解读煤矿设备MRO支持系统设计应用案例

以设备维修维护为重点。分析了煤矿设备MRO典型业务需求，给出了煤矿设备MRO支持系统功能模块设计。基于可定制的设备MR0基础平台，提出了系统开发技术路线，给出了系统总体设计框架，分析了系统实现的关键技术，最后介绍了系统在唐安煤矿的应用情况。

    MRO( Maintenance， Repair and Overhaul／Operation)是设备在使用和维护阶段所进行的各种维修、维护、大修和使用等服务活动的总称，是设备全生命周期的重要组成部分。MRO支持系统是将MRO理论和企业管理方法相结合，支持产品制造商、用户和维修服务商进行维修过程管理、维修过程优化和辅助维修决策的软件系统。
    已有的设备管理系统较多，但一般只关注设备管理的某一方面，如有的专注于设备使用管理或设备维修维护管理或维修资料管理，只有个别的系统涉及到了多方面的设备管理，如介绍集成状态监测和故障诊断的设备管理系统。从系统开发技术方面来看，已有的设备管理系统一般是通过硬编码来实现的，不能根据各企业的实际情况进行功能和业务流程定制。
以下介绍的煤矿设备MRO支持系统是基于清华大学开发的MRO基础平台定制而成的，已在唐安煤矿进行了初步实施，用于对煤矿设备的使用和维修业务进行综合管理。
一、系统功能架构设计
如图1所示，煤矿设备MRO支持系统由五大功能模块组成，各模块的功能和内容如下。

图1 煤矿设备MRO支持系统功能结构图
1．基础信息管理
    设备基础信息管理模块负责对设备及关键部件的设备结构、维修资料和设备台账等基础信息进行维护。其中，设备结构是进行数据组织和管理的核心，不但要给出同类设备共性的结构信息。称之为中性结构，而且需要为每台具体设备建立结构信息，称之为实例结构。设备维修策略和规程等维修资料要关联到中性结构中相关的零部件上，以实现对相关信息的快速检索和查阅。
2．机电库存管理
    机电库存管理模块主要用于管理煤矿机电设备库存。在保证设备安全稳定运行的前提下，有效的库存管理是企业降低设备总体成本和备件库存，提高设备维修工作效率和设备管理水平的必经之路。
3．设备维修维护管理
煤矿设备维修维护管理主要是定期修理，也有少量的发生故障后的修复性修理。煤矿维修主要包括以下三方面。

(1)设备例行检修：主要指日检和润滑两类业务。
(2)设备定期检修：
大型设备一般每半年需要进行一次定期检修，每2～3年进行一次大修，这些都属于定期性计划检修。
(3)设备故障检修：
是指设备发生故障后的事后修理，是发生故障后不得不进行的维修。
     在煤矿设备MRO支持系统中，维修业务通过图1所示的维修需求管理、维修计划管理、维修监控与确认以及维修执行管理四个模块组成。在维修需求模块中为每类检修业务建立不同的“维修需求对象”，并将维修需求对象关联到中性结构上，通过计算产生针对某个实际物料的“维修活动”，每个“维修活动”代表一次实际维修；产生维修活动后即进入维修计划模块，对该次维修活动需要消耗的实际物料进行计划，从而得到物料采购的清单以及工时定额，完成计划之后即可通过维修监控确认以及维修执行模块下达维修任务并将维修结果记录在管理系统中。
4．设备运行管理
    煤矿设备的日常运行管理主要有班检和巡检两种方式。班检是设备使用单位每工作日交接班时进行的日常运行检查工作。巡检是设备使用单位按照要求对主要设备进行的定时或实时的运行状态监测工作。煤矿的部分设备如压风机、主风机、副井绞车、皮带运煤机等属于大型复杂设备。这些关键设备运行时需要定时或实时监控和采集其运行参数值，以监控设备的运行质量状况和提前预警故障。
5．业务过程管理
    在设备MRO支持系统中，可以利用业务过程管理功能将典型业务过程定义成业务过程模版，并为每个业务过程中的活动指定执行人。业务过程执行时执行人则可以通过自己的工作列表看到需要完成的工作。而在完成自身的工作之后，业务过程管理模块将按照流程模版指定的顺序激活后续的活动并通知后续活动的执行人执行。
二、系统的总体架构设计
系统采用WEB版B／S模式与分布式技术，以设备维修维护为重点，以煤矿现有的网络系统为依托，其总体框架如图2所示，主要由三个层次组成。

图2 煤矿设备MRO支持系统的总体框架
一是MRO基础平台：该平台是在JavaEE支撑软件环境的基础上，根据共性业务特征开发的可定制可扩展的基础信息服务平台。通过MRO基础平台可使得煤矿的业务数据管理非常灵活。
二是核心业务构件集：在MRO基础平台的基础上，根据典型业务需求开发各种设备管理核心业务构件，包括设备维修基础数据维护、产品结构管理、维修资料管理、维修需求管理、维修计划管理、维修监控与确认、维修执行管理构件。
三是设备管理行业应用层。在MRO基础平台和设备管理核心构件的基础上，满足煤矿设备的各种设备管理业务需求，包括设备台账管理、设备使用管理、计划检修、定期检修、故障检修、例行检修、设备库存管理、综合查询和打印等。
三、系统关键技术
1．基于维修BOM的信息组织
    使用维护阶段的设备BOM(Bill of Material)称之为维修BOM。维修BOM不但用来描述设备的物料组成及物料之间的关系，更重要的是用于组织和管理使用维护阶段海量的设备维修信息资源。为提高设备维修数据的信息组织和管理效率，设计了一种复合式维修BOM结构，来组织维修信息资源，如图3所示。

图3 复合式维修BOM结构
    大型设备维修信息资源总的管理粒度是单件具体设备，每一件设备都要对应一个维修BOM。维修BOM由中性BOM和实例BOM来共同表示。
    中性BOM是维修BOM的核心结构，用于组织共性的维修资料和知识。中性BOM反映的是多件设备的共性结构，同型号或同批次的多件设备可以共用一个中性BOM。
    实例BOM是中性BOM在客观世界的真实反映，用于描述某件具体的物理设备在某个时间真实配置数据和元数据的单树式BOM结构，用于组织单件具体设备的维修业务数据。
2．基于平台的模型定制
模型定制是基于平台应用的起点，实施人员通过模型定制产生MRO系统的主要业务模型，主要包括以下几方面。
(1)电子仓库定制：定义整个系统中数据存储的主要位置。数据都存放在电子仓库中可以方便用户对维修过程中产生的结构化和非结构化数据进行集中管理。
(2)组织模型定制：用于定制整个系统中的用户、用户和组织之间的结构关系，以及用户和角色之间的隶属关系、组织模型定制的结果将作为认证和授权的基础。
(3)数据模型定制：用于描述整个系统中结构化数据存储格式，数据模型定制以面向对象的方式进行。
(4)功能模型定制：定义整个应用系统中的对数据的原子操作，包含了两类基本元素：模块和操作，模块代表了组成系统的最顶层构件，而操作代表了功能的入口。
(5)视图模型定制：在数据模型基础上定义不同类型数据的显示方式，系统在默认情况下会为对象提供缺省的显示方式。当平台提供的定制方式不能满足需求时，用户可以采取自行开发的方式显示对象。
(6)过程模型定制：现有过程引擎往往在控制流方面比较完善，而在组织模型集成和数据模型集成上没有提供良好的解决方案，在实现过程中采用了JBpm过程引擎，通过在流程模版基础上添加新标签的方式实现了流程与组织以及流程与数据的紧密集成。
(7)授权规则定制：授权规则定制用于控制组织中的人员对数据访问的权限，在传统的基于角色的授权模型基础上设计了一种更加灵活的基于规则的授权模型，通过这种方式用户可以形成更加灵活的授权模型。
3．平台应用支撑框架
     通过模型定制实施人员可将精力集中在用户的业务上而不必关心具体的实现细节，但需要有一套转换机制将模型中包含的细节补充完整，并提供一种可以解释模型的支撑程序将其加载到程序中来形成最终的应用程序。在MRO系统中这一过程由平台应用支撑框架和模型定制工具的转换功能实现。平台的应用支撑框架包含的主要部分如下。
(1)用户认证：用户认证模块直接读取组织模型定制产生的组织信息并对用户进行认证，从而确定用户的身份。
(2)电子仓库存储：读取电子仓库定制时各个电子仓库和存储位置信息，并根据定制的存储位置将结构化和非结构化信息分别存放在指定地点。
(3)对象管理框架：主要负责对数据模型定制过程中产生的实体类、版本类、关联类和资源类进行增、删、改、查等基本处理。
(4)主界面框架：负责解释功能模型中定义的模块和操作。并将其显示在主界面之上，个性化需求由二次开发工具进行详细实现。
(5)表单引擎：负责解释视图模型定制产生的布局信息，通过解释对应的文件按照用户定制的布局将数据显示出来。
(6)业务过程引擎：负责加载业务过程定制产生的业务过程模版，并且在需要时将模版转化成业务过程实例。
(7)规则引擎：负责提供上述各个模块进行权限校验的接口，在接口被调用时规则引擎根据系统中定制的授权规则给出当前用户是否拥有指定的授权项，然后程序根据规则校验的结果进行后续处理。
    除了提供上述需要加载模型的模块之外，平台应用支撑框架还在这些引擎的基础上提供了一些不需要加载模型就可以运行的内嵌功能，如综合查询、自动系统日志等。
4．二次开发辅助工具
可以利用二次开发辅助工具基于平台应用框架提供的类库进行开发，因此避免了从头构建系统的麻烦。在平台应用框架的支持下，应用开发人员进行的主要开发工作有以下三项。
(1)模块开发：当定制的功能模型无法满足需求，需要进行模块开发，通过平台的功能模型转换功能将产生模块实现的代码模版，开发人员可以基于代码模版产生编写自己需要的模块。
(2)操作开发：在模块的基础上，开发人员可以利用模型转换工具生成操作的人口类，然后开发人员可以依据应用的特殊需求开发独特的对象操作功能。
(3)流程开发：在业务过程中往往会根据应用的需求定义特殊的自动节点，而这些自动节点的实现则需要应用开发人员在集成开发工具中实现。
    完成定制开发后，开发人员可在集成开发环境中将已经编写好的代码封装成平台可以识别的构件，而平台应用支撑框架会根据模型动态调用构件。通过二次开发辅助应用开发人员可以将其他系统有效集成到平台上来，并实现各种不同的应用功能。
四、系统实现
    煤矿设备MRO支持系统基于清华大学软件学院自行研制的MRO基础平台实现。MRO基础平台实现采用Oraclel0g数据库作为后台支持，中间层应用服务器采用JBoss应用服务器，前端采用GWT(Google Tool Kit)技术实现。煤矿设备MRO支持系统的原型已经实现并在山西兰花科技创业股份有限公司唐安煤矿分公司进行了初步应用，应用效果良好。
    该系统建立了完整的设备管理体系，包括设备基础信息管理、设备使用管理和设备维修维护管理等重要业务，对设备生命周期进行全面的动态管理。系统通过设备到货、入库、领用、送修、维修验收、使用交接等业务处理，对设备在企业的使用过程和周转过程进行全程跟踪，这样，设备管理者可随时查询到某一台设备从到货开始在企业中的所有周转过程等信息，同时能了解所有设备的状况(完好、备用、待修、在修等)。系统保证了煤矿设备安全高效运行，提高了设备MRO管理效率，使经济效益达到最大化，对煤矿企业有着重要意义。