基于智能制造技術(shù)的智慧知識體系研究

◎北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所 張文海 陳軍 朱俊 寧琦 趙文斌

基于智能制造技術(shù)的智慧知識體系研究

◎北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所 張文海 陳軍 朱俊 寧琦 趙文斌

智能制造技術(shù)（IMT）是當(dāng)今最新的制造技術(shù)之一，是指在設(shè)計制造的研制與管理過程中，以IT類電子設(shè)備為研制工具，融入人工智能技術(shù)(AI)來實現(xiàn)專家智能，使其具備推理、分析、構(gòu)思、決策、判斷等功能。IMT的特點是，專家在產(chǎn)品研制過程中能夠?qū)⒖刂啤⒃\斷、設(shè)計、決策、管理、規(guī)劃與調(diào)度等智能活動與智能設(shè)備完美結(jié)合，從而利用計算機(jī)模擬實現(xiàn)專家所提供的輔助和指導(dǎo)功能。

一、智慧院所的建設(shè)構(gòu)思與框架

根據(jù)北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所設(shè)計制造一體化的企業(yè)特點，筆者以搭建信息技術(shù)和制造技術(shù)深度融合的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)平臺為建設(shè)主線，探索將其升級成為一個以設(shè)計為中心的伺服智慧型研究所，梳理并重構(gòu)機(jī)電伺服產(chǎn)品的研制流程，以轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)設(shè)計生產(chǎn)周期長、研制設(shè)備信息化水平低、知識資源未有效應(yīng)用、研制管理無智能化措施的現(xiàn)狀。通過智慧院所智能平臺的建設(shè)，實現(xiàn)以設(shè)計為中心，科研生產(chǎn)和經(jīng)營管理全要素大數(shù)據(jù)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(xiàn)基于云計算和人工智能的設(shè)計制造、決策管理、規(guī)劃調(diào)度等信息知識的方案優(yōu)選與智能化閉環(huán)迭代學(xué)習(xí)；實現(xiàn)設(shè)計研發(fā)的產(chǎn)品信息成果網(wǎng)絡(luò)化共享、設(shè)計制造一體化協(xié)同和產(chǎn)品研制全流程虛擬化仿真驗證，從而初步完成構(gòu)建快速響應(yīng)研發(fā)與敏捷智能制造的智慧院所建設(shè)目標(biāo)。

基于IMT的智慧型研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)平臺一般都包含虛擬資源層、核心服務(wù)層、功能組件層／應(yīng)用接口層、應(yīng)用層和交互服務(wù)層等結(jié)構(gòu)框架，典型的智慧研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)架構(gòu)組成如圖1所示。

二、智慧知識體系的建設(shè)思路

智慧知識體系的構(gòu)建必須以實際業(yè)務(wù)需求為導(dǎo)向，從企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略、技術(shù)創(chuàng)新目標(biāo)等多個方面完善企業(yè)知識管理工作的體制機(jī)制和制度，確保知識管理體系規(guī)劃具有戰(zhàn)略前瞻性、整體協(xié)調(diào)性和應(yīng)用實效性。在智慧院所建設(shè)的背景下，需要將智能化的技術(shù)手段融入到知識管理的工作過程中。研究所策劃構(gòu)建的智慧知識體系將通過感知人、設(shè)備、工作情境等信息，利用互聯(lián)互通的知識網(wǎng)絡(luò)，深度結(jié)合產(chǎn)品的研制流程與不同崗位人員的知識需求，在人、設(shè)備、知識管理系統(tǒng)之間進(jìn)行智能化的知識采集與傳播推送，輔助實現(xiàn)智能化設(shè)計、智能化決策、智能化制造。使用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和云計算分析功能來獲取更有價值、更系統(tǒng)、更全面的產(chǎn)品研制與管控信息，基于生產(chǎn)過程中人、設(shè)備、業(yè)務(wù)、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(jìn)而輔助實現(xiàn)智慧院所的建設(shè)目標(biāo)。

智慧知識體系的具體建設(shè)內(nèi)容應(yīng)涵蓋以下5個方面的內(nèi)容:一是建設(shè)知識互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)信息化平臺；二是基于IMT和智慧院所建設(shè)的實際需求，構(gòu)建分類合理的知識庫；三是利用云計算和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)計知識的復(fù)用與優(yōu)化、智能推送與快速研發(fā)；四是利用人工智能的學(xué)習(xí)與分析技術(shù)探索構(gòu)建專家系統(tǒng)，根據(jù)轉(zhuǎn)化搜集獲取的專家隱性知識，實現(xiàn)對產(chǎn)品設(shè)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(biāo)準(zhǔn)和數(shù)控加工工藝知識，實現(xiàn)基于標(biāo)準(zhǔn)和知識的智能加工方式轉(zhuǎn)變。

三、建設(shè)實施

1．智慧型知識庫的建設(shè)思路

通常情況下，企業(yè)知識管理系統(tǒng)的知識庫也就是企業(yè)的信息庫，包括以下幾個方面內(nèi)容:一是企業(yè)的技術(shù)資源信息、經(jīng)營及管理的規(guī)章制度和經(jīng)驗成果信息等；二是企業(yè)內(nèi)部的組織信息，如:企業(yè)組織結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)分工、工作流程、各部門和各人員崗位職責(zé)權(quán)限等；三是企業(yè)外部的信息資源，如:各級各類相關(guān)政策信息、行業(yè)發(fā)展動態(tài)、售后服務(wù)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(shè)是智慧知識體系建設(shè)的核心內(nèi)容。因為需要在傳統(tǒng)知識庫的基礎(chǔ)上構(gòu)建滿足IMT需求的新型知識庫架構(gòu)，需要將知識庫的內(nèi)容劃分成2類來建設(shè):一類是成熟穩(wěn)定的規(guī)則庫，即對于研制、生產(chǎn)和管理領(lǐng)域內(nèi)比較清楚、可靠的知識信息，將其設(shè)定為固化的知識規(guī)則存放于知識庫中；另一類是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識庫，用于存儲尚未成熟固化的知識信息，借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的迭代應(yīng)用與學(xué)習(xí)功能，使這些尚不完善的知識信息得到不斷積累，在經(jīng)過大量的實踐檢驗證實后，將相關(guān)知識信息轉(zhuǎn)入成熟穩(wěn)定的規(guī)則庫存放。

2．智能快速研發(fā)平臺的知識管理架構(gòu)

隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)經(jīng)營模式理念的轉(zhuǎn)變，設(shè)計人員已不僅僅是在完成單純的產(chǎn)品研發(fā)工作，可以說也是在面向產(chǎn)品用戶提供一種技術(shù)服務(wù)，制造業(yè)也開始轉(zhuǎn)變?yōu)槟撤N形式的服務(wù)業(yè),而服務(wù)業(yè)最為重要的一條原則即是:所有服務(wù)都應(yīng)面向客戶需求。因此，如果一切產(chǎn)品的設(shè)計都是面向客戶需求的，那么就應(yīng)當(dāng)將客戶的需求作為最基本的產(chǎn)品設(shè)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(chǎn)品設(shè)計相關(guān)信息。

此外，在以面向客戶為基礎(chǔ)進(jìn)行研發(fā)設(shè)計的過程中，客戶能通過知識管理平臺了解企業(yè)的產(chǎn)品信息及相關(guān)知識，有助于客戶開展對已有產(chǎn)品及零部組件的復(fù)用，接受模塊化集成設(shè)計理念，減少產(chǎn)品多樣化重復(fù)性設(shè)計，進(jìn)而輔助推動企業(yè)構(gòu)建智能化快速產(chǎn)品研發(fā)平臺。

智能快速研發(fā)平臺是基于成熟技術(shù)方案組件進(jìn)行高效集成設(shè)計的智能化系統(tǒng)，可在方案和初步設(shè)計過程中實現(xiàn)快速原型設(shè)計與成熟技術(shù)迭代，從而確定最優(yōu)設(shè)計方案，通過產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)庫的知識管理系統(tǒng)，實現(xiàn)各類設(shè)計資源的智能調(diào)用、協(xié)同研制和模型管理。此研發(fā)平臺通過對產(chǎn)品研制流程的系統(tǒng)梳理，將重要的流程節(jié)點嵌入至協(xié)同研發(fā)系統(tǒng)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(shù)據(jù)統(tǒng)計分析技術(shù)，根據(jù)不同專業(yè)崗位人員的操作使用習(xí)慣和崗位知識包要求，通過信息化手段實現(xiàn)知識資源的情境化感知和智能化信息推送，進(jìn)而實現(xiàn)嵌入研制流程、面向人員崗位的智能化快速設(shè)計。

將客戶參與設(shè)計引入到企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計整體系統(tǒng)之中，知識管理系統(tǒng)需包含客戶和企業(yè)雙方的管理接口。此面向客戶參與的產(chǎn)品智能快速研發(fā)平臺的知識管理體系架構(gòu)如圖2所示。

在客戶參與的設(shè)計層中，只需要實現(xiàn)對設(shè)計方案的閱覽、標(biāo)注、信息補(bǔ)充描述、簡單2D或3D圖形標(biāo)注、產(chǎn)品性能檢索查詢、產(chǎn)品相關(guān)知識信息查閱、個人參與項目的信息管理等功能即可。

在數(shù)據(jù)層中，客戶方和企業(yè)方具有部分相同的數(shù)據(jù)庫與知識庫，方便客戶獲取更多參與產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的數(shù)據(jù)與知識分享。但出于保護(hù)需要，客戶方能夠訪問的相關(guān)信息在數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)操作界面上是經(jīng)過合理篩選和有效隔離的，在使用權(quán)限上也是受一定限制的。

3．智能決策與評估專家系統(tǒng)的構(gòu)建方法

智能決策與評估專家系統(tǒng)是利用專家的知識來解決企業(yè)管理過程中部分評審決策與分析評估工作的計算機(jī)系統(tǒng)。通過與相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的專家進(jìn)行訪談記錄，采集該領(lǐng)域內(nèi)專家所掌握和形成的隱性知識，再通過構(gòu)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(jī)系統(tǒng)中；當(dāng)需要使用專家系統(tǒng)來進(jìn)行決策與評估工作時，該系統(tǒng)可通過推理機(jī)制，根據(jù)設(shè)定的決策與評估基本要求和存儲的專家知識信息經(jīng)驗，采用對比分析的方式對需要評估的材料進(jìn)行評價，并將分析所得的結(jié)論反饋給用戶；此外，由于具備智能化的功能，該專家系統(tǒng)還能夠通過自學(xué)機(jī)制從大量實踐活動中自動補(bǔ)充更新相關(guān)知識，并將這些新的知識信息不斷存儲替換到系統(tǒng)的知識庫中。

綜上所述，智能決策與評估專家系統(tǒng)的核心，是知識庫與推理機(jī)制。專家系統(tǒng)給出的結(jié)論質(zhì)量與知識庫中存儲的信息內(nèi)容及其質(zhì)量密切相關(guān)，而影響知識庫建設(shè)的關(guān)鍵因素是知識信息的獲取方法與途徑。▲