中國(guó)人民解放軍91515部隊(duì) 崔海斌 鄧志淵 蕭耀友

中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院 尹 航

一、引 言

隨著裝備現(xiàn)代化水平的不斷提高，裝備綜合保障工作知識(shí)密集度日益增強(qiáng)，為裝備保障水平的快速發(fā)展帶來(lái)了新機(jī)遇。與此同時(shí)，裝備保障工作面臨著兩大方面問(wèn)題亟需解決：一方面，隨著裝備保障資源信息化水平的不斷提高，裝備保障信息量成指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，研究人員需要在海量信息中提取有價(jià)值的信息用于指導(dǎo)、決策保障活動(dòng)；另一方面，充分發(fā)揮裝備保障領(lǐng)域的專(zhuān)家資源優(yōu)勢(shì)，提高知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的應(yīng)用和共享程度，減少因人員變動(dòng)造成的知識(shí)流失，這成為裝備保障設(shè)計(jì)工作中的另一個(gè)迫切需求。本文論述了基于知識(shí)管理的裝備保障平臺(tái)設(shè)計(jì)方案及應(yīng)用，該平臺(tái)通過(guò)對(duì)裝備保障性設(shè)計(jì)與全壽命周期保障資源管理過(guò)程所形成的保障資源信息進(jìn)行知識(shí)提取、知識(shí)建模、知識(shí)庫(kù)構(gòu)建等一系列知識(shí)管理活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了保障性設(shè)計(jì)流程的知識(shí)推送、遠(yuǎn)程專(zhuān)家系統(tǒng)知識(shí)支持等知識(shí)管理應(yīng)用，提高了裝備保障性協(xié)同設(shè)計(jì)水平，提高了裝備保障效率，對(duì)知識(shí)化的裝備綜合保障具有重要意義。

二、基于知識(shí)管理的裝備保障平臺(tái)建設(shè)需求

裝備保障平臺(tái)是通過(guò)先進(jìn)的信息化技術(shù)手段，構(gòu)建面向裝備全系統(tǒng)全壽命周期的保障性設(shè)計(jì)和保障資源管理一體化平臺(tái)，能夠提供保障協(xié)同設(shè)計(jì)、遠(yuǎn)程支援、輔助維修等保障應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)裝備可靠性、維修性、測(cè)試性及保障性的協(xié)調(diào)發(fā)展，提高裝備的保障水平?；谥R(shí)管理的裝備保障平臺(tái)首先是要實(shí)現(xiàn)裝備保障的業(yè)務(wù)需求，并通過(guò)在傳統(tǒng)的裝備保障平臺(tái)基礎(chǔ)上構(gòu)建知識(shí)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)裝備保障領(lǐng)域的知識(shí)應(yīng)用與共享，以及裝備保障設(shè)計(jì)的快速化和智能化；同時(shí)，將個(gè)人經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為組織軟實(shí)力，縮短裝備保障性設(shè)計(jì)的周期并提高效率，通過(guò)知識(shí)挖掘?qū)崿F(xiàn)信息增值，為裝備提供更為智能的保障應(yīng)用。該平臺(tái)主要建設(shè)需求如下：

（1）構(gòu)建裝備保障的協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)。為裝備的保障性設(shè)計(jì)與分析工作提供一個(gè)綜合平臺(tái)，為裝備保障的協(xié)同設(shè)計(jì)提供基于設(shè)計(jì)流程的知識(shí)推送服務(wù)。在保障產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)保障要素進(jìn)行分析，以科學(xué)的保障性分析方法來(lái)指導(dǎo)裝備保障工作。

（2）構(gòu)建型號(hào)綜合保障集成數(shù)據(jù)中心和知識(shí)共享中心。集成數(shù)據(jù)中心通過(guò)建立裝備全型號(hào)全系統(tǒng)綜合保障分析、保障性設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、保障工作管理數(shù)據(jù)等共享數(shù)據(jù)庫(kù)，為宏觀決策、裝備生產(chǎn)及使用提供數(shù)據(jù)支持。知識(shí)共享中心在集成數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)上，通過(guò)知識(shí)獲取、知識(shí)建模構(gòu)建知識(shí)庫(kù)，提供設(shè)計(jì)流程知識(shí)推送、知識(shí)社區(qū)、遠(yuǎn)程專(zhuān)家系統(tǒng)等更高層次的信息利用手段，提高裝備保障性設(shè)計(jì)效率，提供智能化裝備保障應(yīng)用。

三、基于知識(shí)管理的裝備保障平臺(tái)設(shè)計(jì)

（一）裝備保障平臺(tái)總體框架

基于知識(shí)管理的裝備保障平臺(tái)總體框架如圖1 所示。平臺(tái)在網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境及各種硬件、系統(tǒng)軟件等基礎(chǔ)設(shè)施上構(gòu)建，分為3 個(gè)層次：信息層、知識(shí)層、應(yīng)用層。

信息層集成了現(xiàn)有的裝備保障性設(shè)計(jì)平臺(tái)、保障資源管理平臺(tái)和保障資源庫(kù)[1]。裝備保障性設(shè)計(jì)平臺(tái)為裝備的保障性設(shè)計(jì)與分析工作提供了一個(gè)集成環(huán)境，同時(shí)也是裝備全壽命周期保障信息的主要來(lái)源；保障資源管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)保障資源庫(kù)的管理，為信息的應(yīng)用提供必要的服務(wù)支持；保障資源庫(kù)作為裝備保障平臺(tái)的核心存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)了裝備在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、部署和退役等全壽命周期內(nèi)所產(chǎn)生的保障數(shù)據(jù)，是知識(shí)管理與應(yīng)用的基礎(chǔ)。

圖1 基于知識(shí)管理的裝備保障平臺(tái)總體框架圖

知識(shí)層分為知識(shí)管理平臺(tái)與保障知識(shí)庫(kù)[2]。知識(shí)管理平臺(tái)由知識(shí)獲取、知識(shí)建模、知識(shí)管理與維護(hù)等模塊組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝備保障信息的知識(shí)提取與管理；保障知識(shí)庫(kù)通過(guò)本體分析技術(shù)建立知識(shí)索引庫(kù)和業(yè)務(wù)庫(kù)，存儲(chǔ)裝備保障相關(guān)的事實(shí)與規(guī)則，為上層應(yīng)用提供基礎(chǔ)[3]。

應(yīng)用層通過(guò)智能推送技術(shù)、專(zhuān)家系統(tǒng)技術(shù)、知識(shí)搜索與查詢(xún)技術(shù)等構(gòu)建了裝備保障知識(shí)應(yīng)用系統(tǒng)。應(yīng)用系統(tǒng)包括：保障性設(shè)計(jì)流程知識(shí)推送、保障知識(shí)社區(qū)、遠(yuǎn)程專(zhuān)家支持等，可應(yīng)用于裝備保障性協(xié)同設(shè)計(jì)及裝備遠(yuǎn)程維修支援等方面。

（二）裝備保障平臺(tái)信息層設(shè)計(jì)

裝備保障平臺(tái)信息層由保障性設(shè)計(jì)平臺(tái)、保障資源管理平臺(tái)及保障資源庫(kù)構(gòu)成，如圖2 所示。

1.保障性設(shè)計(jì)平臺(tái)設(shè)計(jì)

保障性設(shè)計(jì)平臺(tái)為裝備的保障性設(shè)計(jì)與分析工作提供了一個(gè)集成環(huán)境，重點(diǎn)關(guān)注裝備的研制階段，主要分析裝備在初步設(shè)計(jì)、研制、試驗(yàn)、生產(chǎn)、使用及維修中的各種保障問(wèn)題，并為制定裝備的保障性要求、制定與優(yōu)化保障方案、開(kāi)展保障性設(shè)計(jì)、確定與優(yōu)化保障資源等工作提供依據(jù)。通過(guò)保障性設(shè)計(jì)與分析，生成保障方案，獲得相關(guān)保障信息，存儲(chǔ)在保障資源庫(kù)中，為裝備全壽命周期中各階段的保障工作提供數(shù)據(jù)支持。保障性設(shè)計(jì)平臺(tái)作為數(shù)據(jù)源生產(chǎn)系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)接口集成的方式，將現(xiàn)有保障性設(shè)計(jì)工具集成在本系統(tǒng)中，為知識(shí)層提供基礎(chǔ)信息。

圖2 裝備保障平臺(tái)信息層結(jié)構(gòu)圖

2.保障資源管理平臺(tái)設(shè)計(jì)

保障資源管理平臺(tái)為保障資源庫(kù)提供管理作用，為信息的應(yīng)用提供必要的服務(wù)支持。該平臺(tái)包括以下基本功能模塊：主題管理、元數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)編碼管理、數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)比對(duì)、數(shù)據(jù)訪問(wèn)等。保障資源庫(kù)采用主題數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，主題數(shù)據(jù)管理模塊與元數(shù)據(jù)管理模塊是該技術(shù)必需的功能模塊，是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)編碼管理模塊提供對(duì)數(shù)據(jù)編碼所需的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)不同編碼標(biāo)準(zhǔn)間的相互轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)交換模塊采用遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用（RPC）與可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言（XML）技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互功能。數(shù)據(jù)比對(duì)模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的沖突檢測(cè)處理，保證了數(shù)據(jù)的正確性和一致性。數(shù)據(jù)訪問(wèn)模塊是在統(tǒng)一權(quán)限管理系統(tǒng)之上，按照不同業(yè)務(wù)需求及不同訪問(wèn)權(quán)限，實(shí)現(xiàn)對(duì)保障資源的不同數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)。

3.保障資源庫(kù)設(shè)計(jì)

保障資源庫(kù)由產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)、六性設(shè)計(jì)信息數(shù)據(jù)庫(kù)、故障信息數(shù)據(jù)庫(kù)、維修信息數(shù)據(jù)庫(kù)、備件信息數(shù)據(jù)庫(kù)、使用信息數(shù)據(jù)庫(kù)、測(cè)試信息數(shù)據(jù)庫(kù)等主題數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成。保障資源庫(kù)作為裝備保障平臺(tái)的核心存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)了裝備在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、部署和退役等全壽命周期內(nèi)所產(chǎn)生的保障數(shù)據(jù)，是知識(shí)管理與應(yīng)用的基礎(chǔ)。

圖3 裝備保障平臺(tái)知識(shí)層結(jié)構(gòu)圖

（三）裝備保障平臺(tái)知識(shí)層設(shè)計(jì)

裝備保障平臺(tái)知識(shí)層由知識(shí)管理平臺(tái)和保障知識(shí)庫(kù)構(gòu)成，如圖3 所示。

1.知識(shí)管理平臺(tái)設(shè)計(jì)

知識(shí)管理平臺(tái)分為3 個(gè)功能模塊：知識(shí)獲取、知識(shí)建模、知識(shí)管理與維護(hù)[4]。

知識(shí)獲取是通過(guò)知識(shí)元挖掘與規(guī)則集成描述知識(shí)事實(shí)與信息間關(guān)系，確定知識(shí)語(yǔ)義本體，采用本體技術(shù)對(duì)知識(shí)進(jìn)行描述的過(guò)程。知識(shí)元由名稱(chēng)、屬性、操作、導(dǎo)航4 個(gè)要素組成[5]。知識(shí)元挖掘是對(duì)保障資源庫(kù)中的信息從上述4 個(gè)要素角度進(jìn)行提取、甄別、認(rèn)定，這個(gè)過(guò)程往往需要人工干預(yù)。規(guī)則集成是利用邏輯描述語(yǔ)言表達(dá)知識(shí)元間的規(guī)則，形成語(yǔ)義邏輯鏈，實(shí)現(xiàn)顯性表達(dá)知識(shí)的目的。知識(shí)獲取輸出是知識(shí)元與知識(shí)鏈的集合，通過(guò)知識(shí)元與知識(shí)鏈的計(jì)算機(jī)表達(dá)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)知識(shí)概念、關(guān)系與約束的刻畫(huà)，為知識(shí)建模提供基礎(chǔ)素材。

知識(shí)建模是利用機(jī)器學(xué)習(xí)與模式識(shí)別等技術(shù)實(shí)現(xiàn)知識(shí)學(xué)習(xí)和知識(shí)推理，為知識(shí)庫(kù)的構(gòu)建提供自動(dòng)學(xué)習(xí)與動(dòng)態(tài)更新的機(jī)制。知識(shí)學(xué)習(xí)是在知識(shí)語(yǔ)義本體層面建立自動(dòng)學(xué)習(xí)機(jī)制，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、歸納學(xué)習(xí)等方法，處理知識(shí)元之間的邏輯關(guān)系，自動(dòng)學(xué)習(xí)知識(shí)元間的規(guī)則，并通過(guò)邏輯描述添加到規(guī)則集中，形成知識(shí)語(yǔ)義本體。知識(shí)推理是在知識(shí)語(yǔ)義本體基礎(chǔ)上結(jié)合用戶對(duì)知識(shí)的應(yīng)用需求，通過(guò)采用模糊邏輯、粗糙集推理等方法，進(jìn)行推理計(jì)算，以提高知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)智能化程度。知識(shí)管理與維護(hù)為知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)提供運(yùn)行與維護(hù)的通用功能，包括知識(shí)生命周期管理、知識(shí)更新、知識(shí)廢棄、知識(shí)查詢(xún)與索引等內(nèi)容。

2.保障知識(shí)庫(kù)設(shè)計(jì)

保障知識(shí)庫(kù)是通過(guò)知識(shí)管理平臺(tái)對(duì)裝備保障資源庫(kù)的信息進(jìn)行知識(shí)提取、建模基礎(chǔ)上形成的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，由索引知識(shí)庫(kù)和業(yè)務(wù)知識(shí)庫(kù)兩部分構(gòu)成。索引知識(shí)庫(kù)存儲(chǔ)了針對(duì)用戶設(shè)計(jì)的知識(shí)檢索策略所對(duì)應(yīng)的導(dǎo)航信息，主要包括實(shí)例檢索規(guī)則庫(kù)、本體匹配規(guī)則庫(kù)、設(shè)計(jì)流程檢索規(guī)則庫(kù)。業(yè)務(wù)知識(shí)庫(kù)是建立在保障資源主題數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)之上，利用知識(shí)獲取方法，實(shí)現(xiàn)知識(shí)語(yǔ)義本體表達(dá)，同時(shí)建立與主題數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)應(yīng)的多種知識(shí)庫(kù)，作為知識(shí)管理平臺(tái)的知識(shí)輸入。

（四）裝備保障平臺(tái)應(yīng)用層設(shè)計(jì)

裝備保障平臺(tái)應(yīng)用層是在信息層和知識(shí)層基礎(chǔ)上構(gòu)建知識(shí)的應(yīng)用系統(tǒng)，包括保障性設(shè)計(jì)流程知識(shí)推送、保障知識(shí)社區(qū)、遠(yuǎn)程專(zhuān)家支持等，可應(yīng)用于裝備保障性協(xié)同設(shè)計(jì)及裝備遠(yuǎn)程維修支援等方面。

1.保障性設(shè)計(jì)流程知識(shí)推送設(shè)計(jì)

保障性設(shè)計(jì)流程知識(shí)推送的設(shè)計(jì)如圖4 所示，采用知識(shí)推送技術(shù)，按照保障性設(shè)計(jì)流程活動(dòng)組織知識(shí)資源，自動(dòng)推送到終端用戶，實(shí)現(xiàn)不同型號(hào)裝備在保障性設(shè)計(jì)中的知識(shí)共享。

設(shè)計(jì)流程信息作為該應(yīng)用的輸入條件，需要通過(guò)技術(shù)人員進(jìn)行歸納和提煉，錄入系統(tǒng)中，由系統(tǒng)提供輸入流程、運(yùn)行流程，以及修改、維護(hù)流程等功能。保障性設(shè)計(jì)流程一般包括：故障模式影響及危害分析流程、以可靠性為中心的維修分析流程、使用與維修工作分析流程、可靠性維修性預(yù)計(jì)流程、故障樹(shù)分析流程、備件及庫(kù)存分析流程等。

知識(shí)推送是知識(shí)庫(kù)“主動(dòng)”將知識(shí)資源按照一定需求規(guī)則發(fā)送給用戶的一種知識(shí)發(fā)布技術(shù)，由知識(shí)管理系統(tǒng)控制資源流向及分發(fā)情況，將傳統(tǒng)的知識(shí)查詢(xún)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)知識(shí)匹配模式，有利于促進(jìn)知識(shí)管理的智能化、個(gè)性化知識(shí)服務(wù)。

2.保障知識(shí)社區(qū)設(shè)計(jì)

知識(shí)社區(qū)由知識(shí)錄入、知識(shí)檢索、知識(shí)地圖等功能模塊構(gòu)成，主要為裝備保障設(shè)計(jì)師隊(duì)伍提供一個(gè)主動(dòng)查詢(xún)和獲取知識(shí)資源的虛擬工作環(huán)境，同時(shí)知識(shí)錄入模塊也為綜合保障領(lǐng)域?qū)＜业碾[性知識(shí)顯性化提供了服務(wù)平臺(tái)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的知識(shí)錄入設(shè)計(jì)，能夠有效地將個(gè)人經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為組織智慧。知識(shí)檢索模塊為用戶提供分類(lèi)目錄式查詢(xún)和關(guān)鍵詞檢索查詢(xún)2 種查詢(xún)方法，在用戶對(duì)知識(shí)分類(lèi)結(jié)構(gòu)和個(gè)人需求不太清楚時(shí)可采用分類(lèi)目錄式查詢(xún)，按照知識(shí)分類(lèi)樹(shù)逐層展開(kāi)查找；對(duì)于用戶明確需求時(shí)，可采用關(guān)鍵詞查詢(xún)，通過(guò)建立索引庫(kù)，實(shí)現(xiàn)搜索引擎快速查詢(xún)符合關(guān)鍵詞匹配的知識(shí)，并以資源列表形式輸出到界面。知識(shí)地圖則是通過(guò)圖形化描述幫助用戶定位知識(shí)，通過(guò)知識(shí)地圖的應(yīng)用，用戶可以根據(jù)裝備保障性設(shè)計(jì)流程構(gòu)建知識(shí)的分布與聯(lián)系，可形象、直觀地展示裝備保障性設(shè)計(jì)流程中的知識(shí)資源。

3.遠(yuǎn)程專(zhuān)家支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程專(zhuān)家支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖5 所示。系統(tǒng)依托知識(shí)管理的裝備保障平臺(tái)構(gòu)建遠(yuǎn)程前端和遠(yuǎn)程后端，遠(yuǎn)程前端負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)支援需求、測(cè)試狀態(tài)信息及測(cè)試數(shù)據(jù)，通過(guò)安全網(wǎng)絡(luò)傳輸給遠(yuǎn)程后端；遠(yuǎn)程后端利用保障知識(shí)資源，根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)一系列知識(shí)分析處理技術(shù)，得出判斷結(jié)果，提供故障自動(dòng)診斷和專(zhuān)家決策2 個(gè)層級(jí)的維修輔助決策信息。

遠(yuǎn)程專(zhuān)家支持系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在遠(yuǎn)程后端，其知識(shí)處理過(guò)程包括：建立問(wèn)題目標(biāo)、知識(shí)檢索、智能推理和問(wèn)題求解等幾個(gè)步驟，其中智能推理是關(guān)鍵。智能推理模塊采用Agent 技術(shù)實(shí)現(xiàn)[6]，Agent 是在一定環(huán)境下自主運(yùn)行的實(shí)體，Agent 實(shí)體的行為能夠自動(dòng)觸發(fā)環(huán)境反饋，具有自治性、社會(huì)性、反映性、能動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)推理的自動(dòng)化和智能化，可用于基于知識(shí)管理的遠(yuǎn)程故障診斷。

基于知識(shí)管理的裝備保障平臺(tái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)需求，通過(guò)信息層的保障性設(shè)計(jì)平臺(tái)、保障資源管理平臺(tái)、保障資源庫(kù)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了裝備的可靠性、維修性、測(cè)試性與保障性的協(xié)同設(shè)計(jì)；通過(guò)知識(shí)層的保障知識(shí)庫(kù)與知識(shí)管理平臺(tái)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了型號(hào)綜合保障知識(shí)共享中心，并為上層知識(shí)應(yīng)用與輔助決策提供支持。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合具體應(yīng)用場(chǎng)景，在應(yīng)用層構(gòu)建了保障性設(shè)計(jì)流程知識(shí)推送、保障知識(shí)社區(qū)、遠(yuǎn)程專(zhuān)家支持等智能化裝備保障應(yīng)用，為提高裝備的保障效能提供了有效手段。

圖5 遠(yuǎn)程專(zhuān)家支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

四、結(jié)束語(yǔ)

知識(shí)管理應(yīng)用是裝備綜合保障信息化、智能化的一個(gè)重要發(fā)展方向，能夠有效提高裝備保障性設(shè)計(jì)水平，提高裝備保障效率。本文提出了一種基于知識(shí)管理的裝備保障平臺(tái)設(shè)計(jì)方案，方案設(shè)計(jì)滿足了裝備保障需求。在裝備的研制與使用過(guò)程中，通過(guò)不斷實(shí)踐與迭代完善平臺(tái)功能、性能，使知識(shí)管理在裝備綜合保障領(lǐng)域中更好地發(fā)揮作用。