智能制造知識管理探究

1、智能制造知識管理探究摘要:工業(yè)4.0和中國制造2025的提出,給國內(nèi)工業(yè)制造企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和管理提升提出較高要求。結(jié)合中國工業(yè)企業(yè)內(nèi)部實際特點和困難,從智能制造的基礎(chǔ)性問題出發(fā),通過分析和描述CPS的推進(jìn)障礙、知識表達(dá)與本體建設(shè)方法、知識自動化的具體內(nèi)容,以及國內(nèi)外企業(yè)知識體系和集成對比,指出知識化和知識自動化過程是國內(nèi)工業(yè)企業(yè)智能制造推進(jìn)的重要落腳點。關(guān)鍵詞:智能制造;知識管理;知識化;本體;知識自動化一、引言德國體系發(fā)展歷史悠久,其知識沉淀、產(chǎn)品硬件與設(shè)備配置、產(chǎn)品全生命周期管理都達(dá)到世界領(lǐng)先,相比起來,美國的IT技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)/物聯(lián)網(wǎng)/大數(shù)據(jù)技術(shù)等“新興工業(yè)外套”則更有優(yōu)勢。工業(yè)4.0提出

2、以后,各國既面臨著工業(yè)系統(tǒng)升級的壓力,同時也發(fā)現(xiàn)各自面臨的環(huán)境和基礎(chǔ)有著顯著不同。既要分析西方強(qiáng)國工業(yè)升級的具體內(nèi)涵,又要深入剖析本國發(fā)展特點,這對中國制造2025和智能制造在國內(nèi)企業(yè)的推進(jìn)形成了更高的挑戰(zhàn)。二、國內(nèi)智能制造面臨的基礎(chǔ)問題在中國,很多人也同步提出推進(jìn)智能制造需要大數(shù)據(jù)、云計箅和移動互聯(lián)等大量新技術(shù)的支持,但它們是不是國內(nèi)工業(yè)系統(tǒng)最急需的和最重要的,引發(fā)了很多人的思考。單就CPS而言,以航空工業(yè)企業(yè)為例,往往存在三個問題:Cyber雙義中“信息化”推進(jìn)不徹底。賽博概念中的“信息化”基礎(chǔ)執(zhí)行不徹底。國內(nèi)企業(yè)在信息化建設(shè)中,不斷新建各類平臺。單個系統(tǒng)內(nèi)雖通過強(qiáng)耦合連接,系統(tǒng)之間卻形成

3、信息孤島,通?？磥頂?shù)據(jù)流通和連接問題較多。“網(wǎng)絡(luò)控制”涉及到的互聯(lián)網(wǎng)/物聯(lián)網(wǎng)/云計算等技術(shù),國內(nèi)發(fā)展應(yīng)用雖然很快,但是因為控制的對象處于孤島狀態(tài),系統(tǒng)之間的通訊和控制實際上依靠人在起作用。物理硬件通過不斷采購,在制造裝備層面能夠逐步做到與世界先進(jìn)企業(yè)比肩,但在應(yīng)用層面仍然處在“知其然而不知其所以然”的被動局面。系統(tǒng)性的頂層框架設(shè)計,自上世紀(jì)八十年代以來雖然持續(xù)努力,在國內(nèi)的發(fā)展依然緩慢。歸納起來,“不知其所以然”、“系統(tǒng)流通與連接”、“頂層設(shè)計”是對知識顯性、知識集成和知識系統(tǒng)綜合運用的體現(xiàn)。嚴(yán)格來說,這些都是屬于知識管理的范疇,解決的路徑往往指向了知識化與知識自動化。中國現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展歷史較短

4、,沉淀不足,幾千年來傳統(tǒng)文化對工業(yè)升級的影響還很大。作為現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)主體的工業(yè)企業(yè),企業(yè)基層管理的數(shù)據(jù)化描述和知識化管理進(jìn)展緩慢,經(jīng)驗管理仍占主流,信息化的應(yīng)用效果主要體現(xiàn)在局部。這些背景是“中國制造2025”要以工業(yè)化和信息化“兩化融合”為主線的根本原因。三、企業(yè)知識化存在的管理差距當(dāng)前,包括中航工業(yè)在內(nèi)的許多中國工業(yè)企業(yè),都在廣泛的采購和使用世界上技術(shù)最先進(jìn)的設(shè)備和軟件,不過令人大跌眼鏡的是:中國的工業(yè)企業(yè)雖然大部分都采用世界一流的技術(shù)設(shè)備,但是產(chǎn)生效率卻不如西方的現(xiàn)代制造工廠,這其中主要的原因就在于中方企業(yè)的管理上存在一定問題,主要表現(xiàn)在軟件應(yīng)用的系統(tǒng)化知識管理上的差距。波音公司的知識化管理

5、十分到位,最基礎(chǔ)的知識化技術(shù)處理工作都在企業(yè)內(nèi)全部普及到位,飛機(jī)的近百萬個零件都逐步實現(xiàn)了數(shù)字化同步,并且廣泛采用模塊化的S級控制(非零部件級),整個產(chǎn)品的體系不光實現(xiàn)了數(shù)字化同步而且還相對可控。B787的整個研制過程使用了約8000款軟件,其中只有1000多款是商業(yè)軟件,像CAD、CAE等,還有7000多款是屬于波音公司自己的、非商業(yè)化的軟件。這是波音幾十年積累下來的,包括飛機(jī)怎么設(shè)計、優(yōu)化以及工藝等的關(guān)鍵知識經(jīng)驗都在這7000多款軟件里,波音把工業(yè)技術(shù)體系都融入其中,并以此構(gòu)成波音的核心競爭力。這些是外界同行通過交流、學(xué)習(xí)、考察無法看到和學(xué)到的。在空客,工程師每完成一個成果還要同時提交一份

6、方法報告,說明這個成果是怎么做的,之后這個報告會提交到COC部門(能力中心)去做歸納總結(jié)整理。如此一來,每個人做的工作都是在前人的基礎(chǔ)之上,協(xié)同完成整體工作。人的離開不會影響工程的整體運行,其他人也大致知道他那部分是怎么做的。這些關(guān)鍵的知識都被融合到各種應(yīng)用系統(tǒng)中,在各大項目和產(chǎn)品研制中反復(fù)運用,企業(yè)知識化的深入程度有效的支撐了數(shù)目龐大的項目管理工作。大量研究顯示,目前國內(nèi)很少企業(yè)能夠形成這樣的一整套完善的技術(shù)管理體系。企業(yè)里工作方法因人而異,老員工或老專家離職或退休之后,知識和方法都隨著這些人的離去而被帶走,后來的人來往往需要摸索實踐,重新形成自己的方法。越來越多的人已經(jīng)認(rèn)識到,智能制造的推

7、進(jìn)過程中需要結(jié)合自身企業(yè)的實際情況,把握住企業(yè)運營的根基,探究并掌握好支撐制造業(yè)發(fā)展的數(shù)字化操控以及一系列的知識化處理,而非盲目的追求某些系統(tǒng)和技術(shù)的先進(jìn)前沿性。同時企業(yè)的管理上要融合企業(yè)文化發(fā)展和生產(chǎn)技術(shù)先進(jìn)方法的采用,并且要根據(jù)市場環(huán)境的變化創(chuàng)新企業(yè)管理模式,提高企業(yè)的應(yīng)對力。從當(dāng)前我國制造企業(yè)的發(fā)展實際來看,要想實現(xiàn)制造企業(yè)快速穩(wěn)定發(fā)展需要構(gòu)建起比較完善的工業(yè)生態(tài)系統(tǒng),要讓企業(yè)的人、財、物、產(chǎn)品、技術(shù)、設(shè)備等得到有效合理融合,減少不必要的浪費,提高資源利用率,唯有此,方可讓制造企業(yè)在實現(xiàn)智能化設(shè)備管理的道路上越走越穩(wěn)。四、知識表達(dá)與產(chǎn)品本體建設(shè)在多年的信息化建設(shè)過程中,大量知識性暗區(qū)和數(shù)

8、據(jù)裂縫在企業(yè)中斷產(chǎn)生。單一數(shù)據(jù)來源是智能制造對所有產(chǎn)品的統(tǒng)一要求,企業(yè)從產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)到工藝流程設(shè)計再到制造生產(chǎn)的各個階段的BOM都要實現(xiàn)有機(jī)的統(tǒng)一;實現(xiàn)智能化制造并非一朝一夕之事,所以每個階段都要嚴(yán)格把控,出現(xiàn)問題要及時解決處理,并不斷完善。(一)單一數(shù)據(jù)源描述雖然各大供應(yīng)商不斷改進(jìn)優(yōu)化現(xiàn)有的工業(yè)管理軟件應(yīng)用,但是如何要想打通產(chǎn)品全生命周期的數(shù)據(jù)連接,卻依然令人頭疼。飛機(jī)制造涉及到非常龐大的零部件數(shù)量,動則數(shù)十萬到上百萬,每個零部件都相當(dāng)精密,需要表達(dá)的參數(shù)達(dá)到十個之多,因此不同類型的并被不同單元擁有或者生產(chǎn),其相關(guān)信息都會被存儲在不同的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)平臺之中,為確保信息的準(zhǔn)確無誤,操作的時候一定要

9、嚴(yán)格遵守各種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,還要時刻保持和配套廠商進(jìn)行有效的交流溝通,“產(chǎn)品數(shù)據(jù)爆炸”必然產(chǎn)生。集成與整合它們成了一個高難度問題,按照項目實施的方法成為企業(yè)不得不采用的無奈,這往往都是在局部層面解決問題。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如果被單一的數(shù)據(jù)源表達(dá),所有的零部件也需要實現(xiàn)數(shù)字化同步。零部件的相關(guān)信息都要有完整準(zhǔn)確的記錄,它與周圍的相關(guān)產(chǎn)品、設(shè)備等發(fā)生的關(guān)聯(lián)關(guān)系也要被準(zhǔn)確、完善的記錄,這主要是為了下一步的工藝分析和工藝決策提供了真實的、統(tǒng)一的依據(jù)。(二)自我身份化(標(biāo)簽化)ERP能夠?qū)v史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,也能對未來進(jìn)行預(yù)測,但是很難對當(dāng)前的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄,系統(tǒng)內(nèi)手工記錄的數(shù)據(jù)已經(jīng)嚴(yán)重滯后于智能化的需求。每個零部件,都需

10、要建立自己獨立的物理標(biāo)簽,能夠完成自記錄。相關(guān)數(shù)據(jù)在不斷增長和積累,并和其它外物發(fā)生關(guān)聯(lián)關(guān)系,互相鏈接并可相互識別。產(chǎn)品因此具有了獨立的自我表達(dá)能力。從研發(fā)、設(shè)計、部件加工、裝配,以及技術(shù)服務(wù),無論哪個環(huán)節(jié)的信息和數(shù)據(jù),以及最終用戶的具體應(yīng)用情況,都被記錄在產(chǎn)品的身份信息中。通過物聯(lián)網(wǎng)、寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等,不斷使產(chǎn)品帶有生命感知特征,產(chǎn)品逐步向類人化發(fā)展。從工程技術(shù)人員來看,這個身份一般是產(chǎn)品圖號或質(zhì)量編號;從管理人員來看,這個身份則是流程編號;從加工操作人員來看,這個身份一般是條碼號。技術(shù)、管理、技能三條線的人員所服務(wù)的對象都需要產(chǎn)品自我身份化,產(chǎn)品的全生命周期就能實現(xiàn)可追朔。(三)本體化表達(dá)有

11、了單一數(shù)據(jù)源描述和表達(dá)和產(chǎn)品自我身份化,產(chǎn)品本體的建立就有了基?？梢詮膽?yīng)用中將分離出的目標(biāo)領(lǐng)域做基于本體的描述。本體的內(nèi)容是反映自然界本來客觀的面貌,但是往往是隱性的。產(chǎn)品的描述是一種混合物,它是由應(yīng)用邏輯的概念、產(chǎn)品制造過程中所形成的有關(guān)數(shù)據(jù)以及在演示中所呈現(xiàn)出的信息綜合體。通過構(gòu)建產(chǎn)品領(lǐng)域模型,才能有效實現(xiàn)產(chǎn)品制造向智能化的跨越。建立本體庫的目的是實現(xiàn)知識和工作流程相融合的智能元素,而且能形成知識型工作者意想不到的創(chuàng)新驅(qū)動,這個過程其本質(zhì)是知識自動化的過程,是可執(zhí)行的文檔、流程模板、可計算的知識體系。這樣,人類實踐過程中所積累的知識和各種經(jīng)驗?zāi)０?就可以有效、重復(fù)性地加載在產(chǎn)品上,機(jī)器開始

12、代替一部分重復(fù)性的腦力勞動,設(shè)計與制造人員的工作效率實現(xiàn)大幅提升。機(jī)器開始代替一部分重復(fù)性的腦力勞動,設(shè)計與制造人員的工作效率實現(xiàn)大幅提升。五、知識自動化的前景和障礙知識化非常重要,如果僅靠人工來完成,智能化推進(jìn)必然緩慢。麥肯錫全球研究所發(fā)布的顛覆技術(shù):即將變革生活、商業(yè)和全球經(jīng)濟(jì)的進(jìn)展報告中,對10年內(nèi)決定經(jīng)濟(jì)發(fā)展的12個顛覆性技術(shù)進(jìn)行了預(yù)測,其中知識工作自動化排名第2位。該報告指出,10年后知識工作的自動化每年可直接產(chǎn)生約5萬億美元的經(jīng)濟(jì)價值,這還不包括間接價值。這部分經(jīng)濟(jì)規(guī)模約等于1.1億個全職職員的產(chǎn)出。在工業(yè)系統(tǒng)中,需要逐步自動化的知識工作包括:物理數(shù)據(jù)、生成數(shù)據(jù)、可形式化的知識;選

13、擇性感知,按需感知,數(shù)據(jù)和知識預(yù)處理;自律計算:無人干預(yù)時實現(xiàn)系統(tǒng)或任務(wù)所需的各種計算;自勉學(xué)習(xí):能夠從海量數(shù)據(jù)或相關(guān)知識中發(fā)現(xiàn)和記憶新的知識或事物之間的新關(guān)系;自覺優(yōu)化:實現(xiàn)隊時間、空間、物料和能量等資源的優(yōu)化配置和調(diào)度;自主決策:部分或全部做到自主判斷、自行規(guī)劃和自主決策;自我保護(hù):實現(xiàn)對故障自診斷、自修復(fù),對攻擊自防御、自保護(hù);自動控制:具有預(yù)測和自適應(yīng)能力,整個企業(yè)實現(xiàn)管控一體化。值得注意的是,12項技術(shù)中知識工作自動化受到媒體關(guān)注的排名非?？亢?。也就是說,自動化專業(yè)人士對知識工作自動化的認(rèn)識程度很低,沒有從系統(tǒng)的角度將方法與應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合起來,認(rèn)清其本質(zhì)。這一狀態(tài)亟待改變。目前在數(shù)控加工的程編業(yè)務(wù)中,知識自動化是最先開展起來的。隨著這一技術(shù)的逐步成熟,它會逐步橫向衍生、縱向拓展,從加工工藝向技術(shù)管理和生產(chǎn)管理等方面深入。統(tǒng)計表明,2013年網(wǎng)絡(luò)流量的61.5%是由“互聯(lián)網(wǎng)機(jī)器人”(Internetbots)產(chǎn)生,人類本身僅形成了38.5%的流量,而2012年分別是51%和49%。知識自動化的進(jìn)程遠(yuǎn)超人們的想象,這