◎北京宇航系統(tǒng)工程研究所 郭永輝等

基于流程管控的箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計知識管理研究

◎北京宇航系統(tǒng)工程研究所 郭永輝等*

隨著知識經(jīng)濟時代的到來，知識的急劇增長產(chǎn)生了知識爆炸現(xiàn)象，國內(nèi)外學(xué)術(shù)界也掀起了對知識管理的研究，但企業(yè)目前在獲取有用知識的工具和能力方面嚴重滯后，影響到知識資源在知識產(chǎn)生、占有、配置和消費過程中的有效利用。近年來，中國運載火箭技術(shù)研究院面臨的多型號并舉和高密度發(fā)射的局勢，以及未來市場化轉(zhuǎn)型的形勢，對箭體結(jié)構(gòu)研制能力和效率提出了更高要求。如何充分利用知識與經(jīng)驗推動能力建設(shè)，加速開展技術(shù)創(chuàng)新，提高研制效率，縮短研制周期，成為箭體結(jié)構(gòu)專業(yè)急需解決的問題。

一、箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計知識管理現(xiàn)狀分析

目前，箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計專業(yè)經(jīng)歷了50多年的發(fā)展，已經(jīng)積累了豐富的知識資源，建立了較為完善的設(shè)計師隊伍與研究流程。但箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計在知識管理方面還存在著一些問題：由于缺乏有效積累和管理知識的方法，設(shè)計師無法有效復(fù)用已有的經(jīng)驗知識，導(dǎo)致低層次問題多發(fā)；因缺乏知識運用的流程管理和控制方法，沒有形成統(tǒng)一的知識應(yīng)用約束機制；新設(shè)計人員成長速度慢，對老員工依賴大，知識傳承需求迫切；知識共享范圍小，不同產(chǎn)品系列之間和不同領(lǐng)域之間的設(shè)計人員缺乏交流，經(jīng)常犯同類錯誤；產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理僅存儲相關(guān)的設(shè)計結(jié)果，對中間過程沒有記錄，而恰恰在中間過程中蘊含了大量的技術(shù)細節(jié)和工程設(shè)計思路。

解決上述問題需要構(gòu)建箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計知識管理平臺，然而卻面臨著以下難題：

一是箭體設(shè)計流程可以明確地分為多個階段，但每個階段對設(shè)計知識需求的學(xué)科側(cè)重點不同，同時還需考慮學(xué)科交叉的約束，造成知識復(fù)用和推送困難；

二是設(shè)計數(shù)據(jù)格式多樣且相互難以轉(zhuǎn)化，知識有效性評價模型不易建立，導(dǎo)致知識挖掘困難；

三是設(shè)計工具多樣，商品設(shè)計軟件與專用設(shè)計軟件混合，不易共享和復(fù)用知識。

此外，同所有產(chǎn)品研發(fā)部門一樣，箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計專業(yè)最突出的一個特點便是創(chuàng)造了大量優(yōu)秀的工程經(jīng)驗，并且大都存在于老專家的頭腦中。如何將這些隱性知識顯性化，以及如何將這些優(yōu)秀經(jīng)驗充分挖掘并納入到產(chǎn)品研發(fā)流程中，成為知識管理亟待解決的重要命題。

二、關(guān)鍵技術(shù)

1.多維度設(shè)計知識挖掘技術(shù)

研制流程中的設(shè)計知識可以分為顯性和隱性2種形式，它們均能指導(dǎo)設(shè)計師對箭體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。顯性知識主要包含手冊、標準、規(guī)范等在形式上已被總結(jié)并固化下來的知識。一般情況下，設(shè)計師通過顯性知識可以較容易地獲得直觀且標準的設(shè)計結(jié)果。隱性知識主要指存在于設(shè)計案例或?qū)＜翌^腦中未被固化下來的知識。設(shè)計師無法通過隱性知識獲得直接的設(shè)計方法，必須結(jié)合對隱性知識的個人理解才能得到設(shè)計方法，往往會導(dǎo)致設(shè)計結(jié)果參差不齊。

筆者在此主要研究箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計流程中的知識挖掘，將設(shè)計流程中的顯性和隱性知識封裝成結(jié)構(gòu)化與半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，按時按需對封裝的知識進行挖掘。

比如，標準和手冊類知識可以采用以下2種方式進行挖掘：一是按照設(shè)計階段、學(xué)科類型、適用范圍、適用角色4個角度進行劃分并形成相應(yīng)的“知識標簽”。由科室及小組的專家將積累的設(shè)計標準進行電子化，貼上“知識標簽”后放入數(shù)據(jù)庫集中管理。

二是將手冊中的常用知識通過專家提取出來，在知識庫中建立相應(yīng)的知識詞條并通過關(guān)鍵字進行檢索。這種應(yīng)用方式廣泛見于百度百科類的知識系統(tǒng)，可以通過建立管理平臺中的審批制度控制知識的有效性。

由于隱性知識難以量化總結(jié)，往往以設(shè)計案例的形式進行固化和存儲。設(shè)計案例的表現(xiàn)形式主要是設(shè)計流程中的設(shè)計模型文件、多媒體記錄等。從成功案例中獲取設(shè)計知識主要是將設(shè)計模型中的關(guān)鍵特征和信息提取為對象標簽、參數(shù)標簽、物理標簽和關(guān)系標簽等表現(xiàn)形式并存儲到數(shù)據(jù)庫中，與材料庫和標準庫等建立聯(lián)系，實現(xiàn)隱性知識的半結(jié)構(gòu)化存儲。通過挖掘不同型號設(shè)計模型的對應(yīng)參數(shù)，實現(xiàn)對隱性知識的多級知識挖掘機制。

2.多維度設(shè)計知識復(fù)用技術(shù)

設(shè)計知識主要包括通用知識和基于流程任務(wù)的私有知識。

(1)通用知識的復(fù)用技術(shù)

通用知識是長期存儲在獨立于設(shè)計流程及對象之外的知識，其活動范圍受約束活動和流程范圍的共同影響。箭體結(jié)構(gòu)顯性通用知識的主要知識復(fù)用方法為：

◆識別到當(dāng)前設(shè)計任務(wù)所處的狀態(tài)(設(shè)計對象、設(shè)計階段、設(shè)計任務(wù)類型、所屬型號、密級、用戶權(quán)限)，將設(shè)計狀態(tài)組織成知識活動范圍向量。

◆以知識活動范圍向量屏蔽不在活動范圍內(nèi)的知識元。

◆以設(shè)計師輸入的關(guān)鍵字進行文字模糊搜索，得到所需的知識文件列表并返回到設(shè)計師工作環(huán)境。

◆允許設(shè)計師對所關(guān)心的設(shè)計知識進行檢索，對檢索到的設(shè)計知識進行查閱和引用；允許設(shè)計師在具體的設(shè)計任務(wù)流程中查閱和引用這類設(shè)計知識文檔，將其傳遞到后續(xù)設(shè)計環(huán)節(jié)共享；允許設(shè)計師在專用設(shè)計工具中查閱和引用檢索到的設(shè)計知識文檔。

公式類通用知識的復(fù)用方法主要為：允許設(shè)計師輸入計算功能需求，輸入、輸出參數(shù)集合；以統(tǒng)一的術(shù)語含義參數(shù)名列表校核輸入、輸出參數(shù)語義；以計算功能、輸入和輸出參數(shù)的關(guān)鍵字檢索計算工具；將從設(shè)計任務(wù)中提取的輸入數(shù)據(jù)傳遞給計算工具；在人機交互的設(shè)計計算結(jié)束后，將計算結(jié)果作為該道設(shè)計活動的結(jié)果存入設(shè)計任務(wù)的附件中。

(2)私有知識的復(fù)用技術(shù)

私有知識分為任務(wù)內(nèi)私有和型號內(nèi)私有。基于流程任務(wù)的私有知識是在設(shè)計過程中產(chǎn)生和消亡的，如前一道設(shè)計任務(wù)的結(jié)果就是后續(xù)某道設(shè)計環(huán)節(jié)的有效知識。

任務(wù)內(nèi)私有知識復(fù)用方法為：

◆設(shè)計任務(wù)由工作流引擎驅(qū)動在各個崗位之間流轉(zhuǎn)，前置崗位設(shè)計師接到上游崗位傳遞過來的設(shè)計文檔和模型。

◆前置崗位設(shè)計師完成設(shè)計工作后產(chǎn)生眾多設(shè)計結(jié)果文件，形成結(jié)果列表并從中選擇文件形成該崗位產(chǎn)生的私有知識。

◆后置崗位設(shè)計師得到的設(shè)計任務(wù)中包含了上游和前置崗位產(chǎn)生的私有知識。

◆后置崗位設(shè)計師可在箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計知識管理平臺中查看私有知識，也可以由私有知識數(shù)字化文件格式調(diào)用對應(yīng)的數(shù)字化設(shè)計工具。

型號內(nèi)私有知識復(fù)用方法如圖1所示。設(shè)計任務(wù)由工作流引擎驅(qū)動在各個崗位之間流轉(zhuǎn)，當(dāng)流轉(zhuǎn)到某一崗位時獲取該設(shè)計任務(wù)所屬的設(shè)計階段；從當(dāng)前設(shè)計任務(wù)中提取型號的關(guān)鍵字，以型號為檢索條件搜索型號內(nèi)的所有知識文件；檢索該型號內(nèi)與當(dāng)前設(shè)計階段匹配的知識，形成知識文檔列表；將列表形成鏈接放入設(shè)計任務(wù)中，該階段所有崗位都能看到該鏈接列表；設(shè)計師根據(jù)需求選擇查看知識文檔中的鏈接列表。

圖1 型號內(nèi)私有知識復(fù)用方法

3.多維度設(shè)計知識推送技術(shù)

箭體結(jié)構(gòu)的設(shè)計流程是有規(guī)律的，在設(shè)計過程中往往利用工作流對設(shè)計步驟進行定義和規(guī)范。工作流系統(tǒng)實施人員根據(jù)廠所的現(xiàn)狀歸納總結(jié)出各種設(shè)計流程的參與角色、流程在角色之間流轉(zhuǎn)的條件與順序、各角色對設(shè)計流程作出的反應(yīng)等業(yè)務(wù)信息，利用形式化描述語言定義面向設(shè)計流程的工作流模板。設(shè)計流程的發(fā)起者在新建流程時為該流程指定工作流模板，由工作流引擎根據(jù)工作流模板的定義驅(qū)動流程。這種工作流引擎驅(qū)動流程流轉(zhuǎn)的原理是基于流程的預(yù)定義，而預(yù)定義是基于各箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計科室的設(shè)計流程規(guī)范和崗位責(zé)任的前提。在出現(xiàn)需要判斷流轉(zhuǎn)方向的情況時，依賴人的經(jīng)驗判斷和手工干預(yù)。

知識推送正是依賴工作流引擎的工作原理，結(jié)合知識推送規(guī)則實現(xiàn)知識推送。使得設(shè)計師能夠在不發(fā)出檢索命令的情況下，由知識管理平臺主動推送其需要的知識。

箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計過程的知識描述為可定義、編輯、推理、推送的動態(tài)過程知識。基于工作流的箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計知識推送過程如圖2所示。箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計一般過程經(jīng)由專家總結(jié)后整理為不同的設(shè)計流程類型，這些是設(shè)計過程知識的一部分。新用戶選擇某種類型的設(shè)計流程后，按照向?qū)Э煽焖匍_展具體的設(shè)計工作，設(shè)計過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、關(guān)鍵處理過程都在設(shè)計流程中有明確的表述及相關(guān)設(shè)計知識的推理、推送支持。

三、平臺方案

箭體產(chǎn)品由多個復(fù)雜結(jié)構(gòu)組成，設(shè)計知識涉及多個學(xué)科，因此形成了多維度知識。設(shè)計過程中，多個領(lǐng)域的設(shè)計人員按照設(shè)計要求各自進行領(lǐng)域內(nèi)的設(shè)計工作。各個學(xué)科設(shè)計之間存在聯(lián)系與制約，對知識的需求和理解各不相同，所以，各個學(xué)科設(shè)計人員需要兼顧整體設(shè)計最優(yōu)的知識獲取方法。

箭體結(jié)構(gòu)知識管理平臺(見圖3)面向箭體結(jié)構(gòu)的所有設(shè)計階段，旨在解決知識的數(shù)據(jù)管理、挖掘、推送及共享。具體的建設(shè)內(nèi)容包括：

◆典型知識庫數(shù)據(jù)管理，對每個箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計子流程中涉及到的知識和資源分類整理，建立基于知識模板的知識擴充機制，一旦用戶在設(shè)計過程中產(chǎn)生新的知識，立即填入知識模板并存入知識庫。

◆建立階段設(shè)計流程管理機制，用戶可以選擇當(dāng)前活動所處的階段及該階段中所處的設(shè)計流程，實現(xiàn)知識按階段、流程分類。

◆建立面向用戶的知識實時推送機制，包括知識的主動推送和被動推送。

◆建立知識庫管理機制，包括機構(gòu)、用戶、角色管理等功能。

◆建立知識管理系統(tǒng)與PDM系統(tǒng)的集成，用戶可以從PDM系統(tǒng)里下載知識。

基于流程管控的箭體結(jié)構(gòu)多維度知識挖掘、復(fù)用和推送方法是解決箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中知識管理與應(yīng)用的核心問題，在此基礎(chǔ)上對箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計流程知識管理方案進行設(shè)計、規(guī)劃，實現(xiàn)基于流程管控的箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計知識管理并應(yīng)用到型號研制過程中，將會切實打造知識型專業(yè)設(shè)計隊伍，形成知識庫與人性化的知識共享平臺，提高設(shè)計效率和能力。

圖2 面向過程的設(shè)計知識推送方法

圖3 知識管理平臺方案

*其他作者：田建東、張希、王婧超、孟德浩、萬能（西北工業(yè)大學(xué)）、李妍