基于自组织的民用飞机备件物流保障系统研究
盛海潇
（南京财经大学工商管理学院）

摘要：本文对基于自组织的民用飞机备件物流保障系统进行了探讨，首先在对自组织物流保障系统探讨的基础上，分析了自组织系统与现有备件物流保障系统的区别，然后分析了基于自组织的备件物流保障系统的特征，即具有综合预测能力；能借助自动化工具和技术出版物，经过较少专门训练，就能够培养出高效率的系统操作和维护人员；引入联合分布式信息系统（JDIS），提供决策支持工具，并提供一种将飞机与保障基础设施衔接起来的通信网络，以提供先导式保障；具有能够对物流要求做出充分响应的一套物流基础设施，可以使航空公司满足有效出动架次率和最低费用要求。最后对该物流保障系统的两个关键核心要素——PHM和JDIS进行了探讨。
关键词：自组织   备件  物流保障系统   PHM   JDIS

自组织物流目标是设计一种先导式而非反应式的物流保障系统，以最大程度地识别问题并自主启动正确的响应。备件物流保障系统的远景构想是：建立航空公司与其供应链集成商之间的紧密合作关系，最终实现飞机运营的全球保障。该构想的实现建立在可行性、保障性和经济承受性三大方案支柱基础上。其中，经济承受性是核心，也是航空公司关注的焦点，它是通过在该系统的构建过程中对可行性和保障性构成的能力与费用之间的持续权衡过程来实现的。为了提高整体经济效益，飞机用户应与其设计生产部门一起，真正地按全系统、全寿命、全效益的管理要求，对飞机全寿命周期的各个阶段的工作统筹考虑和安排。特别是要把用户的接受、使用、维修、退役、报废等工作列为重要的日程来研究，并从源头抓起，即从论证和设计抓起。基于此，本文提出了一种基于自组织的备件物流的保障方案，并对此进行了探讨和研究，以求从经济承受性方面更好地实现备件保障方案。
一、自组织物流保障体系的概念与内涵
（一）自组织物流保障概念
自组织物流保障是一种能够模拟人的自组织神经系统指挥身体而无需被告知去做什么的智能物流保障。它具有有效的预警和健康管理机制，能准确地预测明天的需要，而且能够自己思考和行动，在决策和调配保障资源时，能获得一致的保障解和最佳的协调性，不需要技术人员在每个级别上频繁地决策和调度。
自组织物流保障体系是由装备的自诊断与物流系统和其网络化、信息化、一体化的物流保障系统密切协同、高度集成所形成的具有自组织的综合物流保障体系。
（二）自组织物流保障内涵
1、自诊断与物流系统
备件需求的自测试诊断与物流系统的功能由其自治性所决定，在自组织物流保障体系的概念中，备件需求的自测试诊断与物流除了包含一般意义上的测试性、物流性、保障性（如良好的可达性、可测试性、较高的标准化和互换性等这些定性要求以及对平均供给时间、平均预防性库存时间等这些定量要求）外，还应具备以下功能：
（1）需求监测、健康管理和预警能力。通过自身的监测装置，测试并核查系统、分系统或机场可供备件在平时和临时任务中的性能，预知系统上所发生的故障，对系统健康和使用状态进行管理、决策、调度和预测。
（2）故障诊断、隔离能力。在不依赖于其物流保障系统的条件下，可对故障进行诊断并隔离至一定水平，在自身条件允许情况下，可实施自行修复、冗余切换、降额使用等免疫行为，能迅速通知操作人员系统的故障，以便评价当前系统的执行任务能力和紧急物流能力。
（3）物流保障系统的信息沟通能力。能够将有关信息（如系统状态、故障情况、物流能力等）适时传送至物流保障系统，激励整个自组织物流保障体系实时工作，并接受和执行物流保障系统的控制调度。
（4）数据存储能力。包括任务过程、当前状况的数据的存储能力。
可见，在自组织物流保障体系中，还要更加注重系统自身具有的监测、诊断、隔离故障的能力、状态健康管理能力，强调作为物流保障体系中的一员，激励整个体系实时共同工作的能力，强调自身的冗余修复与免疫能力，强调相互间信息沟通、协同工作和接收物流保障系统调控的能力。
2、物流保障系统
在自组织物流保障体系的概念中，装备的物流保障系统是在目前的物流保障系统的基础上，加强其智能化、信息化、网络化、一体化建设，使其具备自治性和主动、精确、敏捷、协同等功能特点。
主动性指物流保障系统能够适时接收来自装备上的相关信息（如反映故障状况、工作历史等情况的综合报告），主动了解装备的健康状况，并激励和调动其资源开展先期工作。在装备到达物流基地前，物流保障系统对它的有关情况已较清楚掌握，因而可提前制定相应的物流策略、准备配套的物流器材，使物流工作先期展开，当装备一旦返回，必要的物流行为可立刻开始。
精确性指物流保障系统能够充分利用来自装备上的综合报告与物流保障系统的各种信息、资源，做到对需求的准确定位、精确筹划和使用物流保障力量，制定最优化的物流保障方案，避免物流工作的盲目性，使不合适的物流行为最小化。
敏捷性指物流保障系统能够敏捷地观察、分析、判断问题，及时、快速地提出有效的物流对策和任务决策，灵活使用物流保障力量和物流方法。对民机保障的物流请求具有高速度、高质量的响应能力，从而确保装备的安全性和较高的“再出动率”。
协同性指物流保障系统与装备、物流保障系统自身各级部门、各个物流保障单元之间有紧密的协同关系，能够面向物流任务要求，实时进行信息联络，开展物流工作，提供物流保障，达到“聚焦式保障”的要求。各物流要素共同形成一个上下结合、多边协作的综合物流保障体系。
智能化即赋予物流保障系统“智能”，通过功能强大的物流保障专家系统，使系统在实时掌握维修保障对象的各种需求的条件下，充分利用自身的各种资源，在一定程度上自动设计最佳的物流保障方案。
网络化指根据装备物流任务的要求，合理配置保障资源、优化物流结构，建立起前后连贯、层次分明、功能齐全的网络化装备保障新体系，形成上下、前后、多点、多维协调，又能互为依托的网络化物流保障格局。
信息化以信息技术为主导，以计算机网络技术和通信技术为基础，将各级物流保障部门、各种物流保障单元，甚至各地物流保障力量都置于统一的信息化网络中，实现纵横结合、多边协作，信息与资源共享和可视化。
一体化指物流保障体系面向物流任务这一根本要求，以信息化为龙头，以完善的物流保障指挥体系为中枢，对各种物流保障力量集中统一管理，将其整合成一个高度集成、高效综合的完整体系。
（三）自组织物流保障各要素间关系
自组织物流保障体系是一种智能物流保障体系。民机备件自身的状态监测和健康管理系统是其感知器官和激励源，通信系统（包括备件和物流保障服务体系及物流保障服务体系各组成部分之间的通信联络）是其神经网络，而强大的指挥调度系统、综合备件保障信息库、物流保障专家系统则是其大脑，各物流工作单元、部门、设备、工具等是其执行器官和运用工具。
二、自组织物流保障体系的结构与功能
（一）自组织物流保障体系的结构
该体系由备件需求诊断与物流系统、通信系统、备件保障系统三部分组成。
通信系统，一是备件需求自诊断与物流保障系统各部分之间的通信与信息交换，主要通过总线方式来完成；二是物流保障系统与供应商之间的通信与信息交换，主要通过卫星、微波等通讯手段，以及以总线接口方式的直接数据对接与下载等方式来实现；物流保障系统各部分间主要通过计算机网络的互联来实现。
（二）自组织物流保障体系的功能
备件需求自诊断与物流保障系统包括状态监测、故障诊断、健康管理、自组织物流等四个功能模块。通信系统的功能是确保自组织物流保障体系中各个部分之间进行正确、通畅、协调、安全的信息交流，从而实现整个物流保障体系的信息化、网络化、一体化。
物流保障系统所属机场物流保障基地和后方物流保障中心一般包括指挥通信系统、物流平台、物流人员、技术支持、备件仓库、交通运输等环节。其中，指挥通信系统主要负责整个物流基地指挥通信、物流决策、协调联络等工作；物流人员除了完成相应的物流任务外，更为重要的是实现人与机器的紧密结合；技术支持包括电子信息手册、测试规范、远程支援、网络支持、通讯支持以及综合物流保障专家系统等，其功能是使物流保障呈现出统一化、规范化、垂直化、全局化的特点；物质仓库、交通运输系统具备可视化、智能化的功能特征，从而可以大大提高备件请领、交接、储存、调拨、采购过程的时效性和准确性。
此外，系统还充分体现了“靠前物流”的思想，物流保障工作力争在第一时间并由系统自身展开和实施。调度人员是物流保障的“第二条腿”，它们的职责主要是配合机场物流基地和后方物流保障中心对备件需求进行更为复杂和深入的物流保障，并接受后方物流保障中心的指挥调度。
三、自组织物流保障体系的运行
自组织物流保障体系的运行与传统体制下的形式相比较，其突出特点一是备件需求和供给自身对物流保障任务的自发请求与响应，二是其物流保障系统对来自备件需求的自诊断与物流系统的实时自动响应与运行功能，以及两级物流体制中各成员的联合协同工作，三是大系统一体化聚焦式的实时工作模式，力求使备件保障快捷化和全局最优化。
备件的物流保障包括日常保障与临时保障两部分，系统执行任务过程中，自诊断与物流系统对备件需求进行连续的监控和测试。当被测试系统发出请求时，系统可将需求请求隔离，并将其需求部位、备件属性、数量、物流策略以及供给能力等有关信息提供给系统操作人员，提请操作人员做出物流决策。同时，可将诊断报告和物流请求通过通信系统传给所属机场物流基地，根据机场物流基地或后方物流保障中心传过来的指令信息决定自己进一步的物流行为。
基于信息与物质的流动，体系的运行可由系统自诊断、机场物流保障基地与后方物流保障中心组成的“纵向”过程和各物流成员在统一的网络化环境中共享资源、优化决策、密切协同的“横向”过程来描述。
四、自组织系统与备件物流现有保障系统的比较
现代备件物流的运作模式是各部门互相配合、协调一致。然而，当今各部门的物流保障系统仍主要是按其各自的需求配置的，每个部门独立确定保障物资种类及数量，这种各自为政的、庞大的物流方案尽管一度比较有效，但效率太低，包含许多重叠冗余，还可能带来不必要的时间滞后。另外，当今的备件物流保障系统是反应式的而非先导式的。这种类型的系统不能预期即将来临的对保障物资、人员或培训的需求。为达到可接受的能执行任务率并降低飞行中失效的风险，要求准备额外的零备件、保障设备和人员，并要求连续不断地提供这些保障物资。这种物流保障系统本身不能思考，不能自主行动，并且在做出决策和订购保障物资时需要大量劳动力，不可能将运作和维修数据转变成决策或行动，在每个约定层次上都需要强有力的人员交互作用来做出决策。
自组织系统将是一种实时、智能化的备件物流网络系统，是一种借助先进技术的全新的供应保障方案。根据这一方案，飞机的全部通用物资和维修活动都将实现自动化，从而最大程度地消除人力和人为差错。飞机的飞行数据将自动下载到一个数据库中，在这里发掘出异常数据，以便检测出现有的或迫近的故障。大多数任务和飞行关键故障将在飞机上实时检测和隔离出来，以提高飞行可靠性和安全性。另外，还能自动进行备件的订购和跟踪。此外，自组织还负责根据某一特定任务的飞行适航性来制定任务计划、制定航程计划、选拔飞行员、选择飞机。自组织这种保障方案将使航空公司有效地实现备件物流保障。
五、基于自组织的备件物流保障系统的特征分析
自组织将保障要素综合起来形成一种无间的物流保障系统，这种无间系统将使航空公司能够以最低的费用达到规定的出动架次率。自组织系统将在空运的整个周期中，提供持续有效的系统保障。信息技术和综合保障方案，结合高可靠性和稳健的预测系统，促进一种视情保障和计划的实施。开放结构将作为基本设计的一部分，在空运的整个周期内提供持续利用新兴技术的能力。这些新兴技术在降低拥有费用的同时改进飞机的可靠性，从而提高飞机的运行完好性。自组织旨在开发一种综合的备件物流保障环境，该环境具有下列四方面关键特征：
第一，具有综合预测能力、可靠性高、容易维护的智能化物流系统，以增强安全，减少虚警；改进供应链的效率，安排保障事件的进度。
第二，能借助创新的、自动化工具和技术出版物，经过较少专门训练，就能够培养出高效率的系统操作和维护人员。
第三，引入联合分布式信息系统（JDIS），提供决策支持工具并提供一种将飞机与保障基础设施衔接起来的有效通信网络，以提供先导式保障。
第四，具有能够对物流要求做出充分响应的一套精湛的物流基础设施，可以使航空公司满足有效出动架次率和最低费用要求。
六、基于自组织的备件物流保障系统的关键要素分析
基于自组织的备件物流保障系统有两个关键核心要素： PHM和JDIS。
（一）预测和状态管理系统（PHM）
在备件物流系统的设计中，对保障性因素的权衡是一个复杂的问题。例如，提高物流系统的可靠性可以减少人力和零备件需求，从而降低保障费用；而更高的可靠性意味着更高的采购费用。同样，物流系统的可靠性和航空公司出动架次率目标如果严格通过高可靠性来实现，将会使该物流系统在经济上不能承受。因此，航空公司可以借助PHM帮助实现各种目标的综合平衡。PHM是一种机载系统，它借助智能推理机并利用很少的特殊传感器，来预计、检测并隔离系统的故障。PHM完成对机载信息的监控、存储、传送以及故障的预测与诊断，使系统实现视情维修。它能确定何时以何种方式与格式将有关信息提供给系统维修人员，并确定系统的任务能力和所需的维修工作，也可向系统操作员报告系统在运行中的完好状况。引入PHM不是为了直接消除故障，而是为了了解和预计故障何时将发生，或在出现未料到的故障时触发一种简单的系统维护活动。也就是为了满足下列要求：
第一，提高航空公司出动架次率。PHM使该备件物流系统的运行能力能够充分发挥，并可以预计和延期维护活动。
第二，启动自主式物流功能。整个自主式物流链开始于飞机PHM系统预计或诊断事件，这些事件触发物流响应。
第三，降低系统寿命周期费用。PHM可以消除虚警及不必要的拆卸，可以开发和融合所有可获得的数据资源，将故障准确隔离到单个LRU或LRM，以缩短系统修复时间。
第四，缩小后勤规模。PHM可以在减少测试和保障设备、减少人力和备件等方面发挥作用，使航空公司的后勤规模缩小。
第五，触发系统重构以满足运行可靠性。PHM可以保证系统选择其最佳任务构型。
第六，推动视情维修。PHM便于消除计划维修，代之以满足航空公司的使用与保障费用目标所必需的视情维修。
第七，提供先进的现场诊断及测试。PHM通过对系统当前和未来状态的准确、及时的分析，从而减少所需的装置，降低了维修人员的培训费用。
为了满足上述要求，PHM采用先进的传感器，并借助各种算法和智能模型来预测、监控和管理物流系统的工作状态。整个物流系统的PHM系统由下列智能化实时监控系统构成：
 
物流系统的系统管理器将上述各监控系统的信息综合后，传给JDIS，据此来判断系统的安全性，安排物流任务，实施技术状态管理，更新物流的状态记录，调整使用计划，生成系统工作项目，以及分析整个系统的状况。
总之，将PHM设计到备件物流系统中，一是为了借助它来有效地减少或消除对系统的维护工作；二是为了提供一种目前由维修人员（尤其是要求经诊断技能或专家训练的维修人员）来执行的功能；三是为了便于将某些不重要区域的维修活动推迟到适当的时机进行；另外，为了使自主式物流保障方案开始工作，必须发出一个激励来触发该系统，PHM系统就是自组织系统的触发器。
（二）联合分布式信息系统（JDIS）
JDIS是向航空公司提供使用该物流系统所必需的信息的一种电子化环境，是自组织方案的神经中枢。JDIS旨在将来自PHM的物流状态信息与来自航空公司数据库的信息，以及来自供应链各部门的信息综合在一起，并按照所要求的任务用途将调度员的意图输入。这种信息融合方式使JDIS可以提出有关措施和建议，而非仅仅是数据。JDIS具有通信、数据库管理和运营管理三项主要功能，它作为航空公司、物流人员和其他供应链成员之间的信息通道，使他们可以充分利用信息来优化物流部署。
　　JDIS的输出包括： 库存信息、供应链管理信息、 运输信息、飞机可用性数据预测、资源最佳利用建议、物流活动安排管理等。JDIS作为实时的信息通道，使物流系统在整个周期内的运营活动得以及时、顺利地实施。
七、总结
自组织系统的所有要素都是构成完整的备件物流保障系统的一部分，该保障系统负责管理物流部署，以确保对系统的监控能力，从而确保物流系统能够支持管理人员意图的实现。为支持航空公司物流系统的运作，自组织系统还能够与供应链上游和下游的物流系统交互使用。总之，自主式物流的每个要素对于实现该保障方案及其效益都是至关重要的。

参考文献：
1．张宝珍．21世纪的保障方案--JSF的自主式后勤．中国航空信息网。
2．姜云春.装备自治性维修保障概念与体系研究. 中国机械工程第15卷第5期2004年3月上半月。
3．陶莹．电子商务环境下航空企业物流问题的研究．江苏航空2004（4）-10-12。
4．安治永．射频识别系统的关键技术及在物流管理中的应用．航空维修与工程2005年3期。
5．胡国丹．备件物流供应链的信息透明化．软件世界 2005．1。
6．杜亚江．备件物流系统的监控及网络通信系统的实现．兰州交通大学学报（自然科学版）2005年2月。
7．高松．中国备件物流企业的战略选择和业务模式．物流时代 2005年第11期。

(本文参加了第五次中国物流学术年会论文评审工作）