國產(chǎn)民機(jī)數(shù)字化運(yùn)營流程管理及仿真系統(tǒng)

(1.復(fù)旦大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，上海 200433； 2.上海飛機(jī)客戶服務(wù)有限公司，上海 200241；3.北京航天測控技術(shù)有限公司，北京 100041)

0 引言

民機(jī)數(shù)字化運(yùn)營支持是一種面向超復(fù)雜系統(tǒng)提供信息與技術(shù)支持的服務(wù)模式，通過系統(tǒng)互聯(lián)與系統(tǒng)集成提高民機(jī)運(yùn)營效率，增強(qiáng)飛機(jī)市場競爭力[1]。民機(jī)數(shù)字化運(yùn)營支持越來越得到國際民機(jī)主制造商的充分重視，以形成更高的技術(shù)準(zhǔn)入壁壘、提升其競爭優(yōu)勢?？湛凸窘Y(jié)合公司長遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃，整合現(xiàn)有資源，提出E-Solution解決方案，探索建立了一套數(shù)字化運(yùn)營支持體系。E-Solution 解決方案為維修人員、運(yùn)行人員、飛行員等相關(guān)方架構(gòu)了一整套軟件系統(tǒng)及相應(yīng)的模塊化工具。目前空客公司的數(shù)字化客戶服務(wù)占全部服務(wù)項(xiàng)目的74%，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果。

我國民機(jī)主制造商已經(jīng)根據(jù)我國民航業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀初步構(gòu)建了包含技術(shù)出版物研制、飛行訓(xùn)練、工程技術(shù)支援、運(yùn)行技術(shù)支援、航材保障等專業(yè)的客戶服務(wù)體系[2]。但是各業(yè)務(wù)及其系統(tǒng)之間信息孤島現(xiàn)象嚴(yán)重，業(yè)務(wù)流程重復(fù)冗余，業(yè)務(wù)流程的梳理和數(shù)據(jù)管理沒有形成統(tǒng)一的規(guī)范，分散式的架構(gòu)也嚴(yán)重影響了客戶的使用體驗(yàn)。國際民機(jī)領(lǐng)先制造商在提高自身市場競爭力的激烈競爭中，將數(shù)字化運(yùn)營支持視為今后發(fā)展的重要方向。而如何對數(shù)字化運(yùn)營的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行管理，是數(shù)字化運(yùn)營支持亟需解決的一個難點(diǎn)。

基于以上，本文充分考慮數(shù)字化、信息化技術(shù)發(fā)展和運(yùn)營支持需求的變化，以及成果的實(shí)用性，在分析國內(nèi)外民機(jī)數(shù)字化運(yùn)營支持的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，通過對國產(chǎn)民機(jī)數(shù)字化運(yùn)營支持業(yè)務(wù)流程管理的相關(guān)理論和技術(shù)展開研究，首次按照ASD(歐洲宇航與防務(wù)工業(yè)協(xié)會)等國際先進(jìn)綜合保障系列規(guī)范，梳理數(shù)字化運(yùn)營環(huán)境下的業(yè)務(wù)場景，重構(gòu)業(yè)務(wù)流程，分析探索面向民機(jī)數(shù)字化各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的流程管理平臺解決方案并對典型的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。

1 業(yè)務(wù)流程梳理

為了滿足對國產(chǎn)民機(jī)數(shù)字化支持的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行管理，首先需要對常見的業(yè)務(wù)場景進(jìn)行梳理歸納。根據(jù)我國民機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及中長期規(guī)劃，業(yè)務(wù)場景的梳理工作按照國產(chǎn)民機(jī)數(shù)字化運(yùn)營支持體系自上而下Ⅰ-Ⅳ級流程定義標(biāo)準(zhǔn)展開。每個流程都有其流程名稱和流程編號。各子級流程結(jié)構(gòu)編碼示意圖參考圖1。

Ⅰ級流程組成了企業(yè)的價(jià)值鏈圖。每個Ⅰ級流程代表企業(yè)的一個關(guān)鍵的業(yè)務(wù)和管理運(yùn)作環(huán)節(jié)，在不同層面上為客戶創(chuàng)造價(jià)值。Ⅱ級流程是一個流程集合，是對一級流程的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行展開，用相互之間的關(guān)系體現(xiàn)企業(yè)在該環(huán)節(jié)的運(yùn)作方式和關(guān)鍵活動類別，其中每個步驟均由一系列具體流程組成。Ⅲ級流程是每一個Ⅱ級流程集合的展開，描述了關(guān)鍵的流程任務(wù)，一級業(yè)務(wù)和管理任務(wù)之間的邏輯關(guān)系，往往使用流程邏輯關(guān)系圖表示。Ⅳ級流程是每個Ⅲ級流程的細(xì)化，通過將每個步驟都用泳道圖方式，繪制一張完整的跨部門流程圖，規(guī)范流程的擁有者、流程步驟、流程角色等信息。通過流程圖定義具體工作步驟的內(nèi)容，提供更多的指導(dǎo)性信息[3]。

按照國產(chǎn)民機(jī)數(shù)字化運(yùn)營支持體系自上而下由Ⅰ-Ⅳ級流程標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合各業(yè)務(wù)場景的特點(diǎn)，最終形成的八大業(yè)務(wù)場景，包括數(shù)字化運(yùn)營支持環(huán)境下的維修工程分析、技術(shù)出版物、航材支援、工程技術(shù)支援、飛行運(yùn)行支援、培訓(xùn)工程、數(shù)字化客戶支援及市場與客戶支援[4]。梳理出來的IV級流程共209項(xiàng)。下面詳細(xì)介紹一下數(shù)字化運(yùn)營市場與客戶支援業(yè)務(wù)場景的業(yè)務(wù)梳理結(jié)果。

數(shù)字化運(yùn)營市場與客戶支援業(yè)務(wù)場景I級流程下面梳理出5個II級流程，分別是客戶支援、合同管理、交付支援、市場營銷和服務(wù)解決方案[5]。II級流程下梳理出對應(yīng)的III級流程有9個，分別是銷售活動管理、合同體系管理、合同業(yè)務(wù)處理、EIS管理、交付支持、客戶信息管理、市場營銷管理、客戶策略管理和服務(wù)開發(fā)管理。III級流程下梳理出的對應(yīng)IV級流程共有19個，分別是銷售計(jì)劃制定流程、銷售機(jī)會跟蹤流程、標(biāo)準(zhǔn)合同模板管理流程、服務(wù)合同簽訂流程、合同履約管理流程、擔(dān)保索賠管理流程、EIS計(jì)劃管理流程、EIS執(zhí)行管理流程、交付支持流程、客戶需求收集流程、客戶信息變更流程、市場分析流程、市場調(diào)研流程、市場推廣流程、客戶策略制定流程、服務(wù)清單管理流程、服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)流程、新服務(wù)定義流程和服務(wù)包設(shè)計(jì)流程。市場與客戶支援業(yè)務(wù)I-IV及流程定義和流程編號如表1所示。

表1 市場與客戶支援業(yè)務(wù)I-Ⅳ級業(yè)務(wù)流程定義和編號定義

2 業(yè)務(wù)流程建模

業(yè)務(wù)流程建模在民機(jī)運(yùn)營支持領(lǐng)域有重要應(yīng)用，業(yè)務(wù)流程標(biāo)準(zhǔn)化操作是民機(jī)運(yùn)營支持相關(guān)業(yè)務(wù)化繁為簡的有效工具，它針對運(yùn)營支持活動中的每一個環(huán)節(jié)、每一個部門、每一個崗位，以人本為核心，制定細(xì)致化、科學(xué)化、數(shù)量化的標(biāo)準(zhǔn)，并嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施管理，以此來提高工作效率。業(yè)務(wù)流程建模符號(Business Process Modeling Notation，BPMN)是當(dāng)下比較流行的一套流程建模標(biāo)準(zhǔn)[6]。BPMN的主要目標(biāo)是提供一些容易被所有業(yè)務(wù)用戶理解的符號，從創(chuàng)建流程輪廓到流程的實(shí)現(xiàn)，直到最終用戶的管理監(jiān)控[7]。由于BPMN2.0版本適用于建立簡單且易懂的業(yè)務(wù)流程模型，同時(shí)能處理高度復(fù)雜的業(yè)務(wù)流程，本研究采用BPMN2.0作為業(yè)務(wù)流程規(guī)范[8]。

利用BPMN2.0業(yè)務(wù)流程規(guī)范對八大數(shù)字化運(yùn)營支持業(yè)務(wù)場景進(jìn)行描述和分析，在此基礎(chǔ)上選擇當(dāng)今比較流行的的Activiti5流程建模工具， 將所描述的業(yè)務(wù)流程映射為標(biāo)準(zhǔn)的工作流程模型體系。Activiti的第一個正式版本于2010年12月1日。經(jīng)過幾年的發(fā)展，Activiti已經(jīng)成為一個較為成熟的工作流引擎，它在工作流領(lǐng)域吸引了眾多開發(fā)者的眼光。利用Activiti5流程建模工具，在分析國內(nèi)外民航業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，重構(gòu)了國產(chǎn)民機(jī)數(shù)字化運(yùn)營支持Ⅳ級業(yè)務(wù)流程。

采用Activiti5引擎自帶的數(shù)據(jù)庫與自主設(shè)計(jì)相結(jié)合的方式,對業(yè)務(wù)流程相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。建模好的流程模型，默認(rèn)采用XML的格式存儲在數(shù)據(jù)庫中。典型的業(yè)務(wù)流程維修任務(wù)分析(Maintenance Task Analysis，MTA)作業(yè)方法建模產(chǎn)生的XML文件部分截圖如圖2所示。

圖2 維修任務(wù)分析作業(yè)方法建模生成的XML效果圖

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

國產(chǎn)數(shù)字化運(yùn)營流程管理及仿真系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)層、持久層、業(yè)務(wù)層和用戶層的四層系統(tǒng)架構(gòu)，主要服務(wù)于民機(jī)客戶服務(wù)業(yè)務(wù)相關(guān)部門，提供業(yè)務(wù)流程的電子化統(tǒng)一管理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的上傳與仿真功能。系統(tǒng)架構(gòu)使用的主要系統(tǒng)的用戶主要分為業(yè)務(wù)流程審核人員和業(yè)務(wù)流程工程人員。流程管理及仿真系統(tǒng)架構(gòu)參考圖3。

圖3 流程管理及仿真系統(tǒng)架構(gòu)圖

數(shù)據(jù)層使用Oracle數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)了流程管理相關(guān)數(shù)據(jù)保存，包括流程信息、流程實(shí)例信息，以及MTA作業(yè)方法業(yè)務(wù)流程仿真過程中的數(shù)據(jù)信息。持久層通過數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)(JDBC)和對象數(shù)據(jù)庫映射框架(ORM)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的持久化、數(shù)據(jù)的檢索等功能。業(yè)務(wù)層主要包括流程模型管理、業(yè)務(wù)流程仿真和流程用戶角色管理3個模塊。用戶層使用HTML，CSS和JavaScript技術(shù)為用戶提供可視化交互頁面，方便用戶操作[9]。

業(yè)務(wù)流程管理及仿真系統(tǒng)的核心即業(yè)務(wù)層的3個模塊，下面對這3個模塊的功能進(jìn)行介紹。

1)流程模型管理模塊的目的是為了實(shí)現(xiàn)民機(jī)數(shù)字化運(yùn)營業(yè)務(wù)流程的統(tǒng)一管理，提供統(tǒng)一的流程建模標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程電子化管理，包括流程模型上傳與刪除、四級流程展示和流程實(shí)例的監(jiān)控等子功能。

流程模型上傳子功能提供統(tǒng)一的上傳接口，業(yè)務(wù)流程審核人員在上傳流程時(shí)，需指定業(yè)務(wù)流程文件、流程唯一編號、流程名稱、流程描述、重要輸入輸出以及其他備注信息；四級流程展示子功能，業(yè)務(wù)流程審核人員可以非常清晰地看出四級業(yè)務(wù)流程之間的層級關(guān)系；流程實(shí)例監(jiān)控可以讓業(yè)務(wù)流程審核人員選擇某一流程實(shí)例查看其當(dāng)前流程狀態(tài)，方便監(jiān)控流程的狀態(tài)。

2)業(yè)務(wù)流程仿真模塊包含對MTA作業(yè)方法業(yè)務(wù)流程的仿真功能。仿真是為了驗(yàn)證是否得到預(yù)期的數(shù)據(jù)流。詳細(xì)仿真過程參考第3節(jié)。

3)流程用戶角色管理模塊：系統(tǒng)使用角色的定義，主要包括業(yè)務(wù)流程工程人員和業(yè)務(wù)流程審核人員。用戶角色分配功能實(shí)現(xiàn)對各個潛在的用戶進(jìn)行角色的分配。系統(tǒng)角色的職責(zé)明確如下：業(yè)務(wù)流程工程人員對系統(tǒng)流程仿真模塊的每一個工作程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入和管理，并且可以提交給業(yè)務(wù)流程審核人員進(jìn)行審核；業(yè)務(wù)流程審核人員負(fù)責(zé)流程上傳和流程實(shí)例的管理，流程仿真任務(wù)的發(fā)起以及對需要審核的數(shù)據(jù)進(jìn)行審核。

4 實(shí)驗(yàn)仿真及結(jié)果

傳統(tǒng)的民用飛機(jī)數(shù)字化運(yùn)營業(yè)務(wù)流程通過BPMN業(yè)務(wù)流程規(guī)范進(jìn)行建模，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程電子化，形成容易被用戶理解的可視化流程，同時(shí)將流程電子化為XML文件，便于實(shí)現(xiàn)流程自動化管理，以此來避免傳統(tǒng)的人工業(yè)務(wù)流程中存在的共享信息緩慢，協(xié)同工作低效的問題。將建立好的模型上傳至系統(tǒng)即可進(jìn)行仿真。實(shí)驗(yàn)仿真的技術(shù)難點(diǎn)在于建立的模型能否覆蓋真實(shí)人工業(yè)務(wù)流程，模型經(jīng)過電子化流程的運(yùn)行之后，能否達(dá)到人工業(yè)務(wù)流程一樣的輸出結(jié)果。如果系統(tǒng)仿真的輸出結(jié)果和人工業(yè)務(wù)生成的結(jié)果存在不一致的情況，需要重新分析總結(jié)真實(shí)的任務(wù)業(yè)務(wù)，對建立的模型進(jìn)行調(diào)整。

系統(tǒng)對MTA作業(yè)方法業(yè)務(wù)流程進(jìn)行仿真。MTA作業(yè)方法的目的是確定維修任務(wù)的主程序及維修所需的全部維修資源，并從維修性、經(jīng)濟(jì)性的角度對飛機(jī)設(shè)計(jì)提出優(yōu)化建議。 維修工程任務(wù)作業(yè)方法在確定任務(wù)的子任務(wù)和步驟，來詳細(xì)說明如何完成相應(yīng)的維修任務(wù)的同時(shí)，也將確定維修資源，包括航材和材料、人員、工具和支援設(shè)備以及設(shè)施。MTA作業(yè)方法業(yè)務(wù)流程仿真子功能包含整理MTA任務(wù)、合并MTA任務(wù)、確定維修任務(wù)、確定維修任務(wù)結(jié)構(gòu)、確定維修任務(wù)資源、確定維修任務(wù)驗(yàn)證方法、編制MTA分析報(bào)告、審核MTA子任務(wù)。

通過Activiti5 Designer編輯器創(chuàng)建出的MTA作業(yè)方法建模效果圖如圖4所示。

圖4 MTA作業(yè)方法建模效果圖

整理MTA任務(wù)中，業(yè)務(wù)流程工程人員利用相關(guān)文件，如后勤保障相關(guān)故障模式影響分析、損傷與特殊事件分析、計(jì)劃維修分析，業(yè)務(wù)流程工程人員可以新建一個MTA任務(wù)表單。同時(shí)可以對MTA任務(wù)表單進(jìn)行修改或刪除。

在合并MTA任務(wù)中，不同的分析活動，如計(jì)劃維修分析和LSA、FMEA，可能產(chǎn)生相同的MTA任務(wù)；另外，同一個分析活動，也可能產(chǎn)生相同的MTA任務(wù)[10]。因此，在MTA開始之前，對相同的MTA 任務(wù)合并以避免重復(fù)分析。支持對合并后MTA任務(wù)進(jìn)行刪除和修改功能。確定維修任務(wù)中，一個MTA任務(wù)可能產(chǎn)生多個維修任務(wù)，因此首先要確定需要哪些維修任務(wù)，然后再確定這些維修任務(wù)的編號、任務(wù)頻率等信息。支持對合并后的MTA維修任務(wù)進(jìn)行刪除和修改功能。

維修任務(wù)結(jié)構(gòu)中，每一個維修任務(wù)有它特定的維修任務(wù)結(jié)構(gòu)。維修任務(wù)結(jié)構(gòu)描述跟維修任務(wù)相關(guān)的信息，如任務(wù)的概要描述等，此外，也可包括完成該任務(wù)的一些安全警告信息、注意事項(xiàng)等。維修任務(wù)結(jié)構(gòu)的確立通過一個樹狀結(jié)構(gòu)來生成。業(yè)務(wù)流程工程人員可以對維修任務(wù)結(jié)構(gòu)樹的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行新建子節(jié)點(diǎn)、修改節(jié)點(diǎn)名稱、刪除子節(jié)點(diǎn)來確定最終該維修任務(wù)的結(jié)構(gòu)。

MTA作業(yè)方法中核心任務(wù)確定維修任務(wù)結(jié)構(gòu)效果圖如圖5所示。

圖5 確定維修任務(wù)結(jié)構(gòu)效果圖

本系統(tǒng)通過對一個維修任務(wù)構(gòu)造一個維修任務(wù)結(jié)構(gòu)樹來確定其維修任務(wù)結(jié)構(gòu)。維修任務(wù)資源中，任務(wù)資源需求分析的目的是確定執(zhí)行維修任務(wù)所需要的資源，并通過資源的優(yōu)化來降低相應(yīng)的成本[11]。業(yè)務(wù)流程工程人員需要準(zhǔn)備初始維修資源清單，主要包括人力資質(zhì)、GSE、消耗品、航材等。針對上一步已經(jīng)確定好的維修任務(wù)結(jié)構(gòu)，我們可以對維修任務(wù)結(jié)構(gòu)的每一個子步驟來單獨(dú)編輯其需要的維修任務(wù)資源。

確定維修任務(wù)驗(yàn)證方法中，對于每個維修任務(wù)，業(yè)務(wù)流程工程人員應(yīng)填寫維修任務(wù)驗(yàn)證計(jì)劃，此計(jì)劃應(yīng)反映維修任務(wù)分析中形成的任務(wù)步驟、時(shí)間人力和材料等滿足實(shí)際手冊驗(yàn)證過程要求。根據(jù)設(shè)備或計(jì)劃的復(fù)雜程度，驗(yàn)證可在電子、物理樣機(jī)或飛機(jī)上進(jìn)行。

業(yè)務(wù)流程工程人員可以編輯每一個維修任務(wù)的驗(yàn)證方法。編制分析報(bào)告中，將前面步驟錄入的結(jié)果填入表中，最終形成MTA分析報(bào)告，使后續(xù)工作人員完成分析報(bào)告的校對，審核、批準(zhǔn)等簽審流程。編制后的報(bào)告格式為Excel，效果圖如圖6所示。

圖6 仿真生成的分析報(bào)告效果圖

仿真結(jié)果說明MTA作業(yè)方法業(yè)務(wù)流程通過建模形成電子化流程并經(jīng)過實(shí)驗(yàn)仿真后生成的Excel報(bào)告與人工業(yè)務(wù)流程生成的Excel報(bào)告格式和內(nèi)容相同。

5 結(jié)束語

流程管理及仿真系統(tǒng)對數(shù)字化運(yùn)營環(huán)境下的業(yè)務(wù)場景進(jìn)行分析，梳理出維修工程分析、技術(shù)出版物業(yè)務(wù)、航材支援保障業(yè)務(wù)、培訓(xùn)業(yè)務(wù)、工程技術(shù)支援業(yè)務(wù)、飛行運(yùn)行支持業(yè)務(wù)、數(shù)字化客戶服務(wù)業(yè)務(wù)和市場與客戶支援業(yè)務(wù)八大業(yè)務(wù)場景并進(jìn)行建流程模，搭建業(yè)務(wù)流程管理系統(tǒng)，采用理論分析與實(shí)證研究相結(jié)合的方法對國產(chǎn)民機(jī)典型業(yè)務(wù)維修任務(wù)分析作業(yè)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真，仿真結(jié)果生成的分析報(bào)告與人工業(yè)務(wù)流程生成的報(bào)告格式和內(nèi)容相同，證明了對民機(jī)業(yè)務(wù)進(jìn)行數(shù)字化運(yùn)營的可行性。本文為我國后續(xù)民機(jī)數(shù)字化運(yùn)營支持體系的規(guī)劃和建設(shè)提供基礎(chǔ)技術(shù)路線，對縮小我國民機(jī)運(yùn)營支持與國際先進(jìn)水平的差距提供指導(dǎo)意義。