知識的產品開發集成系統研究與應用-Part II

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在中國，開展基於知識的產品集成開發系統方面的相關研究的單位主要有貴州上業大學、浙江大學、中科院成都計算所、清華大學、哈爾濱上業大學等。這此單位分別得到了國家863計畫、國家自然科學基金等的相關課題支持。哈爾濱上業大學林琳等應用知識處理工具實現了基於知識的產品概念設計;清華大學黃探等研究了上作流管理與知識管理的集成技術;浙江大學倪益華等研究了基於知識的CAx集成的系統框架等。以上的研究工作都停留在基於知識的產品設計單元技術或概念方面的研究，而沒有針對實現應用系統的關鍵技術進行研究與系統開發。
　　本文在基於知識的產品開發集成系統方面開展研究，提出了基於知識的產品開發集成系統產品設計方法，開發了基於知識的產品開發集成系統原型系統，並在有關企業的典型產品的設計與生產過程中進行了應用。
　　1 系統描述
　　1.1 關鍵技術
　　1)知識庫的建立及推理機制
　　知識庫用來存儲所獲取的4C各系統領域的經驗知識和知識工程師關於處理和應用知識的知識。知識庫系統的核心是它的推理機構，它完成對知識的操縱。推理機根據用戶提出的問題，按一定的推理策略搜索知識庫，對知識庫中的有關知識進行推理，以獲得問題求解的結論。推理的策略將根據4C的資料資訊採用不同的推理方法。
　　2)集成系統優化技術
　　集成系統優化技術的研究解決集成製造系統中的資源優化、功能優化、協同工作等複雜問題，實現了4C各系統之間的有機集成、相關資源與過程的優化，從而實現資訊流和價值流達到最優配置和最優運行。具體內容主要涉及自學習和自動優化模型與演算法，使系統能夠對人類專家知識進行優化和利用;知識挖掘技術，能夠在歷史資料基礎上挖掘適合系統優化的新知識;完成了各分系統之間的智慧化介面開發;對一些智慧演算法(如遺傳編程)進行應用等。
　　3)知識動態獲取技術
　　利用深層知識來解決4C集成系統的複雜問題，提高問題求解的能力和靈敏度;採取知識動態獲取技術和知識求精方法，找出初始知識庫中存在的問題(局部的或全局的)，確定知識求精的方向;建立了支援動態建模的知識庫和規則庫，可通過典型的資料和相關知識，採用啟發式方法得出一般性和特殊性的系統集成知識和元知識;建立了知識庫內部的動態校驗及測試方法，對獲取的知識進行整理，採用相應演算法進行一致性校驗，使得所獲取的知識具有完整性，正確性，合理性。
　　4)集成系統流程智慧化技術
　　集成系統流程智慧化技術對產品開發過程中的技術活動和管理活動進行智慧化管理。本文研究智慧化管理平臺，通過對現有的產品開發過程進行分析與優化，對產品開發過程進行智慧性管理，並為過程分析與重組提供方法學指導。通過該項技術的應用，系統將工程技術、方法、工具和人員集成，提供了產品開發過程的管理平臺，對產品開發過程進行智慧性管理，並為過程分析與重組提供方法指導。
　　5)集成系統知識重用與進化
　　針對典型產品在“開發過程重用”、“軟體構件重用”、“用戶業務知識重用”、市場知識重用”等4個方面的應用需求，重點解決知識的重用和進化問題。通過集成系統知識重用與進化技術的研究與應用，提高了產品開發、軟構件重用、用戶業務、市場知識等方面的知識重用性，並通過進化技術對相關知識庫進行擴充和完善。該項研究及應用提高了相關技術過程和業務環境的運行水準。
　　1.2 體系結構
　　基於知識的產品開發集成系統以基礎環境(軟體、硬體、網路、設備)為支援，以知識庫為中心，以不同產品系列為應用物件，以CAD、CAE、CAPP、CAM為基礎，以“創新原理、創新技術”等知識工程技術為創新工具，綜合應用資訊技術、先進製造技術，實現產品的快速設計與創新設計。
　　該系統以PDM系統為CAx集成平臺，融合知識庫管理系統，是人工智慧等技術與PDM系統的有機結合。PDM是產品開發集成系統知識管理的基礎，而知識管理系統為PDM的成功應用提供了有利的保證。基於知識的產品開發集成系統體系結構如圖1所示。
　　在基於知識的產品開發集成系統體系結構中，共有5個層次。1)基礎層包括分散式網路及通信結構及硬體環境;2)知識庫、資料庫層主要包括設計、工藝、分析、製造的實例庫和規則庫，企業其他的知識庫、資料庫等;3)推理機、資料庫管理、知識庫管理層;4)基於知識的產品開發集成應用環境層，含CAD/CAE/CAPP/CAM及其它的多種基於知識的輔助工具;5)面向產品開發各應用環境的輔助應用層。基於知識的推理是技術體系結構的核心模組，包含了知識庫，知識的獲取、傳遞與創新，及推理機、智慧輔助工具等。
　　

　　圖l 基於知識的產品開發集成系統體系結構
　　知識庫管理模組中含有知識獲取子模組，該模組對資訊進行篩選和處理，採用資料挖掘等演算法對其中的大量資訊進行分析，得出知識規則，將總結出來的知識存入知識庫中。知識的表示可以採用框架結構、語義網路或類框架的形式。對應的知識存儲方式隨知識的表示不同而有差別，但最終都以一個知識庫的形式物理存在。推理機是採取的推理策略的具體實現。在知識推理中重要的搜索策略的選擇、推理模型的建立都在推理機內。