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知识管理技术在舰船动力装置设计中的应用 |
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作者：王辉 曾凡明 刘金林 张威 |
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引言
随着数字化设计技术在造船领域的应用程度不断深入。对舰船设计单位的设计水平提出了更高的要求，舰船设计单位想要保持竞争优势、提高设计的效费比，在设计过程中实行知识管理(Knowledge Management．KM)已经成为行之有效的解决方案之一。知识管理可以定义为：捕获企业中集体的知识和技能，将最恰当的知识在最恰当的时间传递给最恰当的人，为设计过程提供决策支持，提高设计的效率比。
舰船动力装置作为舰船的”心脏”，其设计质量是决定舰船设计质量的重要因素之一，其通常由推进系统、发配电系统、馈电网络、舵系统、损管系统，甲板机械、空调通风系统、全舰辅助性系统等众多分系统组成，设备众多且结构复杂，其设计过程中涉及到海量的数据、文档、图纸、资料等设计知识。当前，舰船动力装置设计过程中的知识管理主要有如下几个方面的特点：
(1)设计人员对各类标准、公式和案例的查询占据了产品设计中的大量时间；
(2)设计知识大多存在于设计人员的头脑中，缺乏有效方法将这些隐性知识显性化；
(3)船舶新产品的设计通常是从”母型”的设计中演化而来，然而由于技术手段的限制，对“母型”的利用效率较为低下。
可见，当前动力系统设计在知识管理方面混乱无序，缺乏有效的理论和方法的支持，已经成为制约舰船动力装置设计水平提高的瓶颈之一。本文正是针对动力装置设计过程中的知识管理的相关内容开展研究。
面向舰船动力装置设计的知识管理方法
面向舰船动力装置设计的知识管理以动力装置设计的知识管理过程为对象，通过分析知识来源和内容，重新组织知识表现形式和存储方式，结合动力装置的设计过程实现设计知识的重用。
设计知识的初步组织
舰船动力装置的设计知识主要包括：设计单位自身积累总结的设计文档，图纸、2D／3D模型、设计原理、技术手册等；造船厂的制造工艺信息，作业标准；设备供应商的装备参数、报价；船级社的设计规范、标准；使用单位针对以前设计的改进要求等显性知识，以及设计人员的个人经验、设计单位的企业文化等隐性知识。通过知识获取工具收集到知识管理平台，经过知识管理员的整理和分类后，按照推进系统、发配电系统、馈电网络、舵系统、损管系统、全舰辅助性系统等动力装置的分系统类型，存储到设计知识库，组织结构如图1所示。
图1 设计知识的组织
设计知识的进阶组织
经过初步汇总的事实性设计知识，可以为设计人员的快速设计提供参考，若想进一步指导设计人员的设计行为，提供智能支持，还需对设计知识进行更为深入的提炼，形成以下几种知识表现形式：
(1)规则知识，规则知识通常是将设计知识归纳成IF—THEN结构的语句，这类知识主要来源于专家的实践经验或书本上的知识总结；
(2)模型知识，设计模型是从大量案例的基础上提取的解决某一类问题的方法，具有良好的通用性；
(3)案例知识，设计活动结束之后，对整个问题解决方案进行总结，剔除设计过程的冗余信息，归纳正确的方法步骤，就得到可用于产品设计重用的案例知识。
可以看出，这三类知识各有侧重点和适用范围，在知识整理的过程中应区别对待，特别是规则知识和模型知识，需要领域知识专家进行甄别、提取。设计知识经过整理、组织、有序化之后，知识点在知识管理系统内的位置便可唯一固定K(X，Y，Z)，其中，X为知识所处的设计阶段．Y为知识反映的设计对象，Z为知识的表现形式，其三维坐标系如图2所示。
图2 设计知识的三维坐标系
设计知识的重用过程
知识管理对设计的支持程度与设计的重用效率关系密切。动力装置设计重用的基本流程是：开展设计任务的需求分析，提取新产品的特征属性，如总功率、耗油量、续航力、隐身性等关键技战术指标，利用知识搜索技术在设计知识库中寻找与目标设计案例相似的设计，推送到设计人员的工作平台，设计人员对几个相似案例进行评估，选择最为适用的案例进行修改，达到新产品的设计要求。形成新的设计案例，同时系统将新设计提交到知识管理系统，经审核、整理后加入设计知识库，供以后参考。舰船动力装置设计重用流程如图3所示。
图3 设计重用流程
知识管理在舰船动力装置PDM系统中的设计与实现
在舰船动力装置设计过程中具体实施知识管理解决方案时，考虑到多数设计单位已经部署了产品数据管理(Product Data Management，PDM)系统，其诸多模块与知识管理系统有功能重叠，为了避免系统功能冗余．需要将知识管理平台与PDM系统进行集成，其技术框架如图4所示。
图4 KM与PDM集成技术框架
在本系统中，知识管理平台将以PDM支撑环境为基础。结合文档管理、产品结构管理、项目管理、人员管理、BBS、Email等辅助功能模块，实现知识检索、知识推送、知识地图等应用，下面结合知识管理过程分析该技术方案的实现方法。
基于PDM的知识管理过程
基于PDM的舰船动力装置设计过程知识管理的工作流程为：知识获取→知识整理→知识存储→知识应用。
在知识获取阶段，文档、图纸等显性知识通过工作流程管理模块进入PDM系统的审批流程。首先经过知识管理员甄别、分类后流转到知识专家处进行审核，评级，最后归档到设计知识库。隐形知识存储在人的大脑之中。设计人员可以通过PDM系统的协同工具实现这些知识的显性化，例如，个人撰写Blog记录设计历史，可对设计过程进行追溯；在内部论坛上对某类技术问题展开讨论可以集思广益，开拓设计人员的思路。还可以根据人员管理模块登记的领域专家的联系方式，通过Email／即时通讯工具／手机等方式直接进行交流，获取知识帮助。由此可知，协同空间不但是获取隐性知识的平台，也是传播和共享知识的平台。
在知识整理阶段，通过各种渠道收集的设计资料信息，其遵守的规范、数值的单位，概念的表示方法等都可能存在差别。设计小组成员通过PDM系统将自身收集的信息上传到服务器后，不会立即归入知识库，而是由知识系统管理员协同领域专家对初步信息进行分类整理，甄别，按照内部统一标准进行规范化和标准化，形成可支持产品设计重用的知识。
在知识存储阶段，经过知识管理平台提炼过的知识录入设计知识库，其他如文档、视频资料、2D／3D图纸等以文件形式存在的知识保存在PDM系统的文件库，知识库仅保存该文件的物理存储路径。
知识应用主要有知识检索、目录查询、知识地图、知识推送等形式，其应用过程以实例进行简要说明。
应用实例
本研究基于．net平台，以SQL SERVER为后台数据库，开发了一个基于WEB的B／S结构的知识管理集成系统。以某型动力装置的设计过程为例，对基于PDM系统的知识管理主要应用进行阐述。首先，根据设计任务书要求的排水量、航速这2个主要指标，在设计知识库中寻找与其相近的舰船(母型)作参考，初步确定设计对象的推进装置方案。
知识引擎搜索数据库，并非传统的基于关键宇的查询，而是基于“母型”的特征参数，如全系统最重要的排水量、航速指标，若想进一步缩小查询范围，还可以增加推进功率、续航力等约束条件。此外，进行”母型”搜索，不仅是针对全系统，也包括各层分系统。这样研究的每个方面都有参比的对象。
进入具体的设计流程之后，利用知识地图推送每个设计环节所需的设计规范、计算公式等相关知识点。如进行轴系设计时，从知识地图集中加载轴系设计知识地图，当进行到“轴系强度计算与振动计算”环节时，得到相应的“轴系动力学分析”页面，告知设计人员应进行哪些计算，并且可点击下载相关的计算方法手册。
设计过程涉及具体部件时，还可通过产品结构树，查询零部件的基本信息和详细信息，并实现三维模型的交互式操作。例如，查询某型动力装置轴系分系统方向联轴器的结构信息时，可以得到相关信息资料。
结语
基于PDM系统，采用B／S模式的知识管理技术能较好地支持舰船动力装置数字化设计过程，使得设计单位．船厂．使用方等相关单位能充分地共享各类信息和数据，这些数据经过知识管理平台的收集，整理．推送，能极大提高设计水平，进一步推动舰船动力装置数字化设计进程。本文的研究可以为舰船动力系统现代化设计水平的提高提供一定的参考。(end)
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(10/13/2011) |
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