于組織共性的維修資料和維修知識。
中性結構反映的是多件裝備的共性結構，同型號或同批次的多件裝備的中性結構是完全相同的，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構。
定義2(實例結構)是中性結構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據和元數據的單樹式BOM結構，其元數據節點部是個性元數據節點，用于組織單件具體裝備的MRO業務數據。
實例結構是中性結構在客觀世界的實例化，每件裝備都對應一個實例結構。對于共用中性結構的多件裝備而言，實例結構和中性結構是多對一的關聯關系，一個中性結構對應多個實例結構。
通過復合式維修BOM可以將維修資料和知識、MRO業務數據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，其結構相同。但前起落架的結構與主起落架不同。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
對應于中性結構和實例結構，物料也分為中性物料和實例物料，中性結構中的物料只能是中性物料，實例結構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構。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生的具體物料。通過實例物料和實例物料關聯可以建立起描述一個現實的實例結構。
中性物科和實際物料之間是抽象和具體的關系，如：東風內燃4B型機車和第12臺東風內燃4B型機車，輪軸和第18號輪軸。
3 主要業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行過程中的主要類型包括：實例物料、維修活動、工單、作業卡、作業任務、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的維修業務對象組織
3.1 維修需求階段業務對象分析
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務對象設計如下。
(1)維修需求：維修需求上關聯一個或多個中性物料對象，用以指明該維修需求需要觸發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行的維修項目。
(4)工序：對將要執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系統計算維修活動時工序將轉換成作業任務。
(5)維修需求判定標準：描述在什么情況下維修項目可以轉化成維修活動。在進行維修活動計算時，系統將根據實例物料生命特征參數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化成維修活動。例如：飛機發動機定期保養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小時后保養一次，假設發動機的使用壽命為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 維修計劃階段業務對象分析
維護計劃數據主要是當前和歷史維修業務數據，維修計劃管理的主要業務對象列舉如下。
(1)維修活動：表示一次實際執行的維修工作，MRO系統在進行維修活動計算時將維修需求轉化成維修活動。維修活動中包含一個或多個作業卡，作業卡來自于維修需求關聯的工藝卡。
(2)工單：是一系列作業卡的集合，用戶可以調整工單包含的作業卡，如：添加作業卡、復制作業卡等。工單和維修活動之間存在關聯關系，工單最初包含的作業卡來源于維修活動。在執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)作業卡：表示維修需要執行的一項工作，在維修活動計算時工藝卡將實例化成作業卡，作業卡中包含具體的作業任務和負責工藝卡執行的監控人員，該監控人員將負責各個作業任務的人員分配。
(4)作業任務：代表維修活動中需要執行的一項具體任務，作業任務是工序的具體實例，在作業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任務是工序的實例化，因此作業任務也包含子作業任務。
BOM驅動的維修需求和計劃業務對象管理框架（二）
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