轨道交通是一种独立的有轨交通系统，它提供了资源集约利用、环保舒适和安全快捷的大容量运输服务方式，能够按照设计能力正常运行，与其它交通工具互不干扰，具有强大的运‘输能力、较高的服务水平和显著的资源环境效益。车辆是轨道交通的核心组成部分，其特点是投资巨大、技术复杂和维修成本高，为了应对城市巨大的客流量，车辆不得不长时间超负荷运载，因而存在着巨大的运营风险，任何一个细小的隐患都可能产生重大的影响。对于轨道交通运营商而言，车辆往往来自多个制造厂商，拥有多种配置，维修工艺复杂，维修成本高，每辆车在使用全寿命周期中需要经历多个修程，周期长，管理难度大。如何管理好轨道交通车辆维修与保养过程，保障维修的质量，实现维修过程的可监控和可追溯以及故障的可预测和可预防．对于确保轨道交通车辆的安全运行至关重要。同时，在确保车辆维修质量的前提下，如何通过科学管理降低维修成本则是运营企业所面临的一项持久而艰巨的任务。
从轨道交通车辆的维护维修管理现状来看，目前主要是基于企业资产管理系统(EAM)和设备维护管理信息系统(MMIS)来进行，这些系统可以基本满足设备台账管理、维修计划管理、工作单管理以及基于记录信息的维修成本、设备可靠性、可用性、可维修性等维修活动分析，但在维修管理精度和过程可控、可追溯方面存在不足。MRO(Maintenance维护、Repair维修、Overhaul大修)解决方案，正是为了满足这种大型、复杂、昂贵、安全可靠性要求高、使用周期长的设备维护维修需求而提出的，它最早应用于航空航天和国防领域，目前正快速地向其它通用大型复杂装备的维护维修领域拓展，轨道车辆、工程机械、钢铁冶金等行业的MRO应用已经越来越普及。
本文在充分调研轨道交通车辆维护维修管理现状的基础上，基于预测性维修等先进的理念，并借鉴MRO在航空航天等领域应用的成功经验，针对轨道交通车辆维修管理现状，提出了基于维修BOM演化的车辆全寿命状态跟踪机制；考虑维修管理精度和维修能力的持续动态调整，建立了柔性可配置的维修工艺规程管理机制；以提高维修效率、保障维修质量和降低维修成本为目标，研发了车辆维修作业过程管控系统，实现了车辆维修过程“人、机、量、法、环”的闭环控制；研发形成的轨道交通车辆维修过程管理MRO支撑系统，在上海申通地铁五号线剑川路停车场进行了示范应用，取得了较好的应用效果。
1 基于维修BOM演化的车辆全寿命跟踪
本文从轨道交通车辆的运营商人手，基于对MRO领域的先进技术，以及对车辆维修BOM组织模式的研究分析，提出了车辆运营维护阶段维修BOM的有效组织方式，并针对轨道交通行业提出了以维修BOM为核心的车辆使用寿命跟踪机制，并且针对不同类型的零部件提出了不同的寿命跟踪方法。
1.1 维修BOM的内涵
BOM即物料清单(Bill of Material)，是计算机可识别的产品结构数据文件。根据产品设计、制造、使用全生命周期各阶段的不同展现形式，BOM可以分为工程BOM、制造BOM、交付BOM等多种形式。作为车辆维修管理的核心对象，维修BOM主要由维修承担主体从制造商获取的交付BOM演绎而来，维修承担主体根据自身的维修能力针对交付BOM进行简化或者细分，划分最小维修单元，所有的维修单元按一定的层次关系组成车辆的维修BOM。例如，上海地铁AC11型轨道交通车辆MP1车受电弓总成零部件的维修BOM部分结构如图1所示。
图1 轨道交通车辆受电弓总成维修BOM（部分）
1.2 维修BOM的来源
从维修服务的组织者来看，MRO的主体通常可以分为3类：设备制造商、设备使用者和第三方维修服务提供商。设备制造商在组织维修的同时，首先是产品的设计和制造者，因此拥有设计及制造阶段详细的BOM信息。对于设备使用者和第三方维修服务提供商，除了极个别的行业领域外，它们通常无法获取产品的详细设计或制造BOM数据。因此，对于设备制造商而言，维修BOM可以通过设计，制造BOM进行继承和转化而形成；对于设备使用者和第三方维修服务提供商，维修BOM则以自有维修对象或者承接维修对象的设备树形式存在，设备树以最小维修单元为基本单位组成。根据组织形式的不同，可以把维修BOM细化为两大类：以设备制造商为主体的维修BOM和以设备使用者和第三方维修服务提供商为主体的维修BOM。
1.3 维修BOM的构建
目前，轨道交通车辆的维修一般都是由轨道交通运营商的维保部门组织进行，运营商从轨道车辆制造商处获取的车辆交付BOM往往是纸面的简单物料清单，因此需要根据制造商的交付BOM以及维修能力和管理精度进行构建，维修BOM的构建通常可通过维修单元构建、维修BOM模板定义以及维修BOM实例化3个步骤实现。
(1)维修单元构建。如上所述，车辆维修单元基于运营商从车辆制造商处获取的交付BOM构建。在重构过程中，如果交付BOM中包含维修BOM -致的维修单元结构，则可以通过将相应维修单元结构从交付BOM复制并粘贴到交付BOM相应位置来实现。当维修单元结构和交付BOM中的对应结构不一致时，也即维修管理精度或者维修能力决定维修单元结构细化程度高于或者低于交付BOM时，可在维修BOM中创建或者删除不一致的单元结构。
(2)维修BOM模板定义。维修单元构建实现了维修单元之间树状结构关系的构建，以及维修单元包括名称、编号、备品备件编号、层次等显性或隐性基本属性的定义。维修承担主体所关注的维修单元在使用全寿命周期内的扩展属性都在维修BOM模板管理中进行定义，扩展属性通常包括：①跟踪属性：描述在日常保养或检修过程中被测量和记录的属性，如零件的长度、磨耗等；②寿命属性：描述零件已使用的寿命属性，如车辆的运营里程、蓄电池充电次数等。
(3)维修BOM实例化。通过对具体车型全车维修BOM的定义，该车型在使用过程所需记录跟踪的参数配置即可完成。从轨道交通车辆的资产来看，同一车型的车辆通常是批量采购并且共享备品备件库存，同时，部分循环周转修复件还存在跨线路周转情况。因此，维修管理的对象必须是与物理车辆一一对应的维修BOM实例，通过维修BOM的实例化，可以实现对具体维修车辆使用全寿命周期的跟踪与管理。
1.4 车辆寿命跟踪机制
通过维护维修BOM的相关信息，可以有效地追溯某一时间区域内的设备实际装配树，并通过状态属性信息进一步追溯某维修单元的寿命状态信息以及关联的维修信息。轨道交通车辆维修BOM各组成节点（维修单元）使用全寿命过程的状态属性，可以采用位置跟踪和序列化跟踪两种机制。
(1)位置跟踪。位置跟踪适用于车辆上固定位置的设备对象状态参数的跟踪管理。同一车厢上在不同位置的相同零件采用位置编码进行唯一标识。通过位置编码跟踪的设备对象在进行更替后，相关属性信息在时间域内进行重置。历史状态参数信息可以通过设备安装更换历史进行查询。
(2)序列化跟踪。在轨道交通车辆上，还有一些寿命很长的关键零部件，它们在报废之前往往经历多次的安装使用、维修入库以及领用更换，这类设备被称为循环使用件或者周转件。因为设备流通环节多，而且在架大修过程中可能导致这些设备在多车厢、多线路上流转，存在多次下线、维修、安装上线的循环复用，位置关系无法用来作为它的唯一化标识，针对循环复用设备单元，需要通过序列化跟踪，通过为每个设备单元分发特征序列号进行单元对象唯一化标识，并对设备使用的全寿命周期过程进行唯一化跟踪。
2 以维修质量为导向的维修作业过程管控
维修作业执行管理是轨道交通车辆MRO业务开展的核心内容，它不仅是从维修需求与策略出发，通过服务资源的调度实现维修计划的制订，更重要的是对整个维修执行过程进行监督与反馈，以保证维修质量为宗旨。维修作业执行过程管理，首先需要按照计划和工艺要求进行服务资源的分配，如维修工单的拆分与再分配；其次需要结合三维可视化的工艺规程指导维修操作，并同步记录维修结果及各类数据，支持完工后信息向产品BOM等关联组件反馈。
国内大多数信息化程度较高的设备维护维修企业基于已有的ERP系统的实施实现了维修计划的管理，支持维修工单的创建以及最终的完工报告。然而，整个维修作业的过程仍是个黑盒，缺乏有效的过程信息记录。本文提出的维修作业过程管控，彻底打开了作业层面的黑盒，将维修管理的粒度细化到了作业过程，甚至到达了设备层面，系统通过对各种维修资源的有效管理，对维修工艺的可视化仿真和维修作业过程的管控，实现了维修过程的标准化作业，不仅固化了维修的流程，提高车辆运行安全可靠性，同时还降低了车辆运维成本，确保维修过程的可追溯，提升了轨道交通车辆维修的信息化水平。
2.1 维修作业过程精细化管理
维修作业过程的管理以设备维修BOM为核心，以维修工单为主线，以维修策略与维修计划为源头，以“人、机、量、法、环”为控制要素，实现了轨道交通车辆维修作业过程的精细化管理，并形成了维修作业过程管理系统。其功能主要包括：(1)维修工艺规程规范下的维修作业过程推进；(2)合规的维修人员、工器具、备品备件、检修环境配置；(3)维修作业过程资源的利用情况、测量数据等相关数据的记录管理；(4)符合维修作业管理规范的完工报单自动生成等。通过信息化系统的支撑，实现了维修基础数据的统一管理与知识共享，以及维修过程跟踪与管理，满足轨道车辆维修的质量控制和过程控制需求，提高车辆运行的安全可靠性，降低车辆的运维成本。
2.2 基于手持终端的移动应用
轨道交通车辆多节编组，系统众多，车辆纵深跨度大，作业高度差别很大，这样的设备特点决定了维修作业必须依赖工作台上下工作，如车辆受电弓的维修作业属于车顶高空作业，轮对维护则必须深入槽道进行车底作业。随着目前平板电脑的应用技术日趋成熟，小型化、高续航力、自带无线网络功能使小型手持式平板电脑终端工业应用成为可能。本文基于手持终端实现了维修作业管理的移动化应用，方便维修工程师进行无纸化作业。手持终端具有800×480分辨率，支持6～8h的常开屏幕续航能力，支持802.11b/g WIFI无线网络，Android 2.2的操作系统成熟且可以支持维修作业过程中三维作业指导书的浏览。同时，支持触控式手写输入的电阻屏设计也可以有效避免维修作业过程戴手套作业、污渍等带来的负面影响。手持终端界面及现场应用如图2所示。
图2 手持移动终端
3 应用案例
3.1 案例背景
上海申通地铁集团有限公司是一家融轨道交通投资、建设和运营管理为一体的大型企业集团，是上海轨道交通投资建设和运营的责任主体，上海市目前已拥有439 km的全世界第二长的运营网络，12条运营线路，290座车站，在役列车517列，3182节车厢，26种车型，今年1至4月上海地铁日均客流达586万人次，3月8日更是达到了824.6万人次的单日最高纪录。
随着地铁车辆投入运营时间推移以及客运负载的不断加重，地铁车辆维修保障和安全可靠运营的压力也不断增加。为了更好地面向上海轨道交通的网络化运营，以保障车辆运行安全，降低车辆装备在线故障率，提高维修效率和降低维修成本，申通地铁集团联合上海交通大学、上海东方申信科技发展有限公司进行产学研合作研究，通过车辆维修过程管理关键技术攻关，开发了相应的信息化支撑系统，实现维修基础数据的统一管理与知识共享和维修过程跟踪与管理，并在上海申通地铁五号线剑川路停车场实现应用示范。
3.2 系统架构
上海申通地铁设备维修作业管理MRO系统的总体架构如图3所示。系统底层与数据库关联；中间为核心业务层，包括：系统管理层、技术支撑层和企业应用层：上层为集成接口层，支持手持移动终端设备的接入，并通过外部接口与申通企业资产管理系统(EAM)系统集成。
图3 申通地铁MRO系统架构图
MRO系统技术架构采用经典的MVC分层设计模式，运用SSH(Struts2+Spring+Hibernate)主流技术。数据访问层采用集成Hibernate的Spring ORM框架实现对DAO数据库的访问；业务层采用Spring AOP实现业务的处理；显示层通过Spring集成Struts2实现对控制层的访问，通过JSP实现对视图层的访问：显示层与业务层及业务层与数据库访问层的关联通过SpringIOC模式实现。
3.3 应用效果
轨道交通车辆维修过程管理系统目前已经正式上线部署，申通地铁五号线维修基地基于该系统，以手持无线终端为辅助工具，取得了良好的应用效果。五号线管理部门和一线维修人员给予系统很好的评价，认为该系统和申通地铁现有资产管理系统在维修作业精细化管理方面实现了很好的有机互补。通过应用实施，促进了五号线维修规程的改进，通过过程控制精简了很多冗余环节，较好提升了维修组织效率，保证了维修质量。系统在均衡修维修过程管理中得到了较好的应用效果，使五号线维修基地车辆维修作业的管理和信息化水平都得到了较大的提升。系统截图如图4所示。
图4 系统截图
4 结束语
本文面向轨道交通车辆维修过程管理的MRO支撑系统，针对地铁行业的业务现状和业务需求，基于MRO理念，围绕维修资源、维修知识、过程管控和统计分析4个核心内容，提出了以维修BOM为核心的车辆寿命跟踪机制，实现了以维修质量为导向的维修作业过程管控。MRO支撑系统具备了很好的可扩展性和柔性配置功能，可以从五号线均衡修维修作业管理向其它线路横向应用推广，可配置的维修工艺规程管理更加合适向大修、架大修等复杂修程纵深推广实施应用，全面提升精细化维修作业的管理精度。
此外，为了对轨道交通车辆维修策略优化提供进一步支撑，笔者已根据申通地铁五号线现有的数据积累在轴箱温度趋势、受电弓碳棒磨耗趋势、受电弓解除压力趋势、制动电阻箱电阻值变化趋势、闸瓦磨耗趋势等方面进行了数据挖掘和智能分析，取得了较好的成果。数据智能分析技术通过建模与运算，基于海量的历史数据可以为设备故障诊断、设备状态预测、维修策略制定、企业经营决策提供数据支撑，随着数据的不断积累及分析模型的不断优化，数据智能分析必然能在设备维护维修领域发挥更大的作用，具有广阔的应用前景。
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