國產民機數字化運營流程管理及仿真系統(tǒng)

(1.復旦大學 計算機科學技術學院，上海 200433； 2.上海飛機客戶服務有限公司，上海 200241；3.北京航天測控技術有限公司，北京 100041)

0 引言

民機數字化運營支持是一種面向超復雜系統(tǒng)提供信息與技術支持的服務模式，通過系統(tǒng)互聯與系統(tǒng)集成提高民機運營效率，增強飛機市場競爭力[1]。民機數字化運營支持越來越得到國際民機主制造商的充分重視，以形成更高的技術準入壁壘、提升其競爭優(yōu)勢。空客公司結合公司長遠發(fā)展規(guī)劃，整合現有資源，提出E-Solution解決方案，探索建立了一套數字化運營支持體系。E-Solution 解決方案為維修人員、運行人員、飛行員等相關方架構了一整套軟件系統(tǒng)及相應的模塊化工具。目前空客公司的數字化客戶服務占全部服務項目的74%，取得了良好的經濟效果。

我國民機主制造商已經根據我國民航業(yè)的發(fā)展現狀初步構建了包含技術出版物研制、飛行訓練、工程技術支援、運行技術支援、航材保障等專業(yè)的客戶服務體系[2]。但是各業(yè)務及其系統(tǒng)之間信息孤島現象嚴重，業(yè)務流程重復冗余，業(yè)務流程的梳理和數據管理沒有形成統(tǒng)一的規(guī)范，分散式的架構也嚴重影響了客戶的使用體驗。國際民機領先制造商在提高自身市場競爭力的激烈競爭中，將數字化運營支持視為今后發(fā)展的重要方向。而如何對數字化運營的業(yè)務流程進行管理，是數字化運營支持亟需解決的一個難點。

基于以上，本文充分考慮數字化、信息化技術發(fā)展和運營支持需求的變化，以及成果的實用性，在分析國內外民機數字化運營支持的技術現狀和發(fā)展趨勢的基礎上，通過對國產民機數字化運營支持業(yè)務流程管理的相關理論和技術展開研究，首次按照ASD(歐洲宇航與防務工業(yè)協(xié)會)等國際先進綜合保障系列規(guī)范，梳理數字化運營環(huán)境下的業(yè)務場景，重構業(yè)務流程，分析探索面向民機數字化各業(yè)務系統(tǒng)的流程管理平臺解決方案并對典型的業(yè)務流程進行仿真實驗。

1 業(yè)務流程梳理

為了滿足對國產民機數字化支持的業(yè)務流程進行管理，首先需要對常見的業(yè)務場景進行梳理歸納。根據我國民機發(fā)展現狀及中長期規(guī)劃，業(yè)務場景的梳理工作按照國產民機數字化運營支持體系自上而下Ⅰ-Ⅳ級流程定義標準展開。每個流程都有其流程名稱和流程編號。各子級流程結構編碼示意圖參考圖1。

Ⅰ級流程組成了企業(yè)的價值鏈圖。每個Ⅰ級流程代表企業(yè)的一個關鍵的業(yè)務和管理運作環(huán)節(jié)，在不同層面上為客戶創(chuàng)造價值。Ⅱ級流程是一個流程集合，是對一級流程的各個環(huán)節(jié)進行展開，用相互之間的關系體現企業(yè)在該環(huán)節(jié)的運作方式和關鍵活動類別，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，描述了關鍵的流程任務，一級業(yè)務和管理任務之間的邏輯關系，往往使用流程邏輯關系圖表示。Ⅳ級流程是每個Ⅲ級流程的細化，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容，提供更多的指導性信息[3]。

按照國產民機數字化運營支持體系自上而下由Ⅰ-Ⅳ級流程標準，結合各業(yè)務場景的特點，最終形成的八大業(yè)務場景，包括數字化運營支持環(huán)境下的維修工程分析、技術出版物、航材支援、工程技術支援、飛行運行支援、培訓工程、數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。下面詳細介紹一下數字化運營市場與客戶支援業(yè)務場景的業(yè)務梳理結果。

數字化運營市場與客戶支援業(yè)務場景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、市場營銷和服務解決方案[5]。II級流程下梳理出對應的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開發(fā)管理。III級流程下梳理出的對應IV級流程共有19個，分別是銷售計劃制定流程、銷售機會跟蹤流程、標準合同模板管理流程、服務合同簽訂流程、合同履約管理流程、擔保索賠管理流程、EIS計劃管理流程、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、市場調研流程、市場推廣流程、客戶策略制定流程、服務清單管理流程、服務標準設計流程、新服務定義流程和服務包設計流程。市場與客戶支援業(yè)務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I-Ⅳ級業(yè)務流程定義和編號定義

2 業(yè)務流程建模

業(yè)務流程建模在民機運營支持領域有重要應用，業(yè)務流程標準化操作是民機運營支持相關業(yè)務化繁為簡的有效工具，它針對運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，制定細致化、科學化、數量化的標準，并嚴格按照標準實施管理，以此來提高工作效率。業(yè)務流程建模符號(Business Process Modeling Notation，BPMN)是當下比較流行的一套流程建模標準[6]。BPMN的主要目標是提供一些容易被所有業(yè)務用戶理解的符號，從創(chuàng)建流程輪廓到流程的實現，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)務流程模型，同時能處理高度復雜的業(yè)務流程，本研究采用BPMN2.0作為業(yè)務流程規(guī)范[8]。

利用BPMN2.0業(yè)務流程規(guī)范對八大數字化運營支持業(yè)務場景進行描述和分析，在此基礎上選擇當今比較流行的的Activiti5流程建模工具， 將所描述的業(yè)務流程映射為標準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。經過幾年的發(fā)展，Activiti已經成為一個較為成熟的工作流引擎，它在工作流領域吸引了眾多開發(fā)者的眼光。利用Activiti5流程建模工具，在分析國內外民航業(yè)發(fā)展現狀的基礎上，重構了國產民機數字化運營支持Ⅳ級業(yè)務流程。

采用Activiti5引擎自帶的數據庫與自主設計相結合的方式,對業(yè)務流程相關數據進行管理。建模好的流程模型，默認采用XML的格式存儲在數據庫中。典型的業(yè)務流程維修任務分析(Maintenance Task Analysis，MTA)作業(yè)方法建模產生的XML文件部分截圖如圖2所示。

圖2 維修任務分析作業(yè)方法建模生成的XML效果圖

3 系統(tǒng)實現

國產數字化運營流程管理及仿真系統(tǒng)采用數據層、持久層、業(yè)務層和用戶層的四層系統(tǒng)架構，主要服務于民機客戶服務業(yè)務相關部門，提供業(yè)務流程的電子化統(tǒng)一管理，同時實現業(yè)務流程的上傳與仿真功能。系統(tǒng)架構使用的主要系統(tǒng)的用戶主要分為業(yè)務流程審核人員和業(yè)務流程工程人員。流程管理及仿真系統(tǒng)架構參考圖3。

圖3 流程管理及仿真系統(tǒng)架構圖

數據層使用Oracle數據庫實現了流程管理相關數據保存，包括流程信息、流程實例信息，以及MTA作業(yè)方法業(yè)務流程仿真過程中的數據信息。持久層通過數據庫訪問技術(JDBC)和對象數據庫映射框架(ORM)等技術實現數據的持久化、數據的檢索等功能。業(yè)務層主要包括流程模型管理、業(yè)務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技術為用戶提供可視化交互頁面，方便用戶操作[9]。

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

1)流程模型管理模塊的目的是為了實現民機數字化運營業(yè)務流程的統(tǒng)一管理，提供統(tǒng)一的流程建模標準，實現業(yè)務流程電子化管理，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)務流程審核人員在上傳流程時，需指定業(yè)務流程文件、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)務流程審核人員可以非常清晰地看出四級業(yè)務流程之間的層級關系；流程實例監(jiān)控可以讓業(yè)務流程審核人員選擇某一流程實例查看其當前流程狀態(tài)，方便監(jiān)控流程的狀態(tài)。

2)業(yè)務流程仿真模塊包含對MTA作業(yè)方法業(yè)務流程的仿真功能。仿真是為了驗證是否得到預期的數據流。詳細仿真過程參考第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)務流程工程人員和業(yè)務流程審核人員。用戶角色分配功能實現對各個潛在的用戶進行角色的分配。系統(tǒng)角色的職責明確如下：業(yè)務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行數據的輸入和管理，并且可以提交給業(yè)務流程審核人員進行審核；業(yè)務流程審核人員負責流程上傳和流程實例的管理，流程仿真任務的發(fā)起以及對需要審核的數據進行審核。

4 實驗仿真及結果

傳統(tǒng)的民用飛機數字化運營業(yè)務流程通過BPMN業(yè)務流程規(guī)范進行建模，實現業(yè)務流程電子化，形成容易被用戶理解的可視化流程，同時將流程電子化為XML文件，便于實現流程自動化管理，以此來避免傳統(tǒng)的人工業(yè)務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)即可進行仿真。實驗仿真的技術難點在于建立的模型能否覆蓋真實人工業(yè)務流程，模型經過電子化流程的運行之后，能否達到人工業(yè)務流程一樣的輸出結果。如果系統(tǒng)仿真的輸出結果和人工業(yè)務生成的結果存在不一致的情況，需要重新分析總結真實的任務業(yè)務，對建立的模型進行調整。

系統(tǒng)對MTA作業(yè)方法業(yè)務流程進行仿真。MTA作業(yè)方法的目的是確定維修任務的主程序及維修所需的全部維修資源，并從維修性、經濟性的角度對飛機設計提出優(yōu)化建議。 維修工程任務作業(yè)方法在確定任務的子任務和步驟，來詳細說明如何完成相應的維修任務的同時，也將確定維修資源，包括航材和材料、人員、工具和支援設備以及設施。MTA作業(yè)方法業(yè)務流程仿真子功能包含整理MTA任務、合并MTA任務、確定維修任務、確定維修任務結構、確定維修任務資源、確定維修任務驗證方法、編制MTA分析報告、審核MTA子任務。

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任務中，業(yè)務流程工程人員利用相關文件，如后勤保障相關故障模式影響分析、損傷與特殊事件分析、計劃維修分析，業(yè)務流程工程人員可以新建一個MTA任務表單。同時可以對MTA任務表單進行修改或刪除。

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

維修任務結構中，每一個維修任務有它特定的維修任務結構。維修任務結構描述跟維修任務相關的信息，如任務的概要描述等，此外，也可包括完成該任務的一些安全警告信息、注意事項等。維修任務結構的確立通過一個樹狀結構來生成。業(yè)務流程工程人員可以對維修任務結構樹的節(jié)點進行新建子節(jié)點、修改節(jié)點名稱、刪除子節(jié)點來確定最終該維修任務的結構。

MTA作業(yè)方法中核心任務確定維修任務結構效果圖如圖5所示。

圖5 確定維修任務結構效果圖

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

確定維修任務驗證方法中，對于每個維修任務，業(yè)務流程工程人員應填寫維修任務驗證計劃，此計劃應反映維修任務分析中形成的任務步驟、時間人力和材料等滿足實際手冊驗證過程要求。根據設備或計劃的復雜程度，驗證可在電子、物理樣機或飛機上進行。

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

圖6 仿真生成的分析報告效果圖

仿真結果說明MTA作業(yè)方法業(yè)務流程通過建模形成電子化流程并經過實驗仿真后生成的Excel報告與人工業(yè)務流程生成的Excel報告格式和內容相同。

5 結束語

流程管理及仿真系統(tǒng)對數字化運營環(huán)境下的業(yè)務場景進行分析，梳理出維修工程分析、技術出版物業(yè)務、航材支援保障業(yè)務、培訓業(yè)務、工程技術支援業(yè)務、飛行運行支持業(yè)務、數字化客戶服務業(yè)務和市場與客戶支援業(yè)務八大業(yè)務場景并進行建流程模，搭建業(yè)務流程管理系統(tǒng)，采用理論分析與實證研究相結合的方法對國產民機典型業(yè)務維修任務分析作業(yè)方法進行實驗仿真，仿真結果生成的分析報告與人工業(yè)務流程生成的報告格式和內容相同，證明了對民機業(yè)務進行數字化運營的可行性。本文為我國后續(xù)民機數字化運營支持體系的規(guī)劃和建設提供基礎技術路線，對縮小我國民機運營支持與國際先進水平的差距提供指導意義。