基于流程管控的箭體結構設計知識管理研究

◎北京宇航系統工程研究所 郭永輝等

基于流程管控的箭體結構設計知識管理研究

◎北京宇航系統工程研究所 郭永輝等*

隨著知識經濟時代的到來，知識的急劇增長產生了知識爆炸現象，國內外學術界也掀起了對知識管理的研究，但企業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，中國運載火箭技術研究院面臨的多型號并舉和高密度發射的局勢，以及未來市場化轉型的形勢，對箭體結構研制能力和效率提出了更高要求。如何充分利用知識與經驗推動能力建設，加速開展技術創新，提高研制效率，縮短研制周期，成為箭體結構專業急需解決的問題。

一、箭體結構設計知識管理現狀分析

目前，箭體結構設計專業經歷了50多年的發展，已經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究流程。但箭體結構設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，設計師無法有效復用已有的經驗知識，導致低層次問題多發；因缺乏知識運用的流程管理和控制方法，沒有形成統一的知識應用約束機制；新設計人員成長速度慢，對老員工依賴大，知識傳承需求迫切；知識共享范圍小，不同產品系列之間和不同領域之間的設計人員缺乏交流，經常犯同類錯誤；產品數據管理僅存儲相關的設計結果，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細節和工程設計思路。

解決上述問題需要構建箭體結構設計知識管理平臺，然而卻面臨著以下難題：

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

二是設計數據格式多樣且相互難以轉化，知識有效性評價模型不易建立，導致知識挖掘困難；

三是設計工具多樣，商品設計軟件與專用設計軟件混合，不易共享和復用知識。

此外，同所有產品研發部門一樣，箭體結構設計專業最突出的一個特點便是創造了大量優秀的工程經驗，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，以及如何將這些優秀經驗充分挖掘并納入到產品研發流程中，成為知識管理亟待解決的重要命題。

二、關鍵技術

1.多維度設計知識挖掘技術

研制流程中的設計知識可以分為顯性和隱性2種形式，它們均能指導設計師對箭體結構進行設計。顯性知識主要包含手冊、標準、規范等在形式上已被總結并固化下來的知識。一般情況下，設計師通過顯性知識可以較容易地獲得直觀且標準的設計結果。隱性知識主要指存在于設計案例或專家頭腦中未被固化下來的知識。設計師無法通過隱性知識獲得直接的設計方法，必須結合對隱性知識的個人理解才能得到設計方法，往往會導致設計結果參差不齊。

筆者在此主要研究箭體結構設計流程中的知識挖掘，將設計流程中的顯性和隱性知識封裝成結構化與半結構化的數據，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：一是按照設計階段、學科類型、適用范圍、適用角色4個角度進行劃分并形成相應的“知識標簽”。由科室及小組的專家將積累的設計標準進行電子化，貼上“知識標簽”后放入數據庫集中管理。

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的知識詞條并通過關鍵字進行檢索。這種應用方式廣泛見于百度百科類的知識系統，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，往往以設計案例的形式進行固化和存儲。設計案例的表現形式主要是設計流程中的設計模型文件、多媒體記錄等。從成功案例中獲取設計知識主要是將設計模型中的關鍵特征和信息提取為對象標簽、參數標簽、物理標簽和關系標簽等表現形式并存儲到數據庫中，與材料庫和標準庫等建立聯系，實現隱性知識的半結構化存儲。通過挖掘不同型號設計模型的對應參數，實現對隱性知識的多級知識挖掘機制。

2.多維度設計知識復用技術

設計知識主要包括通用知識和基于流程任務的私有知識。

(1)通用知識的復用技術

通用知識是長期存儲在獨立于設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。箭體結構顯性通用知識的主要知識復用方法為：

◆識別到當前設計任務所處的狀態(設計對象、設計階段、設計任務類型、所屬型號、密級、用戶權限)，將設計狀態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的知識元。

◆以設計師輸入的關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計師工作環境。

◆允許設計師對所關心的設計知識進行檢索，對檢索到的設計知識進行查閱和引用；允許設計師在具體的設計任務流程中查閱和引用這類設計知識文檔，將其傳遞到后續設計環節共享；允許設計師在專用設計工具中查閱和引用檢索到的設計知識文檔。

公式類通用知識的復用方法主要為：允許設計師輸入計算功能需求，輸入、輸出參數集合；以統一的術語含義參數名列表校核輸入、輸出參數語義；以計算功能、輸入和輸出參數的關鍵字檢索計算工具；將從設計任務中提取的輸入數據傳遞給計算工具；在人機交互的設計計算結束后，將計算結果作為該道設計活動的結果存入設計任務的附件中。

(2)私有知識的復用技術

私有知識分為任務內私有和型號內私有。基于流程任務的私有知識是在設計過程中產生和消亡的，如前一道設計任務的結果就是后續某道設計環節的有效知識。

任務內私有知識復用方法為：

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

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

◆后置崗位設計師得到的設計任務中包含了上游和前置崗位產生的私有知識。

◆后置崗位設計師可在箭體結構設計知識管理平臺中查看私有知識，也可以由私有知識數字化文件格式調用對應的數字化設計工具。

型號內私有知識復用方法如圖1所示。設計任務由工作流引擎驅動在各個崗位之間流轉，當流轉到某一崗位時獲取該設計任務所屬的設計階段；從當前設計任務中提取型號的關鍵字，以型號為檢索條件搜索型號內的所有知識文件；檢索該型號內與當前設計階段匹配的知識，形成知識文檔列表；將列表形成鏈接放入設計任務中，該階段所有崗位都能看到該鏈接列表；設計師根據需求選擇查看知識文檔中的鏈接列表。

圖1 型號內私有知識復用方法

3.多維度設計知識推送技術

箭體結構的設計流程是有規律的，在設計過程中往往利用工作流對設計步驟進行定義和規范。工作流系統實施人員根據廠所的現狀歸納總結出各種設計流程的參與角色、流程在角色之間流轉的條件與順序、各角色對設計流程作出的反應等業務信息，利用形式化描述語言定義面向設計流程的工作流模板。設計流程的發起者在新建流程時為該流程指定工作流模板，由工作流引擎根據工作流模板的定義驅動流程。這種工作流引擎驅動流程流轉的原理是基于流程的預定義，而預定義是基于各箭體結構設計科室的設計流程規范和崗位責任的前提。在出現需要判斷流轉方向的情況時，依賴人的經驗判斷和手工干預。

知識推送正是依賴工作流引擎的工作原理，結合知識推送規則實現知識推送。使得設計師能夠在不發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。

箭體結構設計過程的知識描述為可定義、編輯、推理、推送的動態過程知識。基于工作流的箭體結構設計知識推送過程如圖2所示。箭體結構設計一般過程經由專家總結后整理為不同的設計流程類型，這些是設計過程知識的一部分。新用戶選擇某種類型的設計流程后，按照向導可快速開展具體的設計工作，設計過程的關鍵環節、關鍵處理過程都在設計流程中有明確的表述及相關設計知識的推理、推送支持。

三、平臺方案

箭體產品由多個復雜結構組成，設計知識涉及多個學科，因此形成了多維度知識。設計過程中，多個領域的設計人員按照設計要求各自進行領域內的設計工作。各個學科設計之間存在聯系與制約，對知識的需求和理解各不相同，所以，各個學科設計人員需要兼顧整體設計最優的知識獲取方法。

箭體結構知識管理平臺(見圖3)面向箭體結構的所有設計階段，旨在解決知識的數據管理、挖掘、推送及共享。具體的建設內容包括：

◆典型知識庫數據管理，對每個箭體結構設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，一旦用戶在設計過程中產生新的知識，立即填入知識模板并存入知識庫。

◆建立階段設計流程管理機制，用戶可以選擇當前活動所處的階段及該階段中所處的設計流程，實現知識按階段、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、用戶、角色管理等功能。

◆建立知識管理系統與PDM系統的集成，用戶可以從PDM系統里下載知識。

基于流程管控的箭體結構多維度知識挖掘、復用和推送方法是解決箭體結構設計過程中知識管理與應用的核心問題，在此基礎上對箭體結構設計流程知識管理方案進行設計、規劃，實現基于流程管控的箭體結構設計知識管理并應用到型號研制過程中，將會切實打造知識型專業設計隊伍，形成知識庫與人性化的知識共享平臺，提高設計效率和能力。

圖2 面向過程的設計知識推送方法

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（西北工業大學）、李妍