国产民机数字化运营流程管理及仿真系统

(1.复旦大学 计算机科学技术学院，上海 200433； 2.上海飞机客户服务有限公司，上海 200241；3.北京航天测控技术有限公司，北京 100041)

0 引言

民机数字化运营支持是一种面向超复杂系统提供信息与技术支持的服务模式，通过系统互联与系统集成提高民机运营效率，增强飞机市场竞争力[1]。民机数字化运营支持越来越得到国际民机主制造商的充分重视，以形成更高的技术准入壁垒、提升其竞争优势。空客公司结合公司长远发展规划，整合现有资源，提出E-Solution解决方案，探索建立了一套数字化运营支持体系。E-Solution 解决方案为维修人员、运行人员、飞行员等相关方架构了一整套软件系统及相应的模块化工具。目前空客公司的数字化客户服务占全部服务项目的74%，取得了良好的经济效果。

我国民机主制造商已经根据我国民航业的发展现状初步构建了包含技术出版物研制、飞行训练、工程技术支援、运行技术支援、航材保障等专业的客户服务体系[2]。但是各业务及其系统之间信息孤岛现象严重，业务流程重复冗余，业务流程的梳理和数据管理没有形成统一的规范，分散式的架构也严重影响了客户的使用体验。国际民机领先制造商在提高自身市场竞争力的激烈竞争中，将数字化运营支持视为今后发展的重要方向。而如何对数字化运营的业务流程进行管理，是数字化运营支持亟需解决的一个难点。

基于以上，本文充分考虑数字化、信息化技术发展和运营支持需求的变化，以及成果的实用性，在分析国内外民机数字化运营支持的技术现状和发展趋势的基础上，通过对国产民机数字化运营支持业务流程管理的相关理论和技术展开研究，首次按照ASD(欧洲宇航与防务工业协会)等国际先进综合保障系列规范，梳理数字化运营环境下的业务场景，重构业务流程，分析探索面向民机数字化各业务系统的流程管理平台解决方案并对典型的业务流程进行仿真实验。

1 业务流程梳理

为了满足对国产民机数字化支持的业务流程进行管理，首先需要对常见的业务场景进行梳理归纳。根据我国民机发展现状及中长期规划，业务场景的梳理工作按照国产民机数字化运营支持体系自上而下Ⅰ-Ⅳ级流程定义标准展开。每个流程都有其流程名称和流程编号。各子级流程结构编码示意图参考图1。

Ⅰ级流程组成了企业的价值链图。每个Ⅰ级流程代表企业的一个关键的业务和管理运作环节，在不同层面上为客户创造价值。Ⅱ级流程是一个流程集合，是对一级流程的各个环节进行展开，用相互之间的关系体现企业在该环节的运作方式和关键活动类别，其中每个步骤均由一系列具体流程组成。Ⅲ级流程是每一个Ⅱ级流程集合的展开，描述了关键的流程任务，一级业务和管理任务之间的逻辑关系，往往使用流程逻辑关系图表示。Ⅳ级流程是每个Ⅲ级流程的细化，通过将每个步骤都用泳道图方式，绘制一张完整的跨部门流程图，规范流程的拥有者、流程步骤、流程角色等信息。通过流程图定义具体工作步骤的内容，提供更多的指导性信息[3]。

按照国产民机数字化运营支持体系自上而下由Ⅰ-Ⅳ级流程标准，结合各业务场景的特点，最终形成的八大业务场景，包括数字化运营支持环境下的维修工程分析、技术出版物、航材支援、工程技术支援、飞行运行支援、培训工程、数字化客户支援及市场与客户支援[4]。梳理出来的IV级流程共209项。下面详细介绍一下数字化运营市场与客户支援业务场景的业务梳理结果。

数字化运营市场与客户支援业务场景I级流程下面梳理出5个II级流程，分别是客户支援、合同管理、交付支援、市场营销和服务解决方案[5]。II级流程下梳理出对应的III级流程有9个，分别是销售活动管理、合同体系管理、合同业务处理、EIS管理、交付支持、客户信息管理、市场营销管理、客户策略管理和服务开发管理。III级流程下梳理出的对应IV级流程共有19个，分别是销售计划制定流程、销售机会跟踪流程、标准合同模板管理流程、服务合同签订流程、合同履约管理流程、担保索赔管理流程、EIS计划管理流程、EIS执行管理流程、交付支持流程、客户需求收集流程、客户信息变更流程、市场分析流程、市场调研流程、市场推广流程、客户策略制定流程、服务清单管理流程、服务标准设计流程、新服务定义流程和服务包设计流程。市场与客户支援业务I-IV及流程定义和流程编号如表1所示。

表1 市场与客户支援业务I-Ⅳ级业务流程定义和编号定义

2 业务流程建模

业务流程建模在民机运营支持领域有重要应用，业务流程标准化操作是民机运营支持相关业务化繁为简的有效工具，它针对运营支持活动中的每一个环节、每一个部门、每一个岗位，以人本为核心，制定细致化、科学化、数量化的标准，并严格按照标准实施管理，以此来提高工作效率。业务流程建模符号(Business Process Modeling Notation，BPMN)是当下比较流行的一套流程建模标准[6]。BPMN的主要目标是提供一些容易被所有业务用户理解的符号，从创建流程轮廓到流程的实现，直到最终用户的管理监控[7]。由于BPMN2.0版本适用于建立简单且易懂的业务流程模型，同时能处理高度复杂的业务流程，本研究采用BPMN2.0作为业务流程规范[8]。

利用BPMN2.0业务流程规范对八大数字化运营支持业务场景进行描述和分析，在此基础上选择当今比较流行的的Activiti5流程建模工具， 将所描述的业务流程映射为标准的工作流程模型体系。Activiti的第一个正式版本于2010年12月1日。经过几年的发展，Activiti已经成为一个较为成熟的工作流引擎，它在工作流领域吸引了众多开发者的眼光。利用Activiti5流程建模工具，在分析国内外民航业发展现状的基础上，重构了国产民机数字化运营支持Ⅳ级业务流程。

采用Activiti5引擎自带的数据库与自主设计相结合的方式,对业务流程相关数据进行管理。建模好的流程模型，默认采用XML的格式存储在数据库中。典型的业务流程维修任务分析(Maintenance Task Analysis，MTA)作业方法建模产生的XML文件部分截图如图2所示。

图2 维修任务分析作业方法建模生成的XML效果图

3 系统实现

国产数字化运营流程管理及仿真系统采用数据层、持久层、业务层和用户层的四层系统架构，主要服务于民机客户服务业务相关部门，提供业务流程的电子化统一管理，同时实现业务流程的上传与仿真功能。系统架构使用的主要系统的用户主要分为业务流程审核人员和业务流程工程人员。流程管理及仿真系统架构参考图3。

图3 流程管理及仿真系统架构图

数据层使用Oracle数据库实现了流程管理相关数据保存，包括流程信息、流程实例信息，以及MTA作业方法业务流程仿真过程中的数据信息。持久层通过数据库访问技术(JDBC)和对象数据库映射框架(ORM)等技术实现数据的持久化、数据的检索等功能。业务层主要包括流程模型管理、业务流程仿真和流程用户角色管理3个模块。用户层使用HTML，CSS和JavaScript技术为用户提供可视化交互页面，方便用户操作[9]。

业务流程管理及仿真系统的核心即业务层的3个模块，下面对这3个模块的功能进行介绍。

1)流程模型管理模块的目的是为了实现民机数字化运营业务流程的统一管理，提供统一的流程建模标准，实现业务流程电子化管理，包括流程模型上传与删除、四级流程展示和流程实例的监控等子功能。

流程模型上传子功能提供统一的上传接口，业务流程审核人员在上传流程时，需指定业务流程文件、流程唯一编号、流程名称、流程描述、重要输入输出以及其他备注信息；四级流程展示子功能，业务流程审核人员可以非常清晰地看出四级业务流程之间的层级关系；流程实例监控可以让业务流程审核人员选择某一流程实例查看其当前流程状态，方便监控流程的状态。

2)业务流程仿真模块包含对MTA作业方法业务流程的仿真功能。仿真是为了验证是否得到预期的数据流。详细仿真过程参考第3节。

3)流程用户角色管理模块：系统使用角色的定义，主要包括业务流程工程人员和业务流程审核人员。用户角色分配功能实现对各个潜在的用户进行角色的分配。系统角色的职责明确如下：业务流程工程人员对系统流程仿真模块的每一个工作程序进行数据的输入和管理，并且可以提交给业务流程审核人员进行审核；业务流程审核人员负责流程上传和流程实例的管理，流程仿真任务的发起以及对需要审核的数据进行审核。

4 实验仿真及结果

传统的民用飞机数字化运营业务流程通过BPMN业务流程规范进行建模，实现业务流程电子化，形成容易被用户理解的可视化流程，同时将流程电子化为XML文件，便于实现流程自动化管理，以此来避免传统的人工业务流程中存在的共享信息缓慢，协同工作低效的问题。将建立好的模型上传至系统即可进行仿真。实验仿真的技术难点在于建立的模型能否覆盖真实人工业务流程，模型经过电子化流程的运行之后，能否达到人工业务流程一样的输出结果。如果系统仿真的输出结果和人工业务生成的结果存在不一致的情况，需要重新分析总结真实的任务业务，对建立的模型进行调整。

系统对MTA作业方法业务流程进行仿真。MTA作业方法的目的是确定维修任务的主程序及维修所需的全部维修资源，并从维修性、经济性的角度对飞机设计提出优化建议。 维修工程任务作业方法在确定任务的子任务和步骤，来详细说明如何完成相应的维修任务的同时，也将确定维修资源，包括航材和材料、人员、工具和支援设备以及设施。MTA作业方法业务流程仿真子功能包含整理MTA任务、合并MTA任务、确定维修任务、确定维修任务结构、确定维修任务资源、确定维修任务验证方法、编制MTA分析报告、审核MTA子任务。

通过Activiti5 Designer编辑器创建出的MTA作业方法建模效果图如图4所示。

图4 MTA作业方法建模效果图

整理MTA任务中，业务流程工程人员利用相关文件，如后勤保障相关故障模式影响分析、损伤与特殊事件分析、计划维修分析，业务流程工程人员可以新建一个MTA任务表单。同时可以对MTA任务表单进行修改或删除。

在合并MTA任务中，不同的分析活动，如计划维修分析和LSA、FMEA，可能产生相同的MTA任务；另外，同一个分析活动，也可能产生相同的MTA任务[10]。因此，在MTA开始之前，对相同的MTA 任务合并以避免重复分析。支持对合并后MTA任务进行删除和修改功能。确定维修任务中，一个MTA任务可能产生多个维修任务，因此首先要确定需要哪些维修任务，然后再确定这些维修任务的编号、任务频率等信息。支持对合并后的MTA维修任务进行删除和修改功能。

维修任务结构中，每一个维修任务有它特定的维修任务结构。维修任务结构描述跟维修任务相关的信息，如任务的概要描述等，此外，也可包括完成该任务的一些安全警告信息、注意事项等。维修任务结构的确立通过一个树状结构来生成。业务流程工程人员可以对维修任务结构树的节点进行新建子节点、修改节点名称、删除子节点来确定最终该维修任务的结构。

MTA作业方法中核心任务确定维修任务结构效果图如图5所示。

图5 确定维修任务结构效果图

本系统通过对一个维修任务构造一个维修任务结构树来确定其维修任务结构。维修任务资源中，任务资源需求分析的目的是确定执行维修任务所需要的资源，并通过资源的优化来降低相应的成本[11]。业务流程工程人员需要准备初始维修资源清单，主要包括人力资质、GSE、消耗品、航材等。针对上一步已经确定好的维修任务结构，我们可以对维修任务结构的每一个子步骤来单独编辑其需要的维修任务资源。

确定维修任务验证方法中，对于每个维修任务，业务流程工程人员应填写维修任务验证计划，此计划应反映维修任务分析中形成的任务步骤、时间人力和材料等满足实际手册验证过程要求。根据设备或计划的复杂程度，验证可在电子、物理样机或飞机上进行。

业务流程工程人员可以编辑每一个维修任务的验证方法。编制分析报告中，将前面步骤录入的结果填入表中，最终形成MTA分析报告，使后续工作人员完成分析报告的校对，审核、批准等签审流程。编制后的报告格式为Excel，效果图如图6所示。

图6 仿真生成的分析报告效果图

仿真结果说明MTA作业方法业务流程通过建模形成电子化流程并经过实验仿真后生成的Excel报告与人工业务流程生成的Excel报告格式和内容相同。

5 结束语

流程管理及仿真系统对数字化运营环境下的业务场景进行分析，梳理出维修工程分析、技术出版物业务、航材支援保障业务、培训业务、工程技术支援业务、飞行运行支持业务、数字化客户服务业务和市场与客户支援业务八大业务场景并进行建流程模，搭建业务流程管理系统，采用理论分析与实证研究相结合的方法对国产民机典型业务维修任务分析作业方法进行实验仿真，仿真结果生成的分析报告与人工业务流程生成的报告格式和内容相同，证明了对民机业务进行数字化运营的可行性。本文为我国后续民机数字化运营支持体系的规划和建设提供基础技术路线，对缩小我国民机运营支持与国际先进水平的差距提供指导意义。