S系列ILS規范數據模型在民用飛機客戶服務體系中的應用

馮蘊雯, 陳俊宇, 路成, 薛小鋒

(西北工業大學 航空學院, 陜西 西安 710072)

民用飛機主制造商向用戶提供的不僅是產品，更是對產品的客戶服務。民用飛機客戶服務是主制造商圍繞產品滿足市場和客戶使用需求而進行的所有工作的集成，客戶服務的有效提供可保障產品的使用要求、客戶對產品的合理使用及客戶自身的增值。民用飛機客戶服務可分為業務層和數據層、業務層是貫穿于產品從構思到交付整個研制過程的全方位支援活動，包括零部件提供、維修、人員培訓等；數據層是通過業務層的進行和交互產生的數字化信息，其核心是信息共享和產品數據的集成。

為了有效指導民用飛機客戶服務體系業務數據模型的搭建，歐洲航空航天與防務工業協會(aerospace and defence industries association of europe,ASD)綜合后勤保障規范委員會、美國航空工業學會(aerospace industries association,AIA)及美國航空運輸協會(air transport association of america,ATA)聯合開發了S系列規范，其中包括：S1000D《基于公共源數據庫技術出版物國際規范》[1]、S2000M《軍用設備綜合數據處理物資管理國際規范》[2]、S3000L《后勤保障分析國際程序規范》[3]、S4000P《計劃維修制定國際程序手冊》[4]、S5000F《在役數據反饋國際規范》[5]、S6000T《培訓國際程序規范》[6]。為了支撐S系列規范的實施、更新和維護，后續發布了SX系列規范，如SX000i《S系列綜合后勤保障規范使用指南》[7]、SX001G《S系列綜合保障標準的詞匯表》[8]、SX002D《S系列綜合保障標準的通用數據模型》[8]、SX004G《UML模型讀者規范》[10]、SX005G《S系列綜合保障標準的XML實現指南》[11]等。上述國際規范基于綜合后勤保障完整涵蓋了技術資料、供應管理、保障性分析、預防性維修、使用和維護反饋以及訓練和數據交換等內容，實現了對客戶服務的業務定義和數據模型建立的支持。為了指導產品全壽命周期內數據的表示和交換，國際標準化組織(international organization for standardization, ISO)發布了ISO 10303-239 PLCS對數據保障體系進行了說明。此外，波音、空客、龐巴迪等國外民用飛機制造商基于自主機型和自身服務特色結合S系列ILS規范等相關國際標準形成了客戶關系管理體系，為客戶的安全運營、可靠飛行提供保障，實現公司與客戶的共贏關系。

國內民用飛機制造商對客戶服務也進行了相關建設，如西安飛機有限責任公司遵循“客戶服務至上”的原則，在飛機技術手冊、運營維護等方面推出了較為完善的服務流程，其客戶服務系統已基本成型[12]。中國商用飛機有限責任公司初步形成了較為完善的航材支援體系，可提供基本的航材支援服務，但在快響服務方面還未達到國際水平。由于我國還未形成完善的適用于民用飛機客戶服務的標準體系、制造商客戶服務標準儲備不足、制造商對客戶服務國際規范[13]、數據交互技術解讀程度還不夠深入，導致客戶服務部門與客戶的溝通不暢、反饋應答效率不夠、客戶服務尚未形成完善合理的體系，無法為全方位客戶服務提供詳盡的指導。

為了解決上述問題，基于S系列ILS規范和ISO 10303-239 PLCS，本文對其進行客戶服務角度的解讀并探尋國際規范間的關系，結合對民用飛機客戶服務業務數據模型工具的說明，建立適用于國內的民用飛機客戶服務體系，搭建基于S系列ILS規范的民用飛機客戶服務業務數據模型，可為國內民用飛機客戶服務的發展和實施提供可行的思路和參考。

1 民用飛機客戶服務數據相關國際規范

1.1 S系列規范

ASD、AIA及ATA攜手開發了S系列綜合后勤保障規范，由S1000D、S2000M、S3000L、S4000P、S5000F和S6000T六大規范共同組成，其中涉及民用飛機全壽命周期內的技術出版物、物資管理、后勤保障分析、預防性維修、數據反饋、客戶培訓等多個客戶服務板塊。

為了在航空航天和國防工業中推廣通用、交互的國際技術出版物數據，并最有效地利用現有資源，S1000D應運而生，規范可分為文件加工、信息生產與管理、信息集與技術出版物、信息的描述與使用、數據模塊編碼、術語等章節。此規范將最小數據單元定義為相互獨立的數據模塊，通過是否可由可擴展標記語言(extensible markup language,XML)的判據判斷，將數據模塊分為XML對象數據和非XML對象數據，將其儲存在公共源數據庫，并提供與產品屬性相關的適用性機制來統一組織、管理數據模塊。結合客戶需求、適航規章、供應商需求、行業慣例等因素，制作來自制造商、供應商和監管機構的影響工作計劃的技術出版物，用以作為后續規劃信息集和業務規則的依據，并且業務規則又可用來約束和規范后續技術出版物的修訂、編制、驗證、發布和交付。

S2000M的發布實現了整個壽命周期內備件供應和維修業務要求與流程的規劃和調整，對物資管理業務過程、產生的信息及信息交互方式、術語等方面進行標準化，涵蓋支持軍用產品和非軍用產品的所有物料材料管理活動。該程序描述了行業和客戶之間的接口，當基于合同協議時，將提供如圖1所示的物流備件管理的典型交付成果?；诤贤?，通過供應規劃產生供應數據，進行NATO編碼，作為采購策劃、訂購計劃、貨品計價的物資供應業務的輸入產生物資供應數據，數據在客戶使用中進行反饋，并生成初始供應清單(initial provisioning lists,IPL)，觀察IPL在客戶與供應商之間的信息交換，促進IPL的更新。

圖1 S2000M備件供應流程及成果

LSA保障支持分析是客戶服務的最重要的過程之一，用以設計與可維護性、可靠性、可測試性的產品，并優化整個生命周期的成本，定義在役期間支持產品所需的所有資源。S3000L作為后勤保障分析的國際程序規范[14]，定義了在民用飛機生命周期內控制LSA性能以及數據交互的過程，使保障性要求成為產品的必要組成。此規范在ISO 10303-239 PLCS模型的基礎上，結合客戶、環境和使用要求，確定保障問題、費用需求、保障資源需求，形成后勤保障分析方案，方案包括供應保障、技術資料、保障設備、設施、維修計劃、培訓、信息技術保障。

S4000P作為裝備交付階段預防性維修計劃的基礎[15]，提供了通用的預防性維修方法，協助主制造商、原始設備制造商(original equipment manufacture,OEM)和相關的監管機構制定初步的預防性維修任務需求(preventive maintenance task requirement,PMTR)、維修任務間隔類型、間隔值以及維修計劃(operator maintenance plan,OMP)，建立具有重復性和周期性間隔的預防性維修任務需求分析(PMTR with repetitive scheduled intervals,PMTRI)。當所制定的維修計劃不適用于所分析的產品，可根據所分析的故障原因(failure cause,FC)和功能失效影響臨界度(functional failure effect criticality,FFEC)對產品進行重新設計。此外，可根據產品在役期間的經驗和數據積累通過在役維修優化(in-service maintenance optimization,ISMO)來修改既定的PMTR。

民用飛機客戶服務中數據反饋是服務業務中最重要的功能之一，使主制造商、客戶等利益攸關方能夠對運營和維護進行全面分析。S5000F旨在通過結構化方式來處理涵蓋綜合產品支持(integrated product support,IPS)內所需反饋的信息，通過數據反饋活動來改進客戶服務活動和產品設計，增強產品可用性、降低運營支持成本、優化運行效率。此規范規定了在役期間數據的使用和反饋流程，包括以可靠性、可用性、維修性和測試性為目的、供應保障、壽命周期成本、擔保、產品健康與使用監測數據、報廢等的數據反饋，并對全壽命周期內的數據反饋模型、數據交換、數據元素進行說明。

客戶服務中有效的培訓支持基于詳細全面的分析和可靠的設計定義數據，因此，S6000T定義了執行培訓需求分析的過程，以便提供相關且有效的產品培訓。S6000T遵循教學系統設計(instructional systems design,ISD)流程，基于分析、設計、開發、實施和評估(analysis,design,development, implementation and evaluation,ADDIE)模型，確定必須培訓的內容，制定學習目標(learning objectives,LO)，開發培訓課程和教學系統，通過形成性評估和總結性評估的驗證活動完成培訓系統的部署，并使用在職培訓優化(in-service training optimization,ISTO)為培訓系統提供定期反饋。

SX000i作為S系列ILS規范的上級指導性文件，通過對S系列ILS規范目標的說明，提供了ILS流程和交互的框架，解釋了S系列ILS規范與其他標準化領域的接口，如數據交換與集成、生命周期成本、備件配置管理等，從而為ILS使用者使用S系列規范和ILS規范的管理及未來的發展提供了參考。對于在ILS各個階段過程中產生的多種概念，SX001G提供了一套統一的術語和定義，包括業務術語和數據項術語，以在S系列ILS規范中使用。

數據是信息的載體，是描述客戶服務中發生的業務過程的客觀事實的集合。如何描述數據使其可在客戶服務中具有通用性，SX002D提供了所有S系列ILS規范的統一最終狀態通用術語/模型。對于S系列ILS規范，SX002D通用數據模型(common data model,CDM)是2個或多個S系列ILS規范共有的所有數據元素的概念性描述。該規范協調在相應S系列ILS規范內執行的數據建?；顒?，并使用統一建模語言(unified modeling language,UML)將數據需求整合為一致的S系列數據模型。為了確保S系列ILS規范的使用者在UML的理解上保持一致，SX004G通過對UML的類模型、數據類型、屬性等說明，對閱讀和使用UML模型提供了清晰的指導。為了使數據在整個ILS活動內都具有通用性，除了對數據的描述進行定義，還需要對數據間管理和交換進行明確說明。因此，SX005G定義了使用S系列ILS規范時用于系統之間管理數據交換的規則，即XML Schema。

1.2 ISO 10303-239 PLCS

ISO為了對工業自動化產品的集成數據及數據間的交換進行描述，陸續推出了ISO 10303《產品數據的表達與交換》系列標準(standard for the exchange of product model mata,STEP)。隨著產品發展速度的發展，產品的保障體系急需進行相應的提升和完善。因此，在20世紀末，ISO組織將ISO 10303-239 PLCS《產品壽命周期保障》納入了ISO標準，此規范作為ISO 10303的應用協議，定義了產品壽命周期這一應用范圍內的保障范圍、信息需求、以及滿足需求的資源。主要包括：產品及其維護的變更信息的確定，產品結構和組件、產品的實現、產品的計劃活動和活動歷史的數據描述。數據活動的描述和模型的建立以STEP中的ISO 10303-11 EXPRESS語言和XML 為依據。ISO 10303-239 PLCS通過對產品壽命周期的活動數據管理，實現信息數據的快速流通和交換，與產品保障系統之間形成相互反饋關系，對產品壽命周期保障進行設計和優化。

1.3 民用飛機客戶服務業務數據國際規范間的關系

S1000D的產生是為了建立有關生產和分發技術文檔和學習內容的國際規范。根據S1000D生產的技術出版物可以按頁面定向或從相同的數據模塊中分發交互式電子技術出版物(interactive electronic technical publications,IETP)。IETP的內容以小型可重復使用信息單元的形式被劃分為數據模塊，這些數據模塊通過數據庫中的唯一密鑰，即數據模塊代碼(data module code,DMC)進行管理，并且可以直接訪問。

備件供應生成的供應數據包含用于標識、描述和驗證產品的購買、檢查、包裝、材料、服務的信息。S2000M生成了上述數據，并定義了該數據的結構。由于此結構與S1000D IPD數據模塊相同，因此可以直接映射數據并將其作為圖解零件目錄(illustrated parts catalogues,IPC)發布，可作為維護人員識別維護程序中使用項目的參考。

由設計影響ILS元素生成的LSA數據庫是制作與維護程序相關的技術出版物的唯一信息來源。LSA數據庫包含配置數據，維修級別分析(level of repair analysis,LORA)和維護任務分析(maintenance task analysis,MTA)報告，供應商數據，維護概念和維護計劃，故障診斷信息，設施和基礎設施報告，預防性和糾正性維護任務等。來自S3000L LSA數據庫中存儲的這些數據元素可以直接轉換為數據模塊中包含的S1000D技術出版物數據元素，從而確保數據一致性并優化生命周期成本(life cycle costs,LCC)。

圖2 S系列ILS規范與S1000D的業務關系接口

S1000D與S5000F的接口包含用于更新技術出版物的技術內容的反饋信息。

S3000L為S2000M提供了LSA數據庫，該數據庫作為備件的包裝，裝卸，儲存和運輸(packaging,handling,storage and transportation,PHS&T)要求、設施報告、人力和人員報告、MTA報告和保障理念的主要數據來源，S2000M也為S3000L提供了備件配置數據。S2000M通過反饋信息與S5000F進行對接，用于更新配置數據的技術內容，如MTBF等。S系列ILS規范與S2000M的業務流程接口如圖3所示。

圖3 S系列ILS規范與S2000M的業務關系接口

基于S3000L和S4000P，LSA數據庫中記錄和集成了執行技術或保障分析活動的流程，2個規范之間的緊密聯系共同指導了每個產品的在役階段、LSA、支持工程分析階段3個階段的預防性維修活動。如預防性維修分析(preventive maintenance analysis,PMA)的結果以PMTR的形式記錄在LSA數據庫中，S3000L根據PMTR的記錄進行MTA，來制定預防性維修任務。由于只有對整個維修理念(預防性、非計劃性、可操作性)的完整支持，才能確保實現優化和協調的產品保障，因此，非計劃維修任務也需要在LSA中進行記錄。S5000F提供了反饋服務的數據以及收集和修復信息的反饋方法，以支持和改善使用S3000L的產品保障。在S6000T中會生成培訓需求分析(training need analysis,TNA)，此分析的一部分用來確定S3000L LSA過程中的設備和基礎設施(facilities and infrastructure,F&I)分析的培訓設備，確定后的數據將儲存于LSA數據庫中。

圖4 S系列ILS規范與S3000L的業務關系接口

為了實現S4000P的預防性維修制定和持續改進目標，LSA數據庫作為設計和開發保障資源需求的唯一信息源，必須涵蓋產品的最新狀態，即必須將產品的維護任務類型記錄作為LSA候選對象。

圖5 S系列ILS規范與S4000P的業務關系接口

S5000F是將信息在服務中的運營商/運營商和OEM或維護人員之間進行反饋[16]。在產品生命周期的運營階段，S5000F為客戶與不同ILS活動提供接口，以在統一的服務中心反饋數據。反饋數據將根據定義的時間表自動傳輸到在役數據庫或從在役數據庫反饋出去。

圖6 S系列ILS規范與S5000F的業務關系接口

為了確保ILS的有效性，保證數據的流通和反饋，S系列ILS規范數據模型中使用的數據類型需要基于ISO 10303-239 PLCS的定義。將UML類模型轉換為XML Schema進行業務對象模型之間的數據交換，進行ISO 10303-239 PLCS ed2或OASIS PLCS PSM的映射。

2 民用飛機客戶服務業務數據模型工具

2.1 UML

UML是一種廣泛使用的建模技術，不僅可以對應用程序結構，行為和體系結構進行建模，還可以對業務流程和數據結構進行建模。S系列ILS規范使用UML類模型，該模型定義了支持業務流程所需的信息(類，屬性和關系)的靜態視圖。類圖中的基本概念是一個稱為“類”的框，封裝了數據和行為。它是具有相同屬性、操作、關系、功能的對象集合的總稱。分類器給出類的名稱以及其屬性。一個類可以具有一個或多個屬性，如?key?、?characteristic?等。每個屬性都有其屬性名稱分類，數據類型，可見性和基數。當類定義的屬性列表過于復雜時，需要使用標題為?attribute Group?的類矩形屬性組。

類之間的相互關系通過關聯進行說明，關聯通常作為一個屬性進行表示。在包含的類和表示該屬性的類之間具有連接器。定向關聯是關聯中特殊的一種，2個類之間通過箭頭進行關聯，用于在2個類相關時只有引出箭頭的類明確關聯的關系。此外，類之間的單向關系通過泛化和聚合來表示。泛化表示了類與類之間是子類與父類的關系，子類引出實線連接器指向父類，即子類繼承父類定義的所有屬性和關系，并且子類可以替代父類。聚合定義了整體與部分的關系，即表示一個類是另一類的一部分。組合聚合是組合的另一種形式，其子類依賴于父類的生命周期。UML類模型的類關系具體分類如表1所示。

表1 UML類模型的關系匯總

為了定義類的功能，需要進行接口的設置。接口是對一組類的通用功能進行建模和表示不同類之間"或者"的選擇關系的方式，任何實現接口的類都必須具有該接口定義的功能，包括：屬性、關系和行為。

2.2 CDM

在S系列ILS規范中，采用UML類模型的功能單元(units of functionalities,UoF)組成了CDM,CDM是不屬于S系列ILS規范中的任何特定一個規范的模型，其涵蓋2個或多個S系列ILS規范共有的元素，每個規范僅使用CDM的一部分。

UoF定義了特定的客戶服務數據元素，并分為描述特定功能組的通用UoF和專為涵蓋特定用例而創建的UoF 2種類型，且兩者間存在重疊關系。一個UoF還可以引用其他UoF中的數據元素，以將引用的數據帶入更大的范圍中。

使用UoF的提前是明確其基本數據類型，即原語(?primitive?類)和單個類的多種屬性結合的復合屬性(?compoundAttribute?類)。在ISO 10303-239 PLCS中對S系列UoF中的原語進行了定義，S系列原語表示基本數據類型，這些數據類型決定了數據模型中所具有的屬性值的類型。此處的原語不同于其他數據模型中通常使用的單個屬性的數據類型，如整數、實數和字符串。S系列原語可以對屬性值進行擴展，以為每個屬性值記錄有價值的元數據。如隨時間記錄多個值，以不同的語言保留屬性值等。

2.3 XML Schema

XML schema定義了使用S系列ILS規范的2個系統之間通過更新消息交換的數據，以支持ILS規范業務流程。SX005G定義了用于管理通過2個系統之間的更新消息交換的數據的規則。定義為XML文檔的交換文件在S系列ILS規范中稱為消息，消息對于接收系統有2種數據，分為新的數據和已接收數據的更新。數據的變更通過UML類業務對象的動作類或標識代碼(action/crud)進行表示?？s寫crud代碼是關系數據庫應用程序中需要考慮實現的所有主要功能。首字母縮寫詞中的每個字母都可以映射到標準結構化查詢語言(structured query language,SQL)語句，如表2所示。需要注意的是接收系統負責處理發送系統創建的更新消息，如果接收數據系統的數據獨立于發送系統數據更新過程進行更新，則發送系統創建的消息(數據值或元素操作代碼)可能無效。

表2 UML類業務對象在XML Schema中的數據變更代碼

3 民用飛機客戶服務體系及業務數據模型搭建

3.1 民用飛機客戶服務體系

民用飛機客戶服務是產品研制、設計系統工程的重要部分，是先于產品交付所制定的全壽命周期保障系統?？蛻舴詹粌H可以保障產品正常使用狀態、客戶自身利益，還可以提高主制造商市場競爭力、擴大其市場份額。由于國內民用飛機客戶服務長期處于“重產品而輕服務”的狀態，沒有系統地對在役飛機的ILS規范進行研究[13]，在規范應用過程中也存在不同業務活動關聯性不強、接口關系不明確、缺乏統一的數據模型、難以進行數據交換等問題，阻礙了客戶服務各業務環節的數據流通，極大降低了產品的使用品質和客戶的自身利益。因此基于S系列ILS規范搭建合理的民用飛機客戶服務體系對我國民用飛機市場的發展具有重要意義[18]。

民用飛機客戶服務體系可分為3層：客戶服務需求、客戶服務指標和客戶服務活動。

民用飛機客戶服務的對象是客戶，客戶的需求就是客戶服務的執行指南。因此，搭建民用飛機客戶體系的關鍵在于明確客戶的需求[19]。在客戶購買飛機之前的飛機選型時，客戶的需求就已經存在，即輔助選型。選定飛機機型之后，明確飛機的價格、物流、驗收、支付方式后，向主制造商進行采購。飛機到庫后，需要客戶服務部門對飛機進行專業的組裝、調試和試飛，并對客戶進行使用培訓和維修培訓。在飛機的使用過程中，需要對飛機的運行數據進行收集、監控其運行狀態，以提供高效的維護、維修和大修(maintenance,repair and overhaul,MRO)措施。當飛機長時間運行后，需要根據客戶要求對飛機進行升級、改裝、報廢處理等售后服務。

客戶需求和多客戶的服務特征決定了客戶服務體系的頂層指標，即：全面性、通用性、高效性[17]。全面性是指客戶服務要包含產品從飛機選型開始到報廢處理全壽命周期內的活動保障?？蛻舴詹粌H服務于產品的全周期，也服務于購買飛機的全部客戶。因此，要確?？蛻舴站哂型ㄓ眯?，可同時以通用方式處理多客戶的需求。高效性是“急客戶之急”，使客戶通過快速的響應渠道及時提交服務需求[12]，客戶服務部門快速生成解決方案，對客戶需求進行分解和執行。

民用飛機客戶服務涵蓋準備、研發、制造、使用和處理整個壽命周期內的所有保障活動，其具體的客戶服務如圖7所示。

3.2 民用飛機客戶服務業務數據模型

基于S系列ILS規范、ISO 10303-239 PLCS，面向民用飛機客戶服務業務需求，使用UML語言建立UoF進行CDM的搭建。民用飛機客戶服務業務數據模型建立的步驟是：明確客戶服務的研究對象，獲得所執行的活動、活動定義及其衡量指標，確定活動的作用、屬性和關系，進行面向具體的業務場景建模。

以S5000F中CDM中的故障檢測與定位業務為例，建立面向對象的民用飛機客戶服務業務中的故障檢測與定位UoF數據模型，并進行說明解釋。

故障檢測與定位業務需要提供指定檢測設備或軟件檢測故障功能。通過選擇檢測方式，確定故障檢測方式的能力以及檢測機制，進而對故障進行檢測。檢測的對象是S5000F中CDM的另一UoF中的故障，需要檢測的是此故障的故障模式，故障原因以及故障模式影響。在以上功能說明中，可以分析出表3所示的該UoF包括5個類、3個接口、2個關聯及其功能說明，進而建立如圖8所示的故障檢測與定位UoF。

表3 故障檢測與定位UoF的說明

圖8 故障檢測與定位UoF

4 結 論

1) S系列ILS規范和ISO 10303-239 PLCS規范通過數據協同實現了對客戶的綜合后勤保障，為業務與數據之間提供了可行的通路。本文通過對上述規范的解讀，明確了后勤保障數據間的流通流程，梳理了上述國際規范間的關系，搭建了S系列ILS規范業務與業務、業務與數據、數據與數據的循環橋梁。

2) 對S系列ILS規范中所使用的業務模型語言、業務交換工具進行了詳細的說明，用以支撐民用飛機客戶服務業務數據模型。并從客戶需求、頂層指標和業務活動3個層次形成了民用飛機客戶服務體系，為現階段客戶服務提供了體系化的思想和業務指導。

3) 基于S系列ILS規范使用UML形成UoF組件面向業務的CDM，并以S5000F中CDM的故障檢測與定位UoF為例，生成了民用飛機客戶服務業務數據模型構建步驟，消除了業務與數據間的關聯阻礙，形成了利益攸關方通用的交流方式，以提升和優化現有的民用飛機客戶服務業務活動，增強客戶服務水平，實現利益攸關方的共贏。