基于智能制造技術(shù)的智慧知識(shí)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(shí)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(jì)制造的研制與管理過(guò)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(lái)實(shí)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(diǎn)是，專家在產(chǎn)品研制過(guò)程中能夠?qū)⒖刂?、診斷、設(shè)計(jì)、決策、管理、規(guī)劃與調(diào)度等智能活動(dòng)與智能設(shè)備完美結(jié)合，從而利用計(jì)算機(jī)模擬實(shí)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(jì)制造一體化的企業(yè)特點(diǎn)，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(tái)為建設(shè)主線，探索將其升級(jí)成為一個(gè)以設(shè)計(jì)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(jì)生產(chǎn)周期長(zhǎng)、研制設(shè)備信息化水平低、知識(shí)資源未有效應(yīng)用、研制管理無(wú)智能化措施的現(xiàn)狀。通過(guò)智慧院所智能平臺(tái)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)以設(shè)計(jì)為中心，科研生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)管理全要素大數(shù)據(jù)的智能挖掘與分析、智能仿真與評(píng)估、情境化感知和智能化信息推送等功能；實(shí)現(xiàn)基于云計(jì)算和人工智能的設(shè)計(jì)制造、決策管理、規(guī)劃調(diào)度等信息知識(shí)的方案優(yōu)選與智能化閉環(huán)迭代學(xué)習(xí)；實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)研發(fā)的產(chǎn)品信息成果網(wǎng)絡(luò)化共享、設(shè)計(jì)制造一體化協(xié)同和產(chǎn)品研制全流程虛擬化仿真驗(yàn)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(tái)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(shí)體系的建設(shè)思路

智慧知識(shí)體系的構(gòu)建必須以實(shí)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(gè)方面完善企業(yè)知識(shí)管理工作的體制機(jī)制和制度，確保知識(shí)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(shí)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(shí)管理的工作過(guò)程中。研究所策劃構(gòu)建的智慧知識(shí)體系將通過(guò)感知人、設(shè)備、工作情境等信息，利用互聯(lián)互通的知識(shí)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(shí)需求，在人、設(shè)備、知識(shí)管理系統(tǒng)之間進(jìn)行智能化的知識(shí)采集與傳播推送，輔助實(shí)現(xiàn)智能化設(shè)計(jì)、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(jì)算分析功能來(lái)獲取更有價(jià)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(guò)程中人、設(shè)備、業(yè)務(wù)、管理的實(shí)際需求，形成具備智能化分析與處理能力的知識(shí)管理體系，進(jìn)而輔助實(shí)現(xiàn)智慧院所的建設(shè)目標(biāo)。

智慧知識(shí)體系的具體建設(shè)內(nèi)容應(yīng)涵蓋以下5個(gè)方面的內(nèi)容:一是建設(shè)知識(shí)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)信息化平臺(tái)；二是基于IMT和智慧院所建設(shè)的實(shí)際需求，構(gòu)建分類合理的知識(shí)庫(kù)；三是利用云計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)知識(shí)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(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案、評(píng)審報(bào)告、報(bào)獎(jiǎng)材料等審查工作的智能分析與決策評(píng)估；五是利用STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)控加工工藝知識(shí)，實(shí)現(xiàn)基于標(biāo)準(zhǔn)和知識(shí)的智能加工方式轉(zhuǎn)變。

三、建設(shè)實(shí)施

1．智慧型知識(shí)庫(kù)的建設(shè)思路

通常情況下，企業(yè)知識(shí)管理系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)也就是企業(yè)的信息庫(kù)，包括以下幾個(gè)方面內(nèi)容:一是企業(yè)的技術(shù)資源信息、經(jīng)營(yíng)及管理的規(guī)章制度和經(jīng)驗(yàn)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(jí)各類相關(guān)政策信息、行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)、售后服務(wù)反饋等信息；四是情報(bào)資源信息，如:來(lái)自市場(chǎng)、客戶、合作伙伴、競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手等渠道的信息資料。

知識(shí)庫(kù)的建設(shè)是智慧知識(shí)體系建設(shè)的核心內(nèi)容。因?yàn)樾枰趥鹘y(tǒng)知識(shí)庫(kù)的基礎(chǔ)上構(gòu)建滿足IMT需求的新型知識(shí)庫(kù)架構(gòu)，需要將知識(shí)庫(kù)的內(nèi)容劃分成2類來(lái)建設(shè):一類是成熟穩(wěn)定的規(guī)則庫(kù)，即對(duì)于研制、生產(chǎn)和管理領(lǐng)域內(nèi)比較清楚、可靠的知識(shí)信息，將其設(shè)定為固化的知識(shí)規(guī)則存放于知識(shí)庫(kù)中；另一類是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)庫(kù)，用于存儲(chǔ)尚未成熟固化的知識(shí)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(shí)信息得到不斷積累，在經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐檢驗(yàn)證實(shí)后，將相關(guān)知識(shí)信息轉(zhuǎn)入成熟穩(wěn)定的規(guī)則庫(kù)存放。

2．智能快速研發(fā)平臺(tái)的知識(shí)管理架構(gòu)

隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)模式理念的轉(zhuǎn)變，設(shè)計(jì)人員已不僅僅是在完成單純的產(chǎn)品研發(fā)工作，可以說(shuō)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(jì)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(jì)輸入要求，并將客戶所提供的知識(shí)信息視為最有參考價(jià)值和借鑒意義的產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jì)的過(guò)程中，客戶能通過(guò)知識(shí)管理平臺(tái)了解企業(yè)的產(chǎn)品信息及相關(guān)知識(shí)，有助于客戶開展對(duì)已有產(chǎn)品及零部組件的復(fù)用，接受模塊化集成設(shè)計(jì)理念，減少產(chǎn)品多樣化重復(fù)性設(shè)計(jì)，進(jìn)而輔助推動(dòng)企業(yè)構(gòu)建智能化快速產(chǎn)品研發(fā)平臺(tái)。

智能快速研發(fā)平臺(tái)是基于成熟技術(shù)方案組件進(jìn)行高效集成設(shè)計(jì)的智能化系統(tǒng)，可在方案和初步設(shè)計(jì)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)快速原型設(shè)計(jì)與成熟技術(shù)迭代，從而確定最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，通過(guò)產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的知識(shí)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各類設(shè)計(jì)資源的智能調(diào)用、協(xié)同研制和模型管理。此研發(fā)平臺(tái)通過(guò)對(duì)產(chǎn)品研制流程的系統(tǒng)梳理，將重要的流程節(jié)點(diǎn)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(shí)信息，并可以利用大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)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(shí)包要求，通過(guò)信息化手段實(shí)現(xiàn)知識(shí)資源的情境化感知和智能化信息推送，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)嵌入研制流程、面向人員崗位的智能化快速設(shè)計(jì)。

將客戶參與設(shè)計(jì)引入到企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)整體系統(tǒng)之中，知識(shí)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(tái)的知識(shí)管理體系架構(gòu)如圖2所示。

在客戶參與的設(shè)計(jì)層中，只需要實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)方案的閱覽、標(biāo)注、信息補(bǔ)充描述、簡(jiǎn)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(shí)信息查閱、個(gè)人參與項(xiàng)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(kù)與知識(shí)庫(kù)，方便客戶獲取更多參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的數(shù)據(jù)與知識(shí)分享。但出于保護(hù)需要，客戶方能夠訪問(wèn)的相關(guān)信息在數(shù)據(jù)庫(kù)和系統(tǒng)操作界面上是經(jīng)過(guò)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(píng)估專家系統(tǒng)的構(gòu)建方法

智能決策與評(píng)估專家系統(tǒng)是利用專家的知識(shí)來(lái)解決企業(yè)管理過(guò)程中部分評(píng)審決策與分析評(píng)估工作的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。通過(guò)與相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的專家進(jìn)行訪談?dòng)涗?，采集該領(lǐng)域內(nèi)專家所掌握和形成的隱性知識(shí)，再通過(guò)構(gòu)建知識(shí)庫(kù)的方式將這些隱性知識(shí)顯性化并固化存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中；當(dāng)需要使用專家系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行決策與評(píng)估工作時(shí)，該系統(tǒng)可通過(guò)推理機(jī)制，根據(jù)設(shè)定的決策與評(píng)估基本要求和存儲(chǔ)的專家知識(shí)信息經(jīng)驗(yàn)，采用對(duì)比分析的方式對(duì)需要評(píng)估的材料進(jìn)行評(píng)價(jià)，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(guò)自學(xué)機(jī)制從大量實(shí)踐活動(dòng)中自動(dòng)補(bǔ)充更新相關(guān)知識(shí)，并將這些新的知識(shí)信息不斷存儲(chǔ)替換到系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)中。

綜上所述，智能決策與評(píng)估專家系統(tǒng)的核心，是知識(shí)庫(kù)與推理機(jī)制。專家系統(tǒng)給出的結(jié)論質(zhì)量與知識(shí)庫(kù)中存儲(chǔ)的信息內(nèi)容及其質(zhì)量密切相關(guān)，而影響知識(shí)庫(kù)建設(shè)的關(guān)鍵因素是知識(shí)信息的獲取方法與途徑?！?/p>