基于知識(shí)圖譜的復(fù)雜軍用電子裝備故障知識(shí)應(yīng)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(shí)圖譜為代表的新興技術(shù)使裝備故障知識(shí)的深入挖掘和應(yīng)用成為可能。焦曉靜等以知識(shí)圖譜的應(yīng)用場景為切入點(diǎn)，設(shè)計(jì)知識(shí)圖譜方法在科技情報(bào)研究中應(yīng)用的優(yōu)化模型和應(yīng)用流程[1]。車金立等將知識(shí)圖譜應(yīng)用于裝備維修保障知識(shí)庫構(gòu)建，提出裝備維修保障知識(shí)圖譜的構(gòu)建流程，總結(jié)裝備維修保障領(lǐng)域知識(shí)圖譜的應(yīng)用價(jià)值[2]，這些研究更多側(cè)重IT技術(shù)實(shí)現(xiàn)和局部應(yīng)用，未涉及基于業(yè)務(wù)場景的知識(shí)圖譜方法論研究。本文聚焦故障知識(shí)應(yīng)用，以裝備研發(fā)流程為主線，面向應(yīng)用場景，提出了基于SLDT方法論指引的故障知識(shí)圖譜建設(shè)與應(yīng)用模型，以某型復(fù)雜軍用電子裝備為例，構(gòu)建了一套故障知識(shí)圖譜，實(shí)現(xiàn)故障知識(shí)的語義關(guān)聯(lián)和邏輯表達(dá)，為裝備故障知識(shí)的方便、快捷應(yīng)用提供了一條新途徑。

電子裝備呈現(xiàn)學(xué)科多、組成復(fù)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(diǎn)。其作戰(zhàn)場景復(fù)雜，知識(shí)高度密集，設(shè)計(jì)人員培養(yǎng)周期長、難度大，裝備研發(fā)中對(duì)知識(shí)的應(yīng)用訴求越來越高。高效的故障知識(shí)應(yīng)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(shí)庫，基于這些知識(shí)庫也有一些基礎(chǔ)的應(yīng)用，但是這些應(yīng)用以單點(diǎn)應(yīng)用為主，由于缺少以故障為主線的統(tǒng)一牽引，故障知識(shí)都分散在裝備方案論證、詳細(xì)設(shè)計(jì)、測試驗(yàn)證和服務(wù)保障的各個(gè)環(huán)節(jié)，導(dǎo)致這些故障知識(shí)無法有效利用。

2 故障知識(shí)圖譜方法論的研究

2.1 故障知識(shí)圖譜方法論架構(gòu) 根據(jù)軍工企業(yè)信息化項(xiàng)目的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)以及其他制造業(yè)企業(yè)知識(shí)工程項(xiàng)目的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，本文提出一套以業(yè)務(wù)場景為導(dǎo)向SLDT(Scenario-Logic-Data-Technology，場景分析、業(yè)務(wù)邏輯分析、數(shù)據(jù)分析治理和技術(shù)論證實(shí)現(xiàn))分析方法，以業(yè)務(wù)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(wù)領(lǐng)域的知識(shí)需求度、知識(shí)豐富度以及業(yè)務(wù)開展的成熟度逐步開展故障知識(shí)圖譜工程項(xiàng)目的建設(shè)。

圖1 “SLDT”知識(shí)圖譜構(gòu)建方法

2.2 故障知識(shí)圖譜建設(shè)的核心要素

2.1.1 故障知識(shí)場景分析 在知識(shí)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(wù)人員對(duì)于故障知識(shí)的訴求進(jìn)行總體設(shè)計(jì)和規(guī)劃。而后對(duì)企業(yè)現(xiàn)有故障知識(shí)相關(guān)業(yè)務(wù)的瓶頸進(jìn)行分析，找出限制企業(yè)故障知識(shí)管理和利用的最大瓶頸，項(xiàng)目建設(shè)時(shí)進(jìn)行重點(diǎn)考慮這些瓶頸問題。隨后建設(shè)主體(供應(yīng)商與建設(shè)單位)需要充分調(diào)查現(xiàn)階段用戶對(duì)于故障知識(shí)管理與利用的需求，在調(diào)查基礎(chǔ)之上對(duì)用戶需求進(jìn)行評(píng)估和挖掘，找出滿足用戶故障知識(shí)需求的最佳途徑。最后根據(jù)用戶需求以及企業(yè)業(yè)務(wù)開展方式對(duì)故障知識(shí)圖譜的實(shí)際使用場景進(jìn)行設(shè)計(jì)。

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

2.1.3 故障數(shù)據(jù)分析治理 故障知識(shí)伴隨業(yè)務(wù)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(jià)值。對(duì)知識(shí)進(jìn)行優(yōu)化管理的重點(diǎn)是對(duì)承載知識(shí)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(duì)知識(shí)來源及知識(shí)覆蓋范圍進(jìn)行梳理，通過對(duì)現(xiàn)狀及實(shí)現(xiàn)目標(biāo)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(yīng)責(zé)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(yīng)用過程中的完整性、準(zhǔn)確性、一致性和時(shí)效性。

2.1.4 平臺(tái)技術(shù)論證實(shí)現(xiàn) 結(jié)合場景的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)及當(dāng)前知識(shí)應(yīng)用狀況，對(duì)關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別與論證，并制定實(shí)現(xiàn)該場景的IT技術(shù)方案。知識(shí)圖譜的最終落地往往歸結(jié)于關(guān)鍵的幾個(gè)技術(shù)能否滿足應(yīng)用需求，在故障知識(shí)圖譜建設(shè)過程中需將這些關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)識(shí)別出來，需要對(duì)這些技術(shù)點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)開發(fā)和把控，保證項(xiàng)目建設(shè)過程不出現(xiàn)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。隨后集中企業(yè)和供應(yīng)商的優(yōu)勢資源，從技術(shù)和業(yè)務(wù)方面對(duì)關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)的可行性進(jìn)行論證，以降低項(xiàng)目的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。最后根據(jù)設(shè)計(jì)場景以及論證結(jié)果給出項(xiàng)目的整體解決方案。

3 故障知識(shí)圖譜建設(shè)實(shí)例

3.1 建設(shè)過程 基于SLDT故障知識(shí)圖譜構(gòu)建方法，筆者所在單位通過對(duì)研發(fā)設(shè)計(jì)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(jìn)行了業(yè)務(wù)過程梳理，識(shí)別了過程中的主要業(yè)務(wù)對(duì)象和數(shù)據(jù)對(duì)象，并借助斯坦福大學(xué)Protégé建模工具進(jìn)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(shí)，為滿足未來故障知識(shí)挖掘的準(zhǔn)確性，也對(duì)在業(yè)務(wù)過程梳理中發(fā)現(xiàn)的一些數(shù)據(jù)問題進(jìn)行了治理。

圖2 某研究所故障知識(shí)圖譜構(gòu)建思路

3.2 建設(shè)成果 在知識(shí)圖譜的幫助下，一方面IT管理部門能夠通過對(duì)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取和清洗，實(shí)現(xiàn)過往故障知識(shí)的統(tǒng)一收集和規(guī)范管理；另一方面，能夠幫助業(yè)務(wù)人員從業(yè)務(wù)視角，借助故障知識(shí)圖譜的語義關(guān)聯(lián)和邏輯推理，形成故障知識(shí)的語義導(dǎo)航和故障原因推理分析能力，實(shí)現(xiàn)故障知識(shí)的個(gè)性化應(yīng)用。

圖3 某研究所故障知識(shí)圖譜典型應(yīng)用場景實(shí)例

4 結(jié)束語

本文針對(duì)復(fù)雜軍用電子裝備故障知識(shí)難以有效利用，從故障知識(shí)應(yīng)用場景出發(fā)，提出了基于SLDT方法論，建立故障知識(shí)圖譜與應(yīng)用模型，在某型復(fù)雜軍用電子裝備上進(jìn)行驗(yàn)證，構(gòu)建了一套故障知識(shí)圖譜，基于業(yè)務(wù)流程，初步實(shí)現(xiàn)故障知識(shí)場景化推送。本文只對(duì)故障單點(diǎn)知識(shí)的知識(shí)圖譜進(jìn)行研究與應(yīng)用驗(yàn)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(shí)應(yīng)用效率和價(jià)值。