基于知識圖譜的復雜軍用電子裝備故障知識應用研究

李穩(wěn)安 張偉偉 張 冰

1.南京電子技術(shù)研究所 江蘇 南京 210039

2.國睿信維公司 江蘇 南京 210009

1 引言

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，以大數(shù)據(jù)、人工智能和知識圖譜為代表的新興技術(shù)使裝備故障知識的深入挖掘和應用成為可能。焦曉靜等以知識圖譜的應用場景為切入點，設(shè)計知識圖譜方法在科技情報研究中應用的優(yōu)化模型和應用流程[1]。車金立等將知識圖譜應用于裝備維修保障知識庫構(gòu)建，提出裝備維修保障知識圖譜的構(gòu)建流程，總結(jié)裝備維修保障領(lǐng)域知識圖譜的應用價值[2]，這些研究更多側(cè)重IT 技術(shù)實現(xiàn)和局部應用，未涉及基于業(yè)務場景的知識圖譜方法論研究。本文聚焦故障知識應用，以裝備研發(fā)流程為主線，面向應用場景，提出了基于SLDT方法論指引的故障知識圖譜建設(shè)與應用模型，以某型復雜軍用電子裝備為例，構(gòu)建了一套故障知識圖譜，實現(xiàn)故障知識的語義關(guān)聯(lián)和邏輯表達，為裝備故障知識的方便、快捷應用提供了一條新途徑。

電子裝備呈現(xiàn)學科多、組成復雜、更新?lián)Q代快等技術(shù)特征和規(guī)模大、周期緊、要素多等組織特點。其作戰(zhàn)場景復雜，知識高度密集，設(shè)計人員培養(yǎng)周期長、難度大，裝備研發(fā)中對知識的應用訴求越來越高。高效的故障知識應用是軍工電子裝備高效高質(zhì)量研發(fā)的基礎(chǔ)和有效途徑。為此，大多的科研院所都已經(jīng)建了一些故障知識庫，基于這些知識庫也有一些基礎(chǔ)的應用，但是這些應用以單點應用為主，由于缺少以故障為主線的統(tǒng)一牽引，故障知識都分散在裝備方案論證、詳細設(shè)計、測試驗證和服務保障的各個環(huán)節(jié)，導致這些故障知識無法有效利用。

2 故障知識圖譜方法論的研究

2.1 故障知識圖譜方法論架構(gòu) 根據(jù)軍工企業(yè)信息化項目的建設(shè)經(jīng)驗以及其他制造業(yè)企業(yè)知識工程項目的建設(shè)經(jīng)驗，本文提出一套以業(yè)務場景為導向SLDT(Scenario-Logic-Data-Technology，場景分析、業(yè)務邏輯分析、數(shù)據(jù)分析治理和技術(shù)論證實現(xiàn))分析方法，以業(yè)務成熟度和急用先行為原則，結(jié)合建設(shè)單位現(xiàn)有業(yè)務領(lǐng)域的知識需求度、知識豐富度以及業(yè)務開展的成熟度逐步開展故障知識圖譜工程項目的建設(shè)。

圖1 “SLDT”知識圖譜構(gòu)建方法

2.2 故障知識圖譜建設(shè)的核心要素

2.2.1 故障知識場景分析 在知識圖譜的建設(shè)上要以企業(yè)總體戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃和愿景為依據(jù)，結(jié)合業(yè)務人員對于故障知識的訴求進行總體設(shè)計和規(guī)劃。而后對企業(yè)現(xiàn)有故障知識相關(guān)業(yè)務的瓶頸進行分析，找出限制企業(yè)故障知識管理和利用的最大瓶頸，項目建設(shè)時進行重點考慮這些瓶頸問題。隨后建設(shè)主體(供應商與建設(shè)單位)需要充分調(diào)查現(xiàn)階段用戶對于故障知識管理與利用的需求，在調(diào)查基礎(chǔ)之上對用戶需求進行評估和挖掘，找出滿足用戶故障知識需求的最佳途徑。最后根據(jù)用戶需求以及企業(yè)業(yè)務開展方式對故障知識圖譜的實際使用場景進行設(shè)計。

2.2.2 故障業(yè)務邏輯分析 根據(jù)故障信息應用場景，圍繞裝備研發(fā)全流程，對知識圖譜應用所涉及的業(yè)務流程進行梳理，打通數(shù)據(jù)采集與應用業(yè)務流程，利用信息化的手段提高企業(yè)知識資源的管理效率，最大程度地發(fā)揮企業(yè)知識的價值。最后將梳理優(yōu)化過的對象和業(yè)務進行邏輯建模，以規(guī)范統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和對象模型來描述知識場景中的人和業(yè)務，實現(xiàn)知識、角色與業(yè)務流程關(guān)聯(lián)。

2.2.3 故障數(shù)據(jù)分析治理 故障知識伴隨業(yè)務流程產(chǎn)生、共享、使用和優(yōu)化，通過在研發(fā)流程中的傳遞產(chǎn)生價值。對知識進行優(yōu)化管理的重點是對承載知識的數(shù)據(jù)分析治理。數(shù)據(jù)分析治理的過程需要結(jié)合邏輯分析結(jié)果，對知識來源及知識覆蓋范圍進行梳理，通過對現(xiàn)狀及實現(xiàn)目標的差距分析，制定數(shù)據(jù)治理策略，構(gòu)建一套完善、共享、統(tǒng)一管理的數(shù)據(jù)環(huán)境，確定數(shù)據(jù)治理崗位角色和相應責任及管理流程，以保障故障數(shù)據(jù)在采集、轉(zhuǎn)換、共享和應用過程中的完整性、準確性、一致性和時效性。

2.2.4 平臺技術(shù)論證實現(xiàn) 結(jié)合場景的實現(xiàn)目標及當前知識應用狀況，對關(guān)鍵技術(shù)點進行識別與論證，并制定實現(xiàn)該場景的IT 技術(shù)方案。知識圖譜的最終落地往往歸結(jié)于關(guān)鍵的幾個技術(shù)能否滿足應用需求，在故障知識圖譜建設(shè)過程中需將這些關(guān)鍵技術(shù)點識別出來，需要對這些技術(shù)點進行重點開發(fā)和把控，保證項目建設(shè)過程不出現(xiàn)技術(shù)風險。隨后集中企業(yè)和供應商的優(yōu)勢資源，從技術(shù)和業(yè)務方面對關(guān)鍵技術(shù)點的可行性進行論證，以降低項目的技術(shù)風險。最后根據(jù)設(shè)計場景以及論證結(jié)果給出項目的整體解決方案。

3 故障知識圖譜建設(shè)實例

3.1 建設(shè)過程 基于SLDT故障知識圖譜構(gòu)建方法，筆者所在單位通過對研發(fā)設(shè)計過程的FMECA過程、質(zhì)量問題FRACAS閉環(huán)過程以及售后現(xiàn)場問題排故過程進行了業(yè)務過程梳理，識別了過程中的主要業(yè)務對象和數(shù)據(jù)對象，并借助斯坦福大學Protégé建模工具進行了故障本體關(guān)聯(lián)構(gòu)建，形成具備軍工電子裝備特色的故障本體。同時，為滿足未來故障知識挖掘的準確性，也對在業(yè)務過程梳理中發(fā)現(xiàn)的一些數(shù)據(jù)問題進行了治理。

圖2 某研究所故障知識圖譜構(gòu)建思路

3.2 建設(shè)成果 在知識圖譜的幫助下，一方面IT 管理部門能夠通過對故障數(shù)據(jù)進行抽取和清洗，實現(xiàn)過往故障知識的統(tǒng)一收集和規(guī)范管理；另一方面，能夠幫助業(yè)務人員從業(yè)務視角，借助故障知識圖譜的語義關(guān)聯(lián)和邏輯推理，形成故障知識的語義導航和故障原因推理分析能力，實現(xiàn)故障知識的個性化應用。

圖3 某研究所故障知識圖譜典型應用場景實例

4 結(jié)束語

本文針對復雜軍用電子裝備故障知識難以有效利用，從故障知識應用場景出發(fā)，提出了基于SLDT 方法論，建立故障知識圖譜與應用模型，在某型復雜軍用電子裝備上進行驗證，構(gòu)建了一套故障知識圖譜，基于業(yè)務流程，初步實現(xiàn)故障知識場景化推送。本文只對故障單點知識的知識圖譜進行研究與應用驗證，數(shù)據(jù)和挖掘方法比較單一，后續(xù)需要開展多樣異構(gòu)數(shù)據(jù)的挖掘方法研究，提高知識應用效率和價值。