知識管理是通過對知識的捕獲和共享，將恰當?shù)闹R傳遞給恰當?shù)闹R使用者，實現(xiàn)將知識轉(zhuǎn)化成創(chuàng)造力的重要過程。知識管理已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)核心競爭力的源泉。

    PDM技術(shù)的發(fā)展為產(chǎn)品的知識管理和CAx集成提供了一種有效的工具。文中在PDM(smarTeam)平臺上應(yīng)用知識管理、模塊化設(shè)計和產(chǎn)品配置等技術(shù)，為某紡織機械公司開發(fā)了并紗機模塊化配置(DWMc)系統(tǒng)。并紗機是一種紡織機械，適用于絡(luò)筒以后的并紗工序，將棉、毛、化纖短纖維的純紡或混紡等各種紗支并成筒子紗，供倍捻機使用。

    1 DWMC系統(tǒng)中知識管理的關(guān)鍵技術(shù)

    1.1 模塊化配置設(shè)計知識的分類與獲取

    模塊化產(chǎn)品配置設(shè)計是先將基型產(chǎn)品自頂向下按功能和結(jié)構(gòu)劃分層次模塊，再根據(jù)一定的原則和方法，將這些模塊組合配置成變型產(chǎn)品的設(shè)計過程。

    產(chǎn)品設(shè)計知識可分為顯性知識和隱性知識兩類。這些知識主要來源于以下幾類信息：市場需求信息、產(chǎn)品對象信息、產(chǎn)品設(shè)計過程控制信息和設(shè)計人員組織結(jié)構(gòu)信息’。從以上信息中可以總結(jié)出模塊化產(chǎn)品配置設(shè)計知識，如成熟的計算公式、較成熟的模糊規(guī)則、約束知識、難以直接操作的原理知識、解決普遍問題的手冊知識和針對特殊場合的經(jīng)驗實例。將這些知識分析并抽象后，可將它們規(guī)劃為以下幾類：

    (1)客戶需求知識。客戶的個性化需求信息通常包括產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能、使用性能、材料、外觀、數(shù)量、價格和交貨時間等方面。這些知識的獲取可以借助Intemet搜集市場需求和行業(yè)信息實現(xiàn)，它們構(gòu)成了企業(yè)需求信息資料庫。

    (2)設(shè)計對象(產(chǎn)品、模塊和零部件)知識。包括設(shè)計對象的基本信息(如編碼、系列、狀態(tài)和分類等)、文檔管理信息(如圖文件的名稱、編號、路徑、版本、狀態(tài)和類型等)、BOM信息(如裝配關(guān)系、裝配數(shù)量、結(jié)構(gòu)清單等)、產(chǎn)品開發(fā)過程中積累的產(chǎn)品和模塊實例表。該系統(tǒng)對并紗機產(chǎn)品、零部件、圖文檔和各種BOM表等設(shè)計信息數(shù)據(jù)進行了全面的收集、整理和挖掘，建立了PDM數(shù)據(jù)庫。并在它的基礎(chǔ)上，充分利用基于數(shù)據(jù)庫的知識發(fā)現(xiàn)技術(shù)，建立了設(shè)計資料產(chǎn)品庫、產(chǎn)品實例庫和模塊實例庫等知識庫。

    (3)模塊化配置設(shè)計過程知識。包括模塊劃分的方法和原則；模塊接口的標準化設(shè)計方法；模塊結(jié)構(gòu)布局和尺寸變化時，其設(shè)計參數(shù)的相應(yīng)變化規(guī)律；模塊和模塊接口編碼的管理方法；模塊組合受到的各種機械性能約束；模塊參數(shù)變化對模塊組合的影響；模塊設(shè)計參數(shù)的提取方法和取值原則；產(chǎn)品變型時，受影響的模塊及其設(shè)計參數(shù)的變化規(guī)律等。該系統(tǒng)中，這些知識經(jīng)過收集、歸納和整理，然后采用關(guān)聯(lián)規(guī)則等方法進行挖掘分析，最后以面向?qū)ο箢惖暮瘮?shù)方法(規(guī)則)形式出現(xiàn)，并據(jù)此建立了配置規(guī)則知識庫。

    1.2 構(gòu)建模塊化配置設(shè)計知識表達模型

    1.2.1 對象建模技術(shù)(0bject M0deling Technique，0MT)

    傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計知識表達方法主要有謂詞、語義網(wǎng)絡(luò)、框架、產(chǎn)生式規(guī)則等，這些表達方法均存在著知識表達形式單一，知識的整體形象難以把握等缺點。為了克服上述不足，應(yīng)用面向?qū)ο蟮闹R表達與推理機制，根據(jù)知識的特點，采用對象建模技術(shù)，建立以對象模型為基本構(gòu)成要素的模塊化配置設(shè)計的知識表達模型，同時映射到關(guān)系數(shù)據(jù)庫表中進行存儲，能有效地實現(xiàn)知識的管理。

    對象模型由類、屬性、函數(shù)和關(guān)系組成。一個對象Object可以用5個要素來描述，即：0bject={ID；Name；ParentObject；Attributes；Functions}。其中：ID為對象唯一標識；Name為對象名稱ParentObject為對象父類；Attributes為對象屬性集合；Function為對象的方法(函數(shù))集合，通常一個對象具有若干個方法，它們構(gòu)成該對象的對象方法集。對象模型的關(guān)系分為3種，即關(guān)聯(lián)、聚合及繼承。關(guān)聯(lián)是指對于不同的類，相互間通過某些相關(guān)(同)屬性的映射實現(xiàn)的鏈接關(guān)系；繼承是指父類和子類之間的包含關(guān)系；聚合是指整體和構(gòu)成它的不同部分之間的相互關(guān)系。

    1.2.2 模塊化配置設(shè)計知識表達模型

    以對象建模技術(shù)為基礎(chǔ)，將面向?qū)ο蟮乃枷肱c公理化設(shè)計理論相結(jié)合，把公理化設(shè)計中的用戶域(cR)、功能域(FR)和結(jié)構(gòu)域(DP)中的元素借用等效的面向?qū)ο蠓椒ǖ男g(shù)語表示，推導(dǎo)出基于對象建模技術(shù)的反映產(chǎn)品需求一功能一結(jié)構(gòu)之間映射關(guān)系的模塊化配置設(shè)計知識表達模型(如圖l所示)，對該模型的說明如下：

    圖l 模塊化配置設(shè)計知識表達模型(1)把產(chǎn)品的總需求、總功能和整個產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分別定義為一個抽象的父類對象，與它們對應(yīng)的子客戶需求、子功能要求和子模塊結(jié)構(gòu)就代表一系列子類對象。

    (2)假設(shè)每個設(shè)計對象(產(chǎn)品、模塊或子模塊)類都是由它的客戶需求子類、功能子類和結(jié)構(gòu)子類聚合而成，這3個子類都封裝了屬性數(shù)據(jù)和函數(shù)(約束、規(guī)則和操作)，所有設(shè)計對象的需求、功能和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)都最終歸結(jié)為這些子類的應(yīng)用實例。

    (3)將需求一功能映射規(guī)則(即怎樣通過需求CR映射出功能FR的方法)和功能一結(jié)構(gòu)映射規(guī)則(即怎樣通過功能FR映射出結(jié)構(gòu)DP的方法)合并則可以直接得出需求一結(jié)構(gòu)映射規(guī)則，把它融入到客戶需求子類中的函數(shù)中。需求子類的需求參數(shù)屬性是該函數(shù)的輸入?yún)?shù)，而結(jié)構(gòu)子類的設(shè)計子對象(模塊或子模塊)編碼屬性值是該函數(shù)的輸出結(jié)果。

    經(jīng)調(diào)研得知并紗機客戶需求子類的客戶需求參數(shù)屬性一共有9個，即卷繞形式、錠距、供紗形式、錠數(shù)、手向、成品筒管規(guī)格、合并股數(shù)、喂入筒子規(guī)格和輔助裝置名稱。

    據(jù)公理化設(shè)計理論，模塊應(yīng)按功能來劃分，并且要保證各模塊之間的功能都相對獨立。把并紗機的所有零部件劃分為5個一級模塊(卷繞模塊、紗架模塊、車架模塊、車頭模塊、選配模塊)和若干二級模塊。因此，DWMC系統(tǒng)中設(shè)計對象為并紗機產(chǎn)品、產(chǎn)品模塊和子模塊，其中并紗機產(chǎn)品的主要屬性包括名稱、產(chǎn)品編碼、主要性能參數(shù)、所屬的產(chǎn)品族等；模塊和子模塊的主要屬性包括名稱、編碼、模塊設(shè)計參數(shù)、狀態(tài)、創(chuàng)建人和模塊接口參數(shù)等。

    文中總結(jié)了并紗機所有模塊的需求一結(jié)構(gòu)映射規(guī)則。以紗架模塊為例，它的部分規(guī)則如下：

    IF(錠距=400 mm；供紗形式=托盤；合并股數(shù)=2或3股；喂人筒子規(guī)格=φ180×152)，THEN(紗架模塊編碼=MKBS0100-01)

    IF(錠距=375 mm或500 mm；供紗形式=斜桿；合并股數(shù)=2或3股；喂入筒子規(guī)格=φ180×152)，THEN(紗架模塊編碼=MKBsoloo-02)

    把這些規(guī)則融入并紗機產(chǎn)品客戶需求子類的映射規(guī)則函數(shù)，就建立了客戶需求配置參數(shù)與產(chǎn)品模塊間的映射關(guān)系。

    1.3 基于知識的模塊化產(chǎn)品配置過程模型

    基于知識的產(chǎn)品配置設(shè)計是以模塊化設(shè)計思想為依托，結(jié)合基于實例推理(CBR)技術(shù)，快速配置出滿足客戶需求的變型產(chǎn)品。對模塊和接口的數(shù)據(jù)表達和組織方法及其數(shù)據(jù)搜索策略知識進行總結(jié)歸納，建立模塊化產(chǎn)品配置設(shè)計過程模型，如圖2所示。

    圖2 模塊化產(chǎn)品配置設(shè)計過程模型

    基于此模型實現(xiàn)模塊化產(chǎn)品配置設(shè)計的步驟如下。步驟1：生成目標產(chǎn)品的客戶需求類對象和功能類對象。先把用戶輸入的個性化需求進行參數(shù)的處理和轉(zhuǎn)換，由模塊化配置設(shè)計知識表達模型映射得到客戶需求類的需求參數(shù)屬性值和相應(yīng)的產(chǎn)品功能屬性值，生成目標產(chǎn)品的客戶需求類對象和功能類對象。

    步驟2：檢索最相似實例。

    在產(chǎn)品實例庫中檢索相應(yīng)產(chǎn)品族的產(chǎn)品實例，按照相似度的數(shù)學(xué)計算模型.把此實例的客戶需求類對象與目標產(chǎn)品的客戶需求類對象間的需求參數(shù)屬性值進行相似度計算，得出最相似的產(chǎn)品實例，其中相似度計算的數(shù)學(xué)模型：

若有相似度為l的產(chǎn)品實例則說明該實例完全滿足用戶需求，直接輸出配置結(jié)果。否則取相似度最大的實例作為相似實例，如果有一個以上相似度相同的實例就取第一個。

    步驟3：修正最相似實例，得到目標產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)類對象。

    將目標產(chǎn)品的客戶需求類對象與相似實例的客戶需求類對象進行比較，找出相似實例中需要進行變型的模塊，生成這些模塊的客戶需求類對象，在模塊庫中檢索相應(yīng)模塊，按照相似度數(shù)學(xué)計算模型，計算它們配置參數(shù)屬性值的相似度。這些模塊的變型有3種情況：

    (1)模塊替換。若有相似度等于1的模塊，則用該模塊替換實例中相應(yīng)的模塊。

    (2)模塊修改。如所有模塊的相似度都大于0且小于1，可以在相似度最大的模塊基礎(chǔ)上進行修改來滿足用戶需求。

    (3)模塊創(chuàng)建。若所有模塊的相似度都為0，則需要進行模塊創(chuàng)建。

    修改或創(chuàng)建后形成的新模塊都將存入模塊庫中。這樣就最終確定了目標產(chǎn)品的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)(最優(yōu)的模塊化產(chǎn)品配置方案)，即實現(xiàn)了它的結(jié)構(gòu)類對象。

    步驟4：配置方案預(yù)裝配。

    將產(chǎn)品實例的三維模型和用來替換的模塊三維模型檢出，并利用三維cAD平臺產(chǎn)品進行實例替換，根據(jù)用戶需求對產(chǎn)品配置方案進行預(yù)裝配，以便檢查配置的合理性。

    步驟5：配置方案保存。

    將新生成的目標產(chǎn)品添加到產(chǎn)品實例庫，具體實現(xiàn)方法就是在面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫中存儲它的客戶需求類對象、功能類對象和結(jié)構(gòu)類對象，并在PDM平臺的產(chǎn)品資源管理界面的產(chǎn)品實例庫中加入此產(chǎn)品。

    2 DWMC系統(tǒng)的構(gòu)建

    2.1系統(tǒng)的設(shè)計方案

    DWMc系統(tǒng)是在smarrre鋤平臺上，結(jié)合SQL server 2000數(shù)據(jù)庫，運用面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)進行二次開發(fā)實現(xiàn)的。該系統(tǒng)在PDM平臺上開發(fā)了基于面向?qū)ο笾R模型的知識庫和知識管理模塊，既克服了傳統(tǒng)的基于規(guī)則知識表達系統(tǒng)對知識管理的局限性缺點，同時與傳統(tǒng)的PDM系統(tǒng)相比，又具有了直接服務(wù)企業(yè)核心業(yè)務(wù)的功能。

    DWMC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)合理、開放，體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。DWMc系統(tǒng)按體系結(jié)構(gòu)共分為3層：數(shù)據(jù)資源層、系統(tǒng)應(yīng)用層和人機交互層。

    圖3 DWMC系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

    (1)數(shù)據(jù)資源層是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和支撐，它包括：PDM數(shù)據(jù)庫(存放產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù))、PDM電子倉庫(存放應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)生的電子文檔)和模塊化產(chǎn)品配置設(shè)計知識庫(包括客戶需求信息資料庫、設(shè)計資料庫、產(chǎn)品實例庫、模塊實例庫、配置規(guī)則庫等)。

    (2)系統(tǒng)應(yīng)用層是PDM系統(tǒng)和其他系統(tǒng)(如CAD/CAPP/CAE/CAM/OA等)應(yīng)用集成。其中主要是PDM模塊功能的應(yīng)用，這些模塊包括模塊化產(chǎn)品配置設(shè)計知識管理模塊和其他核心功能模塊(產(chǎn)品資源管理模塊、產(chǎn)品管理模塊、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理模塊、文檔管理模塊、工作流程管理模塊和用戶權(quán)限管理模塊等)。

    (3)人機交互層是在PDM平臺上，進行的基本產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理操作和模塊化產(chǎn)品配置設(shè)計操作(客戶需求輸入、基于實例配置操作、目標產(chǎn)品方案預(yù)裝配操作和配置系統(tǒng)維護操作等)。

    2.2系統(tǒng)主要功能

    該系統(tǒng)的知識管理模塊具備知識獲取、知識存儲、知識表達、知識處理等方面的功能。它的推理機制從產(chǎn)品數(shù)據(jù)、設(shè)計知識和決策上支持用戶需求獲取、基于產(chǎn)品實例配置、產(chǎn)品方案預(yù)設(shè)計、產(chǎn)品明細表生成、設(shè)計參數(shù)維護等功能的實現(xiàn)。此外，系統(tǒng)還具有產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理功能，如產(chǎn)品管理、模塊管理、零件管理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理、文檔管理、工作流管理和用戶權(quán)限管理等。