飛機外場問題分級管控技術研究與應用

■ 李強 趙攀 王小艷/航空工業第一飛機設計研究院

現代軍機具備設計理念先進、交聯關系復雜、系統集成度高等特點，其作戰效能的發揮對技術保障的依賴程度越來越高。技術保障工作是軍機持續、可靠和安全運行的基礎，而外場問題的處理是技術保障工作的關鍵環節。隨著對外軍事交流協作的持續深入，部隊也越來越多地接觸國外軍機先進的技術保障理念和模式，對外場問題處理的跨地域性、時效性、專業性和協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，出現的外場問題越來越多，各級機關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確記錄、快速響應和閉環處理，同時將問題處理經驗快速分享到多個使用場地，提高問題處理的協同性和時效性，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 外場問題管理發展現狀

經過歷次調整與改革，美軍形成了全球最高效的現場級、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，出臺了一系列技術保障的標準和操作規范，并且建立了完備的數字化保障系統[2]。在民用飛機領域，空客公司建立了先進的故障預警系統，對所有易發故障的設備或時壽件進行故障前的預警，做到了故障的預測性處理。GE公司對其發動機建立了全球實時監控機制，對分布于全球的發動機的健康狀況進行動態實時監控和故障預警，一旦出現問題，迅速做出響應[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》等標準規范，改革航空裝備維修保障模式，從基于事務的保障提升到基于能力的保障模式，對軍方和承制方（工業部門）的職責進行了明確的要求。當前國內在軍機數字化保障領域還處于起步階段，各主機廠所正在規劃、建設各自的數字化保障系統[3-5]，對飛機的外場保障信息進行記錄，對飛機外場問題進行記錄與處理，但仍缺乏統一的外場問題處理規范流程與機制，主要體現是以下方面：

1）外場問題信息記錄不準確、不規范。飛機是一種復雜的裝備，涉及結構、航電、飛控、機電等多個專業，外場保障人員在記錄問題時很難對所有問題進行專業、準確地描述。外場問題信息的定義缺乏統一、標準的規范，因此保障人員對問題來源、現象描述、發現時機、判明方法等問題特征記錄不全，描述不準。

2）外場問題處理響應慢，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部隊關切。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，處理進度不及時。

3）外場問題反復出現，問題處理不徹底。部分外場問題機理分析、故障復現、措施制定沒有嚴格按照標準規范執行，監督過程不完整、監督手段效率低，沒有定位到問題根本原因[7]，導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，處理進度只能電話溝通確認，處理進度管控困難。

5）外場問題處理過程數據記錄分散，共享共用困難。外場問題的離線處理方式決定了處理數據與技術文件只能分散存儲，無法統一管理，數據查詢與統計分析難以開展，問題處理的歷史數據和經驗難以共享與利用[8]，無法支撐可靠性、安全性等指標分析[9，10]，無法實現對后續型號研制的數據、經驗支撐。

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，規范問題捕獲過程，優化問題處理流程，提升問題處理效率和質量，積累問題管理數據，形成設計經驗，以便服務后續型號。

2 總體思路

針對外場問題管理業務復雜、管理對象多、涉及面廣的特點，首先對外場問題處理場景進行研究分析，對外場問題管理業務進行分類、分級，對不同類型和等級的業務對象分別定義管理過程，優化外場問題管理業務過程，形成全新的業務體系。然后對業務對象及其關聯對象進行梳理，分析業務對象的關鍵特征和屬性，設計其生命周期狀態，形成涵蓋全要素的數據模型。最后基于業務模型、數據模型，采用最新的信息化技術構建數字化平臺，實現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如圖1 所示。

圖1 飛機外場問題全過程分級管控模型

3 關鍵技術

3.1 外場問題分級管控業務模型設計技術

外場問題管理包含問題處理、質量分析、可靠性與安全性分析三類業務流程，如圖2 所示。問題處理目標是快速響應部隊提出的問題，通過問題答復或其他技術文件發布，快速解決部隊遇到的問題，使外場飛機盡快恢復正常狀態，形成戰斗力，對時效性要求較高。質量分析的目標是對故障類問題進行問題定位、機理分析、故障復現，最終理清故障發生基本原理，制訂解決方案，從根本上避免故障再次發生，實現問題徹底歸零。可靠性與安全性目標是通過分析問題的類型，對可靠性與安全性指標的影響，評估、計算、分析飛機系統和整機級的可靠性與安全性指標及發展趨勢，提升飛機的可靠性、安全性等指標，以滿足飛機鑒定、定型要求。本項技術要能同時滿足三類業務流程的目標，實現問題快速響應與處理，從根本上避免故障再次發生、可靠性與安全性等四性指標的快速準確評估與計算。

圖2 問題管理三類業務流程

3.1.1 問題分級處理

飛機在外場發現問題，主機廠所需要做出快速響應，記錄問題基本信息，給出問題答復，使飛機盡快恢復至正常狀態，最大程度上降低對飛機執行任務的影響。外場問題類型多樣，復雜程度、影響范圍各不相同，處理方式因類型、復雜程度、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。為快速響應部隊關注問題，優化問題處理過程，提高問題處理效率，需要對外場問題處理業務過程進行優化設計。

綜合分析外場問題復雜度、影響范圍、處理過程等因素，設計外場問題全過程分級管控業務模型，對外場問題按復雜程度和影響范圍分類、分級處理。外場問題分級管控業務模型如圖3 所示。

圖3 分級管控業務模型

1）簡單問題處理。簡單問題是指通過技術人員的現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場處理意見記錄。

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

3）復雜問題處理。復雜問題是指通過問題答復仍然無法解決或需要進一步開展攻關驗證的問題。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，開展攻關驗證，形成最終解決方案，通過外場技術單或技術通報的形式發送到部隊。為及時響應部隊關切，復雜問題處理過程中要將問題的分析結果和后續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果與后續安排，提升客戶體驗與滿意度。復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，并將計劃的執行情況定期反饋客戶，以保證客戶對問題處理過程的動態感知。

3.1.2 質量分析

質量分析僅針對外場問題中的故障進行，而且對于重復出現的故障僅分析首次發生的故障，待故障分析流程結束后，對所有發生故障的飛機進行貫改，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》要求進行質量分析，分析流程如圖4 所示。首先基于問題基本信息，按照標準要求補充故障信息，形成故障報告。對故障進行深入分析，進行故障定位、機理分析、故障復現，查明故障根本原因，形成故障分析報告。制訂故障解決方案，對方案進行評審，開展試驗驗證，方案有效則發布外場技術單或技術通報，對外場飛機進行貫改，記錄貫改結果。如果方案無效，則重新進行故障分析、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任故障進行，重復出現的責任故障也不在分析范圍內。對外場問題按故障、非故障進行分類，再將故障按責任故障、非責任故障分類，其中責任故障可以細分為主機設計、主機制造、發動機、機載設備。

按照以上分類方法對故障進行篩查，對篩查后的故障從故障定位、機理分析、是否重復發生、是否嚴重故障等維度進行可靠性、安全性分析評估。根據問題所屬設備、系統、機型，結合飛機飛行時長，分析系統級、飛機級的可靠性與安全性指標，如飛機平均故障間隔飛行時間（MFHBF）、平均嚴重故障間隔時間（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、全要素數據模型設計技術

飛機涉及系統、專業、設備多，系統之間交聯關系復雜，導致外場問題準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形式多樣、簽署流程復雜。本項技術要定義外場問題管理相關的所有業務對象及其關系，實現業務對象的結構化管理，對其關鍵屬性進行專業化、規范化定義，對外場問題、故障等業務對象進行全生命周期管理，實現問題處理全過程追蹤、全要素記錄、顯性化展示。

3.2.1 數據組織模型定義

隨著飛機交付架次增多和服役時間的增長，產生的外場問題越來越多，為提高不同角色的業務人員對外場問題的查詢、處理、監控效率，滿足各級管理人員的管理需求，設計外場問題的組織管理模型，從飛機、設備、系統等不同維度，對問題進行組織管理。

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。一架飛機可能產生多個問題，創建問題的同時記錄問題與飛機的關系，一個問題只能對應一架飛機。通過飛機問題樹可以實現按機型、飛機、客戶對問題進行管理與分析。

設備問題樹分為飛機譜系層、系統設備層、問題層三層，如圖6 所示。飛機譜系層包含平臺、機型，系統設備層包含系統與設備。在每個機型下關聯對應的系統，在每個系統下關聯對應的設備。記錄問題時選定發生問題的設備，建立問題與設備的關系，一個設備可能會發生多個問題。通過設備問題樹可以實現按系統、設備對問題進行管理與分析。

圖6 設備問題樹

3.2.2 數據對象模型定義

基于主數據管理模型，如圖7 所示，分析外場問題處理的數據對象、流程、業務活動、業務場景等，定義主數據、元數據與參考數據，實現數據對象模型的標準化和規范化定義。

圖7 主數據管理模型

主數據（main data）描述核心業務實體的數據，是具有高業務價值的、可在各業務過程中重復被使用的數據。根據主數據的確定原則，對外場問題處理過程中的所有對象進行分析，識別出所有的主數據，如機型、飛機、客戶、設備、系統等。元數據（metadata）是對數據的描述，用于描述企業數據的所有信息和數據，如結構、關系、定義、安全需求等，除增加數據可讀性外，也是數據管理的基礎。參考數據（數據字典）是對數據的解釋，針對一些數據范圍和數據取值的解釋。

3.2.3 數據對象關系模型定義

外場問題處理過程中關聯的對象類型多，對象間關系復雜，通過分析數據流、業務流、控制流，采用實體關系模型分析方法，定義對象間的關聯關系，包括一對一關系、一對多關系、多對多關系三類。定義飛機譜系關系、飛機問題關系、設備問題關系、設備安裝關系、問題故障關系、問題答復關系、質量分析關系、問題單據關系、貫徹記錄關系等22種，實體關系模型如圖8 所示。

圖8 外場問題管理實體關系模型

通過對象關系模型的定義，理清外場問題處理過程中每個對象之間的關聯關系，形成清晰的數據對象管理脈絡，防止信息記錄的缺失與冗余，為信息化平臺建設提供數據支撐。

3.3 基于微服務架構的外場問題數字化管控平臺構建技術

數字化管控平臺要適應敏捷項目研發模式，需求功能快速迭代、開發部署便捷、功能擴展靈活、核心技術自主可控。外場問題管理業務復雜、涉及單位多、需求捕獲難度大，因此無法快速將所有業務過程進行全面、深入的分析，需要采用敏捷項目研發模式，成熟一塊、開發一塊、應用一塊，快速迭代，最終實現業務范圍的全覆蓋。此外，為支撐未來基于航空云的飛機、系統的數據共享，需要提前規劃平臺技術選型，為后續平臺集成做好技術準備。

1）面向多業務領域的統一數據架構設計

采用架構設計思想，從問題管理完整業務框架出發，設計涵蓋飛機運營信息、外場問題、質量分析、四性分析以及支撐業務過程的部隊、設備、系統等基礎數據的統一數據架構，實現問題管理多業務域管理要素的全覆蓋，形成各業務過程的唯一數據源，保證數據一致性。

2）基于微服務的軟件架構設計

基于微服務設計理念，對數字化管控平臺功能模塊進行拆分，降低各模塊之間的耦合度，對各模塊之間的流程、數據交互關系進行定義，完整支撐業務功能。將問題管理功能拆分為問題記錄、工作流管理、附件管理、電子簽名等應用，基于微服務軟件架構開發部署，實現功能模塊的靈活重用，提高系統的可擴展性。

3）多角度、顯性化、數字化管控中心設計

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、問題統計分析、問題處理進度、外場情況報告等維度的外場信息進行多角度、顯性化展示。采用基于時間線的展示技術，對問題生命周期狀態進行直觀展示。對問題從機型、飛機、系統、設備等多角度進行統計分析，滿足各類用戶的多樣化、個性化統計需求。

圖9 外場問題管理駕駛艙

4 應用效果

外場問題全過程分級管控模型已經基于自研的微服務軟件架構完成了開發并上線應用，目前已經應用于四型飛機的外場問題處理業務過程。通過對外場問題全過程分級管控模型的應用，形成了數字化環境下的外場問題處理業務體系，實現了外場問題處理模式的優化升級，縮短了外場問題響應、處理時間，實現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計分析視圖，極大提升了外場問題的數字化管理能力。

5 結論

針對型號應用中外場問題處理過程存在的難題，通過分析研究業務流程、業務活動的要素及相互的關聯關系、數字化的實現方法等，重新定義了外場問題處理的業務體系和技術體系，設計了問題處理的數據模型、業務模型、應用模型，建立了飛機外場問題處理平臺，形成了標準、規范的外場問題處理流程，并在型號中進行了大量應用驗證。該平臺的應用規范了外場問題處理過程信息的記錄，實現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。