基于本體的新產品研發知識管理研究

［摘 要］ 本文在分析了新產品研發知識管理的需求和傳統知識管理系統局限的基礎上，提出了構建基于本體的新產品研發知識管理系統的思想；然后采用本體方法建立新產品研發領域知識本體模型，并提出基于本體的新產品研發知識管理框架，以支持新產品研發知識的管理、共享和重用，為我國企業實施新產品研發信息化和知識管理，提供可選擇的路徑。

［關鍵詞］ 本體；新產品研發；知識管理

doi:10.3969/j.issn.1673-0194.2009.10.0２6

［中圖分類號］F204［文獻標識碼］A［文章編號］1673-0194（2009）10-0076-04

隨著全球化競爭的日益激烈，企業內外部環境的快速變化和科學技術的飛速發展，企業要生存就必須具備快速靈活地提供優質、高效的新產品的能力。從知識管理角度來看，新產品研發過程就是知識共享、知識轉化、知識創造的過程，因此，面對技術復雜性的不斷提高和工作任務相互依賴性的不斷增強，企業在新產品研發中有效地利用知識管理可以提高產品開發的成功率。

一、新產品研發知識管理的特點與需求

一般而言，新產品按其具備的創新程度，可分為全新產品、改進型新產品、系列型新產品、仿制型新產品。不論哪類新產品，除具有一般產品的特征之外，還具有創新性、先進性和繼承性的特征。任何發明創造或新產品，都是在以往知識積累的基礎上孕育產生的，新產品研發知識管理有其自身的特點與需求，總結如下：

（1）新產品研發屬于“弱理論、強經驗”的技術活動，對新產品研發知識管理需要強調經驗知識的管理。

（2）新產品研發需要不同專業背景的人員加入，其觀點和處理問題的方法各有不同，對產品的理解各異，因此新產品研發知識管理需要強調協同性。

（3）新產品研發過程復雜，在研發實踐中形成的研發知識常常缺乏有效的整理與保存，導致設計錯誤的重復，因此新產品研發知識管理要強調重用與共享。

（4）新產品研發需要多種知識源和多種形式的知識，因此新產品研發知識管理系統的知識載體（存儲）類型應是多樣的。

（5）新產品研發包含結構化和非結構化的知識，因此新產品研發知識管理要實現知識的分類，同時管理知識間的語法與語義的相關性。

（6）新產品研發知識管理應滿足開放性和易用性的要求，能適應不同的企業和產品，且能進行知識的動態維護和更新；能提供相應的工具，便于研發人員進行知識建模、檢索和重用。

二、傳統的知識管理框架分析

實現新產品研發領域知識的管理，特別是研發知識資源共享和重用，是新產品研發知識管理系統的首要任務。然而當前還沒有形成統一標準的知識管理系統（KMS）模型框架，目前已有幾種比較典型的KMS模型：基于多Agent的系統模型、基于B/S結構的系統模型、基于UML的集成化系統模型和基于“社會-技術”雙視角的系統模型，這些框架模型各有其優勢和局限性。

（1）基于多Agent的系統模型面向分布協作環境，強調了知識管理系統所應有的協同性，但是系統的構建僅從信息技術角度出發，忽略了知識管理系統的社會性，對新產品研發的隱性知識缺乏認識和有效的管理。

（2）基于B/S模式的系統模型強調了KMS網絡化建模，對于知識管理主體與客體間的集成以及系統與環境的協同等考慮得還不夠全面和深入；它強調對已有知識的利用，但忽視了知識管理對增強知識創新能力和提升企業核心競爭力的更高要求。

（3）基于UML的集成化系統模型將員工納入知識源范疇，但對于如何將員工頭腦中的隱性知識外化為組織知識以及如何促進員工間知識交流與共享等問題，模型中并沒有相應的策略和機制，從而忽視了知識管理的高端目標---知識創新環節。

（4）基于“社會-技術”雙視角的系統模型對企業實施知識管理的“生態環境”給予了重視，強調營造一種知識交流和共享的文化與氛圍，但這些對新產品研發知識管理還是不夠的，還需要建立起切實有效的知識共享與創新的激勵機制。因為新產品研發知識管理需要理念創新的環境，也需要技術創新的支持。

從對現有知識管理模型的總結可以看出，現有KMS框架應用到新產品研發知識管理存在以下幾個方面的不足：{1}新產品研發知識管理系統性的模型框架尚未完善，缺乏統一的標準；{2}缺乏可操作的隱性知識管理的技術實現方案，對隱性知識管理支撐工具的研究較少，對隱性知識缺乏認識，管理不到位；{3}缺乏系統化、集成化、協同化的方法論指導；{4}知識的共享和創新的激勵機制還不夠完善；{5}傳統的知識庫系統，無法充分地表示大量復雜的知識，也不利于新產品研發知識的共享和重用。

為了解決新產品研發知識管理中存在的不足，結合本體技術和新產品研發知識管理的特點，本文在新產品研發知識管理研究中引入了本體的概念。本體(Ontology )原本是一個哲學上的概念，用于研究客觀世界本質，在人工智能界，最早給出本體定義的是Neches等人，他們將本體定義為“給出構成相關領域詞匯的基本術語和關系，以及利用這些術語和關系構成的規定這些詞匯外延的規則的定義”。目前本體已經被廣泛應用到包括計算機科學、電子工程、遠程教育、電子商務、智能檢索、數據挖掘等在內的諸多領域。人們越來越認識到本體是一種知識重用、知識共享和建模的重要工具，并且本體在知識管理系統、自然語言理解等方面也得到越來越多的重視。

在本體中概念的關系可以被描述得更加廣泛、詳細、深入和全面，通過對概念添加屬性值，以及在屬性與屬性之間添加映射關系，一些不便描述的語義關系就可以清晰地描述出來。同時，在本體中可以使用形式語言，這就為實現知識檢索創造了條件。在對新產品研發知識形式化定義后，本體概念模型能夠實現對新產品研發知識理解的唯一性和精確性；另外，利用本體技術對知識的聯系進行形式化映射，可以產生和約束新的知識規則，增加了新產品研發知識本體表示方法的實用性。

三、基于本體的新產品研發知識管理建模

通過分析新產品研發領域知識的概念、關系(屬性)和知識結構，本文采用分層次的思路建立新產品研發領域本體，并分別對產品研發基礎設計知識、產品研發標準和產品研發應用知識與案例進行形式化描述。本系統模型建立了概念本體、模塊本體、協議本體、資源本體和通訊本體等，下面以概念本體為例說明產品研發知識管理建模。

概念本體是用來描述某個領域內的一些基本概念和概念之間關系的本體，這些概念是被該領域內人們所共同認可的，概念是對事務認知的抽象，包含的內容很廣，與模型相關的內容有：關系、函數、公理與實例等；關系表達了產品研發領域內概念間的互相作用，n個概念之間的關系可以表示為 R：Cl×C2×…×Cn；函數是一種特殊的概念關系，表示在n元關系中確定了（n-1）個概念，則第n個概念是唯一的，即F：Cl×C2×…×Cn-1→Cn；公理表示永遠為真的概念，即真命題；實例是具體的模型元素。新產品研發領域概念本體形式化定義如下。

CO::=(Fn，Cc，R，Ac，Ic)。

其中，Fn是領域名，Cc是領域內的術語集，R是關系集，Ac是公理集，Ic是實例集。

R形式化為R::=(Ra，Rc)，Ra是Cc上的屬性集，形式化為Ra::=(dc:Identifier，dc:Title，dc:Creator，dc:Description，dc:Date)，前綴dc表示重用DC元數據集中的標識符、題名、創建者、描述及日期元素；Rc是術語間的關系集，Rc域是Cc1×Cc1，形式化為Rc::=(SubConceptOf， SuperConceptOf， IsPartOf， HasPart. Equal， Pre， Next)，SubConceptOf和SuperConceptOf是包含和被包含的關系，IsPartof和HasPart是聚集關系，Equal是等價關系，Pre描述了概念和概念之間的直接前驅關系，Next描述了概念和概念之間的直接后繼關系。

Ac是公理集，Ac形式化為Ac::=(SubConceptOf ≡SuperConceptOf-，IsPartOf≡HasPart-，Pre≡Next-，IsPartOf≡IsPartof*，HasPart≡HasPart*，Equal≡Equal*，……)，表達了SubConceptOf和SuperConceptOf， IsPartOf和HasPart，Pre和Next都是逆反關系，IsPartOf和HasPart和Equal都是可傳遞的。

Ic形式化為Ic::=(IRa，IRc)，IRa是屬性集實例，IRc是概念的關系實例。概念是對人類知識的抽象，概念本體是按照分類法來組織領域概念及其客觀關系的，概念本體作為一類獨立的本體存在，由領域專家或知識工程師管理。

關于概念本體的實例片斷的描述如圖1所示。

概念本體的描述說明如下：

Fn=“網管產品(NMS)”

Cc=(命令行CLI，簡單網管協議SNMP，事件，告警，安全策略，狀態查詢……)

IRa={ (“Prop1”，“命令行CLI”，“Master-Cli”，“提供用戶在命令模式下設置的工作模式，查詢產品工作狀態等”)，(“Prop2”，“簡單網管協議SNMP”，“Agent-Snmp”，“由互聯網工程任務組定義的一套網絡管理協議，利用SNMP維護人員通過網管協議隨時監視網絡的運行狀況”)，……}

IRc={SubConceptOf(網管產品，命令行)，SubConceptOf(網管產品，簡單網管協議)，IsPartOf（命令行，語法分析），IsPartOf（命令行，命令樹），IsPartOf（命令行，命令處理），IsPartOf（簡單網管協議，Manager），IsPartOf（簡單網管協議，Agent），……}。

四、基于本體的新產品研發知識管理系統框架

通過分析基于本體的新產品研發領域知識模型及需求，本文提出新產品研發知識管理系統框架如圖2所示。

圖2 新產品研發知識管理系統框架

基本的知識管理活動包括知識的創造、發現、尋找和傳播，產品研發知識管理將這些活動整合為產品研發知識的獲取、產品研發知識的存儲與推理、產品研發知識的檢索和學習３個主要過程。相應地，基于本體的研發知識管理系統分為存儲層、功能層和表現層３個層次，并利用本體技術、知識集成技術、多種檢索技術，對產品研發知識進行數字化語義處理；系統按照本體論思想對知識進行分類標注，組織到知識庫中，形成產品研發領域概念集；這種框架便于實現本體知識獲取、存儲、檢索等功能，并方便產品研發知識集成、共享、發現和重用。

本框架一方面從技術角度針對不同類別的產品研發知識提出了全面的解決方案；另一方面，通過引入本體技術，本框架在一定程度上能夠使知識提供者和知識需求者之間盡可能無歧義地相互理解，并且能夠表達組織內知識提供者和知識需求者原始的思想。這將使得產品研發知識管理能夠更廣泛地應用于各種類型的組織中，為組織的知識創新在技術上提供支持。

隨著知識經濟時代的到來，信息革命和經濟全球化的進程日趨加快，對知識資源的占有、配置、生產、分配、使用（消費）將成為經濟活動的主要內容；企業技術創新、技術進步的重要性日趨明顯，新產品研發成為當代企業生命所系。本文采用本體方法為新產品研發領域知識建模，并提出基于本體的新產品研發知識管理框架，但在知識表達與推理等方面需進一步研究。

主要參考文獻

[1] 陳勁.研發項目管理［Ｍ］.北京：機械工業出版社，2004.

[2] A Segev， A Gal. Enhancing Portability with Multilingual Ontology-based Knowledge Management［J］. Decision Support Systems，2008， 45(3): 567-584.

[3] N Fuang， SH Diao. Ontology-based Enterprise Knowledge Integration[J]. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing，2008， 24(4): 562-571.

[4] 張東民，廖文和，胡建，等.基于本體的設計知識建模研究[J].華南理工大學學報：自然科學版，2005，33(5):26-31.

[5] 聞邦椿，周知承，韓清凱，等.現代機械產品設計在新產品開發中的重要作用[J].機械工程學報，2003，39(10):43-52.

[6] TH Chou， JA Vassar， BS Lin. Knowledge Management via Ontology Development in Accounting[J]. Kybernetes，2008， 37(1，2): 36-48.

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