飛機外場問題分級管控技術(shù)研究與應(yīng)用

■ 李強 趙攀 王小艷/航空工業(yè)第一飛機設(shè)計研究院

現(xiàn)代軍機具備設(shè)計理念先進(jìn)、交聯(lián)關(guān)系復(fù)雜、系統(tǒng)集成度高等特點，其作戰(zhàn)效能的發(fā)揮對技術(shù)保障的依賴程度越來越高。技術(shù)保障工作是軍機持續(xù)、可靠和安全運行的基礎(chǔ)，而外場問題的處理是技術(shù)保障工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著對外軍事交流協(xié)作的持續(xù)深入，部隊也越來越多地接觸國外軍機先進(jìn)的技術(shù)保障理念和模式，對外場問題處理的跨地域性、時效性、專業(yè)性和協(xié)同性提出了更高的要求。

隨著交付部隊架次的增多以及飛機在部隊使用強度的增大，出現(xiàn)的外場問題越來越多，各級機關(guān)多次提出要建立外場問題“一本賬”，做好外場問題的記錄、處理、追蹤。為確保所有問題被準(zhǔn)確記錄、快速響應(yīng)和閉環(huán)處理，同時將問題處理經(jīng)驗快速分享到多個使用場地，提高問題處理的協(xié)同性和時效性，迫切需要研究一種滿足新形勢下問題管控與處理要求的新模式。

1 外場問題管理發(fā)展現(xiàn)狀

經(jīng)過歷次調(diào)整與改革，美軍形成了全球最高效的現(xiàn)場級、中繼級和后方級三級保障模式[1]，按保障單位可以分為軍隊單位保障、合同商保障和軍民一體化保障，出臺了一系列技術(shù)保障的標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)范，并且建立了完備的數(shù)字化保障系統(tǒng)[2]。在民用飛機領(lǐng)域，空客公司建立了先進(jìn)的故障預(yù)警系統(tǒng)，對所有易發(fā)故障的設(shè)備或時壽件進(jìn)行故障前的預(yù)警，做到了故障的預(yù)測性處理。GE公司對其發(fā)動機建立了全球?qū)崟r監(jiān)控機制，對分布于全球的發(fā)動機的健康狀況進(jìn)行動態(tài)實時監(jiān)控和故障預(yù)警，一旦出現(xiàn)問題，迅速做出響應(yīng)[3]。

我國在1999 年制訂了 GJB 3872《裝備綜合保障通用要求》、GJB 1371《裝備保障性分析》、GJB 3837《裝備保障性分析記錄》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，改革航空裝備維修保障模式，從基于事務(wù)的保障提升到基于能力的保障模式，對軍方和承制方（工業(yè)部門）的職責(zé)進(jìn)行了明確的要求。當(dāng)前國內(nèi)在軍機數(shù)字化保障領(lǐng)域還處于起步階段，各主機廠所正在規(guī)劃、建設(shè)各自的數(shù)字化保障系統(tǒng)[3-5]，對飛機的外場保障信息進(jìn)行記錄，對飛機外場問題進(jìn)行記錄與處理，但仍缺乏統(tǒng)一的外場問題處理規(guī)范流程與機制，主要體現(xiàn)是以下方面：

1）外場問題信息記錄不準(zhǔn)確、不規(guī)范。飛機是一種復(fù)雜的裝備，涉及結(jié)構(gòu)、航電、飛控、機電等多個專業(yè)，外場保障人員在記錄問題時很難對所有問題進(jìn)行專業(yè)、準(zhǔn)確地描述。外場問題信息的定義缺乏統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范，因此保障人員對問題來源、現(xiàn)象描述、發(fā)現(xiàn)時機、判明方法等問題特征記錄不全，描述不準(zhǔn)。

2）外場問題處理響應(yīng)慢，處理不及時。外場問題處理流程長，按部就班地走完所有處理流程需要較長時間，無法在第一時間響應(yīng)部隊關(guān)切。缺乏問題分級管控機制與可操作的問題分級處理辦法，問題分級不清晰[6]，處理流程不靈活，處理進(jìn)度不及時。

3）外場問題反復(fù)出現(xiàn)，問題處理不徹底。部分外場問題機理分析、故障復(fù)現(xiàn)、措施制定沒有嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范執(zhí)行，監(jiān)督過程不完整、監(jiān)督手段效率低，沒有定位到問題根本原因[7]，導(dǎo)致問題沒有得到徹底解決。

4）外場問題處理過程難追蹤，處理進(jìn)度管控困難。外場問題處理過程全部采用離線處理的方式，部分問題需要成品廠進(jìn)行處理，問題處理地點分散、處理單位多樣、處理過程難追蹤，處理進(jìn)度只能電話溝通確認(rèn)，處理進(jìn)度管控困難。

5）外場問題處理過程數(shù)據(jù)記錄分散，共享共用困難。外場問題的離線處理方式?jīng)Q定了處理數(shù)據(jù)與技術(shù)文件只能分散存儲，無法統(tǒng)一管理，數(shù)據(jù)查詢與統(tǒng)計分析難以開展，問題處理的歷史數(shù)據(jù)和經(jīng)驗難以共享與利用[8]，無法支撐可靠性、安全性等指標(biāo)分析[9，10]，無法實現(xiàn)對后續(xù)型號研制的數(shù)據(jù)、經(jīng)驗支撐。

針對以上問題，需要研究一種全新的外場問題全過程管控技術(shù)，規(guī)范問題捕獲過程，優(yōu)化問題處理流程，提升問題處理效率和質(zhì)量，積累問題管理數(shù)據(jù)，形成設(shè)計經(jīng)驗，以便服務(wù)后續(xù)型號。

2 總體思路

針對外場問題管理業(yè)務(wù)復(fù)雜、管理對象多、涉及面廣的特點，首先對外場問題處理場景進(jìn)行研究分析，對外場問題管理業(yè)務(wù)進(jìn)行分類、分級，對不同類型和等級的業(yè)務(wù)對象分別定義管理過程，優(yōu)化外場問題管理業(yè)務(wù)過程，形成全新的業(yè)務(wù)體系。然后對業(yè)務(wù)對象及其關(guān)聯(lián)對象進(jìn)行梳理，分析業(yè)務(wù)對象的關(guān)鍵特征和屬性，設(shè)計其生命周期狀態(tài)，形成涵蓋全要素的數(shù)據(jù)模型。最后基于業(yè)務(wù)模型、數(shù)據(jù)模型，采用最新的信息化技術(shù)構(gòu)建數(shù)字化平臺，實現(xiàn)外場問題管理的全過程、全要素管控。飛機外場問題管理總體架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 飛機外場問題全過程分級管控模型

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 外場問題分級管控業(yè)務(wù)模型設(shè)計技術(shù)

外場問題管理包含問題處理、質(zhì)量分析、可靠性與安全性分析三類業(yè)務(wù)流程，如圖2 所示。問題處理目標(biāo)是快速響應(yīng)部隊提出的問題，通過問題答復(fù)或其他技術(shù)文件發(fā)布，快速解決部隊遇到的問題，使外場飛機盡快恢復(fù)正常狀態(tài)，形成戰(zhàn)斗力，對時效性要求較高。質(zhì)量分析的目標(biāo)是對故障類問題進(jìn)行問題定位、機理分析、故障復(fù)現(xiàn)，最終理清故障發(fā)生基本原理，制訂解決方案，從根本上避免故障再次發(fā)生，實現(xiàn)問題徹底歸零?？煽啃耘c安全性目標(biāo)是通過分析問題的類型，對可靠性與安全性指標(biāo)的影響，評估、計算、分析飛機系統(tǒng)和整機級的可靠性與安全性指標(biāo)及發(fā)展趨勢，提升飛機的可靠性、安全性等指標(biāo)，以滿足飛機鑒定、定型要求。本項技術(shù)要能同時滿足三類業(yè)務(wù)流程的目標(biāo)，實現(xiàn)問題快速響應(yīng)與處理，從根本上避免故障再次發(fā)生、可靠性與安全性等四性指標(biāo)的快速準(zhǔn)確評估與計算。

圖2 問題管理三類業(yè)務(wù)流程

3.1.1 問題分級處理

飛機在外場發(fā)現(xiàn)問題，主機廠所需要做出快速響應(yīng)，記錄問題基本信息，給出問題答復(fù)，使飛機盡快恢復(fù)至正常狀態(tài)，最大程度上降低對飛機執(zhí)行任務(wù)的影響。外場問題類型多樣，復(fù)雜程度、影響范圍各不相同，處理方式因類型、復(fù)雜程度、影響范圍不同差異很大。因此外場問題處理通常存在問題響應(yīng)不及時、處理周期長、處理過程追蹤困難、歷史問題信息難利用等問題。為快速響應(yīng)部隊關(guān)注問題，優(yōu)化問題處理過程，提高問題處理效率，需要對外場問題處理業(yè)務(wù)過程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

綜合分析外場問題復(fù)雜度、影響范圍、處理過程等因素，設(shè)計外場問題全過程分級管控業(yè)務(wù)模型，對外場問題按復(fù)雜程度和影響范圍分類、分級處理。外場問題分級管控業(yè)務(wù)模型如圖3 所示。

圖3 分級管控業(yè)務(wù)模型

1）簡單問題處理。簡單問題是指通過技術(shù)人員的現(xiàn)場處理意見就可以快速解決的問題，處理過程包括問題基本信息記錄和現(xiàn)場處理意見記錄。

2）一般問題處理。一般問題是指通過技術(shù)人員現(xiàn)場處理意見無法解決，反饋至主機廠所，經(jīng)技術(shù)人員分析給出問題答復(fù)后解決的問題。處理過程包括信息記錄、問題分析與答復(fù)、答復(fù)貫徹和貫徹結(jié)果的記錄。

3）復(fù)雜問題處理。復(fù)雜問題是指通過問題答復(fù)仍然無法解決或需要進(jìn)一步開展攻關(guān)驗證的問題。該類問題需要故障審查委員會組織制訂工作計劃，制訂解決方案，開展攻關(guān)驗證，形成最終解決方案，通過外場技術(shù)單或技術(shù)通報的形式發(fā)送到部隊。為及時響應(yīng)部隊關(guān)切，復(fù)雜問題處理過程中要將問題的分析結(jié)果和后續(xù)處理過程定期反饋給部隊，以便讓部隊能盡快獲知問題處理結(jié)果與后續(xù)安排，提升客戶體驗與滿意度。復(fù)雜問題處理的過程中，可能存在首次制訂的解決方案無法徹底解決問題的情況，需要重新制訂問題分析處理的工作計劃，并將計劃的執(zhí)行情況定期反饋客戶，以保證客戶對問題處理過程的動態(tài)感知。

3.1.2 質(zhì)量分析

質(zhì)量分析僅針對外場問題中的故障進(jìn)行，而且對于重復(fù)出現(xiàn)的故障僅分析首次發(fā)生的故障，待故障分析流程結(jié)束后，對所有發(fā)生故障的飛機進(jìn)行貫改，消除所有飛機上的同類故障。

對于外場問題按故障、非故障進(jìn)行分類，其中的故障，需要按照《GJB 841—1990 故障報告、分析和糾正措施系統(tǒng)》要求進(jìn)行質(zhì)量分析，分析流程如圖4 所示。首先基于問題基本信息，按照標(biāo)準(zhǔn)要求補充故障信息，形成故障報告。對故障進(jìn)行深入分析，進(jìn)行故障定位、機理分析、故障復(fù)現(xiàn)，查明故障根本原因，形成故障分析報告。制訂故障解決方案，對方案進(jìn)行評審，開展試驗驗證，方案有效則發(fā)布外場技術(shù)單或技術(shù)通報，對外場飛機進(jìn)行貫改，記錄貫改結(jié)果。如果方案無效，則重新進(jìn)行故障分析、制訂解決方案、驗證方案有效性，直到制訂出有效方案。

圖4 故障分析流程

3.1.3 可靠性與安全性分析

可靠性與安全性分析僅針對外場問題中的責(zé)任故障進(jìn)行，重復(fù)出現(xiàn)的責(zé)任故障也不在分析范圍內(nèi)。對外場問題按故障、非故障進(jìn)行分類，再將故障按責(zé)任故障、非責(zé)任故障分類，其中責(zé)任故障可以細(xì)分為主機設(shè)計、主機制造、發(fā)動機、機載設(shè)備。

按照以上分類方法對故障進(jìn)行篩查，對篩查后的故障從故障定位、機理分析、是否重復(fù)發(fā)生、是否嚴(yán)重故障等維度進(jìn)行可靠性、安全性分析評估。根據(jù)問題所屬設(shè)備、系統(tǒng)、機型，結(jié)合飛機飛行時長，分析系統(tǒng)級、飛機級的可靠性與安全性指標(biāo)，如飛機平均故障間隔飛行時間（MFHBF）、平均嚴(yán)重故障間隔時間（MTBCF）等。定期形成可靠性、安全性分析報告，通過一段時間的分析評估，形成可靠性、安全性趨勢分析結(jié)果，支撐型號鑒定、定型工作。

3.2 外場問題管理全周期、全要素數(shù)據(jù)模型設(shè)計技術(shù)

飛機涉及系統(tǒng)、專業(yè)、設(shè)備多，系統(tǒng)之間交聯(lián)關(guān)系復(fù)雜，導(dǎo)致外場問題準(zhǔn)確描述與定義難度大。外場問題處理參與單位多，不同類型問題處理流程長短不一，支撐問題處理的各類單據(jù)形式多樣、簽署流程復(fù)雜。本項技術(shù)要定義外場問題管理相關(guān)的所有業(yè)務(wù)對象及其關(guān)系，實現(xiàn)業(yè)務(wù)對象的結(jié)構(gòu)化管理，對其關(guān)鍵屬性進(jìn)行專業(yè)化、規(guī)范化定義，對外場問題、故障等業(yè)務(wù)對象進(jìn)行全生命周期管理，實現(xiàn)問題處理全過程追蹤、全要素記錄、顯性化展示。

3.2.1 數(shù)據(jù)組織模型定義

隨著飛機交付架次增多和服役時間的增長，產(chǎn)生的外場問題越來越多，為提高不同角色的業(yè)務(wù)人員對外場問題的查詢、處理、監(jiān)控效率，滿足各級管理人員的管理需求，設(shè)計外場問題的組織管理模型，從飛機、設(shè)備、系統(tǒng)等不同維度，對問題進(jìn)行組織管理。

飛機問題樹分為飛機譜系層、客戶層、飛機層、問題層，如圖5 所示。飛機譜系層包含平臺、機型，一個平臺包含多個機型。為便于按客戶對飛機進(jìn)行管理，在飛機和機型中間添加客戶層，客戶具體指的是部隊或試飛院。一個客戶可能有多架飛機，但一架飛機僅屬于一個客戶。一架飛機可能產(chǎn)生多個問題，創(chuàng)建問題的同時記錄問題與飛機的關(guān)系，一個問題只能對應(yīng)一架飛機。通過飛機問題樹可以實現(xiàn)按機型、飛機、客戶對問題進(jìn)行管理與分析。

設(shè)備問題樹分為飛機譜系層、系統(tǒng)設(shè)備層、問題層三層，如圖6 所示。飛機譜系層包含平臺、機型，系統(tǒng)設(shè)備層包含系統(tǒng)與設(shè)備。在每個機型下關(guān)聯(lián)對應(yīng)的系統(tǒng)，在每個系統(tǒng)下關(guān)聯(lián)對應(yīng)的設(shè)備。記錄問題時選定發(fā)生問題的設(shè)備，建立問題與設(shè)備的關(guān)系，一個設(shè)備可能會發(fā)生多個問題。通過設(shè)備問題樹可以實現(xiàn)按系統(tǒng)、設(shè)備對問題進(jìn)行管理與分析。

圖6 設(shè)備問題樹

3.2.2 數(shù)據(jù)對象模型定義

基于主數(shù)據(jù)管理模型，如圖7 所示，分析外場問題處理的數(shù)據(jù)對象、流程、業(yè)務(wù)活動、業(yè)務(wù)場景等，定義主數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)與參考數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)對象模型的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化定義。

圖7 主數(shù)據(jù)管理模型

主數(shù)據(jù)（main data）描述核心業(yè)務(wù)實體的數(shù)據(jù)，是具有高業(yè)務(wù)價值的、可在各業(yè)務(wù)過程中重復(fù)被使用的數(shù)據(jù)。根據(jù)主數(shù)據(jù)的確定原則，對外場問題處理過程中的所有對象進(jìn)行分析，識別出所有的主數(shù)據(jù)，如機型、飛機、客戶、設(shè)備、系統(tǒng)等。元數(shù)據(jù)（metadata）是對數(shù)據(jù)的描述，用于描述企業(yè)數(shù)據(jù)的所有信息和數(shù)據(jù)，如結(jié)構(gòu)、關(guān)系、定義、安全需求等，除增加數(shù)據(jù)可讀性外，也是數(shù)據(jù)管理的基礎(chǔ)。參考數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)字典）是對數(shù)據(jù)的解釋，針對一些數(shù)據(jù)范圍和數(shù)據(jù)取值的解釋。

3.2.3 數(shù)據(jù)對象關(guān)系模型定義

外場問題處理過程中關(guān)聯(lián)的對象類型多，對象間關(guān)系復(fù)雜，通過分析數(shù)據(jù)流、業(yè)務(wù)流、控制流，采用實體關(guān)系模型分析方法，定義對象間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，包括一對一關(guān)系、一對多關(guān)系、多對多關(guān)系三類。定義飛機譜系關(guān)系、飛機問題關(guān)系、設(shè)備問題關(guān)系、設(shè)備安裝關(guān)系、問題故障關(guān)系、問題答復(fù)關(guān)系、質(zhì)量分析關(guān)系、問題單據(jù)關(guān)系、貫徹記錄關(guān)系等22種，實體關(guān)系模型如圖8 所示。

圖8 外場問題管理實體關(guān)系模型

通過對象關(guān)系模型的定義，理清外場問題處理過程中每個對象之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成清晰的數(shù)據(jù)對象管理脈絡(luò)，防止信息記錄的缺失與冗余，為信息化平臺建設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐。

3.3 基于微服務(wù)架構(gòu)的外場問題數(shù)字化管控平臺構(gòu)建技術(shù)

數(shù)字化管控平臺要適應(yīng)敏捷項目研發(fā)模式，需求功能快速迭代、開發(fā)部署便捷、功能擴展靈活、核心技術(shù)自主可控。外場問題管理業(yè)務(wù)復(fù)雜、涉及單位多、需求捕獲難度大，因此無法快速將所有業(yè)務(wù)過程進(jìn)行全面、深入的分析，需要采用敏捷項目研發(fā)模式，成熟一塊、開發(fā)一塊、應(yīng)用一塊，快速迭代，最終實現(xiàn)業(yè)務(wù)范圍的全覆蓋。此外，為支撐未來基于航空云的飛機、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享，需要提前規(guī)劃平臺技術(shù)選型，為后續(xù)平臺集成做好技術(shù)準(zhǔn)備。

1）面向多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的統(tǒng)一數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計

采用架構(gòu)設(shè)計思想，從問題管理完整業(yè)務(wù)框架出發(fā)，設(shè)計涵蓋飛機運營信息、外場問題、質(zhì)量分析、四性分析以及支撐業(yè)務(wù)過程的部隊、設(shè)備、系統(tǒng)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)架構(gòu)，實現(xiàn)問題管理多業(yè)務(wù)域管理要素的全覆蓋，形成各業(yè)務(wù)過程的唯一數(shù)據(jù)源，保證數(shù)據(jù)一致性。

2）基于微服務(wù)的軟件架構(gòu)設(shè)計

基于微服務(wù)設(shè)計理念，對數(shù)字化管控平臺功能模塊進(jìn)行拆分，降低各模塊之間的耦合度，對各模塊之間的流程、數(shù)據(jù)交互關(guān)系進(jìn)行定義，完整支撐業(yè)務(wù)功能。將問題管理功能拆分為問題記錄、工作流管理、附件管理、電子簽名等應(yīng)用，基于微服務(wù)軟件架構(gòu)開發(fā)部署，實現(xiàn)功能模塊的靈活重用，提高系統(tǒng)的可擴展性。

3）多角度、顯性化、數(shù)字化管控中心設(shè)計

建立外場問題管理駕駛艙，如圖9所示，從頂層對裝備總體運營情況、問題統(tǒng)計分析、問題處理進(jìn)度、外場情況報告等維度的外場信息進(jìn)行多角度、顯性化展示。采用基于時間線的展示技術(shù)，對問題生命周期狀態(tài)進(jìn)行直觀展示。對問題從機型、飛機、系統(tǒng)、設(shè)備等多角度進(jìn)行統(tǒng)計分析，滿足各類用戶的多樣化、個性化統(tǒng)計需求。

圖9 外場問題管理駕駛艙

4 應(yīng)用效果

外場問題全過程分級管控模型已經(jīng)基于自研的微服務(wù)軟件架構(gòu)完成了開發(fā)并上線應(yīng)用，目前已經(jīng)應(yīng)用于四型飛機的外場問題處理業(yè)務(wù)過程。通過對外場問題全過程分級管控模型的應(yīng)用，形成了數(shù)字化環(huán)境下的外場問題處理業(yè)務(wù)體系，實現(xiàn)了外場問題處理模式的優(yōu)化升級，縮短了外場問題響應(yīng)、處理時間，實現(xiàn)了外場問題處理全過程的顯性化追蹤，提供了豐富多樣的外場問題信息統(tǒng)計分析視圖，極大提升了外場問題的數(shù)字化管理能力。

5 結(jié)論

針對型號應(yīng)用中外場問題處理過程存在的難題，通過分析研究業(yè)務(wù)流程、業(yè)務(wù)活動的要素及相互的關(guān)聯(lián)關(guān)系、數(shù)字化的實現(xiàn)方法等，重新定義了外場問題處理的業(yè)務(wù)體系和技術(shù)體系，設(shè)計了問題處理的數(shù)據(jù)模型、業(yè)務(wù)模型、應(yīng)用模型，建立了飛機外場問題處理平臺，形成了標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的外場問題處理流程，并在型號中進(jìn)行了大量應(yīng)用驗證。該平臺的應(yīng)用規(guī)范了外場問題處理過程信息的記錄，實現(xiàn)了處理過程的實時追溯，提高了問題處理的效率，取得了較好的效果。