源数据是飞机产品设计制造过程中所产生的产品数据的总称,包括项目计划、技术文档、图纸模型、技术规范以及其他各种文档文件,数量庞大且种类繁多.源数据是飞机设计制造所产生的原始数据资料,也是技术出版物内容的直接来源.技术出版物的编制过程即是对源数据进行加工和合理结构化的过程.
由于民用飞机的设计制造是一个动态过程,需要不断验证设计合理性及客户市场需求,因此对产品的修改是必要的.若产品发生修改,技术出版物内容便会和产品真实数据脱节.技术出版物的维护即是为保证技术出版物与产品真实数据一致性,根据源数据更改通知更新技术出版物的活动.由于源数据间所包含的产品数据不同,在技术出版物业务中的使用能力也不同,因此源数据具有价值差异性,即其对技术出版物的影响(包括数据影响和业务影响)能力存在差异,称为影响度.若源数据包含飞机运行和维修的关键数据,或在技术出版物体系中的使用量大、范围广,则该源数据影响度相对较高.此类源数据一旦发生更改,如果不能及时执行维护流程就会使得大量技术出版物部分信息失效,直接影响飞机的正常使用.因此研究源数据的影响度,并判断对应的维护流程执行优先级是必要的.
目前,国外的大型民用飞机制造企业已建立起较为完备的技术出版物服务体系,业务活动严格执行S1000D、ATA等国际标准,并对技术出版物业务的核心数据库——公共源信息库(Common Source Data Base,CSDB)进行数据的存储和使用优化研究.而在技术出版物维护业务的前端,源数据的更改通知以更改通知包的形式被接受,一个更改通知包中可能包含多个不同源数据的更改信息.更改通知包经相关业务人员进行初步影响度分析后将正式进入维护流程,因此不同源数据是否具有正确的维护流程执行优先级很大程度上取决于业务人员的工作素养和能力,在此基础上可能出现源数据不具有维护流程执行优先级或优先级错误.我国的民用飞机制造企业建设比国外起步晚,而且一部分企业从军用飞机生产转型而来,缺少商业服务意识,对标准的解读和实施还不够深刻[3].因此国内的民用飞机制造商在技术出版物服务上,工作重心还在于业务体系的建立完善和业务流程的规范化,并对业务相关数据进行有效存储、管理和使用,在源数据影响度分析方面使用与国外相同的人工判断法.
本文提出的源数据影响度分析模型,通过分析源数据和技术出版物的业务关系,定义了描述源数据对技术出版物影响度的评价指标体系,并采用层次分析法(AHP)建立源数据影响度值的计算方法,以此作为对应维护流程执行优先级的判断依据.与目前使用的人工判断法相比,使用层次分析法的影响度分析模型将定性的影响度转化为可衡量的量值,在技术出版物维护中摆脱了维护优先级判断对业务人员素质和能力的依赖性,减少业务出错;同时影响度分析模型具有良好的系统化能力,可与技术出版物编制管理系统结合,有效辅助业务活动执行.
1 技术出版物的业务流程技术出版物业务是根据民用航空标准或客户需求,在满足标准业务规则[4]的条件下利用飞机产品设计和制造过程所产生的源数据编制和维护飞机技术出版物的活动,其中最重要的是编制和维护两大流程.在这两个主要业务流程中,源数据均为很重要的组成部分,其不仅是业务开展的基础数据,也是技术出版物内容的主要来源.技术出版物的业务流程分析既能够了解源数据和技术出版物的组成及使用关系,同时也能够明确源数据更改对技术出版物的影响过程及影响方式,便于后续源数据的影响度分析.
技术出版物的编制是一个消耗较多资源并且业务时间集中的过程,其需要严格按照国际通用标准从数量巨大的源数据中寻找、分析和获取技术出版物必要的输入数据,并采用结构化语言[5](SGML或XML)将源数据信息处理为最小独立信息单元——数据模块(Data Module,DM)[6],对数据模块进行结构编排后最终形成可用的技术出版物.技术出版物的编制流程包括:
1) 接受技术出版物编制任务并进行源数据分析,明确技术出版物的数据模块需求.
2) 根据源数据分析结果,采用结构化语言编写数据模块,并建立数据模块与源数据的使用关联.
3) 对数据模块进行结构编排后输出和发布技术出版物[7].相较而言,技术出版物的维护流程则在飞机产品全寿命周期内开展.飞机产品的复杂性和客户需求的修正更新等因素使得在飞机产品的全寿命周期内都有可能出现产品更改需求.一旦飞机产品发生更改,相应的源数据将不再适用,已发布的技术出版物其正确性和有效性都将受到影响.因此,技术出版物的维护流程是接受产品更改需求并更新技术出版物相应内容,以保证技术出版物与飞机产品真实数据一致性的活动.技术出版物的维护流程包括:
1) 下发源数据更改通知,查找分析和变更源数据具有使用关联关系的数据模块.
2) 下发数据模块更改通知,相应数据模块主编完成对受影响数据模块的内容更新.
3) 提交更新后的数据模块,对受影响技术出版物整理并重新发布.
依据以上分析结果,可以得出源数据、数据模块和技术出版物的结构关系图,如图 1所示.
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| 图 1 源数据、数据模块、技术出版物结构关系Fig. 1 Structural relationship of source data,data module and technical publication |
| 图选项 |
技术出版物业务流程分析的目的是通过分析业务开展过程中源数据和技术出版物的作用关系,提出并指标化能够全面描述源数据对技术出版物影响度的关键因素集,包括源数据与技术出版物的使用关联强度、源数据引起的业务工作量等.在该原则下,本文提出并定义了4个描述源数据影响度的评价指标.
定义1 源数据更改频率定义为单位时间内源数据的更改频数.源数据的更改频率决定由其响应的技术出版物维护流程数量,是对源数据引起的业务工作量的描述,标记为C.
定义2 关联数据模块数量定义为与该源数据具有使用关联关系的数据模块数量.该指标是对源数据使用重要度和更改维护工作量的综合描述,标记为M.
定义3 关联技术出版物数量定义为与该源数据具有使用关联关系的技术出版物数量.其在技术出版物层次上宏观地反映出源数据使用重要度和影响范围,标记为T.
定义4 技术出版物平均价值定义为该源数据所影响的技术出版物平均价值.不同技术出版物因其使用对象和范围不同[8],其编写质量和使用价值将存在差异.该指标是对源数据关联的技术出版物重要程度的综合描述,标记为V.
某源数据的技术出版物平均价值定义为
式中:v为该技术出版物平均价值;n为技术出版物体系根据使用价值差异划分的子类型数量;vi为第i个子类中技术出版物的单位价值;xi为与该源数据关联的第i个子类中技术出版物的数量.
源数据影响度评价指标确定后,按照层次分析法的使用要求,需根据各指标间的逻辑关系建立层次化的指标体系结构,为源数据影响度的层次分析做好准备.
2 源数据影响度模型层次分析法是美国运筹学家Saaty于20世纪70年代中期提出的一种系统分析方法,它是一种将定性与定量分析方法相结合的多目标决策分析方法[9].该方法的主要思想是通过将复杂问题分解为若干层次和若干因素,并通过判断矩阵计算不同指标的相对权重,最终得到目标的综合评价结果.由于可以将人的经验判断转化为定量的数值参与分析计算,因此层次分析法对解决多目标、多指标或无结构形态的复杂决策问题具有极大优势[10, 11].
基于层次分析法的源数据影响度模型通过建立全面描述源数据对技术出版物影响性的评价指标体系并合理分配权重系数,采用源数据历史统计数据,计算得到量化的源数据影响度值.由源数据影响度值即可在源数据维护流程中判定更改优先级,避免因源数据的无优先级处理导致技术出版物重要数据的延滞维护;随着影响度值的不断更新,还可从数据变化趋势分析源数据影响度稳定性及源数据编制是否合理等;同时源数据的影响度值可供查询,优化技术出版物业务流程,提高企业的技术出版物服务能力.
源数据影响度模型建立的具体步骤[12]如下.
步骤1 建立指标层次结构.层次结构一般分为目标层、准则层和指标层.本文建立的源数据影响度指标层次结构如图 2所示.
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| 图 2 源数据影响度指标层次结构 Fig. 2 Hierarchy structure of influence degree of source data index |
| 图选项 |
步骤2 通过采集专家数据构造指标体系各层次判断矩阵.
步骤3 计算各指标权重系数并进行矩阵一致性检验.
步骤4 遵循符合人的认知规律和习惯、满足技术出版物业务现状和便于影响度分析模型的建立3个原则定义出源数据影响度最大值,并根据权重系数分配各指标影响度最大值.
设源数据影响度最大值为Imax,权重系数矩阵W=[wC,wM,wT,wV],各指标影响度最大值矩阵B=[Cmax,Mmax,Tmax,Vmax],则
步骤5 定义各指标原始数值到影响度数值的转换函数.各指标的原始数值度量方法和量纲均不同,因此需定义计算方法将指标的原始采集数据处理为影响度值.设各指标原始采集数值构成矩阵s=[c*,m*,t*,v*],各指标最终影响度值构成矩阵E=[c,m,t,v],定义一个转换函数F使得
矩阵E中各元素需满足条件:
步骤6 计算源数据影响度值并等级化.源数据影响度值为各指标影响度值之和.定义源数据影响度值为i,则有
i满足条件i≤Imax.
可以根据业务经验将影响度值划分为若干区域,对各区域分别定义影响度等级,并采用适合判断的色块作为标志.
源数据影响度模型构建流程如图 3所示.
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| 图 3 源数据影响度模型构建流程 Fig. 3 Establishing procedures for influence degree model of source data |
| 图选项 |
3 实例分析以某民用飞机制造企业所承担的某型号民用飞机技术出版物业务为分析对象,其基本业务流程满足本文的分析结果.根据源数据影响度的层次分析法,建立评价指标体系的层次结构:
1) 目标层.
源数据影响度L.
2) 准则层及指标层.
L={源数据更改频率L1,关联度L2,技术出版物平均价值L3}
L2={关联数据模块数量L21,关联技术出版物数量L22}
通过采集该技术出版物业务部门专业工作人员判断数据,使用常用的1~9标度法[13],构造评价指标体系各层次判断矩阵,如表 1和表 2所示.
表 1 L层判断矩阵Table 1 Judgment matrix of level L
| L | L1 | L2 | L3 |
| L1 | 1 | 1/2 | 5 |
| L2 | 2 | 1 | 5 |
| L3 | 1/5 | 1/5 | 1 |
表选项
表 2 L2层判断矩阵Table 2 Judgment matrix of level L2
| L2 | L21 | L22 |
| L21 | 1 | 5 |
| L22 | 1/5 | 1 |
表选项
通过计算判断矩阵的最大特征值和对应特征向量可以确定各层评价指标间的相对权重系数.定义矩阵最大特征值为λmax,其对应的特征向量为φ,得到:λmax(L)=3.054,φL=[0.528,0.839,0.133]T,λmax(L2)=2,φL2=[0.981,0.196]T.进行矩阵一致性检验,得到:一致性指标CI(L)=0.027,随机一致性指标CR(L)=0.047<0.10;CI(L2)=0,CR(L2)不需计算.由此证明各层评价指标间的相对重要性判断是合理的.
对各层判断矩阵的特征向量进行处理,得到源数据影响度评价指标体系权重系数，见表 3.
表 3 源数据影响度评价指标体系权重系数Table 3 Weight coefficients of evaluation index system of source data influence degree
| 指标层次 | 指标名称 | 权重系数 |
| 目标层 | 源数据影响度 | 1 |
| 源数据更改频率 | 0.35 | |
| 准则层及指标层 | ||
| 关联数据模块数量 | 0.46 | |
| 关联技术出版物数量 | 0.10 | |
| 技术出版物平均价值 | 0.09 |
表选项
由表 3可以得出结论:源数据影响度的主要指标为关联数据模块数量,次要指标为源数据更改频率,而关联技术出版物数量和技术出版物平均价值对源数据影响度的贡献很小.
定义源数据影响度最大值Imax为100,则各评价指标的影响度最大值可由权重系数进行分配,如表 4所示.
表 4 指标影响度最大值分配Table 4 Distribution of the maximum of influence degree of indexes
| 评价指标 | 影响度最大值 |
| 源数据更改频率Cmax | 35 |
| 关联数据模块数量Mmax | 46 |
| 关联技术出版物数量Tmax | 10 |
| 技术出版物平均价值Vmax | 9 |
表选项
定义各指标原始数据到影响度值的转换函数时,可采用较简单的方法:对各指标的原始数据定义阈值,若原始数据超过阈值,则该指标影响度取最大值;若原始数据在阈值以下,则定义正比例函数计算影响度值.对4个评价指标的转换函数定义如下.
1) 源数据更改频率.
源数据更改频率规定为根据历史数据计算的年平均更改次数,定义其阈值为10,则转换函数定义为
2) 关联数据模块数量.
定义关联数据模块数量指标的阈值为100,其转换函数定义为
3) 关联技术出版物数量.
定义关联技术出版物数量指标的阈值为20,其转换函数定义为
4) 技术出版物平均价值.
要定义技术出版物平均价值指标的转换函数,需首先根据定义4)将飞机技术出版物体系按照重要性划分子类.某型飞机的技术出版物体系共包含46份技术出版物,对其划分并定义单位价值如表 5所示.
表 5 某型飞机技术出版物体系分类及价值定义Table 5 Classification and definition of value for technical publications system of certain aircraft
| 技术出版物名称 | 重要等级 | 单位价值 |
| 飞机维修手册,故障隔离手册,线路图册,系统原理图册,飞机图解零件目录,飞行机组操作手册,重量平衡手册,维修计划文件…… | 高 | 5 |
| 消耗品手册,部件维修手册,工具和设备手册,标准件手册,辐射性及有害元件清单…… | 中 | 3 |
| 供应商信息手册,乘客安全须知…… | 低 | 1 |
表选项
定义技术出版物平均价值的阈值为4.5,则转换函数定义为
将各指标的原始数据代入转换函数计算并求和,即可得到该源数据的影响度值.考虑到源数据的影响度值介于0~100之间,可将该区间划分为4个等级,每个等级对应不同的影响度值域,实现源数据的影响度等级化,如表 6所示.
表 6 源数据影响度等级化定义Table 6 Level definition for influence degree of source data
| 影响度值i | 等级 |
| i≥80 | 1 |
| 80>i≥60 | 2 |
| 60>i≥40 | 3 |
| i<40 | 4 |
表选项
表 7给出了两份源数据样本α和β各指标原始数据
表 7 源数据样本各指标原始数据Table 7 Raw data of indexes of source data samples
| 源数据样本 | α | β |
| 源数据更改频率 | 2 | 7 |
| 关联数据模块数量 | 32 | 81 |
| 关联技术出版物数量 | 10 | 6 |
| 技术出版物平均价值 | 4.2 | 3.0 |
表选项
将源数据样本的原始数据代入影响度模型计算,可得到样本α和β的影响度分析结果,如表 8所示.
表 8 源数据样本影响度分析结果Table 8 Results of influence degree of source data samples
| 源数据样本 | α | β |
| 影响度值 | 35.12 | 70.76 |
| 影响度等级 | 4 | 2 |
表选项
样本α和β的指标对比雷达图可以直观地反映出两个样本的各指标值分布情况及相对大小[14],如图 4所示.
 |
| 图 4 样本α和β的指标对比 Fig. 4 Index comparison between sample α and β |
| 图选项 |
通过源数据的影响度分析可以更加清楚地了解源数据样本对技术出版物的量化综合影响度及其主要影响因素,使得业务人员对源数据维护优先级做出正确判断,优化技术出版物业务流程并提高企业的技术出版物服务能力.从以上分析结果可以得出结论:
1) 样本β的影响度值远远高于样本α,因此具有较高维护优先级.
2) 样本β的更改频率高于样本α,因此单位时间内β引起的维护业务数量显著多于α.
3) 样本β的关联数据模块数量高于样本α,但关联技术出版物数量却少于样本α,因此样本β参与编制的技术出版物内容多于样本α,但在技术出版物体系中的分布范围较小.
4) 样本α的技术出版物平均价值高于样本β,因此α参与编制的技术出版物在飞机的使用和维修中具有更重要的参考价值.此外,还可以从源数据的指标值随时间的变化稳定性及时发现源数据编制和使用存在的问题,减少业务活动漏洞.若源数据的更改频率波动较大或持续居高,则说明源数据维护频繁且处于失控状态,源数据内容结构制定可能不合理,甚至涉及飞机设计制造问题;若源数据关联数据模块数量和关联技术出版物数量不稳定,则说明对该源数据的使用缺乏合理定位和规划,具有盲目性;若源数据参与编制的技术出版物平均价值具有较大变动,则说明源数据在飞机运营阶段的使用价值仍有待分析验证.
目前民用飞机的技术出版物业务已实现网络化和系统化[15, 16].在工程实际中,源数据的影响度模型可与技术出版物编制管理系统结合,辅助技术出版物业务展开活动,如图 5所示.源数据的影响度模型定期从技术出版物编制管理系统获取各指标原始数据进行计算分析,输出结果保存入数据库或对数据库历史数据更新;一旦技术出版物业务产生需求,即可从数据库中调用或查询源数据影响度信息.
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| 图 5 影响度模型的工作方式 Fig. 5 Working mode of influence degree model |
| 图选项 |
4 结 论1) 基于层次分析法的源数据影响度模型采用综合评价方法定量确定了源数据的影响度,为源数据的维护优先级判断提供了可信依据,避免了技术出版物重要内容维护延迟的问题;对源数据业务信息实现了有效管理和监控,优化了技术出版物业务工作流程;可以从源数据影响度的稳定性发现飞机设计制造阶段的隐藏问题,辅助飞机的维修管理.
2) 基于层次分析法的源数据影响度模型由于评价指标数据均可由计算机自动获取,因此避免了人工对数据的处理和维护;同时模型的建立具有一定自由度(如指标转换函数的定义),能够适应不同型号民用飞机的实际状态,具有良好的推广性.
3) 由于模型的评价指标权重系数通过采集专家数据获得,因此受制于专家的主观判断,同时转换函数矩阵的定义需结合源数据的使用现状和技术出版物业务具体要求,因此模型的数据获取方法仍需进一步研究.
致谢 感谢中航通用飞机有限责任公司提供某型飞机技术出版物编制规范及相关信息.
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