面向轨道客车装备制造业服务平台关键技术研究

狄 飞， 李晶莹， 吴进军， 王 营， 文 武

（1.中国机械科学研究总院集团有限公司， 北京 100044； 2.中机生产力促进中心， 北京 100044）

0 引言

随着轨道客车装备产品制造过程复杂度的提高，离散且少数企业没有一定能力去完成新产品开发、制造、运维带来的知识、技能和装备需求。这促使制造企业逐步改变传统的制造模式，建立一种以市场为导向，满足个性化需求制造，融入网络协同制造模式，以提高制造企业对动态多变的制造业市场需求做出快速应变的能力。一方面，完整的轨道客车装备产业链上有产品流、信息服务流、资金流等资源流， 而信息服务流发挥着最为基础和关键的载体作用。 网络协同将信息服务流与制造过程紧密结合，利用物联网、云计算、大数据等技术能够精准全面的追踪和分析顾客需求，基于这些信息服务构建需求分析模型，形成轨道客车装备整体产品设计制造解决方案， 使服务设计理念不断优化，解决服务信息孤岛、服务需求等问题实现离散制造企业制造资源协同化， 共同提升轨道客车制造服务能力。

1 轨道客车装备制造业服务需求

轨道客车装备包括铁路客运与城市轨道客车运输所需各类装备，是轨道交通装备的重要组成部分，属于高端装备制造业之一。 根据表1 中《都市快轨交通》前瞻产业研究院整理世界各大洲城市轨道交通运营里程的数据显示，亚欧轨道交通行业相较其他各洲发展前景最好。 对于国内轨道交通发展情况来看， 据德国SCI Verkehr 公布的市场份额情况来看， 至2020 年中国中车在全球轨道交通装备行业占比已超过全球一半份额，处于行业主导地位。 面对轨道客车行业，具有发展需求量大、高能耗等特点，在提升社会经济效益的同时要减少生产和消费过程中的资源消耗与污染排放，逐步由资源消耗大、污染排放多的粗放制造向绿色制造转变，由生产型制造向服务型制造转变，大力推动具有轨道客车装备制造特色的服务业的发展，使其形成制造企业动态服务流模式。

表1 截止2020 年底世界各大洲城市轨道交通运营里程占比情况（%）

目前，轨道客车装备制造业市场正在由“产品制造导向”朝着“产品制造服务导向”转变。 而产品服务导向型需求意味着客户不再仅仅满足于从企业获得具体产品， 而是倾向于获得由产品和与产品相关的设计研发、制造、运维、技术支持、再制造等全生命周期一系列服务组成的动态产品服务流。 这就要求整条轨道客车装备制造企业将所在产业链上下游的各种资源进行整合和集成应用，如图1 所示，发展以客户为中心的系统产品服务或一体化的产品服务解决方案。 同时轨道客车装备产品具有结构复杂、定制化要求高、制造技术高、使用周期长等特点， 装备产品的上述技术特征对从售前咨询、物流运输、安装试用、使用培训到运营维护、报废回收等环节涉及的服务，提出了更专业、更复杂的要求。 因此，为实现轨道装备制造业的价值链延伸，优先保证装备制造企业更好更快地提升产品服务水平。

图1 轨道客车装备制造产业链

轨道客车装备的复杂程度高， 所需制造资源信息量大。在传统的生产过程中，主机厂与供应商之间的生产计划、物料信息、库存信息、物流信息、供应商制造资源信息等资源信息一般通过传统交流方式进行，其沟通效率低、反馈不及时、相关信息数据可溯源性差。导致产业链资源管理效率低、可控性差，直接影响主机厂的资源调度和生产计划。 亟需构建基于网络协同制造的产业链资源管理模式，建立即时的信息交互机制，实现对产业链资源的高效、透明、可溯源管理，提高产业链资源配置能力，提升产业链企业生产效率，降低装备产品及零部件生产成本。轨道客车装备制造过程中有几十家乃至上百家配套供厂商为主机厂提供服务， 传统的管理方式已经无法适应当下复杂的业务往来关系。 同时， 多数供应商由于其规模不大，资金不足等原因，生产过程信息化程度有限，尚无法满足网络协同制造要求。 这就需要主机厂构建一个基于网络协同制造的供应商管理模式， 对客户和供应商的详细信息进行有效管理，实现企业信息的共享共用，为产业链企业的生产活动提供支撑。

2 网络化协同制造云服务平台发展

为延伸和发展制造业信息化技术，李伯虎院士[1]等提出了云制造技术， 并指出服务化技术是实现面向服务制造系统的关键技术之一[2]。在云制造资源集成服务模式下，尹超等[3]基于Web 服务建立了外协加工资源语义描述，有效解决了异构外协加工资源组合和互操作问题， 实现了外协加工资源的快速共享和高效利用。 在实现服务化平台过程中，需要进一步提升制造资源共享度，为此程思遥[4]建立了云制造环境下的资源模型和服务模型，并提出了云制造资源服务管理体系结构和云制造服务选择评价指标体系，并结合应用场景实现了为用户提供云制造服务评价方案的功能。 张又孔[5]在项目制造一体化过程管理需求分析和装备类产品设计制造一体化管理业务建模的基础上构建设计制造一体化管理平台，能够满足项目制造生产模式的产品设计、生产准备和生产计划排产一体化管理。

根据2021 年第一季度数据显示，国内网络协同化企业比例为38.1%， 开展服务型制造的企业比例为28.2%，工业平台应用率为48.8%， 仍存在装备制造产业布局分散、产业链条不完善、协同制造系统尚未建成等问题。 针对网络协同制造服务对象、 服务技术及其他服务构建了如图2 所示的网络协同制造服务流程， 而云制造是网络制造模式中的一种， 服务是在云制造的基础上更加突出网络协同制造的重要性， 是一种以用户为中心的制造服务模式，实现分布式资源的按需分配，实现客户与服务提供商之间的协作交互。

图2 网络协同制造服务流程

3 面向轨道客车装备制造业服务平台关键技术

随着轨道客车等高端装备制造业面向数智化发展，制造服务业在装备产品设计制造、过程、服役、运维等全生命周期阶段也发挥着越来越重要的角色， 但在此过程中依然面临着制造企业离散、制造知识碎片化、制造资源利用率等问题，构建其云服务平台能够保障全面服务于轨道客车制造产业链，有效利用制造知识支持产品全生命周期阶段，在生命周期阶段内形成服务流，加强产业链上中下游之间协同发展，提高资源利用率，实现资源共享，满足了不同制造业务中工作流程的定制需求，一定程度上解决了信息孤岛、制造企业离散化等问题。

针对国内轨道客车运营及维护特点，崔艾嘉[6]构建了轨道客车生命周期成本模型， 有利于帮助国内客车制造企业传统的采购决策观念。 为完善轨道客车转向架研发管理，王克强等[7]针对研发过程不规范、设计人员获取产品相关信息困难等问题， 研制了一套基于B/S 架构的轨道客车转向架研发过程管理系统， 实现了分层结构管理模式等。唐婷[8]针对轨道客车全寿命周期业务流程数据提出高效可靠的数据混合存储方法， 通过挖掘数据价值为设计者和决策者提供数据支持实现了轨道客车装备产品履历管理、费用管理、分析与统计以及数据迁移等功能。

对于轨道客车装备制造业服务平台技术发展情况而言，根据轨道客车装备制造业相关企业调研分析得出，现有基础与待提升技术对比如表2 所示。

根据表2 相关信息统计情况， 在建设轨道客车装备制造业服务平台过程中仍然需要数据仓库、 共性技术资源池、支撑技术等关键技术的提升，具体技术内容如图3所示。

图3 待提升的云服务平台关键技术模型

表2 轨道客车装备制造业相关企业调研情况对比统计

3.1 形成数据仓库

目前国内的轨道客车装备制造业企业已积累了相当丰富的工艺设计知识和大量的制造资源数据， 但这些工艺知识和制造资源数据并没形成规范性体系架构， 先进工艺应用程度不高，不利于企业快速查找、重用和共享，制约了我国制造业的发展速度和管理水平的提升。因此，亟需建立含有轨道客车基础零部件数据库、 基础零部件产品性能数据库、 轨道客车标准规范数据库以及供应链数据库，根据数据库定义产品基本属性，并对所定义的属性进行标准化。

3.2 建立共性技术资源池

对于共性技术资源池建设， 目标就是要建立规范性的制造工艺过程知识目录体系， 形成轨道客车装备制造高质量的资源知识库， 全面提升制造能力与制造企业平台集成度，实现设备厂家信息数据接口统一，为传输生命周期过程信息清除阻碍。

3.3 完善支撑技术

目前制造企业已对高速动车组等关键部件状态进行采集试点，能够分析相关部件的运行走行部指标参数，并依据指标参数判断产品亚健康状况。 在建设过程中可通过跨平台、多元化的技术支撑，建立以用户需求为中心服务信息管理平台，实现产品质量管控体系，从而达到服务模式的创新。

4 基于服务流的管理信息架构

基于云制造环境下的轨道客车装备制造业，服务不只是针对于制造过程，还需要对轨道客车装备产品实现服务化管理。因此，提出一种基于服务流的管理信息架构，如图4 所示，在此过程中，服务流是面向用户、生产商及合作商、供应商三者之间进行服务，形成一种可见性能力。

图4 基于服务流的轨道客车装备产品制造管理信息架构

该管理信息架构主要分为基本管理、数据管理、协同管理、制造管理和运维管理五部分，使得信息服务流贯穿于整条轨道客车装备产业链中， 同时实现信息集成化管理模式。 一方面，信息服务流模式是面向轨道客车装备制造业服务平台的重要功能之一， 建立制造企业的服务流管理模式的目的就是要优化企业网络协同制造信息管理系统各要素的组合， 基于服务流模式下使得信息系统各要素之间形成强大的协作能力，发挥企业间优势，保障企业的可持续发展。 另一方面， 将服务与制造过程融为一体，在云服务平台中实现人员、资源、生产间的智能调度。对于服务流的定量化描述方面， 还需要对具体的服务参数信息、服务时间、服务内容等信息进行建模，依照轨道客车装备制造特点建立服务信息模型实现服务匹配与服务信息管理优化。

5 结论

在制造业数智化发展进程中， 实现先进的智慧轨道客车装备制造技术是未来轨道运输制造业的主要任务之一。在网络协同制造的环境下，针对轨道客车装备制造业服务资源与信息的离散、服务分散等问题，通过对服务平台关键技术的研究， 依据轨道客车装备制造产业链相较目前已实现的云服务平台技术提出了待提升的云服务平台关键技术模型， 并建立了基于服务流的轨道客车装备产品制造管理信息架构，深度融合制造与服务，从而促进轨道客车装备制造行业朝着更具可持续制造服务特色的方向发展。但对于轨道客车装备制造服务流的定量描述、形成评价管理体系等问题还需要进一步研究。