關(guān)于箭體結構設計知識管理平臺探究論文
1引言
近30 年，企業(yè)領(lǐng)域和學(xué)術(shù)領(lǐng)域越來(lái)越重視知識管理，對知識管理的研究越來(lái)越多，范圍越來(lái)越廣[1-18]。中國運載火箭技術(shù)研究院箭體結構設計經(jīng)過(guò)50 年的發(fā)展，已經(jīng)積累了豐富的知識資源，建立了較為完善的設計師隊伍與研發(fā)流程。但是，箭體結構設計在知識管理方面還存在一些不足: 設計知識缺乏科學(xué)管理，設計師之間不能共享知識; 新設計師成長(cháng)速度慢，對經(jīng)驗豐富的設計師依賴(lài)較大; 相同設計知識的設計數據格式多樣，相互之間難以轉化; 箭體設計流程分為多個(gè)設計階段，但每個(gè)設計階段對設計知識需求的側重點(diǎn)不同，造成知識推送困難。本文針對箭體結構設計的現狀，研究箭體結構設計知識管理平臺，實(shí)現設計知識的分類(lèi)、共享、重用和推送，以提高設計效率，為提升設計能力，推動(dòng)創(chuàng )新奠定基礎。本文的主要創(chuàng )新點(diǎn)體現在: 針對箭體設計知識的特點(diǎn)詳細介紹了顯性知識挖掘技術(shù)、隱性知識挖掘技術(shù)和設計知識檢索技術(shù)。
1 箭體結構設計知識管理平臺關(guān)鍵技術(shù)
1. 1 顯性知識挖掘技術(shù)按照箭體設計知識的特點(diǎn)可以分為顯性知識與隱性知識，這2 類(lèi)知識都蘊含價(jià)值，能指導設計者設計箭體。顯性知識是指能以標準、規范、規律、公式等形式存在的知識。顯性知識是設計領(lǐng)域的專(zhuān)家對設計知識的總結，設計者通過(guò)顯性知識可以得到直觀(guān)的設計方法，并能得到相對一致的設計結果。設計流程知識封裝是指將箭體設計過(guò)程中涉及的各類(lèi)知識以其合適的方式進(jìn)行存儲和管理，提供相應的訪(fǎng)問(wèn)方式，使孤立的設計知識描述成為可被利用的箭體設計知識。知識的存儲方式可以分為結構化存儲與半結構化存儲。結構化存儲能充分發(fā)揮知識的內在，有效管理設計知識，提供方便的調用方式。半結構化存儲管理蘊含設計知識的實(shí)例，提供有效的檢索方式供設計者查詢(xún)，設計知識由設計者抽取。本文所闡述的結構化存儲的形式主要包括: 利用數據庫表關(guān)系存儲、利用本體語(yǔ)言在文本中存儲。半結構化存儲的形式主要包括: 數據庫中存儲的二進(jìn)制文件、磁盤(pán)實(shí)體文件、各種軟件工具。
不同形式的知識封裝方式，對應有其合適的調用方法。通過(guò)對箭體設計知識的封裝，實(shí)現了設計知識的可用性、積累性、共享性和交流性。例如文本文檔類(lèi)設計知識主要按照設計階段、學(xué)科類(lèi)型、適用范圍、適用角色4 個(gè)角度進(jìn)行劃分，并形成4 個(gè)方面的“知識標簽”。由各個(gè)科室、小組的專(zhuān)家將多年積累的設計手冊、設計經(jīng)驗總結文檔、典型設計方法文檔貼上知識標簽放入數據庫集中管理，形成可被關(guān)鍵字檢索的知識元素。對該類(lèi)設計知識元建立其使用頻率指標項、使用評分項。從平時(shí)使用的頻率和反饋效果中挖掘知識。這類(lèi)應用廣泛見(jiàn)于科技論文的知識挖掘，通過(guò)被引用頻次來(lái)顯示論文的價(jià)值。文本文檔類(lèi)設計知識挖掘如圖1 所示。圖1 文本文檔類(lèi)設計知識挖掘1.2 隱性知識挖掘技術(shù)隱性知識主要是指難以表達的、隱含在設計過(guò)程和設計方案中的設計知識。隱性知識蘊含在以往設計案例或者專(zhuān)家的頭腦中，其中設計經(jīng)驗知識無(wú)法抽取。
設計者通過(guò)隱性知識只能得到類(lèi)似成功案例的設計結果，結合設計者對隱性知識的判斷才能得到設計方法，設計結果也難以一致。由于隱性設計知識難于總結抽取，所以只能以設計實(shí)例的形式存儲，讓設計者從成功實(shí)例中借鑒設計知識。
設計實(shí)例的表現形式主要是各種磁盤(pán)文件，主要是各個(gè)設計學(xué)科中的設計流程、模型文件、視頻、音頻等多媒體文件等。作為結構設計，主要是二維和三維的 CAD 模型。為了驗證設計結果是否滿(mǎn)足性能要求，需要建立多個(gè)學(xué)科仿真分析的 CAE 模型。另外，為了直觀(guān)表達設計結果，與這些多學(xué)科設計模型相關(guān)的有視頻、動(dòng)畫(huà)和音頻文件等作為輔助。對于設計活動(dòng)中使用的 CAD 設計模型，通過(guò)幾何特征識別算法獲取該設計對象的結構特征，以其中有代表性的典型結構特征作為“對象標簽”; 以 CAD模型的幾何參數列表為“參數標簽”; 模型中其它物理屬性作為“物理標簽”; 將產(chǎn)品裝配體中各零組件之間的裝配約束關(guān)系作為“關(guān)系標簽”。挖掘對應不同型號的各零組件的參數組合規律。
對于設計活動(dòng)中使用的. CAE 分析模型，將前置處理參數、邊界施加條件作為模型的“參數標簽”; 以分析結果差異作為“關(guān)注標簽”; 以該模型的優(yōu)化目標作為“對象標簽”。對比相同“對象標簽”條件下，不同“參數標簽”設置下“關(guān)注標簽”的變化，挖掘出CAE 分析模型關(guān)聯(lián)的分析結果規律。其中前置處理中需要用到顯性知識( 例如材料參數) 的地方建立隱性知識與顯性知識之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以通過(guò)隱性知識檢索到顯性知識，形成多級知識挖掘機制。CAE模型知識挖掘如圖2 所示。圖2 CAE1.
2設計知識檢索技術(shù)設計知識
檢索包括基于編碼的知識檢索和基于知識引導的多視圖設計知識檢索�；诰幋a的知識檢索: 本平臺為每個(gè)知識進(jìn)行編碼，由于箭體的設計過(guò)程相對固定，將知識按照型號、流程、活動(dòng)進(jìn)行編碼。編碼結構包括型號、流程、活動(dòng)、流水碼，其編碼結構示意圖如圖 3 所示。型號給予6 位編碼。因設計流程只包括方案階段設計流程、初樣階段設計流程、試樣階段設計流程和定型階段設計流程，流程位給予1 位編碼。每個(gè)設計流程又包括若干活動(dòng)，這些活動(dòng)包括順序進(jìn)行的活動(dòng)和并行的活動(dòng)，活動(dòng)位給予4 位編碼，順序進(jìn)行的活動(dòng)給 2 位編碼，并行活動(dòng)給 2 位編碼。如圖 4 所示，活動(dòng) 1 和 2為并行活動(dòng)，其活動(dòng)位高位編碼相同; 活動(dòng) 3 和活動(dòng)4 為順序進(jìn)行的活動(dòng)，其高位編碼不同。按上述編碼規則，活動(dòng)1 編碼為“0101”，活動(dòng) 2 編碼為“0102”，活動(dòng)3 編碼為“0201”。流水碼給予4 位編碼。圖 3 知識編碼結構圖4 流程活動(dòng)基于知識引導的多視圖設計知識檢索: 根據設計要求，從功能、結構、用途、特征等檢索參數中提取關(guān)鍵參數作為索引項，利用功能視圖檢索、基于情景的設計知識檢索等多種設計知識檢索策略，將檢索詞和設計知識匹配，依據相應的排序算法，按照相關(guān)度高低找出最佳相似或前 n 個(gè)相似的知識條目。用戶(hù)在檢索設計知識時(shí)，若熟悉編碼規則以及設計任務(wù)的型號，設計流程和活動(dòng)，可采用基于編碼的知識檢索方法; 若想通過(guò)關(guān)鍵詞檢索到設計知識可通過(guò)基于知識引導的多視圖設計知識檢索方法。2 箭體結構設計知識管理平臺的體系結構箭體結構設計知識管理平臺系統架構如圖 5 所示，從縱向看，分為知識管理模塊、知識推送模塊、流程管理模塊、系統管理模塊。
知識管理模塊負責知識的新建更新等; 知識推送模塊負責知識檢索和向用戶(hù)推送合宜的知識; 流程管理模塊負責流程的新建、更新與發(fā)布等功能; 系統管理模塊包括型號管理、用戶(hù)管理、機構管理、角色管理等。從橫向看，分為交互操作層、業(yè)務(wù)邏輯層和數據存儲層。交互操作層是用戶(hù)與平臺交互信息的窗口，實(shí)現數據的錄入、修改、刪除、查詢(xún)、統計等; 業(yè)務(wù)邏輯層是平臺的核心，實(shí)現知識的業(yè)務(wù)邏輯處理，設計流程維護和系統管理; 數據存儲層主要為平臺提供基礎支持，由知識索引數據庫、用戶(hù)數據庫、動(dòng)態(tài)數據庫和文件數據庫等幾部分組成，主要負責數據的存儲、查詢(xún)和備份，維護數據的一致性和安全性。圖5 箭體結構設計知識管理平臺體
3 箭體結構
設計知識管理平臺的功能模型箭體結構設計知識管理平臺功能模型如圖 6 所示，包括知識管理、知識推送、流程管理、任務(wù)管理和系統管理等。知識管理模塊為本系統提供知識管理功能。知識新建: 創(chuàng )建新知識，定義知識的相關(guān)屬性; 知識更新: 對需要更新的知識進(jìn)行更新; 知識標簽: 以標簽的形式顯示知識; 熱門(mén)知識應用: 以列表的形式展現常用的知識。
知識推送模塊包括主動(dòng)推送和被動(dòng)推送，主動(dòng)推送包括維護用戶(hù)使用列表，即對用戶(hù)在箭體結構設計活動(dòng)中使用過(guò)的知識都記錄并保存。被動(dòng)推送即用戶(hù)輸入需要檢索的知識的關(guān)鍵字，檢索出相似程度高、可供參考的知識。流程管理模塊包括流程新建、流程查詢(xún)、流程查看。流程新建: 按照流程階段( 包括方案設計階段、初樣設計階段、試樣設計階段、定型設計階段) 創(chuàng )建流程，定義流程的相關(guān)屬性; 流程查詢(xún): 根據型號、流程階段、創(chuàng )建者、流程名稱(chēng)、流程編號等查詢(xún)條件查詢(xún)流程，展現流程列表; 流程查看: 查看設計流程的基本信息和當前的狀況;任務(wù)管理模塊包括任務(wù)查看、任務(wù)接受和任務(wù)執行。任務(wù)查看: 查看待執行的任務(wù)，按照型號和設計階段對任務(wù)進(jìn)行分類(lèi)管理; 任務(wù)接受: 接受要執行的任務(wù); 任務(wù)執行: 執行任務(wù)并反饋任務(wù)執行的情況。系統管理模塊提供該系統的維護等功能，包括型號管理、機構管理、用戶(hù)管理和角色管理。
4 箭體結構設計
知識管理平臺的實(shí)現開(kāi)發(fā)的箭體結構設計知識管理平臺中“設計任務(wù)提交”頁(yè)面如圖7 所示。頁(yè)面左上方是關(guān)于啟動(dòng)各項相關(guān)軟件的按鈕。右邊顯示的是用戶(hù)可以提交完成該項任務(wù)過(guò)程中所用到的知識以及任務(wù)的解決方案，在保存之后同時(shí)推送到下一階段的已提交知識列表中。確定信息無(wú)誤后，點(diǎn)擊“提交任務(wù)”按鈕，任務(wù)名稱(chēng)將會(huì )展現在用戶(hù)已完成的任務(wù)列表中。
5 結束語(yǔ)
箭體結構設計部門(mén)最大的特點(diǎn)是設計知識種繁多、內容量大，不僅包括標準件、型材、材料、設計規范等顯性設計知識，還有設計者在長(cháng)期探索實(shí)踐中所積累的隱性經(jīng)驗知識。針對中國運載火箭技術(shù)研究院箭體結構設計現狀，研究并開(kāi)發(fā)了箭體結構設計知識管理平臺，該平臺具有如下特點(diǎn): 緊密結合箭體結構設計研制流程，讓知識在流程中“活動(dòng)”起來(lái); 支持多源知識的采集、快速檢索和準確推送; 良好的開(kāi)放性，可以圍繞該平臺做各種擴展。
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