知識管理是通過對知識的捕獲和共享，將恰當的知識傳遞給恰當的知識使用者，實現將知識轉化成創(chuàng)造力的重要過程。知識管理已經成為現代企業(yè)核心競爭力的源泉。

    PDM技術的發(fā)展為產品的知識管理和CAx集成提供了一種有效的工具。文中在PDM(smarTeam)平臺上應用知識管理、模塊化設計和產品配置等技術，為某紡織機械公司開發(fā)了并紗機模塊化配置(DWMc)系統。并紗機是一種紡織機械，適用于絡筒以后的并紗工序，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系統中知識管理的關鍵技術

    1.1 模塊化配置設計知識的分類與獲取

    模塊化產品配置設計是先將基型產品自頂向下按功能和結構劃分層次模塊，再根據一定的原則和方法，將這些模塊組合配置成變型產品的設計過程。

    產品設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、產品對象信息、產品設計過程控制信息和設計人員組織結構信息’。從以上信息中可以總結出模塊化產品配置設計知識，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品的結構、功能、使用性能、材料、外觀、數量、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，它們構成了企業(yè)需求信息資料庫。

    (2)設計對象(產品、模塊和零部件)知識。包括設計對象的基本信息(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(如裝配關系、裝配數量、結構清單等)、產品開發(fā)過程中積累的產品和模塊實例表。該系統對并紗機產品、零部件、圖文檔和各種BOM表等設計信息數據進行了全面的收集、整理和挖掘，建立了PDM數據庫。并在它的基礎上，充分利用基于數據庫的知識發(fā)現技術，建立了設計資料產品庫、產品實例庫和模塊實例庫等知識庫。

    (3)模塊化配置設計過程知識。包括模塊劃分的方法和原則；模塊接口的標準化設計方法；模塊結構布局和尺寸變化時，其設計參數的相應變化規(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；模塊參數變化對模塊組合的影響；模塊設計參數的提取方法和取值原則；產品變型時，受影響的模塊及其設計參數的變化規(guī)律等。該系統中，這些知識經過收集、歸納和整理，然后采用關聯規(guī)則等方法進行挖掘分析，最后以面向對象類的函數方法(規(guī)則)形式出現，并據此建立了配置規(guī)則知識庫。

    1.2 構建模塊化配置設計知識表達模型

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

    傳統的產品設計知識表達方法主要有謂詞、語義網絡、框架、產生式規(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，應用面向對象的知識表達與推理機制，根據知識的特點，采用對象建模技術，建立以對象模型為基本構成要素的模塊化配置設計的知識表達模型，同時映射到關系數據庫表中進行存儲，能有效地實現知識的管理。

    對象模型由類、屬性、函數和關系組成。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)集合，通常一個對象具有若干個方法，它們構成該對象的對象方法集。對象模型的關系分為3種，即關聯、聚合及繼承。關聯是指對于不同的類，相互間通過某些相關(同)屬性的映射實現的鏈接關系；繼承是指父類和子類之間的包含關系；聚合是指整體和構成它的不同部分之間的相互關系。

    1.2.2 模塊化配置設計知識表達模型

    以對象建模技術為基礎，將面向對象的思想與公理化設計理論相結合，把公理化設計中的用戶域(cR)、功能域(FR)和結構域(DP)中的元素借用等效的面向對象方法的術語表示，推導出基于對象建模技術的反映產品需求一功能一結構之間映射關系的模塊化配置設計知識表達模型(如圖l所示)，對該模型的說明如下：

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

    (2)假設每個設計對象(產品、模塊或子模塊)類都是由它的客戶需求子類、功能子類和結構子類聚合而成，這3個子類都封裝了屬性數據和函數(約束、規(guī)則和操作)，所有設計對象的需求、功能和產品結構都最終歸結為這些子類的應用實例。

    (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)和功能一結構映射規(guī)則(即怎樣通過功能FR映射出結構DP的方法)合并則可以直接得出需求一結構映射規(guī)則，把它融入到客戶需求子類中的函數中。需求子類的需求參數屬性是該函數的輸入參數，而結構子類的設計子對象(模塊或子模塊)編碼屬性值是該函數的輸出結果。

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

    據公理化設計理論，模塊應按功能來劃分，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系統中設計對象為并紗機產品、產品模塊和子模塊，其中并紗機產品的主要屬性包括名稱、產品編碼、主要性能參數、所屬的產品族等；模塊和子模塊的主要屬性包括名稱、編碼、模塊設計參數、狀態(tài)、創(chuàng)建人和模塊接口參數等。

    文中總結了并紗機所有模塊的需求一結構映射規(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=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=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)則融入并紗機產品客戶需求子類的映射規(guī)則函數，就建立了客戶需求配置參數與產品模塊間的映射關系。

    1.3 基于知識的模塊化產品配置過程模型

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

    圖2 模塊化產品配置設計過程模型

    基于此模型實現模塊化產品配置設計的步驟如下。步驟1：生成目標產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的處理和轉換，由模塊化配置設計知識表達模型映射得到客戶需求類的需求參數屬性值和相應的產品功能屬性值，生成目標產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。

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

若有相似度為l的產品實例則說明該實例完全滿足用戶需求，直接輸出配置結果。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，得到目標產品的結構類對象。

    將目標產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模塊，按照相似度數學計算模型，計算它們配置參數屬性值的相似度。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品的產品結構(最優(yōu)的模塊化產品配置方案)，即實現了它的結構類對象。

    步驟4：配置方案預裝配。

    將產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平臺產品進行實例替換，根據用戶需求對產品配置方案進行預裝配，以便檢查配置的合理性。

    步驟5：配置方案保存。

    將新生成的目標產品添加到產品實例庫，具體實現方法就是在面向對象的數據庫中存儲它的客戶需求類對象、功能類對象和結構類對象，并在PDM平臺的產品資源管理界面的產品實例庫中加入此產品。

    2 DWMC系統的構建

    2.1系統的設計方案

    DWMc系統是在smarrre鋤平臺上，結合SQL server 2000數據庫，運用面向對象編程技術進行二次開發(fā)實現的。該系統在PDM平臺上開發(fā)了基于面向對象知識模型的知識庫和知識管理模塊，既克服了傳統的基于規(guī)則知識表達系統對知識管理的局限性缺點，同時與傳統的PDM系統相比，又具有了直接服務企業(yè)核心業(yè)務的功能。

    DWMC系統的結構合理、開放，體系結構如圖3所示。DWMc系統按體系結構共分為3層：數據資源層、系統應用層和人機交互層。

    圖3 DWMC系統體系結構

    (1)數據資源層是系統的數據基礎和支撐，它包括：PDM數據庫(存放產品的結構化數據)、PDM電子倉庫(存放應用系統產生的電子文檔)和模塊化產品配置設計知識庫(包括客戶需求信息資料庫、設計資料庫、產品實例庫、模塊實例庫、配置規(guī)則庫等)。

    (2)系統應用層是PDM系統和其他系統(如CAD/CAPP/CAE/CAM/OA等)應用集成。其中主要是PDM模塊功能的應用，這些模塊包括模塊化產品配置設計知識管理模塊和其他核心功能模塊(產品資源管理模塊、產品管理模塊、產品結構管理模塊、文檔管理模塊、工作流程管理模塊和用戶權限管理模塊等)。

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

    2.2系統主要功能

    該系統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。它的推理機制從產品數據、設計知識和決策上支持用戶需求獲取、基于產品實例配置、產品方案預設計、產品明細表生成、設計參數維護等功能的實現。此外，系統還具有產品數據管理功能，如產品管理、模塊管理、零件管理、產品結構管理、文檔管理、工作流管理和用戶權限管理等。