智能制造知識(shí)管理探究

1、智能制造知識(shí)管理探究摘要:工業(yè)4.0和中國(guó)制造2025的提出,給國(guó)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(guó)工業(yè)企業(yè)內(nèi)部實(shí)際特點(diǎn)和困難,從智能制造的基礎(chǔ)性問(wèn)題出發(fā),通過(guò)分析和描述CPS的推進(jìn)障礙、知識(shí)表達(dá)與本體建設(shè)方法、知識(shí)自動(dòng)化的具體內(nèi)容,以及國(guó)內(nèi)外企業(yè)知識(shí)體系和集成對(duì)比,指出知識(shí)化和知識(shí)自動(dòng)化過(guò)程是國(guó)內(nèi)工業(yè)企業(yè)智能制造推進(jìn)的重要落腳點(diǎn)。關(guān)鍵詞:智能制造;知識(shí)管理;知識(shí)化;本體;知識(shí)自動(dòng)化一、引言德國(guó)體系發(fā)展歷史悠久,其知識(shí)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(lái),美國(guó)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(shì)。工業(yè)4.0提出

2、以后,各國(guó)既面臨著工業(yè)系統(tǒng)升級(jí)的壓力,同時(shí)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(guó)工業(yè)升級(jí)的具體內(nèi)涵,又要深入剖析本國(guó)發(fā)展特點(diǎn),這對(duì)中國(guó)制造2025和智能制造在國(guó)內(nèi)企業(yè)的推進(jìn)形成了更高的挑戰(zhàn)。二、國(guó)內(nèi)智能制造面臨的基礎(chǔ)問(wèn)題在中國(guó),很多人也同步提出推進(jìn)智能制造需要大數(shù)據(jù)、云計(jì)箅和移動(dòng)互聯(lián)等大量新技術(shù)的支持,但它們是不是國(guó)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(gè)問(wèn)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(guó)內(nèi)企業(yè)在信息化建設(shè)中,不斷新建各類平臺(tái)。單個(gè)系統(tǒng)內(nèi)雖通過(guò)強(qiáng)耦合連接,系統(tǒng)之間卻形成

3、信息孤島,通?？磥?lái)數(shù)據(jù)流通和連接問(wèn)題較多?！熬W(wǎng)絡(luò)控制”涉及到的互聯(lián)網(wǎng)/物聯(lián)網(wǎng)/云計(jì)算等技術(shù),國(guó)內(nèi)發(fā)展應(yīng)用雖然很快,但是因?yàn)榭刂频膶?duì)象處于孤島狀態(tài),系統(tǒng)之間的通訊和控制實(shí)際上依靠人在起作用。物理硬件通過(guò)不斷采購(gòu),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(dòng)局面。系統(tǒng)性的頂層框架設(shè)計(jì),自上世紀(jì)八十年代以來(lái)雖然持續(xù)努力,在國(guó)內(nèi)的發(fā)展依然緩慢。歸納起來(lái),“不知其所以然”、“系統(tǒng)流通與連接”、“頂層設(shè)計(jì)”是對(duì)知識(shí)顯性、知識(shí)集成和知識(shí)系統(tǒng)綜合運(yùn)用的體現(xiàn)。嚴(yán)格來(lái)說(shuō),這些都是屬于知識(shí)管理的范疇,解決的路徑往往指向了知識(shí)化與知識(shí)自動(dòng)化。中國(guó)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展歷史較短

4、,沉淀不足,幾千年來(lái)傳統(tǒng)文化對(duì)工業(yè)升級(jí)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(shí)化管理進(jìn)展緩慢,經(jīng)驗(yàn)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(guó)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(shí)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(guó)工業(yè)企業(yè),都在廣泛的采購(gòu)和使用世界上技術(shù)最先進(jìn)的設(shè)備和軟件,不過(guò)令人大跌眼鏡的是:中國(guó)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(wèn)題,主要表現(xiàn)在軟件應(yīng)用的系統(tǒng)化知識(shí)管理上的差距。波音公司的知識(shí)化管理

5、十分到位,最基礎(chǔ)的知識(shí)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(wàn)個(gè)零件都逐步實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化同步,并且廣泛采用模塊化的S級(jí)控制(非零部件級(jí)),整個(gè)產(chǎn)品的體系不光實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化同步而且還相對(duì)可控。B787的整個(gè)研制過(guò)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(lái)的,包括飛機(jī)怎么設(shè)計(jì)、優(yōu)化以及工藝等的關(guān)鍵知識(shí)經(jīng)驗(yàn)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(jìng)爭(zhēng)力。這些是外界同行通過(guò)交流、學(xué)習(xí)、考察無(wú)法看到和學(xué)到的。在空客,工程師每完成一個(gè)成果還要同時(shí)提交一份

6、方法報(bào)告,說(shuō)明這個(gè)成果是怎么做的,之后這個(gè)報(bào)告會(huì)提交到COC部門(能力中心)去做歸納總結(jié)整理。如此一來(lái),每個(gè)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(huì)影響工程的整體運(yùn)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(shí)都被融合到各種應(yīng)用系統(tǒng)中,在各大項(xiàng)目和產(chǎn)品研制中反復(fù)運(yùn)用,企業(yè)知識(shí)化的深入程度有效的支撐了數(shù)目龐大的項(xiàng)目管理工作。大量研究顯示,目前國(guó)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(shí)和方法都隨著這些人的離去而被帶走,后來(lái)的人來(lái)往往需要摸索實(shí)踐,重新形成自己的方法。越來(lái)越多的人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到,智能制造的推

7、進(jìn)過(guò)程中需要結(jié)合自身企業(yè)的實(shí)際情況,把握住企業(yè)運(yùn)營(yíng)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(shí)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(shí)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(chǎng)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(duì)力。從當(dāng)前我國(guó)制造企業(yè)的發(fā)展實(shí)際來(lái)看,要想實(shí)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(cái)、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(fèi),提高資源利用率,唯有此,方可讓制造企業(yè)在實(shí)現(xiàn)智能化設(shè)備管理的道路上越走越穩(wěn)。四、知識(shí)表達(dá)與產(chǎn)品本體建設(shè)在多年的信息化建設(shè)過(guò)程中,大量知識(shí)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(lái)源是智能制造對(duì)所有產(chǎn)品的統(tǒng)一要求,企業(yè)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)到工藝流程設(shè)計(jì)再到制造生產(chǎn)的各個(gè)階段的BOM都要實(shí)現(xiàn)有機(jī)的統(tǒng)一;實(shí)現(xiàn)智能化制造并非一朝一夕之事,所以每個(gè)階段都要嚴(yán)格把控,出現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)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(dòng)則數(shù)十萬(wàn)到上百萬(wàn),每個(gè)零部件都相當(dāng)精密,需要表達(dá)的參數(shù)達(dá)到十個(gè)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(huì)被存儲(chǔ)在不同的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)平臺(tái)之中,為確保信息的準(zhǔn)確無(wú)誤,操作的時(shí)候一定要

9、嚴(yán)格遵守各種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,還要時(shí)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(gè)高難度問(wèn)題,按照項(xiàng)目實(shí)施的方法成為企業(yè)不得不采用的無(wú)奈,這往往都是在局部層面解決問(wèn)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(shí)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(shí)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(duì)未來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè),但是很難對(duì)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(gè)零部件,都需

10、要建立自己獨(dú)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(zhǎng)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(shí)別。產(chǎn)品因此具有了獨(dú)立的自我表達(dá)能力。從研發(fā)、設(shè)計(jì)、部件加工、裝配,以及技術(shù)服務(wù),無(wú)論哪個(gè)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(guò)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(lái)看,這個(gè)身份一般是產(chǎn)品圖號(hào)或質(zhì)量編號(hào);從管理人員來(lái)看,這個(gè)身份則是流程編號(hào);從加工操作人員來(lái)看,這個(gè)身份一般是條碼號(hào)。技術(shù)、管理、技能三條線的人員所服務(wù)的對(duì)象都需要產(chǎn)品自我身份化,產(chǎn)品的全生命周期就能實(shí)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(lái)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(guò)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(guò)構(gòu)建產(chǎn)品領(lǐng)域模型,才能有效實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造向智能化的跨越。建立本體庫(kù)的目的是實(shí)現(xiàn)知識(shí)和工作流程相融合的智能元素,而且能形成知識(shí)型工作者意想不到的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng),這個(gè)過(guò)程其本質(zhì)是知識(shí)自動(dòng)化的過(guò)程,是可執(zhí)行的文檔、流程模板、可計(jì)算的知識(shí)體系。這樣,人類實(shí)踐過(guò)程中所積累的知識(shí)和各種經(jīng)驗(yàn)?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(dòng),設(shè)計(jì)與制造人員的工作效率實(shí)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(dòng),設(shè)計(jì)與制造人員的工作效率實(shí)現(xiàn)大幅提升。五、知識(shí)自動(dòng)化的前景和障礙知識(shí)化非常重要,如果僅靠人工來(lái)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(bào)告中,對(duì)10年內(nèi)決定經(jīng)濟(jì)發(fā)展的12個(gè)顛覆性技術(shù)進(jìn)行了預(yù)測(cè),其中知識(shí)工作自動(dòng)化排名第2位。該報(bào)告指出,10年后知識(shí)工作的自動(dòng)化每年可直接產(chǎn)生約5萬(wàn)億美元的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,這還不包括間接價(jià)值。這部分經(jīng)濟(jì)規(guī)模約等于1.1億個(gè)全職職員的產(chǎn)出。在工業(yè)系統(tǒng)中,需要逐步自動(dòng)化的知識(shí)工作包括:物理數(shù)據(jù)、生成數(shù)據(jù)、可形式化的知識(shí);選

13、擇性感知,按需感知,數(shù)據(jù)和知識(shí)預(yù)處理;自律計(jì)算:無(wú)人干預(yù)時(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)或任務(wù)所需的各種計(jì)算;自勉學(xué)習(xí):能夠從海量數(shù)據(jù)或相關(guān)知識(shí)中發(fā)現(xiàn)和記憶新的知識(shí)或事物之間的新關(guān)系;自覺優(yōu)化:實(shí)現(xiàn)隊(duì)時(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)故障自診斷、自修復(fù),對(duì)攻擊自防御、自保護(hù);自動(dòng)控制:具有預(yù)測(cè)和自適應(yīng)能力,整個(gè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)管控一體化。值得注意的是,12項(xiàng)技術(shù)中知識(shí)工作自動(dòng)化受到媒體關(guān)注的排名非?？亢?。也就是說(shuō),自動(dòng)化專業(yè)人士對(duì)知識(shí)工作自動(dòng)化的認(rèn)識(shí)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(lái),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(shí)自動(dòng)化是最先開展起來(lái)的。隨著這一技術(shù)的逐步成熟,它會(huì)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(jì)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(shí)自動(dòng)化的進(jìn)程遠(yuǎn)超人們的想象,這