裝備ＭＲＯ知識管理論文范文
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所謂裝備MRO知識，是指與裝備維護(hù)、維修和運行相關(guān)的維修資料、維修知識和運行狀態(tài)數(shù)據(jù)等綜合信息資源，其知識體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。裝備MRO知識主要包括2類：①基本的維修資料與知識，例如設(shè)計階段通過設(shè)計BOM組織的設(shè)計資料、技術(shù)手冊等，制造階段通過制造BOM組織的物料信息、裝配信息等，使用維護(hù)階段通過維修BOM組織的維修歷史、狀態(tài)數(shù)據(jù)等；②使用數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)獲得的推理性知識，例如通過數(shù)據(jù)挖掘形成的規(guī)則知識、利用知識工程獲取的專家知識和通過案例積累形成的案例知識等?；谏鲜鲋R的支持，系統(tǒng)提供維修計劃、健康評估、故障預(yù)測、案例檢索等多種裝備運維服務(wù)。從裝備MRO知識體系結(jié)構(gòu)看，其知識特點主要體現(xiàn)在以下5個方面：（1）類型繁多。裝備運維服務(wù)涉及的MRO知識紛繁復(fù)雜，知識分布于全生命周期的各個階段，既包括維修規(guī)程、物料信息、維修歷史等基本的維修資料與知識，又包括使用數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)獲得的推理性知識。（2）結(jié)構(gòu)復(fù)雜。裝備MRO知識與裝備整機(jī)及其零部件相聯(lián)系，在結(jié)構(gòu)上具有層次性特點。維修計劃、健康評估等維修決策需要的狀態(tài)數(shù)據(jù)、維修歷史、維修規(guī)程等裝備、部件和零件多個層次的MRO知識相互聯(lián)系共同輔助維修決策。此外，在裝備的不同部位可能存在相同的零部件，它們存在共性的CAD模型等設(shè)計知識，但由于位置不同而擁有個性的維修歷史等維修知識。（3）周期性長。對于飛機(jī)、火車等大型復(fù)雜裝備來說，從設(shè)計制造、使用維護(hù)直至報廢整個生命周期的時間跨度很長，需要管理裝備全生命周期過程中的數(shù)據(jù)，并利用數(shù)據(jù)挖掘、統(tǒng)計分析等技術(shù)手段從中發(fā)現(xiàn)有價值的知識。（4）動態(tài)變化。裝備在其全生命周期過程中BOM結(jié)構(gòu)處于從設(shè)計BOM、制造BOM到維修BOM的不斷演化過程中，并且隨著維修活動的發(fā)生，維修BOM不斷發(fā)生變化，與之相聯(lián)系的維修歷史、維修案例等知識也隨維修活動而不斷變化。另外，在裝備的運行過程中，實時狀態(tài)數(shù)據(jù)處于不斷采集的動態(tài)過程，對實時的數(shù)據(jù)流進(jìn)行處理，可從中發(fā)現(xiàn)隱含的數(shù)據(jù)模式，同樣也需要對動態(tài)變化知識進(jìn)行管理。（5）應(yīng)用多樣。為裝備制造商、維修商及用戶提供的運維服務(wù)多種多樣，如裝備健康評估、故障預(yù)測、維修計劃制定等，這些服務(wù)各自涉及不同的技術(shù)、工藝和資源等相關(guān)知識，直接建立服務(wù)與知識間的聯(lián)系會出現(xiàn)效率低下等問題，需要建立完善的裝備MRO知識管理體系，針對不同服務(wù)建立相應(yīng)的知識模型。根據(jù)上述知識特點，完善的裝備MRO知識管理體系應(yīng)能夠根據(jù)維修規(guī)程、維修資源等知識的特點進(jìn)行知識表示，在裝備的使用維護(hù)階段將全生命周期的知識進(jìn)行組織，支持知識的演化過程，保證知識追蹤與追溯，并圍繞維修計劃制定、健康評估等的裝備運維服務(wù)，將這些知識進(jìn)行綜合并建立知識模型，以滿足運維服務(wù)的可擴(kuò)展性，同時應(yīng)滿足知識的快速檢索要求，以提高知識應(yīng)用的效率。
2裝備MRO知識管理體系
基于上述分析，本文提出圍繞裝備運維服務(wù)的MRO知識管理體系，如圖2所示。在對服務(wù)需要的維修規(guī)程、維修資源、維護(hù)歷史以及維修案例等相關(guān)知識進(jìn)行分析和表示的基礎(chǔ)上，以裝備維修BOM結(jié)構(gòu)為核心對知識進(jìn)行組織管理，并圍繞裝備運維服務(wù)，建立基于本體的知識模型。整個裝備MRO知識管理體系從全局的角度系統(tǒng)性地提供了知識管理與應(yīng)用的思路。
2．1MRO知識及其表示裝備MRO知識的準(zhǔn)確表示是進(jìn)行MRO知識管理的前提和基礎(chǔ)。裝備MRO知識類型繁多，對于維修過程所需要的知識，維修規(guī)程規(guī)定的維護(hù)周期是確定維修任務(wù)、編制維修計劃的重要依據(jù)；維修資源是維修計劃順利進(jìn)行的重要保障；裝備維修歷史，結(jié)合狀態(tài)監(jiān)測、日常檢修等可以得到變動維護(hù)周期，對其進(jìn)行統(tǒng)計分析能夠得到零部件質(zhì)量等知識；維修案例為解決維修過程中的新問題提供重要參考。因此，本節(jié)對裝備的維修規(guī)程、維修資源、維修歷史及維修案例進(jìn)行分析及知識表示。
2．1．1維修規(guī)程的知識表示維修規(guī)程規(guī)定了裝備整機(jī)及其零部件的大修、中修、小修等預(yù)防性維護(hù)保養(yǎng)的內(nèi)容和規(guī)范。以裝備的維護(hù)周期為例，維護(hù)周期在維修規(guī)程中已做出規(guī)定，但根據(jù)裝備的狀態(tài)監(jiān)測、日常檢修，維護(hù)周期也會適時調(diào)整，需對變動大修、中修、小修和零部件保養(yǎng)周期進(jìn)行管理。這些維護(hù)周期知識屬于典型的結(jié)構(gòu)化知識，可用框架表示法進(jìn)行知識表示，如圖3所示。裝備維護(hù)周期是產(chǎn)生維修預(yù)警信息、確定維修任務(wù)以及編制維修計劃的重要依據(jù)。根據(jù)上述裝備維護(hù)周期知識，可以確定裝備整機(jī)及其零部件的維護(hù)時間。對于部件C，其上次維修時間為T0，維護(hù)周期為TP（TP可為維修規(guī)程中規(guī)定的固定周期，也可以是根據(jù)裝備狀態(tài)和維修歷史等確定的變動周期），則部件C的維護(hù)時間為。
2．1．2維修資源的知識表示維修資源包括維修備件、維修人員、維修工位、維修工具等，是制定維修計劃的約束，尤其在多個裝備共用維修資源的情況下，需要通過對維修資源的有效管理，實現(xiàn)合理調(diào)度。以維修計劃中維修任務(wù)對維修備件的需求為例，各維修任務(wù)能夠確定需要的維修備件的需求量及需求時間等。
2．1．3維修歷史的知識表示裝備的零部件經(jīng)過拆卸、修理等維修活動，產(chǎn)生了維修歷史信息，對其進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘等獲取的隱含知識對于裝備的維修決策具有重要價值。裝備的維修歷史（maintenancehistory，簡稱MH）用元組表示為：MH：：＝（ID，PID，F(xiàn)H，MC，T，…）（3）其中，ID為裝備編號；PID為裝備維修零部件編號；FH為故障現(xiàn)象；MC為維修處理過程；T為維修時間。對元組進(jìn)行實例化即可表示裝備的一條維修歷史記錄，由多條記錄組成一張二維表，類似于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的表。對于裝備的維修歷史信息，利用統(tǒng)計分析方法，分析特定型號所有裝備零部件的維修次數(shù)，或者分析具體裝備零部件的維修次數(shù)，按維修次數(shù)確定裝備中頻繁出現(xiàn)故障的零部件，反饋到設(shè)計制造部門來提升產(chǎn)品質(zhì)量或改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計，或者反饋到采購部門要求生產(chǎn)廠家改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量或更換生產(chǎn)廠家。此外，利用裝備的維修歷史記錄，結(jié)合其設(shè)計使用壽命，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，對零部件進(jìn)行維修預(yù)測取得合理的維修周期并產(chǎn)生維修預(yù)警信息，以輔助維修決策。
2．1．4維修案例的知識表示裝備維修案例描述故障維修的全過程，其中蘊含的經(jīng)驗、技巧對于解決新問題提供了重要的參考。通過案例推理，尋找與新問題相似的歷史案例，指導(dǎo)新問題的解決。維修案例的知識表示是進(jìn)行案例推理的前提和核心。維修案例的知識表示方法可以采用本體、框架等表示法，此外，案例知識表示法本身作為一種表示法也可以進(jìn)行維修案例的知識表示。維修案例知識結(jié)構(gòu)一般包括3個部分：①故障描述，即維修案例的描述，如發(fā)生故障裝備、故障部件、故障現(xiàn)象等；②解決方案，即故障的解決過程，如分析故障原因、處理方法等；③反饋評價，即解決方案的總結(jié)與評價，如經(jīng)驗總結(jié)、效果評價等。維修案例知識結(jié)構(gòu)如圖4所示。
2．2以維修BOM為核心的MRO知識組織裝備的MRO知識紛繁復(fù)雜，但就維修計劃制定、健康狀態(tài)評估等具體的運維服務(wù)來說，由于服務(wù)過程清晰、目標(biāo)明確，因此需要的知識能夠預(yù)先進(jìn)行組織。為組織裝備運維服務(wù)需要的知識，建立以維修BOM為核心的MRO知識組織方式，如圖5所示，其優(yōu)點在于維修業(yè)務(wù)活動導(dǎo)致的裝備結(jié)構(gòu)變化對知識結(jié)構(gòu)的影響較小。從與裝備結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)角度分析，運維服務(wù)需要的知識一般包括3類：①靜態(tài)知識，是同型號或同批次裝備共享的知識，如某型號裝備的維修規(guī)程、維修工藝等；②動態(tài)知識，是具體單臺裝備獨有的知識，如裝備的維修歷史、運行記錄等；③其他知識，是不與裝備結(jié)構(gòu)直接關(guān)聯(lián)的知識，如制定維修計劃過程中的約束條件、維修資源等。文獻(xiàn)［9］提出將裝備使用維護(hù)階段的維修BOM，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計成由中性BOM、位置BOM及實例BOM組成的復(fù)合式維修BOM，并提出在中性BOM和位置BOM上組織維修資料與知識，在實例BOM上組織維修業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。本文在此基礎(chǔ)上，利用具有層次性的BOM結(jié)構(gòu)來表達(dá)MRO知識體系，實現(xiàn)運維服務(wù)需要的知識與相關(guān)零部件的關(guān)聯(lián)，構(gòu)成以維修BOM為核心的MRO知識組織方式。根據(jù)運維服務(wù)需要的知識分類，靜態(tài)知識由中性BOM進(jìn)行組織，動態(tài)知識由實例BOM進(jìn)行組織，其他知識則依托于服務(wù)本身。
2．3基于本體的MRO知識管理本體（ontology）的概念起源于哲學(xué)領(lǐng)域，是共享概念模型的明確的形式化規(guī)范說明，在領(lǐng)域知識表示方面具有表達(dá)準(zhǔn)確、規(guī)范和結(jié)構(gòu)清晰等優(yōu)點［13］。由于裝備運維服務(wù)具有復(fù)雜性、多樣化等特點，利用本體確定的概念間關(guān)系，實現(xiàn)服務(wù)涉及的維修規(guī)程、維修需求、資源約束等知識的整合；通過基于本體的MRO知識視圖，實現(xiàn)知識的快速定制與檢索。
2．3．1裝備運維服務(wù)的知識本體圍繞上述以維修BOM為核心的裝備MRO知識組織方式，本文結(jié)合OWL的基本元素和六元組本體表示方法［14］，將裝備運維服務(wù)的知識本體形式化定義如下。現(xiàn)以汽車的維修計劃制定過程為例，過程如下：在維修任務(wù)確定后，需要組織維修備件、維修人員等維修資源，以及根據(jù)不同的約束條件制定裝備的維修計劃，約束條件包括備件庫存成本、人員工資、工時安排、維修成本、停機(jī)損失成本等。綜合以上考慮，以最低成本為目標(biāo)，進(jìn)行分派維修人員與維修備件等過程制定維修計劃。維修計劃制定的知識本體如圖6所示。
2．3．2基于本體的MRO知識視圖為滿足裝備運維服務(wù)涉及的MRO知識同步動態(tài)數(shù)據(jù)管理與快速知識追蹤檢索的需求，本文引入知識視圖的概念。視圖是計算機(jī)數(shù)據(jù)庫中的術(shù)語，是虛擬的表，其內(nèi)容由查詢定義，能夠在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中根據(jù)需求篩選特定的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)定制數(shù)據(jù)的需求。圍繞裝備運維服務(wù)，根據(jù)其知識本體，建立需要的MRO知識視圖，正符合裝備運維服務(wù)對MRO知識的要求?；诒倔w的MRO知識視圖建立過程如圖7所示。過程如下：①明確知識需求，根據(jù)裝備運維服務(wù)的知識本體，通過獲取概念、知識、知識屬性、知識數(shù)據(jù)屬性和知識對象屬性5個過程，逐層細(xì)化MRO知識需求；②篩選知識數(shù)據(jù)，根據(jù)MRO知識需求進(jìn)行篩選，由于裝備知識是以BOM為核心進(jìn)行組織的，并且裝備全生命周期過程中BOM視圖間存在轉(zhuǎn)換關(guān)系，利用這些關(guān)系可以在零散繁多的知識中篩選出需要的MRO知識；③建立知識視圖，通過查詢定義等方式，利用知識對象屬性確定的知識關(guān)聯(lián)，建立起知識視圖以及視圖間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。MRO知識視圖中數(shù)據(jù)經(jīng)過知識本體模型中定義的模型規(guī)則處理，用以支持維修計劃制定等運維服務(wù)。
3面向服務(wù)的裝備MRO知識管理系統(tǒng)
面向服務(wù)架構(gòu)（serviceorientedarchitecture，簡稱SOA）是以服務(wù)為核心的組件模型，采用中立方式定義的接口，使得服務(wù)間具有松耦合性，能夠靈活地適應(yīng)環(huán)境變化，動態(tài)響應(yīng)新的需求。結(jié)合裝備MRO知識管理體系，利用面向服務(wù)架構(gòu)的思想，建立面向服務(wù)的MRO知識管理系統(tǒng)架構(gòu)。由于裝備運維服務(wù)多種多樣，裝備全生命周期過程中的知識零散繁多，而運維服務(wù)只需要特定的一些知識，直接建立服務(wù)與所需知識間關(guān)聯(lián)會導(dǎo)致效率低下、不易擴(kuò)展等問題。為解決上述問題，以服務(wù)為核心，向外提供運維服務(wù)支持，向內(nèi)建立服務(wù)的知識本體，根據(jù)知識本體確定的知識需求，從裝備全生命周期過程的知識中獲取特定的知識建立知識視圖，提高知識管理的效率并利于運維服務(wù)的擴(kuò)展。因此，面向服務(wù)的裝備MRO知識管理系統(tǒng)架構(gòu)劃分為4層，分別是知識層、本體層、服務(wù)層、應(yīng)用層，如圖8所示。（1）知識層。知識層用作組織和管理裝備全生命周期過程中的MRO知識，如維修規(guī)程、維修工藝、維修歷史等，以及通過數(shù)據(jù)挖掘形成的規(guī)則知識、利用知識工程獲取的專家知識和通過案例積累形成的案例知識等。這些MRO知識以裝備全生命周期各階段BOM視圖為核心進(jìn)行組織和管理，例如設(shè)計BOM管理維修規(guī)程等、維修BOM管理維修保養(yǎng)歷史等。（2）本體層。維修活動復(fù)雜繁多、周期長、涉及因素多，針對具體的裝備運維服務(wù)，建立相應(yīng)的知識本體，如故障診斷本體、健康評估本體、維修案例本體、維修計劃本體等，這些本體確定了該運維服務(wù)中的知識需求及其模型規(guī)則處理方法。根據(jù)知識本體中確定的MRO知識需求，并從知識層中篩選知識建立各運維服務(wù)的知識視圖。（3）服務(wù)層。針對裝備生產(chǎn)商、維修商和用戶對運維服務(wù)的需求，提供動態(tài)可擴(kuò)展的裝備運維服務(wù)，如故障診斷服務(wù)、健康評估服務(wù)、案例檢索服務(wù)、維修計劃服務(wù)等。這些服務(wù)擁有對應(yīng)的知識本體，對知識本體對應(yīng)的視圖中的知識經(jīng)過知識推理等規(guī)則模型處理，結(jié)果以Web服務(wù)等形式對外提供服務(wù)接口支持。（4）應(yīng)用層。用戶通過客戶端軟件、移動終端或者門戶網(wǎng)站等多種途徑向遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)出服務(wù)請求，遠(yuǎn)程服務(wù)器獲取到請求后調(diào)用服務(wù)層中相應(yīng)運維服務(wù)，并將處理結(jié)果進(jìn)行反饋。這些運維服務(wù)是以服務(wù)接口形式提供，裝備生產(chǎn)商、維修商和用戶能夠按需使用不同的運維服務(wù)，用以支持維修決策和輔助維修業(yè)務(wù)活動等。本文基于上述系統(tǒng)架構(gòu)，開發(fā)了車輛運維知識管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于J2EE和SOA架構(gòu)，通過對知識管理工具和運維服務(wù)的封裝，實現(xiàn)了維修規(guī)程、維修歷史、維修資源、維修案例等MRO知識管理，并在此基礎(chǔ)上，圍繞基于知識的應(yīng)用，分別面向制造商開發(fā)了維修BOM管理工具、知識管理工具等服務(wù)應(yīng)用，面向維修商開發(fā)了維修計劃制定、維修案例管理、維修資源管理等服務(wù)應(yīng)用，面向用戶開發(fā)了車輛健康評估、維修案例檢索、維修保養(yǎng)提醒等服務(wù)應(yīng)用。此外，對于運維服務(wù)的知識本體模型構(gòu)建，系統(tǒng)采用Protégé4．0作為本體編輯工具、OWL（WebOntologyLan－guage）作為本體描述語言，以利于運維服務(wù)的擴(kuò)展。目前，該系統(tǒng)已以某品牌型號下的汽車為應(yīng)用測試對象，驗證了系統(tǒng)的可行性和有效性。
4結(jié)束語
本文圍繞裝備運維服務(wù)對MRO知識的需求，研究了裝備MRO知識管理體系，并提出了面向服務(wù)的裝備MRO知識管理系統(tǒng)架構(gòu)，開發(fā)了車輛運維知識管理系統(tǒng)。從裝備不同MRO知識特點的研究出發(fā)，提出相應(yīng)的MRO知識表示方法，以具體應(yīng)用服務(wù)領(lǐng)域和零部件知識為基礎(chǔ)，構(gòu)建了基于本體和維修BOM結(jié)構(gòu)的MRO知識管理體系。該體系以裝備運維服務(wù)為目標(biāo)，將裝備全生命周期過程中的知識進(jìn)行有機(jī)地組織，面向應(yīng)用服務(wù)領(lǐng)域構(gòu)建相應(yīng)的知識視圖，實現(xiàn)了知識應(yīng)用的靈活性和開放性，體現(xiàn)了精益維修的理念和MRO服務(wù)過程的智能化。
作者：任明侖楊旭付杰單位：合肥工業(yè)大學(xué)管理學(xué)院合肥工業(yè)大學(xué)過程優(yōu)化與智能決策教育部重點實驗室
