飞机外场问题分级管控技术研究与应用

■ 李强 赵攀 王小艳/航空工业第一飞机设计研究院

现代军机具备设计理念先进、交联关系复杂、系统集成度高等特点，其作战效能的发挥对技术保障的依赖程度越来越高。技术保障工作是军机持续、可靠和安全运行的基础，而外场问题的处理是技术保障工作的关键环节。随着对外军事交流协作的持续深入，部队也越来越多地接触国外军机先进的技术保障理念和模式，对外场问题处理的跨地域性、时效性、专业性和协同性提出了更高的要求。

随着交付部队架次的增多以及飞机在部队使用强度的增大，出现的外场问题越来越多，各级机关多次提出要建立外场问题“一本账”，做好外场问题的记录、处理、追踪。为确保所有问题被准确记录、快速响应和闭环处理，同时将问题处理经验快速分享到多个使用场地，提高问题处理的协同性和时效性，迫切需要研究一种满足新形势下问题管控与处理要求的新模式。

1 外场问题管理发展现状

经过历次调整与改革，美军形成了全球最高效的现场级、中继级和后方级三级保障模式[1]，按保障单位可以分为军队单位保障、合同商保障和军民一体化保障，出台了一系列技术保障的标准和操作规范，并且建立了完备的数字化保障系统[2]。在民用飞机领域，空客公司建立了先进的故障预警系统，对所有易发故障的设备或时寿件进行故障前的预警，做到了故障的预测性处理。GE公司对其发动机建立了全球实时监控机制，对分布于全球的发动机的健康状况进行动态实时监控和故障预警，一旦出现问题，迅速做出响应[3]。

我国在1999 年制订了 GJB 3872《装备综合保障通用要求》、GJB 1371《装备保障性分析》、GJB 3837《装备保障性分析记录》等标准规范，改革航空装备维修保障模式，从基于事务的保障提升到基于能力的保障模式，对军方和承制方（工业部门）的职责进行了明确的要求。当前国内在军机数字化保障领域还处于起步阶段，各主机厂所正在规划、建设各自的数字化保障系统[3-5]，对飞机的外场保障信息进行记录，对飞机外场问题进行记录与处理，但仍缺乏统一的外场问题处理规范流程与机制，主要体现是以下方面：

1）外场问题信息记录不准确、不规范。飞机是一种复杂的装备，涉及结构、航电、飞控、机电等多个专业，外场保障人员在记录问题时很难对所有问题进行专业、准确地描述。外场问题信息的定义缺乏统一、标准的规范，因此保障人员对问题来源、现象描述、发现时机、判明方法等问题特征记录不全，描述不准。

2）外场问题处理响应慢，处理不及时。外场问题处理流程长，按部就班地走完所有处理流程需要较长时间，无法在第一时间响应部队关切。缺乏问题分级管控机制与可操作的问题分级处理办法，问题分级不清晰[6]，处理流程不灵活，处理进度不及时。

3）外场问题反复出现，问题处理不彻底。部分外场问题机理分析、故障复现、措施制定没有严格按照标准规范执行，监督过程不完整、监督手段效率低，没有定位到问题根本原因[7]，导致问题没有得到彻底解决。

4）外场问题处理过程难追踪，处理进度管控困难。外场问题处理过程全部采用离线处理的方式，部分问题需要成品厂进行处理，问题处理地点分散、处理单位多样、处理过程难追踪，处理进度只能电话沟通确认，处理进度管控困难。

5）外场问题处理过程数据记录分散，共享共用困难。外场问题的离线处理方式决定了处理数据与技术文件只能分散存储，无法统一管理，数据查询与统计分析难以开展，问题处理的历史数据和经验难以共享与利用[8]，无法支撑可靠性、安全性等指标分析[9，10]，无法实现对后续型号研制的数据、经验支撑。

针对以上问题，需要研究一种全新的外场问题全过程管控技术，规范问题捕获过程，优化问题处理流程，提升问题处理效率和质量，积累问题管理数据，形成设计经验，以便服务后续型号。

2 总体思路

针对外场问题管理业务复杂、管理对象多、涉及面广的特点，首先对外场问题处理场景进行研究分析，对外场问题管理业务进行分类、分级，对不同类型和等级的业务对象分别定义管理过程，优化外场问题管理业务过程，形成全新的业务体系。然后对业务对象及其关联对象进行梳理，分析业务对象的关键特征和属性，设计其生命周期状态，形成涵盖全要素的数据模型。最后基于业务模型、数据模型，采用最新的信息化技术构建数字化平台，实现外场问题管理的全过程、全要素管控。飞机外场问题管理总体架构如图1 所示。

图1 飞机外场问题全过程分级管控模型

3 关键技术

3.1 外场问题分级管控业务模型设计技术

外场问题管理包含问题处理、质量分析、可靠性与安全性分析三类业务流程，如图2 所示。问题处理目标是快速响应部队提出的问题，通过问题答复或其他技术文件发布，快速解决部队遇到的问题，使外场飞机尽快恢复正常状态，形成战斗力，对时效性要求较高。质量分析的目标是对故障类问题进行问题定位、机理分析、故障复现，最终理清故障发生基本原理，制订解决方案，从根本上避免故障再次发生，实现问题彻底归零。可靠性与安全性目标是通过分析问题的类型，对可靠性与安全性指标的影响，评估、计算、分析飞机系统和整机级的可靠性与安全性指标及发展趋势，提升飞机的可靠性、安全性等指标，以满足飞机鉴定、定型要求。本项技术要能同时满足三类业务流程的目标，实现问题快速响应与处理，从根本上避免故障再次发生、可靠性与安全性等四性指标的快速准确评估与计算。

图2 问题管理三类业务流程

3.1.1 问题分级处理

飞机在外场发现问题，主机厂所需要做出快速响应，记录问题基本信息，给出问题答复，使飞机尽快恢复至正常状态，最大程度上降低对飞机执行任务的影响。外场问题类型多样，复杂程度、影响范围各不相同，处理方式因类型、复杂程度、影响范围不同差异很大。因此外场问题处理通常存在问题响应不及时、处理周期长、处理过程追踪困难、历史问题信息难利用等问题。为快速响应部队关注问题，优化问题处理过程，提高问题处理效率，需要对外场问题处理业务过程进行优化设计。

综合分析外场问题复杂度、影响范围、处理过程等因素，设计外场问题全过程分级管控业务模型，对外场问题按复杂程度和影响范围分类、分级处理。外场问题分级管控业务模型如图3 所示。

图3 分级管控业务模型

1）简单问题处理。简单问题是指通过技术人员的现场处理意见就可以快速解决的问题，处理过程包括问题基本信息记录和现场处理意见记录。

2）一般问题处理。一般问题是指通过技术人员现场处理意见无法解决，反馈至主机厂所，经技术人员分析给出问题答复后解决的问题。处理过程包括信息记录、问题分析与答复、答复贯彻和贯彻结果的记录。

3）复杂问题处理。复杂问题是指通过问题答复仍然无法解决或需要进一步开展攻关验证的问题。该类问题需要故障审查委员会组织制订工作计划，制订解决方案，开展攻关验证，形成最终解决方案，通过外场技术单或技术通报的形式发送到部队。为及时响应部队关切，复杂问题处理过程中要将问题的分析结果和后续处理过程定期反馈给部队，以便让部队能尽快获知问题处理结果与后续安排，提升客户体验与满意度。复杂问题处理的过程中，可能存在首次制订的解决方案无法彻底解决问题的情况，需要重新制订问题分析处理的工作计划，并将计划的执行情况定期反馈客户，以保证客户对问题处理过程的动态感知。

3.1.2 质量分析

质量分析仅针对外场问题中的故障进行，而且对于重复出现的故障仅分析首次发生的故障，待故障分析流程结束后，对所有发生故障的飞机进行贯改，消除所有飞机上的同类故障。

对于外场问题按故障、非故障进行分类，其中的故障，需要按照《GJB 841—1990 故障报告、分析和纠正措施系统》要求进行质量分析，分析流程如图4 所示。首先基于问题基本信息，按照标准要求补充故障信息，形成故障报告。对故障进行深入分析，进行故障定位、机理分析、故障复现，查明故障根本原因，形成故障分析报告。制订故障解决方案，对方案进行评审，开展试验验证，方案有效则发布外场技术单或技术通报，对外场飞机进行贯改，记录贯改结果。如果方案无效，则重新进行故障分析、制订解决方案、验证方案有效性，直到制订出有效方案。

图4 故障分析流程

3.1.3 可靠性与安全性分析

可靠性与安全性分析仅针对外场问题中的责任故障进行，重复出现的责任故障也不在分析范围内。对外场问题按故障、非故障进行分类，再将故障按责任故障、非责任故障分类，其中责任故障可以细分为主机设计、主机制造、发动机、机载设备。

按照以上分类方法对故障进行筛查，对筛查后的故障从故障定位、机理分析、是否重复发生、是否严重故障等维度进行可靠性、安全性分析评估。根据问题所属设备、系统、机型，结合飞机飞行时长，分析系统级、飞机级的可靠性与安全性指标，如飞机平均故障间隔飞行时间（MFHBF）、平均严重故障间隔时间（MTBCF）等。定期形成可靠性、安全性分析报告，通过一段时间的分析评估，形成可靠性、安全性趋势分析结果，支撑型号鉴定、定型工作。

3.2 外场问题管理全周期、全要素数据模型设计技术

飞机涉及系统、专业、设备多，系统之间交联关系复杂，导致外场问题准确描述与定义难度大。外场问题处理参与单位多，不同类型问题处理流程长短不一，支撑问题处理的各类单据形式多样、签署流程复杂。本项技术要定义外场问题管理相关的所有业务对象及其关系，实现业务对象的结构化管理，对其关键属性进行专业化、规范化定义，对外场问题、故障等业务对象进行全生命周期管理，实现问题处理全过程追踪、全要素记录、显性化展示。

3.2.1 数据组织模型定义

随着飞机交付架次增多和服役时间的增长，产生的外场问题越来越多，为提高不同角色的业务人员对外场问题的查询、处理、监控效率，满足各级管理人员的管理需求，设计外场问题的组织管理模型，从飞机、设备、系统等不同维度，对问题进行组织管理。

飞机问题树分为飞机谱系层、客户层、飞机层、问题层，如图5 所示。飞机谱系层包含平台、机型，一个平台包含多个机型。为便于按客户对飞机进行管理，在飞机和机型中间添加客户层，客户具体指的是部队或试飞院。一个客户可能有多架飞机，但一架飞机仅属于一个客户。一架飞机可能产生多个问题，创建问题的同时记录问题与飞机的关系，一个问题只能对应一架飞机。通过飞机问题树可以实现按机型、飞机、客户对问题进行管理与分析。

设备问题树分为飞机谱系层、系统设备层、问题层三层，如图6 所示。飞机谱系层包含平台、机型，系统设备层包含系统与设备。在每个机型下关联对应的系统，在每个系统下关联对应的设备。记录问题时选定发生问题的设备，建立问题与设备的关系，一个设备可能会发生多个问题。通过设备问题树可以实现按系统、设备对问题进行管理与分析。

图6 设备问题树

3.2.2 数据对象模型定义

基于主数据管理模型，如图7 所示，分析外场问题处理的数据对象、流程、业务活动、业务场景等，定义主数据、元数据与参考数据，实现数据对象模型的标准化和规范化定义。

图7 主数据管理模型

主数据（main data）描述核心业务实体的数据，是具有高业务价值的、可在各业务过程中重复被使用的数据。根据主数据的确定原则，对外场问题处理过程中的所有对象进行分析，识别出所有的主数据，如机型、飞机、客户、设备、系统等。元数据（metadata）是对数据的描述，用于描述企业数据的所有信息和数据，如结构、关系、定义、安全需求等，除增加数据可读性外，也是数据管理的基础。参考数据（数据字典）是对数据的解释，针对一些数据范围和数据取值的解释。

3.2.3 数据对象关系模型定义

外场问题处理过程中关联的对象类型多，对象间关系复杂，通过分析数据流、业务流、控制流，采用实体关系模型分析方法，定义对象间的关联关系，包括一对一关系、一对多关系、多对多关系三类。定义飞机谱系关系、飞机问题关系、设备问题关系、设备安装关系、问题故障关系、问题答复关系、质量分析关系、问题单据关系、贯彻记录关系等22种，实体关系模型如图8 所示。

图8 外场问题管理实体关系模型

通过对象关系模型的定义，理清外场问题处理过程中每个对象之间的关联关系，形成清晰的数据对象管理脉络，防止信息记录的缺失与冗余，为信息化平台建设提供数据支撑。

3.3 基于微服务架构的外场问题数字化管控平台构建技术

数字化管控平台要适应敏捷项目研发模式，需求功能快速迭代、开发部署便捷、功能扩展灵活、核心技术自主可控。外场问题管理业务复杂、涉及单位多、需求捕获难度大，因此无法快速将所有业务过程进行全面、深入的分析，需要采用敏捷项目研发模式，成熟一块、开发一块、应用一块，快速迭代，最终实现业务范围的全覆盖。此外，为支撑未来基于航空云的飞机、系统的数据共享，需要提前规划平台技术选型，为后续平台集成做好技术准备。

1）面向多业务领域的统一数据架构设计

采用架构设计思想，从问题管理完整业务框架出发，设计涵盖飞机运营信息、外场问题、质量分析、四性分析以及支撑业务过程的部队、设备、系统等基础数据的统一数据架构，实现问题管理多业务域管理要素的全覆盖，形成各业务过程的唯一数据源，保证数据一致性。

2）基于微服务的软件架构设计

基于微服务设计理念，对数字化管控平台功能模块进行拆分，降低各模块之间的耦合度，对各模块之间的流程、数据交互关系进行定义，完整支撑业务功能。将问题管理功能拆分为问题记录、工作流管理、附件管理、电子签名等应用，基于微服务软件架构开发部署，实现功能模块的灵活重用，提高系统的可扩展性。

3）多角度、显性化、数字化管控中心设计

建立外场问题管理驾驶舱，如图9所示，从顶层对装备总体运营情况、问题统计分析、问题处理进度、外场情况报告等维度的外场信息进行多角度、显性化展示。采用基于时间线的展示技术，对问题生命周期状态进行直观展示。对问题从机型、飞机、系统、设备等多角度进行统计分析，满足各类用户的多样化、个性化统计需求。

图9 外场问题管理驾驶舱

4 应用效果

外场问题全过程分级管控模型已经基于自研的微服务软件架构完成了开发并上线应用，目前已经应用于四型飞机的外场问题处理业务过程。通过对外场问题全过程分级管控模型的应用，形成了数字化环境下的外场问题处理业务体系，实现了外场问题处理模式的优化升级，缩短了外场问题响应、处理时间，实现了外场问题处理全过程的显性化追踪，提供了丰富多样的外场问题信息统计分析视图，极大提升了外场问题的数字化管理能力。

5 结论

针对型号应用中外场问题处理过程存在的难题，通过分析研究业务流程、业务活动的要素及相互的关联关系、数字化的实现方法等，重新定义了外场问题处理的业务体系和技术体系，设计了问题处理的数据模型、业务模型、应用模型，建立了飞机外场问题处理平台，形成了标准、规范的外场问题处理流程，并在型号中进行了大量应用验证。该平台的应用规范了外场问题处理过程信息的记录，实现了处理过程的实时追溯，提高了问题处理的效率，取得了较好的效果。