燕 昊，何淳真，康 瑩，王 瑤，李 超

(西安應(yīng)用光學(xué)研究所，陜西 西安 710065)

0 引 言

著眼制造業(yè)面臨的巨大挑戰(zhàn)和戰(zhàn)略機遇，中國制造業(yè)正逐步從“中國制造”向“中國創(chuàng)造”轉(zhuǎn)變。產(chǎn)品研發(fā)的模式正由低集成度產(chǎn)品向高度復(fù)雜、多學(xué)科、多專業(yè)緊密協(xié)同，由個人能力和經(jīng)驗為主向以模型和流程驅(qū)動、數(shù)據(jù)和仿真支持研發(fā)轉(zhuǎn)變。新的時代背景下，在產(chǎn)品全生命周期管理過程中，以產(chǎn)品數(shù)據(jù)與知識為基礎(chǔ)的產(chǎn)品需求管理、精益研發(fā)、智能制造以及銷售與服務(wù)，已成為當(dāng)今企業(yè)獲取可持續(xù)利潤的新增長點。因此，如何在PLM過程中獲取各種產(chǎn)品數(shù)據(jù)與知識并向企業(yè)提供有效的產(chǎn)品數(shù)據(jù)與知識服務(wù)，引起了眾多制造企業(yè)的極大關(guān)注[1-2]。文中從產(chǎn)品全生命周期的數(shù)據(jù)對象分析入手，結(jié)合知識管理探討如何使大數(shù)據(jù)為產(chǎn)品全生命周期管理進行決策。

1 PLM及其系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 面向服務(wù)的產(chǎn)品全生命周期管理

產(chǎn)品全生命周期管理(product lifecycle management，PLM)，是指在設(shè)計、制造、使用和回收等生命周期中與產(chǎn)品相關(guān)的數(shù)據(jù)管理[3-4]。其中包括產(chǎn)品需求策劃、立項與計劃、詳細開發(fā)與設(shè)計、仿真與驗證、工藝與試制、生產(chǎn)與銷售、使用與維修以及報廢與回收等主要階段,如圖1所示。

圖1 面向服務(wù)的產(chǎn)品全生命周期管理

PLM是一項對所有產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)進行管理的技術(shù)，也是一種面向產(chǎn)品創(chuàng)新的知識管理和流程優(yōu)化的理念。如圖2所示，先進的制造業(yè)早已轉(zhuǎn)變?yōu)橐苑?wù)為導(dǎo)向的產(chǎn)品全生命周期管理。

圖2 產(chǎn)品全生命周期的轉(zhuǎn)變

1.2 PLM的體系架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

PLM的典型體系架構(gòu)如圖3所示，主要分為應(yīng)用層、核心層、基礎(chǔ)層和通訊層。通訊層為PLM提供一個基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)運行環(huán)境，基礎(chǔ)層為PLM提供公共的基礎(chǔ)服務(wù)，核心層為PLM提供各個生命周期中對數(shù)據(jù)管理的基本功能接口，應(yīng)用層主要針對企業(yè)實際運營管理的核心應(yīng)用功能集合。PLM中的關(guān)鍵技術(shù)主要有：PLM的構(gòu)件功能劃分、描述及接口定義；支持產(chǎn)品全生命周期的元模型構(gòu)造技術(shù)；分布式異構(gòu)產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的映射策略和自動轉(zhuǎn)換技術(shù)；跨階段協(xié)同工作過程建模技術(shù)；基于XML的開放信息集成與動態(tài)過程聯(lián)盟技術(shù)；基于語義網(wǎng)絡(luò)的多維視圖產(chǎn)品數(shù)據(jù)組織、管理、操作技術(shù)；基于產(chǎn)品全生命周期的協(xié)同工程與項目管理技術(shù)[5-6]。

圖3 PLM的體系架構(gòu)

2 關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 PLM中的數(shù)據(jù)分析與處理

2.1.1 PLM中的數(shù)據(jù)分析

如圖4所示，在產(chǎn)品全生命周期管理中的數(shù)據(jù)資源分為基礎(chǔ)資源數(shù)據(jù)、產(chǎn)品工程數(shù)據(jù)、文獻數(shù)據(jù)以及模式數(shù)據(jù)。按數(shù)據(jù)性質(zhì)不同進行處理，非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)通過分類、聚類、摘要、標(biāo)簽、主題化、語義分析等進行轉(zhuǎn)化；結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)可以通過標(biāo)準(zhǔn)化進行處理，以提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和再使用性。模式資源通過自動化手段進而形成智能特征。

圖4 PLM中的數(shù)據(jù)資源圖

2.1.2 PLM中的核心產(chǎn)品BOM數(shù)據(jù)

產(chǎn)品BOM數(shù)據(jù)是制造企業(yè)研制主價值鏈的核心數(shù)據(jù)。如圖5所示，BOM管理從需求樹、方案樹、產(chǎn)品樹、工藝樹到實例樹等，覆蓋產(chǎn)品研制全生命周期過程，并以各階段BOM為主關(guān)聯(lián)企業(yè)產(chǎn)品研制主價值鏈的業(yè)務(wù)過程數(shù)據(jù)，形成以BOM為核心視圖的制造業(yè)產(chǎn)品研制數(shù)據(jù)中心[7]。

圖5 PLM中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹

2.1.3 PLM中的運營主題數(shù)據(jù)

按照業(yè)務(wù)邏輯結(jié)構(gòu)對各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行識別及運算，根據(jù)業(yè)務(wù)需求統(tǒng)一定義和組織的相關(guān)數(shù)據(jù)，由業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)按照分析需要抽取后按主題存儲及管理。產(chǎn)品主題數(shù)據(jù)庫以產(chǎn)品為主線貫穿研發(fā)設(shè)計、技術(shù)狀態(tài)、制造過程、質(zhì)量保證、產(chǎn)品交付的全過程數(shù)據(jù)，建立產(chǎn)品的功能、性能參數(shù)以及價格、外形尺寸、結(jié)構(gòu)模型等產(chǎn)品全屬性信息庫，關(guān)聯(lián)大數(shù)據(jù)資源庫中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、工程數(shù)據(jù)以及管理數(shù)據(jù)中產(chǎn)品關(guān)鍵信息，對產(chǎn)品研發(fā)、制造全過程數(shù)據(jù)進行組織與展現(xiàn)。具體包括：產(chǎn)品主題數(shù)據(jù)、項目主題數(shù)據(jù)、研發(fā)生產(chǎn)主題數(shù)據(jù)、質(zhì)量主題數(shù)據(jù)、物資庫存主題數(shù)據(jù)、成本主題數(shù)據(jù)等。

2.2 知識管理技術(shù)

知識管理技術(shù)是指針對知識管理的目標(biāo)所采用的各種技術(shù)，包括知識管理的信息技術(shù)、知識管理工具和知識管理軟件。知識管理系統(tǒng)應(yīng)具有豐富的自動獲取知識能力，無縫對接企業(yè)現(xiàn)有信息化業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，并將其中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、信息與知識統(tǒng)一、有序地建立在知識系統(tǒng)中；再通過智能匹配推動給相關(guān)人員，結(jié)合用戶使用習(xí)慣，以及用戶在系統(tǒng)內(nèi)的行為活動，為用戶排列推薦內(nèi)容，從而不斷智能化完善系統(tǒng)；企業(yè)也能夠通過長期對知識運用的檢測，調(diào)整知識建設(shè)布局，完善企業(yè)知識與經(jīng)驗積累的網(wǎng)絡(luò)[8-12]。

(1)智能知識識別與學(xué)習(xí)。

通過“連接器”對接各個信息化業(yè)務(wù)系統(tǒng)，并整合重組現(xiàn)有的內(nèi)容庫，智能學(xué)習(xí)不僅可以自動拆解出元數(shù)據(jù)、內(nèi)容關(guān)鍵字，更對段落大意、語境信息進行分析，并形成多網(wǎng)結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)模型，使得計算機對知識的認知更為準(zhǔn)確，理解更為深刻。

(2)智能知識萃取與重組。

能夠在學(xué)習(xí)知識后，將不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的信息，按照系統(tǒng)設(shè)定的組織形式，自動歸檔數(shù)據(jù)，形成企業(yè)統(tǒng)一的知識分類與地圖，并可以持續(xù)擴展，從而適應(yīng)企業(yè)日益增加的知識內(nèi)容，達到知識的統(tǒng)一化、有序化、集中化管理。用戶在使用層自動生成基于導(dǎo)出元數(shù)據(jù)的內(nèi)容簡介，如：圖片、主題、段落大意，人或地方的名稱，型號或設(shè)備號，批次任務(wù)，重要的日期或其他重點信息，等等，即系統(tǒng)將解析的內(nèi)容進行封裝，智能創(chuàng)建出可用的或有用的提示信息，讓用戶能夠一目了然地看出是否是自己需要的知識內(nèi)容。

(3)智能知識匹配與推送。

系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)跨業(yè)務(wù)系統(tǒng)的，基于內(nèi)容的檢索，還可以依照用戶自定義模式建立個性化的搜索器，從而快速定位用戶需要的信息與知識。更重要的是，系統(tǒng)依據(jù)人員的情況(如角色、任務(wù)節(jié)點、權(quán)限等)，智能匹配和自動推送給員工相關(guān)知識與最新的更新內(nèi)容，這些內(nèi)容與員工需求智能化匹配，員工不再被迫搜索，從而節(jié)省了大量尋找知識的時間。

(4)智能自學(xué)習(xí)與完善。

用戶每一次查詢、搜索、點擊、下載等與系統(tǒng)的互動，都是系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過程，通過這個過程調(diào)整，結(jié)合用戶使用情況以及在系統(tǒng)內(nèi)的行為活動，為用戶排列推薦的知識內(nèi)容。同時用戶可以針對推薦知識內(nèi)容打分，添加評論等信息。系統(tǒng)通過這樣的反復(fù)學(xué)習(xí)，不斷完善推動機制，從而越來越智能化。

(5)智能知識監(jiān)控與挖掘。

可以監(jiān)測知識數(shù)據(jù)的使用情況并進行分析(如知識按照類別、區(qū)域、組織等維度的上傳、下載、瀏覽頻次；搜索關(guān)鍵字排名；用戶活躍度等等)，確保知識的高效使用，直接提高企業(yè)知識使用效率。通過對知識使用的監(jiān)測情況，可對企業(yè)信息化業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)、企業(yè)流程、制度等方面決策進行影響，對企業(yè)各部門的業(yè)務(wù)運轉(zhuǎn)起到不可估量的深遠影響。

3 利用大數(shù)據(jù)為PLM進行決策

3.1 基于PLM的產(chǎn)品數(shù)據(jù)與知識應(yīng)用架構(gòu)

PLM中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)與知識應(yīng)用主要包括PLM過程中的需求規(guī)劃、研發(fā)設(shè)計、工藝試制、制造裝配、銷售、維修和回收等?；赑LM的產(chǎn)品數(shù)據(jù)與知識應(yīng)用架構(gòu)如圖6所示，其主要包括產(chǎn)品知識資源層、中間件層和應(yīng)用層。產(chǎn)品數(shù)據(jù)與知識資源層主要包括企業(yè)內(nèi)外的產(chǎn)品知識庫、經(jīng)驗庫、模型庫、實例庫、專利庫、文獻庫和專家?guī)斓?。中間件層主要是利用企業(yè)服務(wù)總線、接口適配器、服務(wù)注冊管理等整合技術(shù)，構(gòu)建面向SOA的體系架構(gòu)，實現(xiàn)對產(chǎn)品數(shù)據(jù)與知識服務(wù)的注冊、封裝和組合，進而在PLM過程中向企業(yè)內(nèi)外用戶提供按需服務(wù)的產(chǎn)品知識。應(yīng)用層主要提供PLM過程中需求規(guī)劃、研發(fā)設(shè)計、工藝試制、生產(chǎn)計劃、制造裝配、產(chǎn)品銷售、維修服務(wù)以及產(chǎn)品回收等各階段所需的產(chǎn)品數(shù)據(jù)與知識服務(wù)支持[13-14]。

3.2 基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)與知識的精益研發(fā)業(yè)務(wù)藍圖

基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)與知識的智能研發(fā)業(yè)務(wù)藍圖如圖7所示。企業(yè)對典型項目的研發(fā)流程進行梳理，形成基礎(chǔ)工作分解結(jié)構(gòu)(WBS)框架，并開展數(shù)據(jù)、伴隨知識和工具內(nèi)容的梳理工作，梳理完成后的數(shù)據(jù)、知識和工具資源導(dǎo)入到平臺中與研發(fā)流程進行關(guān)聯(lián)，形成完整的數(shù)字化典型項目研發(fā)流程(企業(yè)WBS)。當(dāng)新項目開始時，項目負責(zé)人基于歷史項目研發(fā)流程進行剪裁，快速生成適合項目的WBS樹，同時對工作包進行維護和策劃，定義執(zhí)行人、修訂輸入輸出、伴隨知識、數(shù)據(jù)管控和執(zhí)行工具等信息，待逐級完成項目策劃工作后，將工作包分派給任務(wù)執(zhí)行人。

研發(fā)生產(chǎn)人員執(zhí)行任務(wù)：任務(wù)執(zhí)行人在平臺門戶中查看任務(wù)信息并領(lǐng)取任務(wù)，依據(jù)上游任務(wù)傳遞過來的輸入信息，使用工作包關(guān)聯(lián)的知識、工具和數(shù)據(jù)開展設(shè)計工作。完成設(shè)計工作后，提交輸出物到數(shù)據(jù)中心，結(jié)束此項任務(wù)。

4 結(jié)束語

在競爭越發(fā)激烈的今天，創(chuàng)新是企業(yè)生存與發(fā)展的動力源泉，而產(chǎn)品數(shù)據(jù)知識服務(wù)的實現(xiàn)是提高產(chǎn)品全生命周期過程中的產(chǎn)品設(shè)計、制造、服務(wù)及管理創(chuàng)新的主要途徑。數(shù)據(jù)是企業(yè)的核心，知識是智慧化的數(shù)據(jù)。智慧企業(yè)的建設(shè)應(yīng)以數(shù)據(jù)知識應(yīng)用為核心，構(gòu)建

圖6 基于PLM的產(chǎn)品數(shù)據(jù)與知識應(yīng)用架構(gòu)

圖7 精益研發(fā)業(yè)務(wù)藍圖

完整、高效、安全的應(yīng)用服務(wù)體系。通過數(shù)據(jù)中心采集存儲企業(yè)科研生產(chǎn)和管理過程中所產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，同時通過知識工程平臺的建設(shè)，針對不同類型的數(shù)據(jù)，使用相應(yīng)的加工手段和方式，提升數(shù)據(jù)的顯性化、共享化和智慧化程度，形成可利用的知識，針對不同用戶提供個性化服務(wù)。構(gòu)建一個從感知—決策—行動—優(yōu)化自完善的研發(fā)生態(tài)環(huán)境，推動企業(yè)的自主知識創(chuàng)新及精益管控，進而有效提升企業(yè)的核心競爭力。

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