基于智能制造技術的智慧知識體系研究

◎北京精密機電控制設備研究所 張文海 陳軍 朱俊 寧琦 趙文斌

基于智能制造技術的智慧知識體系研究

◎北京精密機電控制設備研究所 張文海 陳軍 朱俊 寧琦 趙文斌

智能制造技術（IMT）是當今最新的制造技術之一，是指在設計制造的研制與管理過程中，以IT類電子設備為研制工具，融入人工智能技術(AI)來實現專家智能，使其具備推理、分析、構思、決策、判斷等功能。IMT的特點是，專家在產品研制過程中能夠將控制、診斷、設計、決策、管理、規劃與調度等智能活動與智能設備完美結合，從而利用計算機模擬實現專家所提供的輔助和指導功能。

一、智慧院所的建設構思與框架

根據北京精密機電控制設備研究所設計制造一體化的企業特點，筆者以搭建信息技術和制造技術深度融合的數字化網絡平臺為建設主線，探索將其升級成為一個以設計為中心的伺服智慧型研究所，梳理并重構機電伺服產品的研制流程，以轉變傳統設計生產周期長、研制設備信息化水平低、知識資源未有效應用、研制管理無智能化措施的現狀。通過智慧院所智能平臺的建設，實現以設計為中心，科研生產和經營管理全要素大數據的智能挖掘與分析、智能仿真與評估、情境化感知和智能化信息推送等功能；實現基于云計算和人工智能的設計制造、決策管理、規劃調度等信息知識的方案優選與智能化閉環迭代學習；實現設計研發的產品信息成果網絡化共享、設計制造一體化協同和產品研制全流程虛擬化仿真驗證，從而初步完成構建快速響應研發與敏捷智能制造的智慧院所建設目標。

基于IMT的智慧型研發生產企業平臺一般都包含虛擬資源層、核心服務層、功能組件層／應用接口層、應用層和交互服務層等結構框架，典型的智慧研發生產企業架構組成如圖1所示。

二、智慧知識體系的建設思路

智慧知識體系的構建必須以實際業務需求為導向，從企業發展戰略、技術創新目標等多個方面完善企業知識管理工作的體制機制和制度，確保知識管理體系規劃具有戰略前瞻性、整體協調性和應用實效性。在智慧院所建設的背景下，需要將智能化的技術手段融入到知識管理的工作過程中。研究所策劃構建的智慧知識體系將通過感知人、設備、工作情境等信息，利用互聯互通的知識網絡，深度結合產品的研制流程與不同崗位人員的知識需求，在人、設備、知識管理系統之間進行智能化的知識采集與傳播推送，輔助實現智能化設計、智能化決策、智能化制造。使用大數據挖掘技術和云計算分析功能來獲取更有價值、更系統、更全面的產品研制與管控信息，基于生產過程中人、設備、業務、管理的實際需求，形成具備智能化分析與處理能力的知識管理體系，進而輔助實現智慧院所的建設目標。

智慧知識體系的具體建設內容應涵蓋以下5個方面的內容:一是建設知識互聯互通的網絡信息化平臺；二是基于IMT和智慧院所建設的實際需求，構建分類合理的知識庫；三是利用云計算和大數據分析技術，實現設計知識的復用與優化、智能推送與快速研發；四是利用人工智能的學習與分析技術探索構建專家系統，根據轉化搜集獲取的專家隱性知識，實現對產品設計方案、評審報告、報獎材料等審查工作的智能分析與決策評估；五是利用STEP-NC標準和數控加工工藝知識，實現基于標準和知識的智能加工方式轉變。

三、建設實施

1．智慧型知識庫的建設思路

通常情況下，企業知識管理系統的知識庫也就是企業的信息庫，包括以下幾個方面內容:一是企業的技術資源信息、經營及管理的規章制度和經驗成果信息等；二是企業內部的組織信息，如:企業組織結構、業務分工、工作流程、各部門和各人員崗位職責權限等；三是企業外部的信息資源，如:各級各類相關政策信息、行業發展動態、售后服務反饋等信息；四是情報資源信息，如:來自市場、客戶、合作伙伴、競爭對手等渠道的信息資料。

知識庫的建設是智慧知識體系建設的核心內容。因為需要在傳統知識庫的基礎上構建滿足IMT需求的新型知識庫架構，需要將知識庫的內容劃分成2類來建設:一類是成熟穩定的規則庫，即對于研制、生產和管理領域內比較清楚、可靠的知識信息，將其設定為固化的知識規則存放于知識庫中；另一類是神經網絡知識庫，用于存儲尚未成熟固化的知識信息，借助神經網絡的迭代應用與學習功能，使這些尚不完善的知識信息得到不斷積累，在經過大量的實踐檢驗證實后，將相關知識信息轉入成熟穩定的規則庫存放。

2．智能快速研發平臺的知識管理架構

隨著現代化生產經營模式理念的轉變，設計人員已不僅僅是在完成單純的產品研發工作，可以說也是在面向產品用戶提供一種技術服務，制造業也開始轉變為某種形式的服務業,而服務業最為重要的一條原則即是:所有服務都應面向客戶需求。因此，如果一切產品的設計都是面向客戶需求的，那么就應當將客戶的需求作為最基本的產品設計輸入要求，并將客戶所提供的知識信息視為最有參考價值和借鑒意義的產品設計相關信息。

此外，在以面向客戶為基礎進行研發設計的過程中，客戶能通過知識管理平臺了解企業的產品信息及相關知識，有助于客戶開展對已有產品及零部組件的復用，接受模塊化集成設計理念，減少產品多樣化重復性設計，進而輔助推動企業構建智能化快速產品研發平臺。

智能快速研發平臺是基于成熟技術方案組件進行高效集成設計的智能化系統，可在方案和初步設計過程中實現快速原型設計與成熟技術迭代，從而確定最優設計方案，通過產品設計數據庫的知識管理系統，實現各類設計資源的智能調用、協同研制和模型管理。此研發平臺通過對產品研制流程的系統梳理，將重要的流程節點嵌入至協同研發系統流程中，能夠有效管控和便于提取重要的知識信息，并可以利用大數據統計分析技術，根據不同專業崗位人員的操作使用習慣和崗位知識包要求，通過信息化手段實現知識資源的情境化感知和智能化信息推送，進而實現嵌入研制流程、面向人員崗位的智能化快速設計。

將客戶參與設計引入到企業產品設計整體系統之中，知識管理系統需包含客戶和企業雙方的管理接口。此面向客戶參與的產品智能快速研發平臺的知識管理體系架構如圖2所示。

在客戶參與的設計層中，只需要實現對設計方案的閱覽、標注、信息補充描述、簡單2D或3D圖形標注、產品性能檢索查詢、產品相關知識信息查閱、個人參與項目的信息管理等功能即可。

在數據層中，客戶方和企業方具有部分相同的數據庫與知識庫，方便客戶獲取更多參與產品設計開發的數據與知識分享。但出于保護需要，客戶方能夠訪問的相關信息在數據庫和系統操作界面上是經過合理篩選和有效隔離的，在使用權限上也是受一定限制的。

3．智能決策與評估專家系統的構建方法

智能決策與評估專家系統是利用專家的知識來解決企業管理過程中部分評審決策與分析評估工作的計算機系統。通過與相關專業領域內的專家進行訪談記錄，采集該領域內專家所掌握和形成的隱性知識，再通過構建知識庫的方式將這些隱性知識顯性化并固化存儲于計算機系統中；當需要使用專家系統來進行決策與評估工作時，該系統可通過推理機制，根據設定的決策與評估基本要求和存儲的專家知識信息經驗，采用對比分析的方式對需要評估的材料進行評價，并將分析所得的結論反饋給用戶；此外，由于具備智能化的功能，該專家系統還能夠通過自學機制從大量實踐活動中自動補充更新相關知識，并將這些新的知識信息不斷存儲替換到系統的知識庫中。

綜上所述，智能決策與評估專家系統的核心，是知識庫與推理機制。專家系統給出的結論質量與知識庫中存儲的信息內容及其質量密切相關，而影響知識庫建設的關鍵因素是知識信息的獲取方法與途徑。▲