基于MRO的连铸线备件全生命周期管理系统应用研究

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3.0 牛悦 2024-11-19 8 4 2.02MB 73 页 15积分
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摘 要
在对某大型钢铁制造企业的连铸生产线备件管理现状及需求分析的基础上，
提出了基于 MRO 的连铸线备件全生命周期管理系统解决方案。设计了系统整体及
其各模块的功能架构，通过建立连铸线维修 BOM 构建了系统的解决方案总体架
构，并进行各功能的具体设计和实施。
分析了制造业信息化对于大型钢铁企业维修服务发展的必要性，根据企业实
际需求设计系统功能架构，并将功能按结构划分为不同管理子系统。方便了实际
生产中的管理具体责任分工，实现了各功能的模块化管理。
建立了基于维修 BOM 的连铸线设备结构，并根据维修 BOM 结构记录设备及
备件的各项数据信息，详细设计了各子系统功能点及其管理范围和相互联系，搭
建了全生命周期管理系统的总体架构及对应功能的管理方案。
以上述分析设计为基础，借助西门子 Teamcenter 软件实施系统搭建数据模型
并进行系统配置与权限设置，使系统在企业成功实施。本文构建的基于 MRO 的连
铸线备件全生命周期管理系统应用于某大型钢铁集团维修子公司的设备维修维护
及维修备件管理工作，有效的提高了生产制造的效率和效益，实现了信息化互联
管理的预期目标。
关键词：维护、维修和大修(MRO) 备件管理 全生命周期管理 制造业
信息化
ABSTRACT
A scheme based on MRO for spare parts PLM (Product Lifecycle Management)
system was proposed according to the status of spare parts management for CC
(continuous casting) line in a steel manufacturing enterprise. The main PLM system was
designed by establishing maintenance BOM of CC line. The functions of the system
were designed and successfully applied in the steel manufacturing enterprise.
The necessity of manufacture informatization for steel enterprise maintenance
service was analyzed. The system function was designed according to the actual
demands of the enterprise, and the entire system was divided into several different
subsystems considering the configuration of their structures. An effect division of
responsibility according to this classification was presented, and the modular
management of these functions was completed.
The structure of CC equipment maintenance BOM was constructed. According to
the BOM, the data of facilities and spare parts were recorded. The function points in
each subsystem were designed. The managing range and the correlation of these points
were presented. The scheme of PLM system was constructed, and the corresponding
functions were completed in the system.
The data model, system configuration and authorization were constructed
according to all analysis and design results by Teamcenter . The system was applied in
an actual-manufacture factory successfully. The result indicates that the PLM system for
spare parts of CC line based on MRO could improve the efficiency and benefit of the
production. The target of manufacturing informatization management was achieved.
Key Words：Maintenance，Repair & Overhaul（MRO），Spare Parts
Management，Product Lifecycle Management（PLM），
Manufacturing Informatization
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪 论 ............................................................................................................... 1
§1.1 课题研究背景及意义 ..................................................................................... 1
§1.2 课题研究目的和技术路线 ............................................................................. 2
§1.3 备件管理技术现状及发展趋势 ..................................................................... 2
§1.4 论文主要工作 ................................................................................................. 4
第二章 备件管理需求分析 ............................................................................................ 5
§2.1 连铸备件管理现状 ......................................................................................... 5
§2.2 全生命周期管理需求 ..................................................................................... 7
§2.3 系统功能需求分析与整合 ............................................................................. 8
第三章 系统功能架构 .................................................................................................. 12
§3.1 设备基本信息管理 ....................................................................................... 12
§3.2 备件修复管理 ............................................................................................... 13
§3.3 流程管理 ....................................................................................................... 15
§3.4 备件库存管理 ............................................................................................... 22
§3.5 设备状态跟踪与监控 ................................................................................... 31
§3.6 重要备件离线检修 ....................................................................................... 31
第四章 系统解决方案 .................................................................................................. 35
§4.1 BOM 结构的建立和管理 .............................................................................. 35
§4.2 系统总体架构 ............................................................................................... 39
§4.3 系统功能管理 ............................................................................................... 40
第五章 系统实现 .......................................................................................................... 47
§5.1 系统模型 ....................................................................................................... 47
§5.2 数据模型 ....................................................................................................... 50
§5.3 系统配置 ....................................................................................................... 53
§5.4 组织与权限 ................................................................................................... 54
§5.5 搜索管理 ....................................................................................................... 57
§5.6 系统功能可实现性与实用性评估 ............................................................... 57
第六章 全文总结 .......................................................................................................... 65
§6.1 主要工作及结论 ........................................................................................... 65
§6.2 研究展望 ....................................................................................................... 65
参考文献 ........................................................................................................................ 66
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 ............................................ 70
致 谢 .............................................................................................................................. 71
第一章 绪 论
1
第一章 绪 论
§1.1 课题研究背景及意义
近年来，受国际经济形势的变化及国内产业结构调整等因素的影响，中国制造
业正在从产品经济向服务经济过渡，制造业价值链向下游转移，制造服务已经成为
制造企业新的经济增长点。因此，迫切需要自主研发面向大型装备的维修、维护和
大修（MRO）支持系统，为装备制造企业、装备用户企业和装备服务企业提供全面
的MRO 数字化解决方案和信息化集成技术。这对于保障我国关键/重点行业大型装
备运营的技术安全，实现节能降耗和绿色环保，提高制造业的可持续发展能力，培
育自主制造业信息化软件产业，具有重要的意义[1-5]。
某大型钢铁企业拥有为其自身钢铁集团公司大型设备提供生产、维护及维修的
服务性子公司。随着企业业务量迅速扩张，如何管理和有效控制、使用设备全生命
周期中的技术和信息来应对日益激烈的市场竞争环境，成为企业竞争力进一步提升
的瓶颈。虽然 ERP、SCM 及CRM 等企业管理信息系统的推广应用在一定范围内解
决了问题，为企业带来了一定的效益，但它们大多只关心特定领域的设备信息，在
广度和深度上都不能彻底解决设备整个生命周期范围内信息的共享、交互和管理问
题。要提升企业的核心竞争力，不能仅仅依靠全生命周期过程中的某种技术、某个
阶段的改善，而必须将整个生命周期视为一个完整过程加以全面考虑。为了更好地
为钢铁企业提供连铸设备的维护维修服务，企业急需建立统一规范的数据库，对连
铸设备及备品备件进行信息化管理，将设备的设计、工艺、生产计划、调度、加工、
物流以及维修紧密地结合起来，建立统一的数据库进行系统管理。通过对数据的采
集和分析，实现备品备件采购、库存、维修的全生命周期管理，在保证正常稳定生
产的同时，降低备件采购、库存和维修成本，增加钢铁企业设备使用的效益和效率。
本课题立足于子公司连铸中心 MRO 项目的研究与实施，本着“提高设备寿命、
提高连铸效率、降低吨钢成本”的改进原则，建立连铸线备件计划管理、备件修
复制造管理、备件库存管理、设备检修计划等实用数据库，实现备品备件的全生
命周期管理，优化生产线的修复和制造过程，增强设备维修主动性，缩短维修时
间，提高设备的使用寿命，降低生产成本。
连铸生产线及其设备作为钢铁企业生产的重要命脉，其设备稳定性也直接影
响到企业生产效率[6]。可是由于连铸生产线技术的复杂性，国内从 90 年代后期才
逐步掌握该设备的生产核心技术。随着我国钢铁行业的发展、产能的提高，各大
钢厂都新增了大量的连铸生产线。同时对连铸生产线/设备的性能也提出了更高的
基于 MRO 的连铸线备件全生命周期管理系统应用研究
2
要求：针对连铸生产线/设备的维修、维护也成为了各钢铁设备检修公司业务的重
中之重。提高设备寿命、提高连铸效率、降低吨钢成本，成为了设备检修业务的
主要目标。
§1.2 课题研究目的和技术路线
为了更好地为钢铁企业提供连铸设备的维护服务，企业急需采用信息化的手
段对连铸设备的全生命周期进行管理，将设备的设计、工艺、生产计划、调度、
加工、物流紧密地结合起来，同时建立其现场使用数据库。通过现场使用数据实
现设备状态、故障检修和维修备品备件的全生命周期管理，降低生产和维修成本，
增加钢铁企业设备使用的效益和效率。为此，子公司提出了钢铁连铸设备维修、
维护与大修（MRO）支持系统项目。
为了对子公司连铸中心现有连铸设备技术服务业务的管理方法进行提炼和固
化，结合企业需求建立以备件全生命周期管理为基础的 MRO 系统优化公司业务，
有效支撑该项业务市场拓展需求，主要达到以下目标：
(1) 管理连铸设备主要状态参数；
(2) 检修作业标准、技术标准管理；
(3) 周转件和重要备件状态管理；
(4) 备件库存科学管理，统一调配。
建立信息化支撑的设备检修、设备备件修复与制造相集成的管理服务平台，提
供对制造企业设备运行的全生命周期管理服务。
§1.3 备件管理技术现状及发展趋势
由于现代设备复杂程度和技术含量的不断增加，设备的可靠性需求也不断提
高，对备件的供应链、库存、寿命管理的要求也不断提高[7]。
国外对于备件的管理展开研究较早，在备件特性及分类、备件采购、供应链
管理、库存控制和库存模型等方面都有较为深入的研究。
H．Janne [8]根据备件在采购系统中的作用提出了备件的四个控制特性，即关键
性(oxitioality）、专用性(speoifioity),需求模式(demand pattern)和备件的价格(value of
parts)。描述了备件在采购及供应链过程中的四大根本特性，企业可以根据自身的
实际需要，确定四大特性的重要程度，从而更加完善对备件的系统管理。张杰和
张群[9]的译著中在总结采购的基本要素和模式的基础上谈到了采购的未来趋势：维
护、修理及辅助物料的采购工作外包。A.Prof [10]也认为面对备件的“小订单问题”，
第一章 绪 论
3
供应商应该提供“雨伞”式服务，并介绍了采购卡的建立和使用，通过运用与供
应商建立长期合作关系等手段以降低采购费用。A.Olivier [11]比较了美国和法国医
院物流成本，提出了采用先进的 JIT（Just In Time）采购思想和财务信息系统来改
进业务和降低物流费用。B.GeraldLee [12]报道了 JIT 采购和库存管理在宾馆管理的
潜在价值。R.K.Lutfar[13]描述了 JIT 采购环境下的企业组织生产问题，开发了一个
简单的模型计算生产和原材料的采购策略。D.Yan[14]评价了供应商管理库存如何影
响供应渠道，将备件的库存管理与供应链管理进行了有机的联系。T.Jonah[15]详细
讨论了 VMI 的特性和供应商与零售商的权利关系，并通过一个台湾百货业案例研
究证明了 VMI 不仅可以降低费用，而且还可以改善供应链的服务水平和创造商业
机会。S.Ruhul[16]运用模拟方法优化了维修和备件库存供应策略。
国外学者对于普通备件管理的研究，在采购和供应链方面有较多的完善和创
新，通过寻求和补充新的方法进一步提高供应链过程的效率，降低采购和物流成
本。在库存控制方面尝试运用更多的新思路或模拟库存模型调整和优化库存。在
这一方面，国内研究也有一定的进展。
徐晓燕[17]提出了一种基于分类的备件库存管理方法，该方法先从备件需求预
测的角度对备件进行分类，然后对每一类备件的需求进行预测并给出了其适当的
库存决策方法。杨士哲[18]将数据仓库和决策支持系统结合起来，增强了辅助决策
的效果;将决策支持系统和先进的网络技术相结合，提供更为方便的使用方式;开发
了营销决策原型系统 HCF-MDSS。陈涛[19]以辅助备件库存控制决策为出发点，对
备件库存决策支持系统进行了研究，提出使用面向对象的方法对备件库存管理决
策支持系统中的模型库系统进行设计。刘敏[20]以系统工程、军事运筹学、决策论
等学科的原理为基础，通过运用计算机语言、人工智能、图形学、数学建模与仿
真、数据库等方面的知识，构建了车辆装备器材储存与部署、货运枢纽站点选址、
消耗预测、补充调运、运输方式选择、战时运输道路选择、送货集货、车辆维修
设备数量优化等八个决策模型。姜忠军[21]提出了一种新的备件库存管理数学模型。
对于大型复杂装备自身设备及其维修备件的库存管理和采购供应链管理，国
内外也都有相应的研究成果，但都刚刚起步，还有待进行广泛深入的研究。
W.D.Rustenburg [22]探讨了在高技术驱动下维修备件库存管理技术和复杂模型
的适用性问题。K.Matteo [23]探讨了复杂装备多级维修备件供应链的库存问题，其
贡献指出管理方法和供应链结构的一致能够提高系统的运作效率，同时验证了开
发完善的可靠的信息系统可以大大改善系统绩效。
在程曜安等[24]大型复杂装备 MRO 系统解决方案中，传统设备备件管理系统使
用基于版本的产品 BOM 起源追踪模型，但存在数据冗余和变更蔓延等问题，系统
基于 MRO 的连铸线备件全生命周期管理系统应用研究
4
使用的履历表技术只能记录单台设备的状态信息，虽然能进行物料状态跟踪，但
对于设备结构的变化缺乏有效的记录和追踪手段，使得在结构复杂、零部件繁多
的大型装备的零部件更换和修理中产生结构变更、产品结构追溯和零部件归属等
问题。为达到大型设备全生命周期信息综合利用和精益维修的目标，提出了综合
运用全生命周期管理知识建立的 MRO 解决方案，并通过在某煤矿的项目实施中得
到有效验证。
§1.4 论文主要工作
本文通过MRO系统实施以及一定的客户化开发，为某钢厂连铸中心规划、构
建设备及备件全生命周期内的工程技术管理平台，采集备件设计、制造、使用、
修复及报废等个生命周期阶段的各项数据并在系统中互联使用，优化备件的采购
和库存，在不影响生产需要的基础上降低成本支出；改进备件的制造、修复工艺，
提高备件质量和使用寿命；完善业务流程，保证权责明晰，缩短流程周期；跟踪
设备状态，支持设备的无故障运行。
本文借助西门子 Teamcenter 软件，结合企业实际需求,实现了 MRO 系统在企
业业务管理上的应用。主要内容包括：
(1) 构建全生命周期管理系统总体架构
(2) 设备维修 BOM 的构建及应用
(3) 系统各功能模块分类设计及互联
(4) 系统模型建立及系统实现
全文内容如下：
第二章：备件管理系统需求分析。阐述了某钢厂连铸生产线设备及备件的
管理现状，并将其对全生命周期管理的需求进行整合分析。
第三章：系统功能架构设计。根据企业实际需求搭建系统功能结构框架，
并分别对系统中各管理子系统所要实现的具体功能进行设计，规范各子系
统管理范围。
第四章：系统解决方案。设计系统详细的解决方案，介绍了 BOM 结构的
类型和功用，基于连铸线的维护维修建立设备的 BOM 结构，在设备 BOM
结构的基础上对系统进行总体架构和功能实现方法的详细设计。
第五章：系统功能实现。创建系统模型以及数据模型，完成系统配置和组
织权限设置，并通过搜索功能展现系统对各功能管理的实现情况。
第六章：全文总结。对本论文的主要工作进行了总结，给出了主要结论并
对下一步需要进行的工作进行了展望。
摘要：

摘要在对某大型钢铁制造企业的连铸生产线备件管理现状及需求分析的基础上，提出了基于MRO的连铸线备件全生命周期管理系统解决方案。设计了系统整体及其各模块的功能架构，通过建立连铸线维修BOM构建了系统的解决方案总体架构，并进行各功能的具体设计和实施。分析了制造业信息化对于大型钢铁企业维修服务发展的必要性，根据企业实际需求设计系统功能架构，并将功能按结构划分为不同管理子系统。方便了实际生产中的管理具体责任分工，实现了各功能的模块化管理。建立了基于维修BOM的连铸线设备结构，并根据维修BOM结构记录设备及备件的各项数据信息，详细设计了各子系统功能点及其管理范围和相互联系，搭建了全生命周期管理系统的总体...

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