基于知識管理技術的裝備保障平臺設計與應用

中國人民解放軍91515部隊 崔海斌 鄧志淵 蕭耀友

中國運載火箭技術研究院 尹 航

一、引 言

隨著裝備現代化水平的不斷提高，裝備綜合保障工作知識密集度日益增強，為裝備保障水平的快速發展帶來了新機遇。與此同時，裝備保障工作面臨著兩大方面問題亟需解決：一方面，隨著裝備保障資源信息化水平的不斷提高，裝備保障信息量成指數級增長，研究人員需要在海量信息中提取有價值的信息用于指導、決策保障活動；另一方面，充分發揮裝備保障領域的專家資源優勢，提高知識經驗的應用和共享程度，減少因人員變動造成的知識流失，這成為裝備保障設計工作中的另一個迫切需求。本文論述了基于知識管理的裝備保障平臺設計方案及應用，該平臺通過對裝備保障性設計與全壽命周期保障資源管理過程所形成的保障資源信息進行知識提取、知識建模、知識庫構建等一系列知識管理活動，實現了保障性設計流程的知識推送、遠程專家系統知識支持等知識管理應用，提高了裝備保障性協同設計水平，提高了裝備保障效率，對知識化的裝備綜合保障具有重要意義。

二、基于知識管理的裝備保障平臺建設需求

裝備保障平臺是通過先進的信息化技術手段，構建面向裝備全系統全壽命周期的保障性設計和保障資源管理一體化平臺，能夠提供保障協同設計、遠程支援、輔助維修等保障應用，實現裝備可靠性、維修性、測試性及保障性的協調發展，提高裝備的保障水平。基于知識管理的裝備保障平臺首先是要實現裝備保障的業務需求，并通過在傳統的裝備保障平臺基礎上構建知識管理系統，實現裝備保障領域的知識應用與共享，以及裝備保障設計的快速化和智能化；同時，將個人經驗轉化為組織軟實力，縮短裝備保障性設計的周期并提高效率，通過知識挖掘實現信息增值，為裝備提供更為智能的保障應用。該平臺主要建設需求如下：

（1）構建裝備保障的協同設計平臺。為裝備的保障性設計與分析工作提供一個綜合平臺，為裝備保障的協同設計提供基于設計流程的知識推送服務。在保障產品設計過程中，對保障要素進行分析，以科學的保障性分析方法來指導裝備保障工作。

（2）構建型號綜合保障集成數據中心和知識共享中心。集成數據中心通過建立裝備全型號全系統綜合保障分析、保障性設計數據、保障工作管理數據等共享數據庫，為宏觀決策、裝備生產及使用提供數據支持。知識共享中心在集成數據中心基礎上，通過知識獲取、知識建模構建知識庫，提供設計流程知識推送、知識社區、遠程專家系統等更高層次的信息利用手段，提高裝備保障性設計效率，提供智能化裝備保障應用。

三、基于知識管理的裝備保障平臺設計

（一）裝備保障平臺總體框架

基于知識管理的裝備保障平臺總體框架如圖1 所示。平臺在網絡通信環境及各種硬件、系統軟件等基礎設施上構建，分為3 個層次：信息層、知識層、應用層。

信息層集成了現有的裝備保障性設計平臺、保障資源管理平臺和保障資源庫[1]。裝備保障性設計平臺為裝備的保障性設計與分析工作提供了一個集成環境，同時也是裝備全壽命周期保障信息的主要來源；保障資源管理平臺實現對保障資源庫的管理，為信息的應用提供必要的服務支持；保障資源庫作為裝備保障平臺的核心存儲單元，存儲了裝備在設計、生產、部署和退役等全壽命周期內所產生的保障數據，是知識管理與應用的基礎。

圖1 基于知識管理的裝備保障平臺總體框架圖

知識層分為知識管理平臺與保障知識庫[2]。知識管理平臺由知識獲取、知識建模、知識管理與維護等模塊組成，實現對裝備保障信息的知識提取與管理；保障知識庫通過本體分析技術建立知識索引庫和業務庫，存儲裝備保障相關的事實與規則，為上層應用提供基礎[3]。

應用層通過智能推送技術、專家系統技術、知識搜索與查詢技術等構建了裝備保障知識應用系統。應用系統包括：保障性設計流程知識推送、保障知識社區、遠程專家支持等，可應用于裝備保障性協同設計及裝備遠程維修支援等方面。

（二）裝備保障平臺信息層設計

裝備保障平臺信息層由保障性設計平臺、保障資源管理平臺及保障資源庫構成，如圖2 所示。

1.保障性設計平臺設計

保障性設計平臺為裝備的保障性設計與分析工作提供了一個集成環境，重點關注裝備的研制階段，主要分析裝備在初步設計、研制、試驗、生產、使用及維修中的各種保障問題，并為制定裝備的保障性要求、制定與優化保障方案、開展保障性設計、確定與優化保障資源等工作提供依據。通過保障性設計與分析，生成保障方案，獲得相關保障信息，存儲在保障資源庫中，為裝備全壽命周期中各階段的保障工作提供數據支持。保障性設計平臺作為數據源生產系統采用數據接口集成的方式，將現有保障性設計工具集成在本系統中，為知識層提供基礎信息。

圖2 裝備保障平臺信息層結構圖

2.保障資源管理平臺設計

保障資源管理平臺為保障資源庫提供管理作用，為信息的應用提供必要的服務支持。該平臺包括以下基本功能模塊：主題管理、元數據管理、數據編碼管理、數據交換、數據比對、數據訪問等。保障資源庫采用主題數據庫技術，主題數據管理模塊與元數據管理模塊是該技術必需的功能模塊，是數據存儲與管理的基礎。數據編碼管理模塊提供對數據編碼所需的統一標準規范，實現不同編碼標準間的相互轉換。數據交換模塊采用遠程過程調用（RPC）與可擴展標記語言（XML）技術實現數據交互功能。數據比對模塊實現數據的沖突檢測處理，保證了數據的正確性和一致性。數據訪問模塊是在統一權限管理系統之上，按照不同業務需求及不同訪問權限，實現對保障資源的不同數據庫進行數據訪問。

3.保障資源庫設計

保障資源庫由產品結構數據庫、六性設計信息數據庫、故障信息數據庫、維修信息數據庫、備件信息數據庫、使用信息數據庫、測試信息數據庫等主題數據庫構成。保障資源庫作為裝備保障平臺的核心存儲單元，存儲了裝備在設計、生產、部署和退役等全壽命周期內所產生的保障數據，是知識管理與應用的基礎。

圖3 裝備保障平臺知識層結構圖

（三）裝備保障平臺知識層設計

裝備保障平臺知識層由知識管理平臺和保障知識庫構成，如圖3 所示。

1.知識管理平臺設計

知識管理平臺分為3 個功能模塊：知識獲取、知識建模、知識管理與維護[4]。

知識獲取是通過知識元挖掘與規則集成描述知識事實與信息間關系，確定知識語義本體，采用本體技術對知識進行描述的過程。知識元由名稱、屬性、操作、導航4 個要素組成[5]。知識元挖掘是對保障資源庫中的信息從上述4 個要素角度進行提取、甄別、認定，這個過程往往需要人工干預。規則集成是利用邏輯描述語言表達知識元間的規則，形成語義邏輯鏈，實現顯性表達知識的目的。知識獲取輸出是知識元與知識鏈的集合，通過知識元與知識鏈的計算機表達，實現了對知識概念、關系與約束的刻畫，為知識建模提供基礎素材。

知識建模是利用機器學習與模式識別等技術實現知識學習和知識推理，為知識庫的構建提供自動學習與動態更新的機制。知識學習是在知識語義本體層面建立自動學習機制，采用神經網絡、歸納學習等方法，處理知識元之間的邏輯關系，自動學習知識元間的規則，并通過邏輯描述添加到規則集中，形成知識語義本體。知識推理是在知識語義本體基礎上結合用戶對知識的應用需求，通過采用模糊邏輯、粗糙集推理等方法，進行推理計算，以提高知識庫系統智能化程度。知識管理與維護為知識庫系統提供運行與維護的通用功能，包括知識生命周期管理、知識更新、知識廢棄、知識查詢與索引等內容。

2.保障知識庫設計

保障知識庫是通過知識管理平臺對裝備保障資源庫的信息進行知識提取、建模基礎上形成的存儲結構，由索引知識庫和業務知識庫兩部分構成。索引知識庫存儲了針對用戶設計的知識檢索策略所對應的導航信息，主要包括實例檢索規則庫、本體匹配規則庫、設計流程檢索規則庫。業務知識庫是建立在保障資源主題數據庫基礎之上，利用知識獲取方法，實現知識語義本體表達，同時建立與主題數據庫對應的多種知識庫，作為知識管理平臺的知識輸入。

（四）裝備保障平臺應用層設計

裝備保障平臺應用層是在信息層和知識層基礎上構建知識的應用系統，包括保障性設計流程知識推送、保障知識社區、遠程專家支持等，可應用于裝備保障性協同設計及裝備遠程維修支援等方面。

1.保障性設計流程知識推送設計

保障性設計流程知識推送的設計如圖4 所示，采用知識推送技術，按照保障性設計流程活動組織知識資源，自動推送到終端用戶，實現不同型號裝備在保障性設計中的知識共享。

設計流程信息作為該應用的輸入條件，需要通過技術人員進行歸納和提煉，錄入系統中，由系統提供輸入流程、運行流程，以及修改、維護流程等功能。保障性設計流程一般包括：故障模式影響及危害分析流程、以可靠性為中心的維修分析流程、使用與維修工作分析流程、可靠性維修性預計流程、故障樹分析流程、備件及庫存分析流程等。

知識推送是知識庫“主動”將知識資源按照一定需求規則發送給用戶的一種知識發布技術，由知識管理系統控制資源流向及分發情況，將傳統的知識查詢轉化為主動知識匹配模式，有利于促進知識管理的智能化、個性化知識服務。

2.保障知識社區設計

知識社區由知識錄入、知識檢索、知識地圖等功能模塊構成，主要為裝備保障設計師隊伍提供一個主動查詢和獲取知識資源的虛擬工作環境，同時知識錄入模塊也為綜合保障領域專家的隱性知識顯性化提供了服務平臺，通過標準化的知識錄入設計，能夠有效地將個人經驗轉化為組織智慧。知識檢索模塊為用戶提供分類目錄式查詢和關鍵詞檢索查詢2 種查詢方法，在用戶對知識分類結構和個人需求不太清楚時可采用分類目錄式查詢，按照知識分類樹逐層展開查找；對于用戶明確需求時，可采用關鍵詞查詢，通過建立索引庫，實現搜索引擎快速查詢符合關鍵詞匹配的知識，并以資源列表形式輸出到界面。知識地圖則是通過圖形化描述幫助用戶定位知識，通過知識地圖的應用，用戶可以根據裝備保障性設計流程構建知識的分布與聯系，可形象、直觀地展示裝備保障性設計流程中的知識資源。

3.遠程專家支持系統設計

遠程專家支持系統設計如圖5 所示。系統依托知識管理的裝備保障平臺構建遠程前端和遠程后端，遠程前端負責采集現場支援需求、測試狀態信息及測試數據，通過安全網絡傳輸給遠程后端；遠程后端利用保障知識資源，根據輸入的數據信息，通過一系列知識分析處理技術，得出判斷結果，提供故障自動診斷和專家決策2 個層級的維修輔助決策信息。

遠程專家支持系統的設計重點在遠程后端，其知識處理過程包括：建立問題目標、知識檢索、智能推理和問題求解等幾個步驟，其中智能推理是關鍵。智能推理模塊采用Agent 技術實現[6]，Agent 是在一定環境下自主運行的實體，Agent 實體的行為能夠自動觸發環境反饋，具有自治性、社會性、反映性、能動性，實現對知識推理的自動化和智能化，可用于基于知識管理的遠程故障診斷。

基于知識管理的裝備保障平臺設計實現了系統需求，通過信息層的保障性設計平臺、保障資源管理平臺、保障資源庫建設，實現了裝備的可靠性、維修性、測試性與保障性的協同設計；通過知識層的保障知識庫與知識管理平臺建設，實現了型號綜合保障知識共享中心，并為上層知識應用與輔助決策提供支持。在此基礎上，結合具體應用場景，在應用層構建了保障性設計流程知識推送、保障知識社區、遠程專家支持等智能化裝備保障應用，為提高裝備的保障效能提供了有效手段。

圖5 遠程專家支持系統設計圖

四、結束語

知識管理應用是裝備綜合保障信息化、智能化的一個重要發展方向，能夠有效提高裝備保障性設計水平，提高裝備保障效率。本文提出了一種基于知識管理的裝備保障平臺設計方案，方案設計滿足了裝備保障需求。在裝備的研制與使用過程中，通過不斷實踐與迭代完善平臺功能、性能，使知識管理在裝備綜合保障領域中更好地發揮作用。