航天的型號單位屬于知識密集型科研單位，目前，在這些單位已實現(xiàn)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)(PDM)提供產(chǎn)品全生命周期的信息管理，偏重于對產(chǎn)品開發(fā)過程的支持，缺乏對已有的設(shè)計數(shù)據(jù)的管理。而據(jù)統(tǒng)計顯示，在絕大多數(shù)新產(chǎn)品的開發(fā)中，40％ ～50％ 是重用過去已有的零部件設(shè)計，30％ 一40％只是對現(xiàn)有零部件稍作修改，而全新的設(shè)計僅占10％ ～20％。而這種全新的設(shè)計也僅是指物理結(jié)構(gòu)上的全新設(shè)計，如果從設(shè)計原理和知識的角度看，則這種零部件也是在原先積累的設(shè)計知識的基礎(chǔ)上設(shè)計的。由此可知幾乎所有的產(chǎn)品設(shè)計都可以利用已有的設(shè)計知識。因此，為了在PDM系統(tǒng)中實現(xiàn)有效的知識積累和利用各相關(guān)專業(yè)知識資產(chǎn)，促進知識創(chuàng)新，本文將探討在PDM的基礎(chǔ)上實現(xiàn)知識管理系統(tǒng)，從而實現(xiàn)知識共享，將隱性知識變?yōu)轱@性知識，將個人的知識上升為組織的知識，并且通過信息搜尋、交流等實現(xiàn)知識創(chuàng)新。
1 基于PDM的知識管理系統(tǒng)
北京神舟航天軟件技術(shù)有限公司(以下簡稱神舟軟件公司)的PDM產(chǎn)品AVIDM系統(tǒng)，管理著產(chǎn)品從需求到方案設(shè)計到詳細設(shè)計最后到交付工藝的全流程設(shè)計的過程數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)，并且AVIDM系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了跨地域跨系統(tǒng)的多層次的協(xié)同設(shè)計功能。由于相關(guān)的設(shè)計知識資源分散在AVIDM系統(tǒng)各處，甚至是多個AVIDM系統(tǒng)中，因此如果采用傳統(tǒng)的知識管理手段，即人工提交、整理、流轉(zhuǎn)知識，就需要花費大量時間和人力物力，這就很容易遇到來自內(nèi)部的阻力，很難長期執(zhí)行下去。因此，筆者在AVIDM系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，建立一個統(tǒng)一的知識管理系統(tǒng)，從而實現(xiàn)多源異構(gòu)知識資源的整合，自動采集、統(tǒng)一搜索、自動關(guān)聯(lián)、自動分類挖掘相關(guān)知識資源，實現(xiàn)知識處理過程的自動化，從而減少處理知識資源的時間、降低利用知識資源的人工成本，提高工作效率和知識決策支持水平，為知識創(chuàng)新和業(yè)務(wù)創(chuàng)新打下良好的基礎(chǔ)。
對于上述的知識管理系統(tǒng)，主要需解決以下幾個問題：
1)對于多源異構(gòu)的知識資源進行統(tǒng)一的自動化采集和整合。通過統(tǒng)一自動采集和索引手段，實現(xiàn)對多種來源、多種類型格式的信息資源，甚至是多系統(tǒng)的知識資源的整合。
2)建立分類知識庫(通用知識庫、專業(yè)知識庫、型號知識庫等)，從而實現(xiàn)知識的有效積累和共享。因此需要對AVIDM系統(tǒng)中管理的專業(yè)報告、設(shè)計文件、標準規(guī)范、專家知識等進行有效的整理和積累，實現(xiàn)按照專業(yè)的信息需求，通過關(guān)鍵詞和樣本規(guī)則的方式對各類信息進行自動分類，從而建立起有序的專業(yè)知識庫。
3)建立統(tǒng)一的搜索分析引擎，從而提高信息和知識的利用率，實現(xiàn)對跨數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)的統(tǒng)一智能搜索。通過對知識資源的統(tǒng)一自動關(guān)聯(lián)、抽取、聚合分析，從而降低設(shè)計師獲取和處理信息的時間成本。
4)將知識遷入到業(yè)務(wù)流程中，從而實現(xiàn)知識的即時推送和有效應(yīng)用。根據(jù)用戶的信息需求，自動地把有價值的信息關(guān)聯(lián)，推送到設(shè)計師手中。
為解決以上所述4個問題，筆者采用基于本體的技術(shù)構(gòu)建知識管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過提供知識獲取和知識庫的管理功能，實現(xiàn)型號研制知識的統(tǒng)一管理；并通過與實際業(yè)務(wù)相結(jié)合，提供包括知識推送、知識地圖、在線知識問答等多種知識應(yīng)用。
知識管理系統(tǒng)的總體功能結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包含兩大部分：知識獲取和知識應(yīng)用。知識獲取是指利用AVIDM系統(tǒng)中的文檔、設(shè)計數(shù)據(jù)和CAD文檔等作為知識資源，通過獲取顯性和隱性知識，構(gòu)建知識庫，并且支持知識評價、檢索、推送等知識應(yīng)用，從而實現(xiàn)跨系統(tǒng)信息檢索。知識應(yīng)用是指在系統(tǒng)的應(yīng)用層面，通過知識管理門戶、業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成插件和知識桌面應(yīng)用等工具實現(xiàn)用戶對知識的管理活動。
圖1 知識管理系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)
2 知識管理系統(tǒng)功能及關(guān)鍵技術(shù)
基于上述知識管理系統(tǒng)的功能，有幾大主要功能和關(guān)鍵技術(shù)需要實現(xiàn)和突破，主要包括知識組織、知識提取、知識檢索、知識訂閱等。
2．1 知識組織
知識組織模塊主要功能為搭建產(chǎn)品設(shè)計知識的組織體系。本系統(tǒng)采用本體技術(shù)組織相關(guān)的知識，包括構(gòu)建領(lǐng)域本體、詞典和知識目錄。其中領(lǐng)域本體是組織的基礎(chǔ)，詞典和知識目錄是領(lǐng)域本體的一種輔助形式。
本體最初是哲學(xué)領(lǐng)域的概念，后來本體在人工智能領(lǐng)域被賦予了新的定義，最典型的是Gruber給出的“本體是共享的概念模型的形式化的規(guī)范說明”。而根據(jù)本體對領(lǐng)域知識的依賴程度可以將其分為4類：頂級本體、領(lǐng)域本體、任務(wù)本體和應(yīng)用本體。其中領(lǐng)域本體是用于對特定領(lǐng)域知識的概念及其關(guān)系進行精確描述的一種專門本體。
領(lǐng)域本體包括構(gòu)建和維護兩部分。領(lǐng)域本體的構(gòu)建其目的是為了構(gòu)建一套計算機可以處理的本體描述文件，即實現(xiàn)設(shè)計知識的形式化，由于產(chǎn)品設(shè)計知識中涉及了大量的術(shù)語以及術(shù)語之間的關(guān)系，因此需要使用本體語言來對其進行清晰的、形式化的描述，本文選擇OWL DL本體語言來行領(lǐng)域本體的描述。本文中的知識管理系統(tǒng)定義領(lǐng)域本體包括概念、關(guān)系和屬性3方面內(nèi)容，對于關(guān)系，本文定義3種關(guān)系分別是類屬關(guān)系、實例關(guān)系和屬性關(guān)系。通過本體編輯工具Prot6g6提供的可視化領(lǐng)域本體構(gòu)建方法，可以實現(xiàn)領(lǐng)域本體的快速構(gòu)建。對于在構(gòu)建本體的過程中可能出現(xiàn)的概念重復(fù)、概念孤立、語義矛盾等不符合本體建模要求的情況，通過利用Protrg6自帶的檢查工具可以進行概念的唯一性、孤立性以及語義一致的檢查。
詞典可以分為專業(yè)詞典和自定義詞典兩類。其中，專業(yè)詞典是設(shè)計知識的概念的集合，可以通過領(lǐng)域本體工具直接生成。而自定義詞典則是包括設(shè)計師認為有用的而尚未被領(lǐng)域本體包含的詞匯。自定義詞典是通過設(shè)計師直接創(chuàng)建和編輯而產(chǎn)生的。專業(yè)詞典由于其詞條來源于領(lǐng)域本體，所以對于專業(yè)詞典的操作，系統(tǒng)僅支持瀏覽和查詢操作。而自定義詞典的詞條是設(shè)計師直接創(chuàng)建和編輯的，因此對于自定義詞典，系統(tǒng)支持對詞條的增刪改查操作以及對新增詞條命名一致性進行檢查。
知識目錄是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計過程中所涉及到知識建立的概念樹，其形式類似于分類結(jié)構(gòu)，其功能主要是展示領(lǐng)域本體概念的層次化結(jié)構(gòu)。知目錄的創(chuàng)建過程就是定義領(lǐng)域本體概念節(jié)點和概念層次關(guān)系的過程，知識目錄的概念節(jié)點必須具有唯一性，因此在構(gòu)建知識目錄過程中需要進行概念名稱的唯一性檢查。而對于知識目錄的維護，系統(tǒng)提供對概念節(jié)點的增刪改以及對概念層次關(guān)系的修改。
2．2 知識提取
知識提取的主要功能為從AVIDM中的各類設(shè)計文檔、技術(shù)報告等文檔中提取知識點，結(jié)合設(shè)計師的設(shè)計經(jīng)驗，形成可以共享和重用的知識，其中主要包括4個模塊：知識模板管理、知識項生成、知識項評審和知識項維護。
知識模板管理的作用為將設(shè)計知識結(jié)構(gòu)化，從而用于引導(dǎo)設(shè)計師將非規(guī)范的設(shè)計知識凝練為規(guī)范的知識項。其主要包括知識模板創(chuàng)建和維護兩種功能。由于PDM系統(tǒng)中存在不同類型、不同內(nèi)容或不同應(yīng)用的設(shè)計知識，因此要創(chuàng)建不同的知識模板，本文重點關(guān)注文檔類知識模板，設(shè)計師可以根據(jù)文檔類知識模板生成清晰簡潔的知識項。通過系統(tǒng)提供的知識模板編輯器，設(shè)計師可以快速地創(chuàng)建文檔類知識模板。知識模板編輯器主要提供知識模板字段預(yù)定義、知識描述字段配置、知識模板字段編輯、知識模板存儲等功能。知識模板維護提供知識模板的編輯、瀏覽和查看功能，但是不提供模板的刪除功能，當某個模板需要更新時，需先將舊模板置為作廢狀態(tài)，再創(chuàng)建新模板。
知識項是知識模板的實例化，是設(shè)計師從PDM系統(tǒng)中的設(shè)計文檔抽取的，結(jié)合了自身的設(shè)計經(jīng)驗，能夠共享和重用的知識點。其過程主要包括選擇知識模板，按照目錄選擇知識項的歸屬主題，基于領(lǐng)域本體生成特征詞，填寫知識項描述字段，上傳下載各種附件和對知識項內(nèi)容進行有效性檢查。
在知識管理系統(tǒng)中，知識項必須經(jīng)過審批才夠正式發(fā)布，審批包括內(nèi)容和密級兩個部分，其內(nèi)容審批主要作用是檢查知識是否正確和文字描述是否嚴謹和通順；密級審批主要是為密級管理，檢查知識的專業(yè)、密級設(shè)置得是否合理。系統(tǒng)提供兩種審批模式，分別是同步審批和獨立審批。同步審批將知識項作為PDM文檔的附件，并且按照PDM文檔的審批流程進行審批；而獨立審批將知識項作為單獨的審批對象，單獨定義并啟動審批流程，在此模式下，需要設(shè)計師預(yù)先在PDM流程板中選擇預(yù)定義的審批流程，然后指定流程各節(jié)的審批人，最后再啟動審批流程。在審批過程中，對于內(nèi)容不合格或者密級不合適的知識項，審批人員可以將其打回給設(shè)計師，在設(shè)計師修改完畢后，再次送審，通過審核的合格知識項將正式發(fā)布，供相關(guān)人員使用。
知識項維護是為了保證知識的正確性和可用性，通過持續(xù)地篩選優(yōu)良正確的知識，提出和修改錯誤的知識，從而保證知識庫的正確性，為設(shè)計師提供有價值的設(shè)計指導(dǎo)。知識項的維護主要包括知識項狀態(tài)管理和知識項版本管理。
2．3 知識檢索
知識檢索主要是支持設(shè)計師對知識進行方便快捷的應(yīng)用，其功能主要為設(shè)計師檢索知識并對檢索結(jié)果進行排序，使檢索操作便捷且符合設(shè)計師的習慣和意圖。知識檢索功能模塊可分為語義檢索和常規(guī)檢索兩種方式。
語義檢索的關(guān)鍵是基于領(lǐng)域本體知識對檢索語句進行語義解析，即從檢索意圖的角度，盡量使得檢索結(jié)果與設(shè)計師的檢索意圖保持一致。語義檢索功能主要分為以自然語言形式或關(guān)鍵詞形式進行檢索和按照知識項屬性進行檢索。前者支持設(shè)計師按照自然語言的形式直接輸入查詢語句；而后者需要設(shè)計師輸入知識項的一個或者多個屬性進行組合查詢。
常規(guī)檢索與語義檢索的區(qū)別在于，對于前者系統(tǒng)對輸入的查詢關(guān)鍵詞不進行語義擴展，只進行檢索結(jié)果與查詢關(guān)鍵詞的字符匹配。常規(guī)檢索的主要功能分為多個查詢關(guān)鍵詞組合查詢和按照知項屬性進行查詢。除此之外，常規(guī)檢索和語義檢索一樣，針對檢索結(jié)果，也能按照檢索相關(guān)度進行排序、以列表形式展示檢索結(jié)果和對檢索結(jié)果進行分頁展示。
2．4 知識訂閱
知識訂閱的主要功能是為設(shè)計師提供感興趣的產(chǎn)品設(shè)計知識。知識管理系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計師的個人訂閱信息，將符合訂閱要求的知識項推送到設(shè)計師的桌面，從而使設(shè)計師能夠及時有效地獲取個人需要的知識，即提升了設(shè)計知識的共享和利用效率。知識訂閱分為訂閱設(shè)置和知識推送兩大功能。
訂閱設(shè)置是提供給設(shè)計師向知識系統(tǒng)提交訂閱知識信息的功能。訂閱信息包括知識的主題、范圍、推送方式等。對于知識主題，設(shè)計師既可以直接按照自然語言的形式進行輸人，也可以按照關(guān)鍵詞組合的形式進行輸入。而對于知識范圍，則是指知識的專業(yè)、密級、階段等知識屬性。推送方式可選項為定時、實時等推送方式。
根據(jù)設(shè)計師設(shè)置的訂閱知識信息，當知識庫有更新的時候，知識系統(tǒng)將自動地生成符合設(shè)計師訂閱要求的知識項集合，并根據(jù)設(shè)計師選擇的推送方式，將該知識項集合推送到設(shè)計師的桌面上。
3 系統(tǒng)實現(xiàn)
知識管理系統(tǒng)是依托于神舟軟件公司的AVIDM系統(tǒng)構(gòu)建的，知識管理系統(tǒng)中的知識來源于AVIDM系統(tǒng)中所管理的設(shè)計數(shù)據(jù)，并且知識管理系統(tǒng)中管理的知識也是為設(shè)計師在AVIDM系統(tǒng)中進行產(chǎn)品設(shè)計服務(wù)的。在本文中，將知識管理系統(tǒng)定位為AVIDM系統(tǒng)整體框架下的子功能模塊，其與AVIDM的其他子業(yè)務(wù)功能模塊是平等的，并且與它們共享AVIDM系統(tǒng)中一些基礎(chǔ)的系統(tǒng)管理模塊，例如權(quán)限管理、用戶管理等。知識管理系統(tǒng)與AVIDM系統(tǒng)的功能關(guān)系為從AVIDM系統(tǒng)中現(xiàn)有的產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)中抽取知識點，并組織形成相互關(guān)聯(lián)的知識網(wǎng)絡(luò)，然后為設(shè)計師在AVIDM系統(tǒng)中進行產(chǎn)品設(shè)計時提供知識檢索和知識訂閱的功能，從而為設(shè)計師的快速設(shè)計提供設(shè)計知識支持。知識管理系統(tǒng)與AVIDM系統(tǒng)關(guān)系如圖2所示。
圖2 知識管理系統(tǒng)與AVIDM系統(tǒng)關(guān)系
整個知識管理系統(tǒng)從實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上分為4層，如圖3所示，分別為：
1)客戶界面層。該層主要作用是為用戶提供對知識管理系統(tǒng)進行訪問的友好頁面，用戶可以通過瀏覽器訪問該系統(tǒng)頁面進行組織和查詢知識數(shù)據(jù)操作。
2)業(yè)務(wù)邏輯層。該層從現(xiàn)實的業(yè)務(wù)需求中抽取出一個個獨立的抽象功能模塊，通過對具體業(yè)務(wù)進行封裝并定義對外接口，從而實現(xiàn)功能模塊的共用和功能重組。該層是整個知識管理系統(tǒng)的核心，其實現(xiàn)整個系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯。
3)支撐工具層。該層主要包括各種輔助工具功能模塊，知識管理系統(tǒng)可以根據(jù)需要定制實現(xiàn)相應(yīng)的功能。
4)數(shù)據(jù)服務(wù)層。該層主要功能是提供對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的集中存儲和訪問以及數(shù)據(jù)的處理功能，比如數(shù)據(jù)的增、刪、改、查等操作，從而保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的一致性、完整性。
本文將系統(tǒng)分成4層結(jié)構(gòu)，使得整個知識管理系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)清晰明了，各層之間相對獨立，而下層又為上層提供必要的支撐和服務(wù)。 圖4～圖6所示為知識管理系統(tǒng)的幾個典型系統(tǒng)實現(xiàn)界面，包括知識訂閱界面、新建知識項界面和新建本體知識界面。圖4為創(chuàng)建知識的典型頁面，即知識提取，系統(tǒng)中提供新建、上傳、導(dǎo)入等方式進行創(chuàng)建，并且提供11種知識模板供用戶使用。圖5為知識訂閱典型頁面，點擊“訂閱結(jié)果”，操作區(qū)就會展示與主題相關(guān)的知識項，并且可以瀏覽知識項的詳情。圖6為本體庫的典型頁面，提供本體概念和關(guān)系的管理，圖中所示為新增概念間關(guān)系的操作，系統(tǒng)提供本體概念之間的各種關(guān)系供用戶選擇使用。
圖3 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
圖4 創(chuàng)建知識的典型頁面
圖5 知識訂閱的典型頁面
圖6 本體庫的典型頁面
4 結(jié)束語
本文研發(fā)的知識管理系統(tǒng)具有以下特點：1）采用了本體技術(shù)，根據(jù)本體語言規(guī)范對產(chǎn)品設(shè)計知識進行抽取和組織；2）該系統(tǒng)基于AVIDM系統(tǒng)，所有的知識來源于AVIDM系統(tǒng)中管理的設(shè)計過程數(shù)據(jù)；3）該系統(tǒng)明確分為4層，各層相對獨立，下層為上層提供必要的支持和服務(wù)。綜上所述，知識管理系統(tǒng)通過將隱性知識變?yōu)轱@性知識，將個人的知識上升為組織的知識，從而實現(xiàn)知識共享，并且通過信息搜尋、交流等實現(xiàn)知識創(chuàng)新，從而提高航天型號產(chǎn)品的設(shè)計效率。
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