大型装备企业服务论文提纲

论文题目：重型机床设备闭环MRO管理系统框架模型

摘要：当前对于企业来说,针对重型机床设备的维护、修理和大修（MRO）优化管理的复杂度和经济性都面临越来越重的压力。随着科技水平的进步,设备生产率得到显著提高,同时全球化趋势使得市场竞争更加激烈,客户需求也因此越来越多样化。在这些因素的影响之下,制造业的行业环境和发展前景变得愈发明朗、健康和富有潜力。因此,在这种欣欣向荣的行业环境下,制造设备的使用率大幅上升,重型机床、大型机床以及具有较长使用寿命的设备经常处于7*24不间断使用状态。鉴于此,有必要在云制造环境下,寻找优化和减少MRO处理并提高生产力的技术方案。基于以上的行业现状和技术需求,本文研究并提出了闭环MRO管理系统框架模型。本文研究的主要方向是将MRO技术支持作为PLM解决方案的重要组成部分,并利用产品设计知识和产品制造知识以及其中设计制造过程中涉及到的信息来支持产品的MRO业务,该业务属于第三代MRO管理系统的开发。在工程实践方面,本文选择了基于中性材料清单的维修知识管理和材料结构跟踪技术,据此综合运用产品的全生命周期知识,并采用基于规则的维修策略表示和测量技术来支持精益维护的实施过程。通过实际的科研项目,形成了关于重型机床设备的闭环设计能力以及运行维护能力,突破了PLM数据访问与感知、产品生命周期数据管理、数据融合处理、远程传输技术、全生命周期知识云服务以及基于数据反馈的产品设计之间的原有界限。同时,本文涉及到了工程设计技术,设备ECU智能诊断与自适应技术,远程故障诊断与健康状态分析,基于知识的MRO系统等技术;通过开发闭环PLM系统和系统的应用实施,提升了重型机床设备的设计、制造、操作水平,提升了设备的可维护性,提高了设备的运行可靠性,从而保证了机床设备产品具有较高的质量和使用精度,同时延长了设备使用寿命。本文结合当下重型机床设备的行业需求以及PLM的发展现状和发展趋势,从现有的从生产到设计的闭环反馈角度出发,提出了一种新的基于MRO的闭环PLM系统模型。知识产品的产品生命周期能够得到修改、调节、完善和智能化控制。基于产品的智能闭环维护技术,结合产品生命周期中的大数据——特别是在产品使用过程中不断产生、同时也经由有效的数据反馈机制采集下来的数据,实现产品的可用性和可靠性分析,进行故障诊断,形成基于知识的闭环MRO管理系统;同时,基于自我调整能力和针对运行环境和运行状况的自适应技术形成了闭环运行智能技术,在此基础上,产品操作过程得到了优化,产品操作效率得到了提升。此外,本文的研究成果在武汉重型机床集团有限公司的实际项目中得到了实施,对大型复杂产品的研发、制造、维护和检修和研究提供了理论和技术支持。第一章包括高技术装备制造业发展水平是国家现代化程度和综合国力的重要指标。重型机床常被用作复杂加工作业,是高端装备制造业的专用设备。提升高端机床制造和技术水平,是振兴装备制造业的重点之一,是中国装备制造业的重任。重型机床通常在恶劣粗糙的环境条件下使用,在能源、交通、造船、工程机械、冶金、航空航天以及军事等重点行业得到了广泛应用,为这些领域内的设备开发设计提供了关键载体。针对以上问题,本研究以国内外现有的MRO技术及相关理论为基础,提出了基于PLM全生命周期闭环系统实现一体化的重型机床维修保养方案的设计、制造、维护和服务一体化。能够辅助产品的创新设计,提高生产力、可靠性和智能化程度,延长重型机床的无故障工作时间和使用寿命。针对大型重型机床具有广泛价值、使用寿命长、生命周期信息管理困难等特点,研究了重型机床设备的PLM闭环系统,包括闭环模型研究和关键技术研究。闭环模型研究包括:基于重型机床数据反馈的闭环研究,重型机床设备操作的智能闭环研究以及重型机床设备维护的智能闭环研究。关键技术包括:用于重型机床设备的闭环PLM数据访问和传感技术;用于重型机床设备的闭环PLM产品生命周期数据管理技术;用于重型机床设备的闭环PLM数据融合、处理和远程传输技术;用于重型机床设备的闭环PLM全生命周期知识云服务技术;基于重型机床设备数据反馈的产品设计和工程设计技术;用于重型机床设备运行的智能诊断ECU智能诊断和自适应技术;对于重型机床设备维修闭环远程故障诊断和健康状态分析技术（专家系统,数据挖掘等）;用于重型机床设备维修的闭环知识型MRO系统和技术。针对重型机床制造行业关键技术闭环MRO系统和基于知识云技术的重型机床维修特点和具体要求,研究成果在武汉重型机床集团有限公司实施,支持大型复杂产品的研发、制造、维修和检修,以及新产品的研发。现有的研究可以在以下几个方面具有实际意义:1)解决重型机床产品的生命周期数据反馈,支持产品设计,实现产品的高可靠性、高效率和节能;2)实现制造过程的闭环反馈,保证设备运行的可靠性,保证提高产品加工的精度和质量;3)基于重型机床运行状态数据的闭环反馈,实现远程设备健康度分析、故障预警和故障诊断,实现MRO管理,确保设备正常运行,从而延长设备使用寿命;4)成功建立了重型机床MRO闭环管理模型,实现了设计、制造、使用和维修一体化,服务一体化,实现了盈利性服务型商业模式;5)成功建立重型机床设备通用知识服务体系,整合行业优势。第二章包括将MRO管理活动分解,形成一系列管理模块,从而构建维护管理流程,并运用模块中的关键技术构建框架。MRO管理层将建议和定义的管理模型用于正在使用和正在使用的资产当中,分为五个管理模块,即预防性维护计划和资源的设计,预防计划的优化,计划和资源,维护操作评估和控制,设备生命周期分析和部件更换优化、持续改进和应用技术。MRO可以从知识云中检索诊断数据,为MRO决策提供数据支持。同时,由决策产生的维护数据也可以反馈给知识云,从而丰富知识云,提高决策支持的快速性和准确性。每个模块是设备维护和生命周期管理的关键决策领域。各个领域的模型和相应的方法有:以可靠性为中心的维护（RCM）、风险成本优化（RCO）、优化可靠性分析（ORA）以及生命周期成本分析（LCCA）。分别建立各模块的模型,融合形成MRO管理模型,以知识云为数据源,从而有效管理MRO流程。进一步的描述主要由三部分组成:1)为重型机床设备而开发的基于知识云的MRO闭环集成系统为重型机床设备搭建了基于知识云的MRO闭环集成系统。研究数据闭环支持算法,提高相关数据反馈和前馈效率,使MRO系统能够自动分析数据,为研发、设计、运维和其他服务提供数据支持;研究面向服务的知识云体系结构,开发系统核心组件和引擎;分析符合产品全生命周期业务管理的统一业务对象建模技术,支持模型驱动和可配置性,支持基于组件和基于物料清单的生产线,使得在整个产品生命周期中实施各种业务和数据管理。支持基于流程和项目管理的流程管理作为实现跨域协作的主线,形成集设计、技术、制造、服务,数据反馈于一体的闭环管理系统。研究MRO闭环集成系统支持算法的数据,提高相关数据反馈和前馈效率,使MRO系统能够自动分析数据,为研发、设计、运维和其他服务提供数据支持;研究面向服务的知识云体系结构,开发系统核心组件和引擎;分析符合产品全生命周期业务管理的统一业务对象建模技术,支持模型驱动和可配置,支持基于组件的和基于物料清单的生产线,以在整个产品生命周期中实施各种业务和数据管理。支持基于流程和项目管理的流程管理作为实现跨域协作的主线,形成集设计、技术、制造、服务,数据反馈于一体的闭环管理系统。通过基于MRO数据反馈的设计,产品设计可以高效、个性化和节能,并为复杂零件的关键部件提供工程设计服务。从产品设计和工程设计两个方面优化重型机床设计,提高设计可靠性,同时提高重型复合机床无故障运行时间,延长其使用寿命。2)重型机床设备的智能闭环设备操作针对重型机床设备缺乏自适应性和自适应能力的现状,针对重型机床运行设备的智能闭环运行情况,根据运行参数和环境条件进行研究。通过多源异构大量动态数据传感技术实时实现产品的动态监控。分析了海量数据融合处理技术,消除了数据冗余和无效部分,研究了基于设备ECU的初步智能诊断技术,建立了异常状态与故障模式之间的映射关系。快速维护,同时对突发异常情况采取智能安全启停措施,确保设备和人员的安全;研究重型机床ECU环境的自适应技术,并自动调整设备的相关参数,实现重型机床的热变形误差和切削力误差等。智能补偿保证了加工精度和加工质量减少了环境对加工过程的影响,提高了重型机床的加工稳定性。3)重型机床设备智能闭环设备维护研究基于复杂的设备维护知识云管理技术,并支持海量数据和复杂关联的MRO信息模型,建立基于历史的MRO知识表达和采集方法,收集和获取故障诊断相关的知识和经验,研究BOM驱动的MRO计划和流程管理技术;在运行管理方面,基于专家系统和数据挖掘,故障树等技术,建立维护知识与故障模型之间的映射关系,研究复杂设备的健康分析与故障智能诊断。基于知识的健康状态分析与故障诊断技术结合机床的历史状况,运行状态和操作环境因素,提取设备状态特征,确定状态评估标准,分析和评估设备的当前状态,并预测变化和发展趋势、建立状态评估模型、评估决策树。基于知识的MRO管理系统和技术结合MRO的管理模块形成管理框架。可以调用诊断知识数据来为MRO决策提供数据支持。同时,由决策产生的维护数据也可以反馈给知识并丰富知识。主要包括:MRO需求管理技术,根据MRO的类型（维护、维护、大修）,目标（可靠性、安全性、用户需求）和不同阶段的需求,制定不同的策略以快速响应用户需求;MRO过程管理技术在MRO活动过程中,提供必要的材料和维护知识,管理维护工作的进展和工作状态;流程优化技术,通过优化管理维护资源,有效管理物资库存,提高MRO流程效率;服务评估技术,维护策略和维护结果进行评估,以支持维护工作的改进;备件管理技术用于科学管理备件和维修设备,降低库存成本,确保维护工作顺利进行。第三章包括研究重型机床和设备的闭环PLM全生命周期知识云服务技术,实现闭环产品的整个生命周期。在重型机床行业,云基信息资源分散实现集中知识资源分散服务,为不同公司的各类高端主要复杂设备产品提供生命周期知识服务。构建涵盖知识意识获取、知识库管理、知识检索和推送技术的知识云模型框架;研究和提出基于知识的云系统,涵盖了跨不同地区的重型机床和设备的跨企业产品覆盖的整个生命周期。建立综合预测模型,积累在机床行业产品生命周期的各个阶段。设计知识本体模型,基于本体的产品设计知识表示方法,进一步实现了产品设计知识的标准化表达,并对设计知识的四维分类体系进行了研究,并在以重型机床为代表的复杂机电产品设计分类和检索中应用和验证了研究成果。为解决知识资源序列化问题,设计了量子和谐搜索算法（QHS）求解该模型,并基于元胞自动机模型,引入社会分布模型和蚁群算法。分析了经验知识方法的提取,建模过程知识,构建过程引导,实现知识资源嵌入和主动推进;研究多源多领域知识集成管理技术,解决知识分散,各种系统和产品生成过程中的各个阶段。此外,包括数据访问和传感技术,PLM数据融合,处理和远程传输技术,PLM全生命周期数据管理以及多源设备质量数据融合和接口技术等PLM技术的研究。在上一个闭环管理系统中,已经开发并验证了重型机床设备的生命周期技术。开发和验证主要由以下四个层面组成:1)基础资源层基础资源层是闭环PLM系统体系结构的底层,由三部分组成:数据采集设备、网络设备和集成开发环境。嵌入机床的ECU模块采集机床的实时数据,并通过机床和周围环境中分布的各类传感器检测环境数据,并通过数据传输设备进行数据传输和数据交换。网络设备包括数据库、服务器、硬件和软件以及其他网络技术。集成开发环境包括代码生成、构建包和调试环境等。2)数据集成层数据集成层为闭环PLM系统提供数据支持和知识支持。通过基本资源层的数据采集设备,数据被感测和传输。充分考虑制造大数据的特点。数据集成通过先进的数据存储技术,数据融合,数据处理和数据管理技术通过大型数据处理平台实现。并利用知识获取,知识识别等技术,提取机床设计知识、制造知识、运用知识、维护保养知识并与专家系统有效整合,形成覆盖整个生命周期的知识体系机床。3)平台功能层基于机器大数据的分析和知识提取,平台功能层对知识数据进行功能化,提供机器状态监控、运行环境监控、机器知识服务、机床设计反馈、远程故障诊断等多种服务功能。提供维修保养计划、维修执行监控、机床操作指导以及加工工艺开发。4)产品应用层产品应用层是实施闭环PLM系统的过程。在对闭环PLM系统和技术突破进行全面研究后,基于机床的通用性和不同机床的特点,建立了面向不同机床系列的闭环PLM系统,实现数据管理和维护反馈、操作反馈以及机床整个生命周期的设计反馈。保证机床的运行质量和运行稳定性,延长使用寿命,实现优化设计。在应用方面,武汉重型机床集团工程研究院和生产运营部门是应用示范单位,建立了基于闭环PLM系统的机床设计,运行和维护项目验证环境用于重型机床。该项目以系统论证应用为背景,为高端重型机床生命周期数据闭环管理服务奠定技术基础,积累了重要的工程经验。第四章包括复杂设备的MRO平台业务对象由三大类组成:制造商、服务提供商和用户。制造商由设备开发和生产公司（武重设计、生产部门）、供应商和外部制造商组成,主要负责生产备件和辅助维护数据和知识。服务方包括设备运行和提供维修服务公司或部门（武重运维部门、售后保障部门等）,负责设备保护服务,同时提供保修期外的付费维修服务或其他品牌的同类产品。用户使用该设备。用户购买设备后,服务提供商会进行设备的安装调试和技术培训,并确保设备在用户管理下能够正常运行。服务方根据用户的基本使用和维护资源制定用户保护和维护计划,包括预防性维护、小修、大修计划等,确定检查、监测等计划的固定频率等,并提交给用户。同时,服务提供商为有远程监控需求的客户提供远程监控。设备在制造商的预防性保护活动限制条件下由用户端运行,服务端在MRO系统的远程监视和故障诊断功能中,并且监控开关量、状态量、操作行为,并且监控设备操作的操作环境。监测参数由ECU故障诊断系统进行数据分析、故障分析和模式识别,以确定设备操作的整体性能。当设备需要检修或监测故障即将发生时,系统由用户发起或由系统远程监控。服务提供商需要执行维护支持服务。MRO系统启动维护和维修服务管理功能,执行维修服务调度相关的操作,并通知开发方,准备备件和相关专家、工具等资源进行维修使用,制定维修保障执行计划,并发给业务执行系统。本文详细论证了提出的MRO管理体系结构,重点介绍了武汉重型机床集团有限公司复杂重型和长寿命周期设备的框架设计。复杂设备业务对象MRO平台系统功能框架、MRO业务对象和业务管理流程、系统开发等构成了操作系统的需求。服务方根据用户的基本使用和维护资源制定用户保护和维护计划,包括预防性维护、大修、小修、检查、监控计划等。主要管理页面包括基本信息、客户管理、设备管理、设备三包收据、设备安全生产管理、设备维护管理、备件管理和故障库管理等模块。客户端门户包括设备管理、设备维护管理、备件采购管理等模块。产品数据收集和诊断主页包含诸如工作台、管理、基础数据、设备测试和统计分析等模块。此外,还对基于重型机床设备数据反馈的产品设计和工程设计技术进行了定义,涵盖了基于制造环境中知识工程的智能设计技术方面。在武汉重型机床集团有限公司进行的案例研究的最后一次演示中,已经提出了维护管理的结果和关键问题。

关键词：维护-修理-检修;闭环MRO管理;闭环PLM;云制造;MRO系统模型

学科专业：Mechanical Engineering

摘要

ABSTRACT

Alphabetical Legend

Chapter1 Introduction

1.1 Research Background and Importance

1.2 Research Scope and Goals

1.3 Research and Development

1.3.1 Existing Research Problems

1.4 Research Ideas and Overall Plan

1.5 The Structure of Thesis

Chapter2 Closed-loop MRO Based on Knowledge Cloud

2.1 Closed-loop MRO Integrated System for Heavy Machine Tool Equipment

2.2 Closed-loop MRO Intelligent Equipment Operation for Heavy Machine Tool Equipment

2.3 Closed-loop MRO Intelligent Equipment Maintenance for Heavy Machine Tool Equipment

2.4 Chapter Summary

Chapter3 Closed-Loop PLM Full Lifecycle Knowledge Cloud Service Technology

3.1 Research on Design Knowledge Resources Organizations for Heavy Machine Tool Equipment

3.1.1 Design Knowledge Feature Extraction and Design Knowledge Resource Ontology Package

3.1.2 Research on the Construction of Design Knowledge Classification System and Knowledge Feature Space Expression

3.1.3 Research on Evaluation System and Integration Optimization Algorithm for Design Knowledge Resource Service Capability

3.1.4 Research on Efficient Clustering Algorithm for Design Knowledge Resources

3.1.5 Product Quality Knowledge Service Process Based on Data Analysis and Mining.

3.2 Closed-loop PLM Key Technology Research

3.2.1 Closed-loop PLM Data Access and Sensing Technology for Heavy Machine Tool Equipment

3.2.2 Closed-loop PLM Data Fusion,Processing and Remote Transmission Technology for Heavy Machine Tool Equipment

3.2.3 Closed-Loop PLM Whole Lifecycle Data Management Technology for Heavy Machine Tool Equipment

3.2.4 Equipment Quality Multi-source Data Fusion and Interface Technology

3.3 Development and Application Verification of Closed-loop Management System for Heavy Machine Tool Equipment Life Cycle

3.4 Chapter Summary

Chapter4 MRO System Platform Framework Design

4.1 System Architecture

4.2 Elaboration of System Platform Framework Design

4.2.1 System Function Framework

4.2.2 MRO Business object and Business Management Process

4.2.3 System Development

4.2.4 Operating Environment

4.2.5 Main Function Module

4.2.6 Module Summary

4.2.7 Module Function Summary

4.3 Detailed Description of the demand and outline Design

4.3.1 Basic Information

4.3.2 Implementation Delivery Module

4.3.3 Spare Parts Library

4.3.4 Knowledge Base Module

4.3.5 Remote Monitoring Module

4.3.6 Maintenance Module

4.3.7 Repair Module

4.3.8 Report Record Module

4.4 Product Design and Engineering Design Technology Based on Data Feedback for Heavy Machine Tool Equipment

4.4.1 Manufacturing Engineering Intelligent Design Technology Based on Knowledge Engineering

4.5 Case Study

4.6 Chapter Summary

Chapter5 Summary and Future Prospect

5.1 Conclusion

5.2 Future Prospect

References

Publication of papers and participation in scientific research

Acknowledgement