智能服务 预测性维护 虚拟维修系统技术要求

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中华人民共和国国家标准

GB/TXXXXX—XXXX

智能服务预测性维护虚拟维修系统技术

要求

Intelligentservice-Predictivemaintenance-Requirementofvirtualmaintenance

system

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文稿版次选择

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

GB/TXXXXX—XXXX

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定

起草。

本文件由中国机械工业联合会提出。

本文件由全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员会（SAC/TC124）归口。

本文件起草单位：

本文件主要起草人：

II

GB/TXXXXX—XXXX

智能服务预测性维护虚拟维修系统技术要求

1范围

本标准规定了智能服务中虚拟维修系统的系统架构、功能要求等。

本标准适用于虚拟维修系统的开发、部署和应用。

2规范性引用文件

下列文件对本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的应用文件，仅注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包含所有的修改单）适用于本文件。

GB/T3187-1994可靠性、维修性术语

GB/T9414.1-2012维修性第1部分：应用指南

GB/T9414.9-2017维修性第9部分：维修和维修保障

GB/T26101-2010机械产品虚拟维修通用技术要求

GB/T36348-2018信息技术学习、教育和培训虚拟实验框架

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

服务接口serviceinterface

一个自动化系统与另一个自动化系统或人之间的共享边界，通过它可以实现数据和功能的调用。

3.2

虚拟维修virtualmaintenance

对于维修建模所形成的产品模型进行维修分析与模拟的过程。该过程包括一次或多次的维修顺序规

划、维修路径规划以及维修过程仿真等，可用于维修方案检查和优化的目的。

3.3

虚拟维修模型virtualmaintenancemodel

进行产品虚拟维修活动所需的三维数字模型，它包括维修产品模型、维修环境模型、虚拟操作者模

型等。

3.4

维修环境模型virtualmaintenanceenvironmentmodel

1

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指进行虚拟维修所需要的相关环境模型，通常包括维修工具模型维修空间模型及维修流信息等。

3.5

维修流信息maintenanceflowinformation

描述整个维修过程中各个维修环节所涉及的维修活动信息，例如维修各环节相关信息和要求等。

3.6

维修工具模型maintenancetoolmodel

指虚拟维修环境下表达维修过程中所使用的工具、工装及相关设备信息的模型。

3.7

维修空间模型maintenancespacemodel

指描述维修工具，虚拟操作者以及维修模型在进行虚拟维修活动中所形成的包络空间的模型。

3.8

虚拟操作者模型virtualmanipulatormodel

指参与虚拟维修过程的虚拟人整体或局部模型，例如虚拟人模型、虚拟手模型等。

3.9

维修过程规划maintenanceprocessplanning

指对产品中个维修单元的维修顺序、维修路径进行分析和计算，并检查、分析和处理虚拟维修过程

中出现的干涉、碰撞及人工、人机工效等问题，最终获得合理的、可指导实际维修过程的维修顺序和维

修路径。

3.10

维修顺序规划maintenancesequenceplanning

指在综合考虑时间、效率、成本等因素的情况下对维修模型中各维修单元的维修顺序进行分析和计

算，得出最佳维修序列的过程。

3.11

维修路径规划maintenancepathplanning

指对维修模型中各维修单元的维修路径进行分析和计算，在综合考虑人机工程、效率、成本等因素

的情况下，得出最佳维修路径的过程。

3.12

维修过程仿真assemblyprocesssimulation

指在虚拟环境下，对产品的维修过程规划进行模拟的过程。

4系统架构

2

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虚拟维修系统的架构如图1所示。

应用服务

维修顺序维修路径维修过程维修结果

规划规划仿真优化

数据处理

构件描述构件封装数据交换

基础服务

流程管理用户管理资源管理

图1虚拟维修系统架构

虚拟维修系统包括基础服务、数据处理、应用服务三大部分：

——基础服务：提供虚拟维修系统的基础公共服务功能，包含流程管理、用户管理、资源管理三个

功能模块；

——数据处理：对虚拟维修的虚拟维修构件、构件资源包、维修环境等数据进行处理，主要包含构

件描述、构件封装和数据交换三个功能模块；

——应用服务：包含维修顺序规划、维修路径规划以及维修过程仿真、维修结果优化四个功能模块。

5技术要求

5.1基础服务

5.1.1流程管理

流程管理是对虚拟维护操作流程中所涉及到的数据传输流程、虚拟维护构件、维护资源调用规则进

行控制。应对虚拟维护流程控制的描述方法和信息模型进行统一规范。

5.1.2用户管理

用户管理功能提供对用户信息的管理，包括用户注册、用户登录、用户权限管理、用户信息修改等。

用户注册功能是指用户可提供相关注册信息并获取登陆系统的权限，在提交注册请求后，系统将注

册信息写入数据库中，并向用户提示注册成功与否。

用户注册之后可通过账户和密码登录系统。如用户已注册且密码正确，进入系统主页面，否则提示

错误登录信息。

用户权限管理将用户分为普通用户和管理员，具有不同的权限。必要时可定义一个超级管理员，具

有修改用户等级的权限。

5.1.3资源管理

3

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系统可通过呼叫中心、专用调出程序、远程自动诊断、设备操作者或使用者以及其他方法开展资源

调度。

系统资源管理的功能包括：

——确定和分配人员；

——从外购或仓库获得材料和备件；

——确保能获得工具、运输、起重等保障设备；

——准备所需的运行、维修、安全和环境有关的步骤和工作计划；

——确定并储备外部资源；

——确定信息沟通资源。

5.2数据处理

5.2.1虚拟维护数据

虚拟维护的数据分为维修模型数据、维修环境模型数据、虚拟操作者模型数据。其中，

——维修模型应包含如下数据：

a)几何数据,即维修模型本身所包含的点、线、面、体和坐标系信息；

b)约束数据，既包括维修模型所含维修单元之间的约束关系信息；

c)工程属性，既包括维修模型的维修结构树信息、维修技术要求材料属性等。

——维修环境模型应包含如下数据：

a)维修工具模型，即维修环境中所涉及工具的相关数据，包括工具的名称和几何数据，以及工具

在维修过程中的工作特性数据；

b)维修空间模型，即主要包括维修空间的名称和集合信息；

c)维修流数据，包括维修流的名称、属性、维修上下游数据以及在各个维修环节的维修要求等信

息。

——虚拟操作者模型数据

虚拟操作者模型包含完整或部分的虚拟人模型数据，包括几何数据、标识数据、姿态数据以及疲劳

特性等数据。

5.2.2构件描述

构件描述应采用GB/T36097—2018中定义的元数据对虚拟维修资源、虚拟维修构件进行标准化描

述，使虚拟维修资源和构件能在系统中有效地识别、存储和检索。

5.2.3构件封装

构件封装应采用GB/T36098—2018中定义的封装模型对虚拟维修构件及资源进行标准化封装，经

过标准化封装构件，可以在虚拟维修系统和不同模块间实现资源共享，为虚拟维修的开展奠定基础。

5.2.4数据交换

数据交换宜根据系统和资源交换需求定义适用于不同系统间、模块间数据交换的标准化信息结构。

数据交换应根据GB/T36349—2018中定义的数据交换格式进行系统间数据交换。

5.3应用服务

5.3.1维修顺序规划

产品维修顺序生成的功能如下：

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a)确定合理的维修单元维修方向；

b)维修单元维修顺序的几何可行性检查；

c)产品重点维修协调部位的维修工艺性分析；

d)维修单元维修的可操作性分析。

产品维修顺序评价应考虑的一般因素包括：

a)维修并行度，即分析维修操作时间并行的能力，并行度越高，维修时间越短；

b)子维修单元稳定性，即描述子维修单元的稳定程度，主要分析在维修过程中产品维修单元的维

修定位要求，保证子维修单元具有良好的稳定性；

c)操作复杂性，即表示了维修操作的复杂程度，要求需重定向或移动的子维修单元应该易于操作；

d)维修成本及时间；

e)聚合性，即在维修过程中相似的维修操作应集中完成的性质；

f)人机工效；

g)维修工艺性，即虚拟维修过程中维修单元、工装、工具等在维修环境中的可操作性、空间敞开

性等。

5.3.2维修路径规划

维修路径规划的功能包括：

a)定义每一个产品维修单元的维修路径；

b)确定维修单元在维修路径中所处的位置和在维修空间中的姿态；

c)分析产品维修单元在维修路径上的相干性问题；

d)对产品维修单元的维修路径进行几何可行性检查；

e)对产品维修单元的维修路径进行物理可行性检查。

5.3.3维修过程仿真

维修过程仿真分析的要求如下：

a)综合产品维修对象的维修顺序和维修路径，形成维修过程序列；

b)实时分析维修对象在维修环境中的维修过程的可行性，并反馈分析结果；

c)根据分析结果对产品维修对象的维修顺序或维修路径做出调整，改进产品的可维修性；

d)对调整结果反复进行维修过程模拟，直到确认维修顺序和维修路径的可行性。

5.3.4维修结果优化

维修顺序优化的一般过程为：

a)维修顺序按照评价因素的要求进行单项评价和综合评价；

b)选择评价值最高的装备顺序；

c)对维修顺序进行局部的调整以获得最优的维修顺序。

维修路径优化的一般过程为：

a)对维修路径按照评价因素的要求进行单项评价和综合评价；

b)选择评价值最高的维修路径；

c)对维修路径进行局部的调整以获得最优的维修路径。

5.4维修管理

维修和维修保障活动的管理包括：

——制定和更新维修策略；

5

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——提供维修经费；

——维修协调和监督。

维修策略是负责维修和维修保障的管理部门与涉及维修的所有组织一起制定的。维修策略应形成正

式文件，并定期进行评审和更新。

应提供由预算和经费报告保障充足的经费支持。

管理部门应设立组织架构，使维修和维修保障作业可行，并有效地与提供维修资源的内部和外部组

织沟通。

5.5维修准备

确认维修对象的层级及维修场所，对于虚拟维修而言，还需确认维修对象的结构、功能，维修场所

的环境等信息作为建模的输入。

5.6维修实施

5.6.1维修执行

虚拟维修仿真的一般流程

a)数据准备，即数据准备是为虚拟维修的场景初始化提供数据支持，其格式能够被所使用的虚拟

维修系统所接受。其主要内容包括维修模型的数据准备、维修环境模型的数据准备、虚拟操作

者模型的数据准备；

b)场景初始化，即通过读入维修模型、维修环境模型和虚拟操作者模型数据，并在虚拟维修系统

中生成虚拟维修仿真的应用场景，其主要工作包括运行设置（软硬件运行状态设置）、模型数

据导入和设置（维修模型、维修环境模型和虚拟操作者模型的数据导入和初始状态设置）等。

c)虚拟维修操作过程仿真。即用户通过交互设备在虚拟维修场景中对维修模型的各维修单元的维

修过程进行操作仿真，或对已经维修好的对象进行拆卸操作仿真，在维修操作过程中记录必要

的信息供随后的维修过程分析与规划使用，这些信息主要包括维修单元的操作序列信息、维修

单元在操作序列中的运动路径、维修环境模型与维修单元之间位置关系信息等。

d)虚拟维修过程规划。即用户根据虚拟维修操作仿真过程获得的信息进行维修过程规划，包括维

修单元维修顺序与运动路径规划、维修过程的干涉与碰撞分析、维修过程的操作空间分析等。

最终获得维修对象最佳的维修顺序与路径以及可维修性信息。

虚拟维修操作过程仿真与规划可以同时进行，也可以反复进行，直至获得合理的维修过程规划结果。

5.6.2维修评估

维护和修复性维修工作的评估可在每次维修后执行(如在严重失效后)，或在定期评估整体性能时执

行，如定期对设备进行分类。

维修组织应制定和使用标准且可重复的方法去收集和分析数据并解释结果，这一方法可能基于企业

的或行业的因素。结果应用于支撑和证明改进。为便于管理数据和分析结果，需要建立计算机化的维修

信息系统。

对维护，审核应覆盖维护效能，维护工作的技术内容资源的充分性运行、安全和环境程序。

对修复性维修，应全面调查严重失效以确定预防性和修复性工作，且对严重的或代价高的失效，还

应包括故障机理分析。详细的故障机理分析流程包括：

——成立专家组；

——收集证据；

——分析结果确定失效原因，可采用FMEA(详见IEC60812)、故障树分析(详见IEC61025)或

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其他方法；

——确定失效机理；

——建议、测试和确认假设；

——推荐预防性措施；

——实施改进。

修复性维修的全面评估要给出与工作条件、供应商问题和质量问题有关的重复失效和趋势。

维修评估的考核指标包括但不限于：

——可用性、可靠性、维修性；

——不可用时间或停运时间；

——平均故障间隔时间；

——平均修理时间；

——使用统计方法如威布尔分析(详见IEC61649)表示的故障时间；

——计划的和非计划的维修成本；

——计划和非计划工作的比例；

——计划性工作不能按时完成；

——计划的和实际的资源差异；

——备件可用性；

——工作效率和技术水平。

5.6.3维修改进

维修和维修保障工作的改进是通过管理保障、有效的程序和交流获得的。

维修和维修保障的改进可通过以下内容的改变获得：

——维修方案；

——维修等级；

——维修程序；

——维修和操作人员的技能和培训；

——备件和材料；

——工具和保障设备；

——外部资源的使用；

——运行程序和条件；

——安全和环境程序；

——设备和系统设计；

——产品的维修性。

应采取有效的程序以确保采取了恰当的纠正和预防措施并已得到改进。

5.7资源管理

5.7.1人力资源

为达到最低寿命周期费用的运营目标，应选用具有相关资质的专业人员。对大多数系统而言，维修

保障中费用最大的要素是维修人员。仔细地选择人员和对其进行有效培训能够使维修人员的成本降至最

低。

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对采用先进的技术设计的复杂系统，应从维修需求分析得出人员的数量、技术等级、培训。作为维

修保障分析的一部分，所需人员的专业、技术等级(如初级、中级、高级)和数量可通过评估工作的复杂

性和频率来确定。在产品运行和执行维修工作的每个位置，应规定维修人员的专业和技术等级。

分配用来实施维修和维修保障的人员应具有合适的教育、培训、技术和经验来胜任其工作。这需要

根据维修需求和技术的变化持续更新。对一些维修工作，可能需要专门的认证。

5.7.2基础设施

5.7.2.1设备

所有用于产品维修、服务和检验，但对其运行并非必需的设备叫做保障设备。保障设备的类型和数

量取决于所需保障工作的类型。

保障设备包括开展维修工作所需的工具，能保证维修工作安全开展的支架和固定设备，测试机械、

电气、电子运行参数的测量设备等。保障设备还包括允许产品能够从它所属的设备或组件中分离出来独

立测试的实体夹具和设备。

5.7.2.2维修设施

通常需要内部和外部维修设施，以使产品在中断运行后，能被维修、修理或保养。这些设施包括修

理车间、翻修车问和保养站，可通过以下几种途径提供：

——由原制造商为客户提供；

——由独立于原始厂家或使用者的维修服务组织提供和运行；

——由使用者专门提供以保障其设备。

应根据可用性的要求、需修理产品的数量、要求的修理周转时间来进行合适的维修设施的选择。这

通常叫做基于成本的权衡技术。

5.7.2.3管理和技术设施

需要的保障设施如下：

——工具和保障设备的场地；

——备件的仓库；

——相关管理和培训功能的场所。

设施包括公共需求，如电源、压缩空气、水、环境控制(通风、加热、空调)照明、计算机设备、通

信、防火装置、起重设备等。

5.7.2.4材料和备件

材料在维修期间将被消耗备件可分为：

——可修理的；

——不可修理的。

理论上，在任何情况下，可修复的产品都可修理。在有些情况下，如当修理不经济或技术上不可行，

或由于经过数次维修导致产品的可靠性已降级，这时产品被认为不能继续使用并使用新的产品来替换。

不可修理的产品无论从技术角度还是从经济方面考虑都是不可修理的。它们被认为不能继续使用而

更换新产品。由定义可知，不可修理的产品不可能包含下级组件或器件，否则就是可修理的。

备件类型在维修方案制定期间予以定义，该期间确定在每个维修场所等级上哪些产品应拆除和更

换。支持修复性维修和预防性维修工作所需的所有备件、消耗产品、专门的供应和相关的库存都是维修

保障的基本要素。对于每个维修场所等级，应确定供应和储备备件的类型和数量。

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_________________________________

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目次

前言..............................................................................................................................................................II

引言...............................................................................................................................错误!未定义书签。

1范围.................................................................................................................................................................1

2规范性引用文件.............................................................................................................................................1

3术语和定义.....................................................................................................................................................1

4系统架构.........................................................................................................................................................2

5功能要求.........................................................................................................................................................3

5.1基础服务..................................................................................................................................................3

5.1.1流程管理...........................................................................................................................................3

5.1.2用户管理...........................................................................................................................................3

5.1.3资源管理...........................................................................................................................................3

5.2数据处理..................................................................................................................................................4

5.2.1虚拟维护数据...................................................................................................................................4

5.2.2构件描述...........................................................................................................................................4

5.2.3构件封装...........................................................................................................................................4

5.2.4数据交换...........................................................................................................................................4

5.3应用服务..................................................................................................................................................4

5.3.1维修顺序规划...................................................................................................................................4

5.3.2维修路径规划...................................................................................................................................5

5.3.3维修过程仿真...................................................................................................................................5

5.3.4维修结果优化...................................................................................................................................5

I

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智能服务预测性维护虚拟维修系统技术要求

1范围

本标准规定了智能服务中虚拟维修系统的系统架构、功能要求等。

本标准适用于虚拟维修系统的开发、部署和应用。

2规范性引用文件

下列文件对本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的应用文件，仅注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包含所有的修改单）适用于本文件。

GB/T3187-1994可靠性、维修性术语

GB/T9414.1-2012维修性第1部分：应用指南

GB/T9414.9-2017维修性第9部分：维修和维修保障

GB/T26101-2010机械产品虚拟维修通用技术要求

GB/T36348-2018信息技术学习、教育和培训虚拟实验框架

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

服务接口serviceinterface

一个自动化系统与另一个自动化系统或人之间的共享边界，通过它可以实现数据和功能的调用。

3.2

虚拟维修virtualmaintenance

对于维修建模所形成的产品模型进行维修分析与模拟的过程。该过程包括一次或多次的维修顺序规

划、维修路径规划以及维修过程仿真等，可用于维修方案检查和优化的目的。

3.3

虚拟维修模型virtualmaintenancemodel

进行产品虚拟维修活动所需的三维数字模型，它包括维修产品模型、维修环境模型、虚拟操作者模

型等。

3.4

维修环境模型virtualmaintenanceenvironmentmodel

1

GB/TXXXXX—XXXX

指进行虚拟维修所需要的相关环境模型，通常包括维修工具模型维修空间模型及维修流信息等。

3.5

维修流信息maintenanceflowinformation

描述整个维修过程中各个维修环节所涉及的维修活动信息，例如维修各环节相关信息和要求等。

3.6

维修工具模型maintenancetoolmodel

指虚拟维修环境下表达维修过程中所使用的工具、工装及相关设备信息的模型。

3.7

维修空间模型maintenancespacemodel

指描述维修工具，虚拟操作者以及维修模型在进行虚拟维修活动中所形成的包络空间的模型。

3.8

虚拟操作者模型virtualmanipulatormodel

指参与虚拟维修过程的虚拟人整体或局部模型，例如虚拟人模型、虚拟手模型等。

3.9

维修过程规划maintenanceprocessplanning

指对产品中个维修单元的维修顺序、维修路径进行分析和计算，并检查、分析和处理虚拟维修过程

中出现的干涉、碰撞及人工、人机工效等问题，最终获得合理的、可指导实际维修过程的维修顺序和维

修路径。

3.10

维修顺序规划maintenancesequenceplanning

指在综合考虑时间、效率、成本等因素的情况下对维修模型中各维修单元的维修顺序进行分析和计

算，得出最佳维修序列的过程。

3.11

维修路径规划maintenancepathplanning

指对维修模型中各维修单元的维修路径进行分析和计算，在综合考虑人机工程、效率、成本等因素

的情况下，得出最佳维修路径的过程。

3.12

维修过程仿真assemblyprocesssimulation

指在虚拟环境下，对产品的维修过程规划进行模拟的过程。

4系统架构

2

GB/TXXXXX—XXXX

虚拟维修系统的架构如图1所示。

应用服务

维修顺序维修路径维修过程维修结果

规划规划仿真优化

数据处理

构件描述构件封装数据交换

基础服务

流程管理用户管理资源管理

图1虚拟维修系统架构

虚拟维修系统包括基础服务、数据处理、应用服务三大部分：

——基础服务：提供虚拟维修系统的基础公共服务功能，包含流程管理、用户管理、资源管理三个

功能模块；

——数据处理：对虚拟维修的虚拟维修构件、构件资源包、维修环境等数据进行处理，主要包含构

件描述、构件封装和数据交换三个功能模块；

——应用服务：包含维修顺序规划、维修路径规划以及维修过程仿真、维修结果优化四个功能模块。

5技术要求

5.1基础服务

5.1.1流程管理

流程管理是对虚拟维护操作流程中所涉及到的数据传输流程、虚拟维护构件、维护资源调用规则进

行控制。应对虚拟维护流程控制的描述方法和信息模型进行统一规范。

5.1.2用户管理

用户管理功能提供对用户信息的管理，包括用户注册、用户登录、用户权限管理、用户信息修改等。

用户注册功能是指用户可提供相关注册信息并获取登陆系统的权限，在提交注册请求后，系统将注

册信息写入数据库中，并向用户提示注册成功与否。

用户注册之后可通过账户和密码登录系统。如用户已注册且密码正确，进入系统主页面，否则提示

错误登录信息。

用户权限管理将用户分为普通用户和管理员，具有不同的权限。必要时可定义一个超级管理员，具

有修改用户等级的权限。

5.1.3资源管理

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系统可通过呼叫中心、专用调出程序、远程自动诊断、设备操作者或使用者以及其他方法开展资源

调度。

系统资源管理的功能包括：

——确定和分配人员；

——从外购或仓库获得材料和备件；

——确保能获得工具、运输、起重等保障设备；

——准备所需的运行、维修、安全和环境有关的步骤和工作计划；

——确定并储备外部资源；

——确定信息沟通资源。

5.2数据处理

5.2.1虚拟维护数据

虚拟维护的数据分为维修模型数据、维修环境模型数据、虚拟操作者模型数据。其中，

——维修模型应包含如下数据：

a)几何数据,即维修模型本身所包含的点、线、面、体和坐标系信息；

b)约束数据，既包括维修模型所含维修单元之间的约束关系信息；

c)工程属性，既包括维修模型