产品研发中基于ProA的知识管理

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产品研发过程质量、资源、成本、进度全局集成管理和综合优化是制造企业提高竞争能力的重要途径和必然趋势，企业决策者对质量、资源、成本 、进度信息的实时获取是其实现的基矗目前，国内外专家、学者提出的过程模型都是从某些侧面对现代制造过程进行描述和抽象，不能全面动态地描述和管理过程的质量、资源、成本和进度信息，在很大程度上不支持对产品研发过程各阶段质量、成本、进度以及所使用资源信息的集成和共享1]-3t，从而基于过程模型研究产品研发过程管理信息集成建模方法具有极高的实用价值。文南出了-种基于ProA(活动及实现过程)的产品研发过程模型构建设想，并初步构造了 ProA数学模型，文献 进-步完善 ProA数学模型，进而提出-种产品研发过程管理信息集成建模与产品研发过程实时动态分解与优化配置方法，支持企业依据实际产品研发展开执行情况动态的对质量、资源、成本、进度多个性能参数分析与决策优化。在此基础上，结合产品研发过程，研究基于ProA的知识管理，使产品知识管理过程与产品研发过程集成，促进知识的传递 、共享和再利用，使知识管理有效地服务于产品研发过程中的具体活动，为其提供解决问题所需的知识，进-步支持产品研发全过程的决策和推理，促进其及时、有效地完成。

2产品研发中ProA的知识需求由文献目知，ProA建模是在借鉴 IDEF0、、Petri网、Agent、面向对象方法基础上的-种集成建模方法。由于IDEFO方法适于描述复杂系统功能上的层次结构，面向对象方法适合描述系统的静态特性，Petri网方法适合描述活动之间的动态关系，Agent方法的应用使ProA成为独立的智能体，上述四种方法的集成，使ProA具有明显的自身特征，决定了ProA获取知识来源的复杂性和多样性，同时也决定了在对ProA知识表示时必须考虑 ProA知识的形式化程度。ProA的信息模型对产品研发实例，仅提供对与实例相关的图表的访问，只能在数据层次上了解实例的结果信息。然而产品研发人员如果对于隐藏在实例结果背后的推理、决策等过程不清晰或者了解不深，都将会导致在实例重用过程中可能出现许多错误。

2.1过程模型和实际过程的-致性所需知识ProA建模方法中面向对象方法的应用，使 ProA的过程模型与实际过程具有良好的-致性，而不是仅存在简单的对应关系。

基金项目：国家自然科学基金(70971120)；河南省高等学校青年骨干教师资助计划项目(2009GGJS-098)：河南侍育厅科技攻关项 目(2010B120012)；郑州市创新型科技人才队伍建设工程 (10LJRC183)作者简介：沙全友，(1973-)，男，四川西昌人，副教授人，博士，主要研究方向：稳健设计、过程建模；秦现生，(1962-)，男，教授，博士生导师，主要研究方向：先进制造模式258 沙全友等：产品研发中基于ProA的知识管理 第7期ProA的方框、ProA连接分别与实际活动及输入、输出相对应，ProA资源和人员的分配也是与实际过程完全-致的，这样非常有利于用户通过过程模型来理解实际过程。由于 ProA的过程模型与实际过程完全对应，使 ProA的过程监控和管理成为可能。因而实际过程的状态和信息映射到过程模型的表格和嵌入文件中需要知识辅助决策，知识辅助决策的好坏直接关系着过程模型和实际过程的-致性程度。

2.2 ProA可重用性所需知识产品研发必须具备数字化表达、捕获、交换和再利用知识的能力，快速及时地获韧重用相关的知识。ProA重用是指已有的过程模型可以被用在新的过程中，包括过程的数据、属性和用户界面等。

ProA建模方法具有良好的可重用性和继承眭，随着产品小批量、多品种的发展趋势，重用可以将更多的注意力集中在过程的整体规划上，支持系统的扩展和优化。产品研发过程的改进是-个螺旋 I 升的过程，对于产品研发中重复执行的过程，每次进行很小的改动，都会使整个过程得到不断提高。因此ProA模型的可重用是优化产品研发过程的基矗在ProA模型中，应用面向对象方法中类的封装性，建立起可重用的ProA组件库。ProA组件库中包含每种 ProA类的定义、ProA类对应的资源类型、人员类型和输人、输出等。在过程规划中由规划人员选择利用 ProA组件库中基本的ProA组件，经过配置后生成不同的ProA网。产品研发中存在大量重复过程，如结构设计-结构分析-设计评审”等。ProA建模方法能以ProA图的方式获得、存储和操作这些重复过程的信息和知识，支持过程重用。这就要求产品ProA设计知识在功能上具备-定的共性，能够满足在产品设计领域内可以被再次使用。

3产品研发中ProA的知识产品研发中，ProA的知识可用-个五元组表示( ， ， ，， )，式中： 厂 PmA输人所需知识；K -PmA输出所需知识 ；K Pr0A资源所需知识 ；K。rProA管理所需知识 ；K求 ProA的输入和 ProA的输出之间对应规则所需知识。ProA输入、输出所需知识不仅是产品研发过程中所需的文件 、技术协议、研制技术总方案、产品合格证、资料库、市场发展规划书、表格 、任务书、图样 、清单、报告、证件、说明书、计划、相关性资料 、产品、申请单、大纲、卡片、合同、技术标准、通知单、研究方法、能源动力原材料等显陛知识，还包括支持这些产品研发 ProA中产生的研发结果知识的研发原理知识、研发过程知识等隐生知识。这些隐性知识如存在于研发人员脑海中的经验、诀窍和对问题的解决思路，包含了功能、解原理、结构等领域内知识，也包含从功能定于到技术原理解定于、再到结构定义的整个映射过程。ProA的资源是指ProA在将其入项转换为其出项的过程中所需的人员或设备。ProA在执行过程中合理地使用人员或设备根据 ProA的资源角色分配概念模型(ProAResourceRoleAssignmentConceptModel，PRRACM)来 实现 。在PRRACM模型中的能力(Capability)即是指 ProA和 ProA的资源所蕴涵的功能，或显性与隐性知识。ProA的管理是指ProA在将其入项转换为其出项的过程中产品开发管理者对 ProA的规划 、组织和控制。ProA管理涉及知识指的是对ProA管理三个主要要素：进度管理、质量管理、成本管理所需知识。ProA的输入和 ProA的输出之间对应规则所需知识，主要是指在输入I转化成输出 O的过程中，执行 ProA的规划映射 ProA的运行监控映射 、ProA的分解映射 ProA的资源分配映射 、ProA入项 ]标质配置映射 ProA的成本分配映射 所需的知识。

4 ProA的知识获鳃理知识获取是从可利用的知识源中抽取形式化知识的过程。

- 般包括对知识源的辨识 、抽取 、将隐性知识转化为显性知识等过程。ProA各类信息的使用需要知识进行决策和推理，同时Pl-OA的执行又是知识产生和获取的源泉。为了实现产品设计 ProA知识共享和重用，首先必须满足产品设计 ProA知识所承载的ProA设计信息具有正确性和完备性。文献 I所提出的信息模型设计采用逐步 张的策略。也就是，首先构建 ProA信息系统的各子系统共同需要的基础信息模型，然后以该基础信息模型为基础.根据各个子系统的信息需求逐级向外扩充。其中，PmA基础信息模型以 ProA为基本实体(基实体)，划分为 ProA -。 R 、、 o， 眠 七条主线，即ProA的基本属性信息模型、ProA的输入与输出信息模型、ProA的人员信息模型、ProA的物资信息模型、ProA的进度信息模型、ProA的质量信息模型、PrI，A的成本信息模型。这种基于ProA的信息模型设计，允许制造业对业务流程进行整合、优化，使产品形成过程中产生的大量技术数据和技术资料有效储存和利用成为可能。基于文献喂出的产品研发过程管理信息集成建模方法，ProA的知识获取过程可描述如下：在执行 ProA的映射 ，实现输人 I转化为输入0的过程中，利用知识进行决策和推理， 和 R辅助调用知识(基于知识的)系统(Knowledge BasedSystem，KBS)中的知识来支持。同时输出0又是知识获取原因 Gn的动因，如产品研发活动中产生的数据、经验和文档等，触发知识获取引擎 ，通过知识转化器 Ka来产生新的知识，获润的新知识存入 KBS中。随着产品研发过程ProA的逐层展开，映射 不断执行，上述过程循环往复，直至产品研发结束。

5基于 ProA的知识管理过程产品研发所涉及知识的广泛性决定了基于 ProA的知识管理过程必须根据现代产品研发特点，对产品研发过程巾PmA待求解的问题制定相应的知识获取策略.形成支持产品研发系统化的知识资源，支持产品研发和决策。基于ProA的知识提娶表示、应用管理过程，如图 1所示。首先对 ProA的知识需求分析，构建基于ProA的知识结构。然后集成分析 ProA的基础数据库和专用数据库 ，包括质量管理数据库 、进度管理数据库 、成本管理数据库、资源管理数据库。从知识发现的角度，异构数据库的集成可视为知识发现过程的-个中间步骤。异构数据库集成的核心问题是语义集成，即找异构数据库问语义相关的对象，解决数据冲突进行数据集成，提供给管理者和用户-个统-的视罔。异构数据库之间的信息交换采用传统以数据库接口的方式进行产品数据的集成已不适应新的制造模式的需要 可扩展标记形式化表示语言(eXtensible Markup l，anguage，XM1 )是 W3C组织推荐的数据表示语言，近年来，随着 XMI 技术的发展 ，已受到人们的高度重视和广泛应用。XMI 是-种源于标 准通用标 记语言 SGMI(1SO8897)的简单和灵活的文档格式，是 SGML的-个子集，片于支持lnternet上结构文档的交换 XMI 可以自己定义标记， 此NO.7July.201 3 机械设计与制造 259可以灵活地表达各种数据，从而使 XML能够表达出各种复杂结构的数据。由于它的可扩展性使它能够表达不同类型的数据，统- 组织不同的数据类型，已逐渐成为网络间数据组织和交换的事实标准。ProA的各个数据库之间通过简单的交换 XML文档的方式共享信息，通过网络在实现全局和局部数据库间信息共享的同时保证了数据库自身的独立性。XML技术为实现异构系统下产品数据的共享和交换提供了新的解决方案。

图 l ProA的知识管理过程Fig.1 Knowledge Management Process of ProAProA的多个数据库的信息交换 ，如图 2所示。首先是 XML文档结构和库结构之间通过交换接口进行相互映射 ，把关系模式的数据转换成 XML文档，然后再通过另外的交换接 口把 XML文档转换成关系模式的数据。其次，分析 ProA的开始时间 (ProA)和结束时间弓 (ProA)、ProA人出项的开始时间 s 和结束时间 、阈值(6-，b：，，6 )的制定过程；量 N(idoi)和成本 C的计算；PRRACM模型的调用 ；ProA的规划映射 、ProA的运行监控映射 ～ ProA的分解映射 ProA的资源分配映射 ～ProA入出项 目标质配置映射 、ProA的成本分配映射 的执行过程◆接着抽取 ProA的属性信息 ，如 ProA的基本属性ProA ProA的输入与输出属性 人员属性 R 、物资属性几 、进度管理 质量管理 、成本管理 。等，并对抽取的信息进行变换和清洗。调用数据挖掘引擎，采用相关处理方法如粗糙集理论、智能信息处理、关联分析、聚类分析、模式识别、回归分析、决策树等技术，将有用的模式或描述有用模式的信息以知识表示技术展示给产品研发人员，并对所提取的知识以及采用的模式评估。如果结果不能令产品研发人员满意，需要重复以上数据挖掘过程。该步骤可能导致回到前面任何-步，从而使后续步骤或若干个后续步骤反复执行。把提取的知识放入知识库中，并分类表示，如实例库、规则库、原理库、模型库等。最后构造知识管理系统并和ProA信息系统集成，支持产品研发人员决策和推理。

图2基于XML文档的数据交换Fig.2 Data Exchange Based on the XML Document6结束语ProA的信息模型设计是企业决策者对质量、资源 、成本、进度信息的实时获取实现的基矗产品研发每个阶段都涉及对知识的需求和应用，其中隐含着最优的表达对知识的需求、有效获娶提炼、存储、传输、融合的实现过程。因此ProA的信息模型需要有效地转换为知识 ，ProA知识的广泛性决定了基于 ProA的知识管理过程必须根据现代产品研发特点，对产品研发过程中 ProA待求解的问题制定相应的知识获取策略，形成支持产品研发系统化的知识资源，支持产品研发和研发决策。