基于本体的新产品研发知识管理研究

基于本体的新产品研发知识管理研究[摘要]本文在分析了新产品研发知识管理的需求和传统知识管理系统局限的基础上，提出了构建基于本体的新产品研发知识管理系统的思想;然后采用本体方法建立新产品研发领域知识本体模型，并提出基于本体的新产品研发知识管理框架，以支持新产品研发知识的管理、共享和重用，为我国企业实施新产品研发信息化和知识管理，提供可选择的路径。[关键词]本体;新产品研发;知识管理随着全球化竞争的日益激烈，企业内外部环境的快速变化和科学技术的飞速发展，企业要生存就必须具备快速灵活地提供优质、高效的新产品的能力。从知识管理角度来看，新产品研发过程就是知识共享、知识转化、知识创造的过程，因此，面对技术复杂性的不断提高和工作任务相互依赖性的不断增强,企业在新产品研发中有效地利用知识管理可以提高产品开发的成功率。一、新产品研发知识管理的特点与需求一般而言，新产品按其具备的创新程度，可分为全新产品、改进型新产品、系列型新产品、仿制型新产品。不论哪类新产品，除具有一般产品的特征之外，还具有创新性、先进性和继承性的特征。任何发明创造或新产品，都是在以往知识积累的基础上孕育产生的，新产品研发知识管理有其自身的特点与需求，总结如下：(1)新产品研发属于“弱理论、强经验”的技术活动，对新产品研发知识管理需要强调经验知识的管理。(2)新产品研发需要不同专业背景的人员加入，其观点和处理问题的方法各有不同，对产品的理解各异，因此新产品研发知识管理需要强调协同性。(3)新产品研发过程复杂，在研发实践中形成的研发知识常常缺乏有效的整理与保存，导致设计错误的重复，因此新产品研发知识管理要强调重用与共享。(4)新产品研发需要多种知识源和多种形式的知识，因此新产品研发知识管理系统的知识载体(存储)类型应是多样的。(5)新产品研发包含结构化和非结构化的知识，因此新产品研发知识管理要实现知识的分类，同时管理知识间的语法与语义的相关性。(6)新产品研发知识管理应满足开放性和易用性的要求，能适应不同的企业和产品，且能进行知识的动态维护和更新;能提供相应的工具，便于研发人员进行知识建模、检索和重用。二、传统的知识管理框架分析实现新产品研发领域知识的管理，特别是研发知识资源共享和重用，是新产品研发知识管理系统的首要任务。然而当前还没有形成统一标准的知识管理系统(KMS)模型框架，目前已有几种比较典型的KMS模型：基于多Agent的系统模型、基于B/S结构的系统模型、基于UML的集成化系统模型和基于“社会-技术”双视角的系统模型，这些框架模型各有其优势和局限性。(1)基于多Agent的系统模型面向分布协作环境，强调了知识管理系统所应有的协同性，但是系统的构建仅从信息技术角度出发，忽略了知识管理系统的社会性，对新产品研发的隐性知识缺乏认识和有效的管理。(2)基于B/S模式的系统模型强调了KMS网络化建模，对于知识管理主体与客体间的集成以及系统与环境的协同等考虑得还不够全面和深入;它强调对已有知识的利用，但忽视了知识管理对增强知识创新能力和提升企业核心竞争力的更高要求。(3)基于UML的集成化系统模型将员工纳入知识源范畴，但对于如何将员工头脑中的隐性知识外化为组织知识以及如何促进员工间知识交流与共享等问题，模型中并没有相应的策略和机制，从而忽视了知识管理的高端目标---知识创新环节。(4)基于“社会-技术”双视角的系统模型对企业实施知识管理的“生态环境”给予了重视，强调营造一种知识交流和共享的文化与氛围，但这些对新产品研发知识管理还是不够的，还需要建立起切实有效的知识共享与创新的激励机制。因为新产品研发知识管理需要理念创新的环境，也需要技术创新的支持。从对现有知识管理模型的总结可以看出，现有KMS框架应用到新产品研发知识管理存在以下几个方面的不足：{1}新产品研发知识管理系统性的模型框架尚未完善，缺乏统一的标准;{2}缺乏可操作的隐性知识管理的技术实现方案，对隐性知识管理支撑工具的研究较少，对隐性知识缺乏认识，管理不到位;{3}缺乏系统化、集成化、协同化的方法论指导;{4}知识的共享和创新的激励机制还不够完善;{5}传统的知识库系统，无法充分地表示大量复杂的知识，也不利于新产品研发知识的共享和重用。为了解决新产品研发知识管理中存在的不足，结合本体技术和新产品研发知识管理的特点，本文在新产品研发知识管理研究中引入了本体的概念。本体(Ontology)原本是一个哲学上的概念，用于研究客观世界本质，在人工智能界，最早给出本体定义的是Neches等人，他们将本体定义为“给出构成相关领域词汇的基本术语和关系，以及利用这些术语和关系构成的规定这些词汇外延的规则的定义”。目前本体已经被广泛应用到包括计算机科学、电子工程、远程教育、电子商务、智能检索、数据挖掘等在内的诸多领域。人们越来越认识到本体是一种知识重用、知识共享和建模的重要工具，并且本体在知识管理系统、自然语言理解等方面也得到越来越多的重视。在本体中概念的关系可以被描述得更加广泛、详细、深入和全面，通过对概念添加属性值，以及在属性与属性之间添加映射关系，一些不便描述的语义关系就可以清晰地描述出来。同时，在本体中可以使用形式语言，这就为实现知识检索创造了条件。在对新产品研发知识形式化定义后，本体概念模型能够实现对新产品研发知识理解的唯一性和精确性;另外，利用本体技术对知识的联系进行形式化映射，可以产生和约束新的知识规则，增加了新产品研发知识本体表示方法的实用性。三、基于本体的新产品研发知识管理建模通过分析新产品研发领域知识的概念、关系(属性)和知识结构，本文采用分层次的思路建立新产品研发领域本体，并分别对产品研发基础设计知识、产品研发标准和产品研发应用知识与案例进行形式化描述。本系统模型建立了概念本体、模块本体、协议本体、资源本体和通讯本体等，下面以概念本体为例说明产品研发知识管理建模。概念本体是用来描述某个领域内的一些基本概念和概念之间关系的本体，这些概念是被该领域内人们所共同认可的，概念是对事务认知的抽象，包含的内容很广，与模型相关的内容有：关系、函数、公理与实例等;关系表达了产品研发领域内概念间的互相作用，n个概念之间的关系可以表示为R：Cl×C2×…×Cn;函数是一种特殊的概念关系，表示在n元关系中确定了(n-1)个概念，则第n个概念是唯一的，即F：Cl×C2×…×Cn-1→Cn;公理表示永远为真的概念，即真命题;实例是具体的模型元素。新产品研发领域概念本体形式化定义如下。CO::=(Fn，Cc，R，Ac，Ic)。其中，Fn是领域名，Cc是领域内的术语集，R是关系集，Ac是公理集，Ic是实例集。R形式化为R::=(Ra，Rc)，Ra是Cc上的属性集，形式化为Ra::=(dc:Identifier，dc:Title，dc:Creator，dc:Description，dc:Date)，前缀dc表示重用DC元数据集中的标识符、题名、创建者、描述及日期元素;Rc是术语间的关系集，Rc域是Cc1×Cc1，形式化为Rc::=(SubConceptOf,SuperConceptOf,IsPartOf,HasPart.Equal,Pre,Next)，SubConceptOf和SuperConceptOf是包含和被包含的关系，IsPartof和HasPart是聚集关系，Equal是等价关系，Pre描述了概念和概念之间的直接前驱关系，Next描述了概念和概念之间的直接后继关系。Ac是公理集，Ac形式化为Ac::=(SubConceptOf≡SuperConceptOf-，IsPartOf≡HasPart-，Pre≡Next-，IsPartOf≡IsPartof*，HasPart≡HasPart*，Equal≡Equal*，……)，表达了SubConceptOf和SuperConceptOf，IsPartOf和HasPart，Pre和Next都是逆反关系，IsPartOf和HasPart和Equal都是可传递的。Ic形式化为Ic::=(IRa，IRc)，IRa是属性集实例，IRc是概念的关系实例。概念是对人类知识的抽象，概念本体是按照分类法来组织领域概念及其客观关系的，概念本体作为一类独立的本体存在，由领域专家或知识工程师管理。关于概念本体的实例片断的描述如图1所示。概念本体的描述说明如下：Fn=“网管产品(NMS)”Cc=(命令行CLI，简单网管协议SNMP，事件，告警，安全策略，状态查询……)IRa={(“Prop1”，“命令行CLI”，“Master-Cli”，“提供用户在命令模式下设置的工作模式，查询产品工作状态等”)，(“Prop2”，“简单网管协议SNMP”，“Agent-Snmp”，“由互联网工程任务组定义的一套网络管理协议，利用SNMP维护人员通过网管协议随时监视网络的运行状况”)，……}IRc={SubConceptOf(网管产品，命令行)，SubConceptOf(网管产品，简单网管协议)，IsPartOf(命令行，语法分析)，IsPartOf(命令行，命令树)，IsPartOf(命令行，命令处理)，IsPartOf(简单网管协议，Manager)，IsPartOf(简单网管协议，Agent)，……}。四、基于本体的新产品研发知识管理系统框架通过分析基于本体的新产品研发领域知识模型及需求,本文提出新产品研发知识管理系统框架如图2所示。基本的知识管理活动包括知识的创造、发现、寻找和传播，产品研发知识管理将这些活动整合为产品研发知识的获取、产品研发知识的存储与推理、产品研发知识的检索和学习3个主要过程。相应地，基于本体的研发知识管理系统分为存储层、功能层和表现层3个层次，并利用本体技术、知识集成技术、多种检索技术，对产品研发知识进行数字化语义处理;系统按照本体论思想对知识进行分类标注，组织到知识库中，形成产品研发领域概念集;这种框架便于实现本体知识获取、存储、检索等功能，并方便产品研发知识集成、共享、发现和重用。本框架一方面从技术角度针对不同类别的产品研发知识提出了全面的解决方案;另一方面，通过引入本体技术，本框架在一定程度上能够使知识提供者和知识需求者之间尽可能无歧义地相互理解，并且能够表达组织内知识提供者和知识需求者原始的思想。这将使得产品研发知识管理能够更广泛地应用于各种类型的组织中，为组织的知识创新在技术上提供支持。随着知识经济时代的到来，信息革命和经济全球化的进程日趋加快，对知识资源的占有、配置、生产、分配、使用(消费)将成为经济活动的主要内容;企业技术创新、技术进步的重要性日趋明显，新产品研发成为当代企业生命所系。本文采用本体方法为新产品研发领域知识建模，并提出基于本体的新产品研发知识管理框架，但在知识表达与推理等方面需进一步研究。