1 绪论
1.1 研究背景与问题提出
1.1.1 研究背景
大型复杂产品，如飞机、大型船舶、高铁动车等与国民经济发展息息相关。具有高研发成本，高技术含量的复杂产品直接影响着我国制造业的经济水平和社会效益。对于大型复杂产品来说，其生命周期往往长达几十年，其中检修维护阶段是产品生命周期中跨度最大的一段时间。同时，大型复杂产品的维护维修技术要求严格、成本较高，故障往往会导致较大的损失[1]。例如：2018 年 1·25G281 次列车火灾事故是由于电气设备发生故障，导致 2 号车厢失火，损失千万元以上，属于《铁路交通事故应急救援和调查处理条例》规定的较大事故[2]。
进入 21 世纪以来，中国乃至世界的制造业环境和机遇呈现出崭新的面貌：制造业服务化的进程加快。虽然，国内动车、高铁、电力机车等都有专业的检修服务提供商，生产、制造、销售也不再是某些制造型企业的主要收入来源，企业的检修业务也逐渐从单件到批量转型，以提高其行业竞争力[3]。但是，相比较部分跨国制造型企业，其服务性收入占总收入的 50%以上，我国对于制造业服务化依然缺乏重视，需要向检修阶段延伸，寻找新的利润点[4]。
检修是指产品检修阶段检查和维修的总称，是使产品恢复或保持规定状态的技术和管理措施[5]，本文用检修表示复杂产品运营维护阶段的所有维修保养相关业务。检修不仅仅是一门技术或操作工艺，而是逐渐发展成为新兴的综合性学科[6]。同时，随着科学技术的发展，产品检修服务逐渐向集成化，平台化，智能化方向发展[7]。相对于工厂内的设备维修，本文的研究对象大型复杂产品，其检修多是主动维修，采取预防性维修的方式保证产品正常且安全运作。本文立足于第三方检修企业，在提供检修服务的过程中，企业需要在保证检修质量的基础上更快速地完成检修流程。在业务过程中不可缺少检修信息的支持，但是由于大型复杂产品结构复杂，检修环节多，在检修过程中涉及设计、制造、使用和检修各个阶段的资料和信息，海量的数据信息资源种类多，数据冗余度高，缺乏有效的组织管理，导致检修效率降低。另外，由于缺乏面向全过程的检修信息集成模型和信息管理模式，使信息分布在不同的部门和系统中，割裂了数据之间的关联性，成为信息孤岛。各部门之间信息共享困难，降低了检修服务的效率和水平[8]。
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1.2 研究目的及意义
1.2.1 研究目的
复杂产品运营维护阶段是产品生命周期中尤为重要的一环，随着大型复杂产品技术性、安全性、可靠性要求的提升，企业的检修服务能力必须随之提升。能否有效、及时地处理并高效完成维修订单，成为衡量企业竞争力的重要指标之一。而检修业务数据是业务进行的基础，只有实现对海量数据的有效管理和利用，才能助力企业逐步实现检修服务信息化，提高检修水平和效率，实现快速维修，精益维修。
本文的研究目的是基于产品数据管理理论和检修相关理论对产品结构数据和来自不同部门的业务过程信息进行集成，构建检修信息集成模型满足信息资源管理需求，支持业务过程，提高检修水平和效率，为检修服务信息化解决方案提供支持；并利用业务过程数据，提出基于数据模型映射的方法构建检修项目 WBS，克服手工编制的弊端，提高 WBS 构建的有效性。在检修计划与执行阶段，实现对检修信息集成模型中数据的有效利用，所构建的 WBS 为检修进度计划的制定提供支持。
1.2.2 研究意义
本文立足于大型复杂产品检修服务信息化的需求，依据产品数据管理理论及 WBS相关理论等，解决复杂产品检修业务过程数据建模问题及应用数据模型映射得到工作分解结构的问题。本研究有如下理论意义：
（1）从面向过程的角度考虑检修信息资源管理问题，提出以检修 BOM 为核心的检修信息集成模型，丰富了产品数据管理相关研究，有利于检修信息的全面有效组织和管理。
（2）采用映射方法实现基于检修信息集成模型的检修项目 WBS 构建，完善了当前WBS 构建缺少全面过程信息支持的不足，丰富了 WBS 的应用领域与构建方法相关研究。
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2 相关理论和国内外研究现状
2.1 相关理论
2.1.1 检修管理理论
（1）检修管理的概念
检修活动是国民经济的基础，遍布于各个领域。现有的检修活动指需要技术人员在操作层面进行的活动，主要包括：清洗、检查、喷漆等日常维护活动；换件、修件、组装等维修活动；以及调试、检验等质检活动。检修管理是对所有检修活动的管理，指根据企业的经营目标，通过一系列技术、经济、组织措施来维持产品或设备的正常运行或恢复其规定状态的管理活动。
本文从管理的角度研究如何通过管理手段提高检修效率，检修管理包括检修计划、检修组织、检修执行、检修控制活动[11]。其中，检修计划需要根据组织设定的绩效目标进行规划，再由检修组织结构中相关人员执行检修计划，并在维修后测试产品性能，记录产品状态，以达到预先制定的目标。
（2）检修模式及思想随着复杂产品检修技术要求越来越高，对于检修企业的能力要求也越来越高，检修模式也在不断演进中。根据检修技术的发展水平、产品的复杂程度、安全性要求等会对应不同的检修模式，其演进历史主要分为以下几个阶段[12]：
阶段一：事后维修又称作修复性维修（BreakdownMaintenance,BM）：是设备或产品故障后为使其恢复正常工作状态而采取的一系列措施，是一种被动维修方式，这种检修模式仅适用于成本低且故障影响小的系统。
阶段二：预防性维修（PreventiveMaintenance，PM）：是指在设备或产品发生故障之前或尚未造成损坏的前提下开展的一系列维修工作，主要通过检查、更换、测试的方式防止系统故障后造成较大的损失。该种检修方式是在 20 世纪 40 年代开始发展起来的，最早由前苏联提出计划预防修体制，基于磨损理论，通过定期维修的方式有效减少计划外的随机故障停机损失[13]。
图 2.1 检修模式及思想的发展历程
2.2 国内外研究现状
2.2.1 检修数据建模研究现状
对于检修数据的管理实际上就是对检修过程中涉及到的各类信息资源管理，数据是信息的载体，而信息是数据表达的含义。当前关于检修数据建模方面的研究不如设计、制造阶段产品数据建模的研究多，但随着检修服务化、信息化的趋势，关于检修数据建模的研究在逐渐增多。根据建模思路不同，分为两种：一是面向产品全生命周期的数据建模，其中包含对检修数据的建模；二是研究适用于检修阶段的数据管理模型。
一方面，在面向产品全生命周期的建模研究中，Yumei Li 等人采用领域建模的方法，提出一种面向产品全生命周期的基于领域的产品数据模型。在产品生命周期的不同阶段对应不同的模型，并通过映射规则实现全生命周期数据管理[29]。HuaweiZhong 等人以元模型为基础，建立了基于对象关系数据模型的 PLM 类集群数据模型。可以适应系统的动态演化，并支持产品生命周期不同阶段对数据模式的不同需求[30]。沈建新等人建立了产品全生命周期系统框架，并指出 PLM 建模所需要的关键技术，包括：集成数据环境、协同设计制造及工作流技术等[31]。马明旭等人建立了三维产品全生命周期数据模型，通过时间、数据、粒度三个层面全面描述产品生命周期中各类活动涉及的相关信息[32]。舒启林等人对产品生命周期各阶段数据模型的演化进行了研究，利用过程模型、扩展企业资源模型和产品信息模型对全生命周期涉及的信息管理[33]。LiHao 等人基于集成产品元模型改进，建立了模块化主结构数据模型，划分产品模块，并设置产品生命周期不同阶段的数据模型之间的映射规则，最后，进行 PLM 系统开发[34]。Sudarsan R 等人通过定义具有一般语义的抽象模型，描述了一种产品信息建模框架，将具有一般语义的模型，如：开放装配模型（OAM）、产品族演化模型（PFEM）中关于特定域的特定语义嵌入模型的使用当中[35]。AlejandroRomero 等人研究了 PLM 系统对 MRO 服务的影响，并对PLM 系统进行改进，提高 MRO 的生产效率和质量[36]。
表 2.3 检修阶段数据管理模型研究进展
3 复杂产品检修信息资源管理需求分析.................................. 21
3.1 复杂产品检修的特点.................. 21
3.1.1 复杂产品的概念..................................... 21
3.1.2 复杂产品检修服务特点.................................... 22
4 支持检修过程的信息集成模型构建研究.............................. 35
4.1 面向检修过程的信息管理........................................ 35
4.1.1 复杂产品检修业务过程分析........................... 35
4.1.2 以检修 BOM 为核心的信息组织形式.................... 37
5 复杂产品检修信息集成模型的映射研究...................................... 51
5.1 检修信息集成模型与 WBS 映射的必要性 ................................... 51
5.1.1 常见的 WBS 构建方法 ............................... 51
5.1.2 检修项目 WBS 构建中存在的问题 .......................... 52
5 复杂产品检修信息集成模型的映射研究
5.1 检修信息集成模型与 WBS 映射的必要性
5.1.1 常见的 WBS 构建方法
结合前文中对大型复杂产品检修服务特点分析，大型复杂产品结构复杂，检修过程复杂，检修作业时间较长，并且针对单件产品进行管理。对于单次大修业务，需要制定专属的检修方案和计划，属于项目型作业，是需要在规定的有限时间，限定的资源下完成的一次性任务。在检修过程中，检修计划与执行阶段的检修计划是产品检修业务管理的核心，针对单次大修业务，检修计划的制定以及进度计划的控制都十分重要。而工作分解结构（Work Breakdown Structure ，WBS）总是处于计划过程的中心，作为进度计划控制的基础，将繁杂的工作细化，并且排序，使得项目的工作进度与流程一目了然[85]。WBS 是项目进度控制的基础，应用工作分解结构构建项目计划反馈模型，可动态监控项目计划执行情况[86]。大型复杂产品检修项目涉及进度管理、风险管理、人员管理等诸多方面，强化项目管理工作不仅是保障检修工作顺利进行，也是检修企业可持续发展的重要因素。同时，WBS 是简化项目复杂性的最佳工具[87]。
在实际管理中，工作分解结构的构建有直接编制和利用其他技术手段生成两种途径。直接编制 WBS 的方法通常有三种：类比法、自上而下法和自下而上法[59]。
（1）类比法就是以类似项目的 WBS 作为模板，制定本项目的工作分解结构。根据新项目的特点和具体情况，对 WBS 模板中的工作包进行添加或删减操作，并对一些相关信息，如：紧前紧后关系，进行修改。该方法适用于一定程度上具有相似性的项目，可以避免重复性工作，提高分解效率。
（2）自上而下法就是以最终交付成果为目标，从项目整体出发，逐层分解为各个子项，再将各个子项分解为不同的工作包，最终得到项目整体工作分解结构，该方法是编
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6 结论与展望
6.1 研究结论
针对大型复杂产品检修过程中海量多源信息难以有效管理和有效利用等问题，本文从检修业务过程管理的角度出发，在对国内外相关文献阅读并分析现有研究不足的基础上，对面向检修过程的信息集成模型的构建及映射进行了研究。其中，以复合式检修BOM 为核心的检修信息集成模型集成了产品结构和业务过程数据，并支持检修业务过程管理；由检修信息集成模型映射得到的检修项目 WBS 充分利用过程信息，为检修计划与执行阶段的项目进度计划制定提供基础。本文的主要研究结论可以概括为以下三个方面：
（1）通过分析检修信息资源的特点以及相关文献研究，明确复合式检修 BOM 结构，得到复杂产品检修信息资源管理需求。通过对复杂产品检修服务管理粒度及检修信息资源中部分与业务相关数据随着检修业务发生变化等特点分析，明确复合式检修BOM 是由中性 BOM 和实例 BOM 共同构成的结构，该种结构很大程度上降低了产品结构数据的冗余度，提高数据管理效率。同时，根据复杂产品检修信息资源和检修项目管理的特点，分析检修信息集成模型的构建及映射需求，为后续的研究提供基础。
（2）构建了支持检修过程的信息集成模型及业务过程管理框架。针对检修过程中缺乏面向全过程的信息管理模式，各部门之间难以实现信息共享等问题，通过分析大型复杂产品多部门共同协作的检修过程及检修流程中信息需求，提出了一种面向过程的检修信息集成模型的构建方法。该模型以复合式检修 BOM 为基础和纽带，关联资源清单、作业清单、检验标准清单和相关矩阵，对业务过程信息和结构信息进行集成。同时，通过该模型对业务过程各阶段业务对象的组织，构建检修业务过程管理框架。实例表明，基于该框架的业务逻辑可以打开多源数据流，辅助检修计划生成，为检修服务的信息化解决方案提供支持。
（3）提出了检修信息集成模型映射为检修项目 WBS 的方法。本文通过分析检修信息集成模型与 WBS 之间的关联以及二者数据结构关系的相似性，以检修信息集成模型为重要信息源，进行检修信息模型到工作分解结构的映射。首先，分别建立检修信息集成模型和 WBS 的数学模型；然后，提出模型间属性映射及关系映射的规则；最后，以机车 C6 级修项目中转向架检修为例验证映射过程。以该方法构建的 WBS 充分利用检修业务过程信息资源，将任务形成逻辑科学化，为检修项目进度计划制定提供基础。
参考文献（略）