基于流程管控的箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)管理研究

◎北京宇航系統(tǒng)工程研究所 郭永輝等

基于流程管控的箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)管理研究

◎北京宇航系統(tǒng)工程研究所 郭永輝等*

隨著知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來(lái)，知識(shí)的急劇增長(zhǎng)產(chǎn)生了知識(shí)爆炸現(xiàn)象，國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界也掀起了對(duì)知識(shí)管理的研究，但企業(yè)目前在獲取有用知識(shí)的工具和能力方面嚴(yán)重滯后，影響到知識(shí)資源在知識(shí)產(chǎn)生、占有、配置和消費(fèi)過程中的有效利用。近年來(lái)，中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院面臨的多型號(hào)并舉和高密度發(fā)射的局勢(shì)，以及未來(lái)市場(chǎng)化轉(zhuǎn)型的形勢(shì)，對(duì)箭體結(jié)構(gòu)研制能力和效率提出了更高要求。如何充分利用知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)推動(dòng)能力建設(shè)，加速開展技術(shù)創(chuàng)新，提高研制效率，縮短研制周期，成為箭體結(jié)構(gòu)專業(yè)急需解決的問題。

一、箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)管理現(xiàn)狀分析

目前，箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專業(yè)經(jīng)歷了50多年的發(fā)展，已經(jīng)積累了豐富的知識(shí)資源，建立了較為完善的設(shè)計(jì)師隊(duì)伍與研究流程。但箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在知識(shí)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(shí)的方法，設(shè)計(jì)師無(wú)法有效復(fù)用已有的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，導(dǎo)致低層次問題多發(fā)；因缺乏知識(shí)運(yùn)用的流程管理和控制方法，沒有形成統(tǒng)一的知識(shí)應(yīng)用約束機(jī)制；新設(shè)計(jì)人員成長(zhǎng)速度慢，對(duì)老員工依賴大，知識(shí)傳承需求迫切；知識(shí)共享范圍小，不同產(chǎn)品系列之間和不同領(lǐng)域之間的設(shè)計(jì)人員缺乏交流，經(jīng)常犯同類錯(cuò)誤；產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理僅存儲(chǔ)相關(guān)的設(shè)計(jì)結(jié)果，對(duì)中間過程沒有記錄，而恰恰在中間過程中蘊(yùn)含了大量的技術(shù)細(xì)節(jié)和工程設(shè)計(jì)思路。

解決上述問題需要構(gòu)建箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)管理平臺(tái)，然而卻面臨著以下難題：

一是箭體設(shè)計(jì)流程可以明確地分為多個(gè)階段，但每個(gè)階段對(duì)設(shè)計(jì)知識(shí)需求的學(xué)科側(cè)重點(diǎn)不同，同時(shí)還需考慮學(xué)科交叉的約束，造成知識(shí)復(fù)用和推送困難；

二是設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)格式多樣且相互難以轉(zhuǎn)化，知識(shí)有效性評(píng)價(jià)模型不易建立，導(dǎo)致知識(shí)挖掘困難；

三是設(shè)計(jì)工具多樣，商品設(shè)計(jì)軟件與專用設(shè)計(jì)軟件混合，不易共享和復(fù)用知識(shí)。

此外，同所有產(chǎn)品研發(fā)部門一樣，箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專業(yè)最突出的一個(gè)特點(diǎn)便是創(chuàng)造了大量?jī)?yōu)秀的工程經(jīng)驗(yàn)，并且大都存在于老專家的頭腦中。如何將這些隱性知識(shí)顯性化，以及如何將這些優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)充分挖掘并納入到產(chǎn)品研發(fā)流程中，成為知識(shí)管理亟待解決的重要命題。

二、關(guān)鍵技術(shù)

1.多維度設(shè)計(jì)知識(shí)挖掘技術(shù)

研制流程中的設(shè)計(jì)知識(shí)可以分為顯性和隱性2種形式，它們均能指導(dǎo)設(shè)計(jì)師對(duì)箭體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。顯性知識(shí)主要包含手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等在形式上已被總結(jié)并固化下來(lái)的知識(shí)。一般情況下，設(shè)計(jì)師通過顯性知識(shí)可以較容易地獲得直觀且標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)結(jié)果。隱性知識(shí)主要指存在于設(shè)計(jì)案例或?qū)＜翌^腦中未被固化下來(lái)的知識(shí)。設(shè)計(jì)師無(wú)法通過隱性知識(shí)獲得直接的設(shè)計(jì)方法，必須結(jié)合對(duì)隱性知識(shí)的個(gè)人理解才能得到設(shè)計(jì)方法，往往會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)果參差不齊。

筆者在此主要研究箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程中的知識(shí)挖掘，將設(shè)計(jì)流程中的顯性和隱性知識(shí)封裝成結(jié)構(gòu)化與半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，按時(shí)按需對(duì)封裝的知識(shí)進(jìn)行挖掘。

比如，標(biāo)準(zhǔn)和手冊(cè)類知識(shí)可以采用以下2種方式進(jìn)行挖掘：一是按照設(shè)計(jì)階段、學(xué)科類型、適用范圍、適用角色4個(gè)角度進(jìn)行劃分并形成相應(yīng)的“知識(shí)標(biāo)簽”。由科室及小組的專家將積累的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行電子化，貼上“知識(shí)標(biāo)簽”后放入數(shù)據(jù)庫(kù)集中管理。

二是將手冊(cè)中的常用知識(shí)通過專家提取出來(lái)，在知識(shí)庫(kù)中建立相應(yīng)的知識(shí)詞條并通過關(guān)鍵字進(jìn)行檢索。這種應(yīng)用方式廣泛見于百度百科類的知識(shí)系統(tǒng)，可以通過建立管理平臺(tái)中的審批制度控制知識(shí)的有效性。

由于隱性知識(shí)難以量化總結(jié)，往往以設(shè)計(jì)案例的形式進(jìn)行固化和存儲(chǔ)。設(shè)計(jì)案例的表現(xiàn)形式主要是設(shè)計(jì)流程中的設(shè)計(jì)模型文件、多媒體記錄等。從成功案例中獲取設(shè)計(jì)知識(shí)主要是將設(shè)計(jì)模型中的關(guān)鍵特征和信息提取為對(duì)象標(biāo)簽、參數(shù)標(biāo)簽、物理標(biāo)簽和關(guān)系標(biāo)簽等表現(xiàn)形式并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，與材料庫(kù)和標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)等建立聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)隱性知識(shí)的半結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)。通過挖掘不同型號(hào)設(shè)計(jì)模型的對(duì)應(yīng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)隱性知識(shí)的多級(jí)知識(shí)挖掘機(jī)制。

2.多維度設(shè)計(jì)知識(shí)復(fù)用技術(shù)

設(shè)計(jì)知識(shí)主要包括通用知識(shí)和基于流程任務(wù)的私有知識(shí)。

(1)通用知識(shí)的復(fù)用技術(shù)

通用知識(shí)是長(zhǎng)期存儲(chǔ)在獨(dú)立于設(shè)計(jì)流程及對(duì)象之外的知識(shí)，其活動(dòng)范圍受約束活動(dòng)和流程范圍的共同影響。箭體結(jié)構(gòu)顯性通用知識(shí)的主要知識(shí)復(fù)用方法為：

◆識(shí)別到當(dāng)前設(shè)計(jì)任務(wù)所處的狀態(tài)(設(shè)計(jì)對(duì)象、設(shè)計(jì)階段、設(shè)計(jì)任務(wù)類型、所屬型號(hào)、密級(jí)、用戶權(quán)限)，將設(shè)計(jì)狀態(tài)組織成知識(shí)活動(dòng)范圍向量。

◆以知識(shí)活動(dòng)范圍向量屏蔽不在活動(dòng)范圍內(nèi)的知識(shí)元。

◆以設(shè)計(jì)師輸入的關(guān)鍵字進(jìn)行文字模糊搜索，得到所需的知識(shí)文件列表并返回到設(shè)計(jì)師工作環(huán)境。

◆允許設(shè)計(jì)師對(duì)所關(guān)心的設(shè)計(jì)知識(shí)進(jìn)行檢索，對(duì)檢索到的設(shè)計(jì)知識(shí)進(jìn)行查閱和引用；允許設(shè)計(jì)師在具體的設(shè)計(jì)任務(wù)流程中查閱和引用這類設(shè)計(jì)知識(shí)文檔，將其傳遞到后續(xù)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)共享；允許設(shè)計(jì)師在專用設(shè)計(jì)工具中查閱和引用檢索到的設(shè)計(jì)知識(shí)文檔。

公式類通用知識(shí)的復(fù)用方法主要為：允許設(shè)計(jì)師輸入計(jì)算功能需求，輸入、輸出參數(shù)集合；以統(tǒng)一的術(shù)語(yǔ)含義參數(shù)名列表校核輸入、輸出參數(shù)語(yǔ)義；以計(jì)算功能、輸入和輸出參數(shù)的關(guān)鍵字檢索計(jì)算工具；將從設(shè)計(jì)任務(wù)中提取的輸入數(shù)據(jù)傳遞給計(jì)算工具；在人機(jī)交互的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)束后，將計(jì)算結(jié)果作為該道設(shè)計(jì)活動(dòng)的結(jié)果存入設(shè)計(jì)任務(wù)的附件中。

(2)私有知識(shí)的復(fù)用技術(shù)

私有知識(shí)分為任務(wù)內(nèi)私有和型號(hào)內(nèi)私有?；诹鞒倘蝿?wù)的私有知識(shí)是在設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生和消亡的，如前一道設(shè)計(jì)任務(wù)的結(jié)果就是后續(xù)某道設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的有效知識(shí)。

任務(wù)內(nèi)私有知識(shí)復(fù)用方法為：

◆設(shè)計(jì)任務(wù)由工作流引擎驅(qū)動(dòng)在各個(gè)崗位之間流轉(zhuǎn)，前置崗位設(shè)計(jì)師接到上游崗位傳遞過來(lái)的設(shè)計(jì)文檔和模型。

◆前置崗位設(shè)計(jì)師完成設(shè)計(jì)工作后產(chǎn)生眾多設(shè)計(jì)結(jié)果文件，形成結(jié)果列表并從中選擇文件形成該崗位產(chǎn)生的私有知識(shí)。

◆后置崗位設(shè)計(jì)師得到的設(shè)計(jì)任務(wù)中包含了上游和前置崗位產(chǎn)生的私有知識(shí)。

◆后置崗位設(shè)計(jì)師可在箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)管理平臺(tái)中查看私有知識(shí)，也可以由私有知識(shí)數(shù)字化文件格式調(diào)用對(duì)應(yīng)的數(shù)字化設(shè)計(jì)工具。

型號(hào)內(nèi)私有知識(shí)復(fù)用方法如圖1所示。設(shè)計(jì)任務(wù)由工作流引擎驅(qū)動(dòng)在各個(gè)崗位之間流轉(zhuǎn)，當(dāng)流轉(zhuǎn)到某一崗位時(shí)獲取該設(shè)計(jì)任務(wù)所屬的設(shè)計(jì)階段；從當(dāng)前設(shè)計(jì)任務(wù)中提取型號(hào)的關(guān)鍵字，以型號(hào)為檢索條件搜索型號(hào)內(nèi)的所有知識(shí)文件；檢索該型號(hào)內(nèi)與當(dāng)前設(shè)計(jì)階段匹配的知識(shí)，形成知識(shí)文檔列表；將列表形成鏈接放入設(shè)計(jì)任務(wù)中，該階段所有崗位都能看到該鏈接列表；設(shè)計(jì)師根據(jù)需求選擇查看知識(shí)文檔中的鏈接列表。

圖1 型號(hào)內(nèi)私有知識(shí)復(fù)用方法

3.多維度設(shè)計(jì)知識(shí)推送技術(shù)

箭體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)流程是有規(guī)律的，在設(shè)計(jì)過程中往往利用工作流對(duì)設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行定義和規(guī)范。工作流系統(tǒng)實(shí)施人員根據(jù)廠所的現(xiàn)狀歸納總結(jié)出各種設(shè)計(jì)流程的參與角色、流程在角色之間流轉(zhuǎn)的條件與順序、各角色對(duì)設(shè)計(jì)流程作出的反應(yīng)等業(yè)務(wù)信息，利用形式化描述語(yǔ)言定義面向設(shè)計(jì)流程的工作流模板。設(shè)計(jì)流程的發(fā)起者在新建流程時(shí)為該流程指定工作流模板，由工作流引擎根據(jù)工作流模板的定義驅(qū)動(dòng)流程。這種工作流引擎驅(qū)動(dòng)流程流轉(zhuǎn)的原理是基于流程的預(yù)定義，而預(yù)定義是基于各箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科室的設(shè)計(jì)流程規(guī)范和崗位責(zé)任的前提。在出現(xiàn)需要判斷流轉(zhuǎn)方向的情況時(shí)，依賴人的經(jīng)驗(yàn)判斷和手工干預(yù)。

知識(shí)推送正是依賴工作流引擎的工作原理，結(jié)合知識(shí)推送規(guī)則實(shí)現(xiàn)知識(shí)推送。使得設(shè)計(jì)師能夠在不發(fā)出檢索命令的情況下，由知識(shí)管理平臺(tái)主動(dòng)推送其需要的知識(shí)。

箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程的知識(shí)描述為可定義、編輯、推理、推送的動(dòng)態(tài)過程知識(shí)。基于工作流的箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)推送過程如圖2所示。箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般過程經(jīng)由專家總結(jié)后整理為不同的設(shè)計(jì)流程類型，這些是設(shè)計(jì)過程知識(shí)的一部分。新用戶選擇某種類型的設(shè)計(jì)流程后，按照向?qū)Э煽焖匍_展具體的設(shè)計(jì)工作，設(shè)計(jì)過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、關(guān)鍵處理過程都在設(shè)計(jì)流程中有明確的表述及相關(guān)設(shè)計(jì)知識(shí)的推理、推送支持。

三、平臺(tái)方案

箭體產(chǎn)品由多個(gè)復(fù)雜結(jié)構(gòu)組成，設(shè)計(jì)知識(shí)涉及多個(gè)學(xué)科，因此形成了多維度知識(shí)。設(shè)計(jì)過程中，多個(gè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)人員按照設(shè)計(jì)要求各自進(jìn)行領(lǐng)域內(nèi)的設(shè)計(jì)工作。各個(gè)學(xué)科設(shè)計(jì)之間存在聯(lián)系與制約，對(duì)知識(shí)的需求和理解各不相同，所以，各個(gè)學(xué)科設(shè)計(jì)人員需要兼顧整體設(shè)計(jì)最優(yōu)的知識(shí)獲取方法。

箭體結(jié)構(gòu)知識(shí)管理平臺(tái)(見圖3)面向箭體結(jié)構(gòu)的所有設(shè)計(jì)階段，旨在解決知識(shí)的數(shù)據(jù)管理、挖掘、推送及共享。具體的建設(shè)內(nèi)容包括：

◆典型知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)管理，對(duì)每個(gè)箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)子流程中涉及到的知識(shí)和資源分類整理，建立基于知識(shí)模板的知識(shí)擴(kuò)充機(jī)制，一旦用戶在設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生新的知識(shí)，立即填入知識(shí)模板并存入知識(shí)庫(kù)。

◆建立階段設(shè)計(jì)流程管理機(jī)制，用戶可以選擇當(dāng)前活動(dòng)所處的階段及該階段中所處的設(shè)計(jì)流程，實(shí)現(xiàn)知識(shí)按階段、流程分類。

◆建立面向用戶的知識(shí)實(shí)時(shí)推送機(jī)制，包括知識(shí)的主動(dòng)推送和被動(dòng)推送。

◆建立知識(shí)庫(kù)管理機(jī)制，包括機(jī)構(gòu)、用戶、角色管理等功能。

◆建立知識(shí)管理系統(tǒng)與PDM系統(tǒng)的集成，用戶可以從PDM系統(tǒng)里下載知識(shí)。

基于流程管控的箭體結(jié)構(gòu)多維度知識(shí)挖掘、復(fù)用和推送方法是解決箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中知識(shí)管理與應(yīng)用的核心問題，在此基礎(chǔ)上對(duì)箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程知識(shí)管理方案進(jìn)行設(shè)計(jì)、規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)基于流程管控的箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)管理并應(yīng)用到型號(hào)研制過程中，將會(huì)切實(shí)打造知識(shí)型專業(yè)設(shè)計(jì)隊(duì)伍，形成知識(shí)庫(kù)與人性化的知識(shí)共享平臺(tái)，提高設(shè)計(jì)效率和能力。

圖2 面向過程的設(shè)計(jì)知識(shí)推送方法

圖3 知識(shí)管理平臺(tái)方案

*其他作者：田建東、張希、王婧超、孟德浩、萬(wàn)能（西北工業(yè)大學(xué)）、李妍