航天的型號單位屬于知識密集型科研單位，目前，在這些單位已實現的產品數據管理技術(PDM)提供產品全生命周期的信息管理，偏重于對產品開發過程的支持，缺乏對已有的設計數據的管理。而據統計顯示，在絕大多數新產品的開發中，40％ ～50％ 是重用過去已有的零部件設計，30％ 一40％只是對現有零部件稍作修改，而全新的設計僅占10％ ～20％。而這種全新的設計也僅是指物理結構上的全新設計，如果從設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計知識的基礎上設計的。由此可知幾乎所有的產品設計都可以利用已有的設計知識。因此，為了在PDM系統中實現有效的知識積累和利用各相關專業知識資產，促進知識創新，本文將探討在PDM的基礎上實現知識管理系統，從而實現知識共享，將隱性知識變為顯性知識，將個人的知識上升為組織的知識，并且通過信息搜尋、交流等實現知識創新。
1 基于PDM的知識管理系統
北京神舟航天軟件技術有限公司(以下簡稱神舟軟件公司)的PDM產品AVIDM系統，管理著產品從需求到方案設計到詳細設計最后到交付工藝的全流程設計的過程數據和結果數據，并且AVIDM系統已經實現了跨地域跨系統的多層次的協同設計功能。由于相關的設計知識資源分散在AVIDM系統各處，甚至是多個AVIDM系統中，因此如果采用傳統的知識管理手段，即人工提交、整理、流轉知識，就需要花費大量時間和人力物力，這就很容易遇到來自內部的阻力，很難長期執行下去。因此，筆者在AVIDM系統的基礎上，建立一個統一的知識管理系統，從而實現多源異構知識資源的整合，自動采集、統一搜索、自動關聯、自動分類挖掘相關知識資源，實現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，為知識創新和業務創新打下良好的基礎。
對于上述的知識管理系統，主要需解決以下幾個問題：
1)對于多源異構的知識資源進行統一的自動化采集和整合。通過統一自動采集和索引手段，實現對多種來源、多種類型格式的信息資源，甚至是多系統的知識資源的整合。
2)建立分類知識庫(通用知識庫、專業知識庫、型號知識庫等)，從而實現知識的有效積累和共享。因此需要對AVIDM系統中管理的專業報告、設計文件、標準規范、專家知識等進行有效的整理和積累，實現按照專業的信息需求，通過關鍵詞和樣本規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知識庫。
3)建立統一的搜索分析引擎，從而提高信息和知識的利用率，實現對跨數據庫和系統的統一智能搜索。通過對知識資源的統一自動關聯、抽取、聚合分析，從而降低設計師獲取和處理信息的時間成本。
4)將知識遷入到業務流程中，從而實現知識的即時推送和有效應用。根據用戶的信息需求，自動地把有價值的信息關聯，推送到設計師手中。
為解決以上所述4個問題，筆者采用基于本體的技術構建知識管理系統，該系統通過提供知識獲取和知識庫的管理功能，實現型號研制知識的統一管理；并通過與實際業務相結合，提供包括知識推送、知識地圖、在線知識問答等多種知識應用。
知識管理系統的總體功能結構如圖1所示，主要包含兩大部分：知識獲取和知識應用。知識獲取是指利用AVIDM系統中的文檔、設計數據和CAD文檔等作為知識資源，通過獲取顯性和隱性知識，構建知識庫，并且支持知識評價、檢索、推送等知識應用，從而實現跨系統信息檢索。知識應用是指在系統的應用層面，通過知識管理門戶、業務系統集成插件和知識桌面應用等工具實現用戶對知識的管理活動。
圖1 知識管理系統總體功能結構
2 知識管理系統功能及關鍵技術
基于上述知識管理系統的功能，有幾大主要功能和關鍵技術需要實現和突破，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品設計知識的組織體系。本系統采用本體技術組織相關的知識，包括構建領域本體、詞典和知識目錄。其中領域本體是組織的基礎，詞典和知識目錄是領域本體的一種輔助形式。
本體最初是哲學領域的概念，后來本體在人工智能領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范說明”。而根據本體對領域知識的依賴程度可以將其分為4類：頂級本體、領域本體、任務本體和應用本體。其中領域本體是用于對特定領域知識的概念及其關系進行精確描述的一種專門本體。
領域本體包括構建和維護兩部分。領域本體的構建其目的是為了構建一套計算機可以處理的本體描述文件，即實現設計知識的形式化，由于產品設計知識中涉及了大量的術語以及術語之間的關系，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本體語言來行領域本體的描述。本文中的知識管理系統定義領域本體包括概念、關系和屬性3方面內容，對于關系，本文定義3種關系分別是類屬關系、實例關系和屬性關系。通過本體編輯工具Prot6g6提供的可視化領域本體構建方法，可以實現領域本體的快速構建。對于在構建本體的過程中可能出現的概念重復、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。
詞典可以分為專業詞典和自定義詞典兩類。其中，專業詞典是設計知識的概念的集合，可以通過領域本體工具直接生成。而自定義詞典則是包括設計師認為有用的而尚未被領域本體包含的詞匯。自定義詞典是通過設計師直接創建和編輯而產生的。專業詞典由于其詞條來源于領域本體，所以對于專業詞典的操作，系統僅支持瀏覽和查詢操作。而自定義詞典的詞條是設計師直接創建和編輯的，因此對于自定義詞典，系統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。
知識目錄是根據產品設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構，其功能主要是展示領域本體概念的層次化結構。知目錄的創建過程就是定義領域本體概念節點和概念層次關系的過程，知識目錄的概念節點必須具有唯一性，因此在構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，系統提供對概念節點的增刪改以及對概念層次關系的修改。
2．2 知識提取
知識提取的主要功能為從AVIDM中的各類設計文檔、技術報告等文檔中提取知識點，結合設計師的設計經驗，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計知識結構化，從而用于引導設計師將非規范的設計知識凝練為規范的知識項。其主要包括知識模板創建和維護兩種功能。由于PDM系統中存在不同類型、不同內容或不同應用的設計知識，因此要創建不同的知識模板，本文重點關注文檔類知識模板，設計師可以根據文檔類知識模板生成清晰簡潔的知識項。通過系統提供的知識模板編輯器，設計師可以快速地創建文檔類知識模板。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，再創建新模板。
知識項是知識模板的實例化，是設計師從PDM系統中的設計文檔抽取的，結合了自身的設計經驗，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容進行有效性檢查。
在知識管理系統中，知識項必須經過審批才夠正式發布，審批包括內容和密級兩個部分，其內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、密級設置得是否合理。系統提供兩種審批模式，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，需要設計師預先在PDM流程板中選擇預定義的審批流程，然后指定流程各節的審批人，最后再啟動審批流程。在審批過程中，對于內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計師，在設計師修改完畢后，再次送審，通過審核的合格知識項將正式發布，供相關人員使用。
知識項維護是為了保證知識的正確性和可用性，通過持續地篩選優良正確的知識，提出和修改錯誤的知識，從而保證知識庫的正確性，為設計師提供有價值的設計指導。知識項的維護主要包括知識項狀態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計師對知識進行方便快捷的應用，其功能主要為設計師檢索知識并對檢索結果進行排序，使檢索操作便捷且符合設計師的習慣和意圖。知識檢索功能模塊可分為語義檢索和常規檢索兩種方式。
語義檢索的關鍵是基于領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，盡量使得檢索結果與設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；而后者需要設計師輸入知識項的一個或者多個屬性進行組合查詢。
常規檢索與語義檢索的區別在于，對于前者系統對輸入的查詢關鍵詞不進行語義擴展，只進行檢索結果與查詢關鍵詞的字符匹配。常規檢索的主要功能分為多個查詢關鍵詞組合查詢和按照知項屬性進行查詢。除此之外，常規檢索和語義檢索一樣，針對檢索結果，也能按照檢索相關度進行排序、以列表形式展示檢索結果和對檢索結果進行分頁展示。
2．4 知識訂閱
知識訂閱的主要功能是為設計師提供感興趣的產品設計知識。知識管理系統根據設計師的個人訂閱信息，將符合訂閱要求的知識項推送到設計師的桌面，從而使設計師能夠及時有效地獲取個人需要的知識，即提升了設計知識的共享和利用效率。知識訂閱分為訂閱設置和知識推送兩大功能。
訂閱設置是提供給設計師向知識系統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、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。
根據設計師設置的訂閱知識信息，當知識庫有更新的時候，知識系統將自動地生成符合設計師訂閱要求的知識項集合，并根據設計師選擇的推送方式，將該知識項集合推送到設計師的桌面上。
3 系統實現
知識管理系統是依托于神舟軟件公司的AVIDM系統構建的，知識管理系統中的知識來源于AVIDM系統中所管理的設計數據，并且知識管理系統中管理的知識也是為設計師在AVIDM系統中進行產品設計服務的。在本文中，將知識管理系統定位為AVIDM系統整體框架下的子功能模塊，其與AVIDM的其他子業務功能模塊是平等的，并且與它們共享AVIDM系統中一些基礎的系統管理模塊，例如權限管理、用戶管理等。知識管理系統與AVIDM系統的功能關系為從AVIDM系統中現有的產品設計數據中抽取知識點，并組織形成相互關聯的知識網絡，然后為設計師在AVIDM系統中進行產品設計時提供知識檢索和知識訂閱的功能，從而為設計師的快速設計提供設計知識支持。知識管理系統與AVIDM系統關系如圖2所示。
圖2 知識管理系統與AVIDM系統關系
整個知識管理系統從實現結構上分為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進行訪問的友好頁面，用戶可以通過瀏覽器訪問該系統頁面進行組織和查詢知識數據操作。
2)業務邏輯層。該層從現實的業務需求中抽取出一個個獨立的抽象功能模塊，通過對具體業務進行封裝并定義對外接口，從而實現功能模塊的共用和功能重組。該層是整個知識管理系統的核心，其實現整個系統的業務邏輯。
3)支撐工具層。該層主要包括各種輔助工具功能模塊，知識管理系統可以根據需要定制實現相應的功能。
4)數據服務層。該層主要功能是提供對系統數據的集中存儲和訪問以及數據的處理功能，比如數據的增、刪、改、查等操作，從而保證系統數據的一致性、完整性。
本文將系統分成4層結構，使得整個知識管理系統的邏輯結構清晰明了，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。 圖4～圖6所示為知識管理系統的幾個典型系統實現界面，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為創建知識的典型頁面，即知識提取，系統中提供新建、上傳、導入等方式進行創建，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“訂閱結果”，操作區就會展示與主題相關的知識項，并且可以瀏覽知識項的詳情。圖6為本體庫的典型頁面，提供本體概念和關系的管理，圖中所示為新增概念間關系的操作，系統提供本體概念之間的各種關系供用戶選擇使用。
圖3 系統體系結構
圖4 創建知識的典型頁面
圖5 知識訂閱的典型頁面
圖6 本體庫的典型頁面
4 結束語
本文研發的知識管理系統具有以下特點：1）采用了本體技術，根據本體語言規范對產品設計知識進行抽取和組織；2）該系統基于AVIDM系統，所有的知識來源于AVIDM系統中管理的設計過程數據；3）該系統明確分為4層，各層相對獨立，下層為上層提供必要的支持和服務。綜上所述，知識管理系統通過將隱性知識變為顯性知識，將個人的知識上升為組織的知識，從而實現知識共享，并且通過信息搜尋、交流等實現知識創新，從而提高航天型號產品的設計效率。
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本文標題：基于本體的PDM知識管理系統功能研究
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