工艺知识及其管理自学

工艺知识及其管理自学第1页/共80页8.1知识与工艺知识概述迄今为止，工艺知识并没有非常明确的概念，从广义上讲，凡与工艺工作有关的知识均可以称为工艺知识。狭义的工艺知识指的是工艺设计过程中要用到的工艺知识，如毛坯的选择、加工方法的选择、设备与工艺装备选择及切削用量选择等方面的知识。本章我们要研究的是广义的工艺知识及其管理技术。第2页/共80页1.1知识的概念谈及知识，首先应先明确下述几个概念：（1）数据数据是对事实的一种表达形式，它包括数字、文字、公式和图形符号等。（2）信息凡是对人有用的、能够影响人们行为的数据和符号等都称为信息，它是通过对数据或符号的处理而产生的。（3）知识知识是人类对客观世界的认识，是人们在生活、劳动和在与自然界做斗争中，对自然、物质认识的基础上，升华提高成为有系统的信念和经验之集大成。知识是对客观事物及其联系的认识和如何去改造客观环境的能力。知识产生于人类的实践和思维活动，知识是人们通过实践认识到的客观世界规律性的东西。知识是信息经过加工整理、解释、挑选和改造而形成的，是人们进行决策的基础。第3页/共80页1.2工艺知识概述1.工艺知识的概念2.工艺知识的特征（1）工艺知识的广泛性（2）工艺知识的隐含性（3）工艺知识的多样性（4）工艺知识的复杂性第4页/共80页工艺知识在企业中的地位与作用（1）工艺知识具有决策作用、反馈控制作用和积累共享作用（2）工艺知识是新产品开发和老产品改造更新换代的保证。（3）工艺知识是影响产品质量的重要原因。（4）工艺知识管理水平已成为衡量一个企业管理水平的重要标志，第5页/共80页1.3知识管理1.知识管理的目的2.知识管理基本特点3.知识管理的作用4.知识管理的原则5.知识管理方法第6页/共80页1.4工艺知识管理1.工艺知识管理的作用2.工艺知识管理系统的功能图8-2（1）源工艺知识的获取（2）工艺知识的转化（3）工艺知识的发布（4）工艺知识的应用图8-3图8-4、图8-5第7页/共80页

工艺知识管理系统框架图第8页/共80页第9页/共80页图8-4工艺知识资源服务网站前台第10页/共80页图8-5工艺知识资源管理系统后台第11页/共80页8.2工艺知识分类编码体系对工艺知识分类编码的重要意义分类方法介绍工艺知识分类体系模型编码方法介绍工艺知识分类编码系统介绍第12页/共80页工艺知识分类的意义工艺知识分类编码是工艺知识管理系统建设的基础性工作。工艺知识分类与编码有利于实现工艺知识共享和系统之间的操作。

（1）分类是人类认识事物的基础（2）分类是知识的重要表现形式

（3）分类是描述事物特征的重要手段

第13页/共80页8.2.1分类方法介绍面分类法：面分类法是一种为了克服线分类法的不足，适应知识管理的需要而发展起来的分类方法。它是将所选定的分类对象的若干个特征视为若干个“面”，每个“面”中又可分成彼此独立的若干个类目。使用时，根据需要将这些“面”中的类目组合在一起，形成一个复合类目。

线分类法是根据若干个特征把初始的分类对象（事物集合）划分成若干个类目，而后把每个类目进一步划分成子类目、子子类目等。

第14页/共80页8.2.2工艺知识分类方法介绍首先采用面分类法，按照从基础到一般，从设计到管理，从重要到次要，从静态到动态的原则将工艺知识划分为工艺基础理论知识、工艺设计知识、工艺管理知识和工艺情报四个大部分。

在每一层面上，按照从重要到次要的顺序，采用线分类法进行进一步划分。

第15页/共80页第16页/共80页该分类方法特点具有科学性：以工艺知识的功能作为分类依据，该特征基本上稳定，能够保证分类结果的持久性。采用面分类和线分类法相结合的方法，有效地避免了由于工艺知识的交叉所造成的分类不明确的问题。该分类方法考虑到了各个部门的需求（如设计部门、管理部门、采购部门、售后服务部门等）和分系统（如CAD、PDM、ERP等）的需求，能够实现分类方法的统一。

具有可扩延性：在分类时分类项的编排留出了有效的空位，并设有收容项（包容项）。这样，当有新的工艺知识出现时，可以直接插入到该分类体系当中来。

具有兼容性：在分类时，考虑到了与国家工艺标准相兼容，与产品全生命周期的工艺工作程序相兼容，分类次序严格按照产品设计与开发步骤排列。

第17页/共80页8.2.3工艺知识编码方案对工艺知识进行编码的目的，除了要起到标识作用以外，还要明确工艺知识在管理系统中的存在形式，对于已经有定型国家标准的工艺知识，还应符合国家标准，因此这里选择平行编码系统。

类别码组别码标准码属性码码段I码段II码段III码段IV主码辅助码第18页/共80页工艺知识编码系统介绍码段I：类别码，由四位数字组成，两位为一组，前两位从01开始，01表示工艺基础理论知识、02表示工艺设计知识、03表示工艺管理知识、04表示工艺情报；后两位表示工艺知识的细分类，由两位数字组成，也从01开始，该两位数字组与前两位数字组是所属关系。

码段II：组别码，完全由数字组成，进一步描述知识的具体组别，长度从2位到16位不等，每两为数字为一组，长度每增加两位，表示组别低了一级。第19页/共80页工艺知识编码系统介绍码段III：标准码，由字母和数字联合组成，表示标准代号，长度从2位到20位不等。国家标准以GB开头，机械部标准以JB开头，行业标准以HB开头，企业标准以QB开头，编码与原标准代号保持一致。

码段IV：属性码，表示知识的存在形式。结构化知识（数据库中存储的知识等）以a结尾（语言文字直接描述）；电子文档类以b结尾，如Word文档、Excel文档、Autocad文档等（提供路径）；图书资料类以c结尾（提供存放位置或可索取的方法）；其它内容以d结尾（提供相关可查询的网站名称或网址）。

第20页/共80页工艺知识编码系统特点分类码、结构码与属性码相结合：编码既能表示出工艺知识的类别，又能表达出工艺知识之间的所属关系，同时能够反映工艺知识的存在形式。

具有唯一性：每个工艺知识都有自己的编码，不会重复，能够唯一地标识工艺知识，便于计算机检索和处理。

具有可扩展性：留出了足够的备用码，可为新工艺知识的出现提供编码。

具有含义性和相对稳定性：每个码段和码位都有特定的含义，便于记忆、辨认和交流，同时也便于计算机处理。选取的编码特征是工艺知识分类体系中工艺知识的功能特征，具有相对稳定性。

第21页/共80页8.3工艺知识表达与数据仓库设计现有知识表达方法介绍工艺知识的存在形式工艺知识表达方法建立工艺知识数据仓库的意义工艺知识数据仓库的设计工艺知识数据仓库的优化第22页/共80页8.3.1知识表达方法介绍谓词逻辑方法

产生式规则方法

框架方法（Frame）

语义网络方法

过程模式方法

面向对象的知识表示方法（O—OKR方式）

第23页/共80页8.3.2工艺知识的存在形式以工艺文件形式存在的工艺知识这种工艺知识一般包括各种工艺卡片、技术文件等以纸张、书本为载体的工艺知识。

以电子文档形式存在的工艺知识包括各种结构化和半结构化的文档，如Word文档、Excel文档、Autocad图形、Xml文本等所有以计算机存储器为载体的工艺知识。物化在机械产品上的工艺知识：如产品的外观、内部构造、操作性能等。

体现在员工头脑中的工艺知识：如诀窍、操作技能等。

第24页/共80页8.3.3全生命周期工艺知识表达方法

该方法将具有坚实理论基础的数据库理论同面向对象技术相结合，借用面向对象的基本思想，将对象知识用类来表示，具体讲，就是用对象-object和属性-attribute表现问题中的事物及关系；用类-class和继承-inheritance来模拟人们的思维方式。利用对象来表达知识，更能符合常人一般的思维方法。对象是事物的一种抽象，通过它，能以统一的形式表达相关领域的知识，从而给用户以统一的认识界面，便于他们理解和接受。另外，对象的许多特性，如消息机制、继承机制和数据封装机制与数据库的存储技术相结合，能方便地实现知识的各类存储、维护与推理。

第25页/共80页工艺知识表达的信息模型定义实体

定义属性

定义类（XML技术）定义子类

第26页/共80页8.4建立工艺知识数据仓库的意义工艺知识的复杂性问题企业多年来遗留下来的“数据孤岛”问题企业全面数字化的迫切需求第27页/共80页第28页/共80页8.5工艺知识数据仓库的优化存储方式的优化（集中式和分布式并用）查询的优化（在线查询和合并查询结合）复杂数据的组织技术（多维表的拆分或存储格式改变）数据处理技术（定期清理休眠数据和净化数据）

第29页/共80页8.6工艺知识挖掘数据挖掘概念数据挖掘方法数据挖掘的步骤数据挖掘技术在售后工艺服务中的应用第30页/共80页8.6.1数据挖掘概念

数据挖掘（DM，DataMining）就是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随机的数据中，提取隐含在其中的、人们事先不知道的、但又是潜在有用信息和知识的过程。还有很多和这一术语相近的术语，如从数据库中发现知识（KDD）、数据分析、知识抽取、模式分析、数据考古、数据采集、信息分割、商业智能、数据融合以及决策支持等。国内的学者也把DataMining译为数据采掘或数据开采。第31页/共80页8.6.2数据挖掘的方法粗糙集（RoughSet）方法

遗传算法（GeneticAlgorithms）

神经网络（NeuralNetworks）法

聚类法（Clustering）

分类法（Classification）统计分析法模糊论方法

第32页/共80页8.6.3数据挖掘的步骤定义问题

获取数据

整理和初探数据选择和准备数据

数据挖掘

解释结果

运用知识

第33页/共80页8.6.4数据挖掘技术在售后工艺服务中的应用

售后工艺服务数据仓库的建立数据的预处理数据挖掘实施结果评价第34页/共80页售后工艺服务数据仓库的建立第35页/共80页数据的预处理数据清理

（1）空缺值的处理（2）噪声数据的处理（3）不一致数据的处理数据集成和变换

（1）字段名不匹配的问题（2）冗余的问题（3）度量单位不一致的问题数据归约（压缩数据和数据聚集）第36页/共80页数据的标准化故障编码

1类：致命故障，影响行车安全，造成主要部件报废，经济损失极大。2类：严重故障，影响行车安全，使主要总成性能下降，不能立即修复。3类：一般故障，一般性能下降，无重大总成损失，用随车工具可修复。

4类：轻微故障，不用更换零件，通过紧固调整可以解决。

客户编码

产品编码

第37页/共80页用统计分析法进行数据描述第38页/共80页重点故障分析

超过了500次的故障编码分别为30201703、40003002、40003001和20201402。由上述编码可见，前三种故障均不会造成严重后果，这里着重分析故障20201402的情况。该故障名称为汽缸套严重磨损，具有严重的危害。第39页/共80页

孤立点分析第40页/共80页孤立点分析第一种是柴油机润滑情况不好，当新的活塞环与缸套配合时，初期有较大的磨损，随后在较长时间内，磨损缓慢而均匀，处于正常磨损状态。当出现半干摩擦或干摩擦状态时，如果不及时给予润滑，缸室内壁急剧磨损，又由于活塞运动到上、下止点时速度为零、油膜的承载能力破坏，尤其是当活塞位于上止点第一道活塞环位置处，由于受到高温、高压的燃气冲刷，情况就更为恶劣，因此很快磨损；第二种是柴油机工作在灰尘、沙尘特别大的恶劣环境，粉尘进入到柴油机缸套内，形成磨料，使得磨损加剧，也容易很快磨损；第三种情况是柴油机经常超负荷运行，尤其是货车，如果长期超载，则柴油机汽缸套也会较快发生磨损。第41页/共80页用灰色预测法进行数据挖掘灰色系统理论简介

灰色模型介绍

柴油机汽缸套磨损因素的灰色关联分析

用GM（1，1）模型进行预测

GM（1，h）动态多因素模型的建立

第42页/共80页模型的指导意义根据预测结果确定质量控制点，改进加工工艺和热处理工艺。

根据预测结果确定缸套的使用原则。

根据预测结果指导用户对柴油机进行使用、保养和维护。

第43页/共80页工艺知识推理

人类在对各种事物进行分析、综合并最后做出决策的过程中，通常都要从已掌握的事实（知识）出发，运用事物之间的相互关系，找出其中蕴涵的更多事实（知识），这个过程通常称之为推理。推理是根据一定的原则，从已知的判断得出另一个新的判断的思维过程，推理所根据的判断叫做前提，由前提所推出的那个判断叫做结论。推理是人类的重要智能活动，研究合适的推理方法，并建立适当的模型，以便实现人工过程的自动化是人工智能技术中的一个重要研究领域，也是发现新知识的一个非常重要的途径。第44页/共80页基于原型的工艺知识推理方法的研究

基于原型的设计方法（Prototypebaseddesign）来源于认知心理学中关于概念结构和表型的原型说。它反映了人的这样一个认识过程：人们在长期的社会实践中积累了大量经验，逐渐形成了某类事物的样板，这个样板就称为该类事物的原型。这些原型是外部世界在人脑中的反映，包含了人们处理实际问题的经验。在许多领域中，人们处理设计问题时除了使用一般的知识推理以外，还可以寻找从大量类似实例中总结出的设计原型，从该原型出发来指导设计问题的求解。第45页/共80页建立原型工艺的目的

在工艺设计过程中，为了提高系统的柔性和实用性，一般很少采用纯创成的方式。这是因为工艺设计影响因素繁多，知识获取困难，设计中的许多决策往往要靠人的记忆的检索和非逻辑推理，因此规则推理显得无能为力。而现存工艺和图纸体现了工艺人员的丰富实践经验，对于工艺设计有很大的借鉴作用。尽管所存在的零件在结构和工艺上并不完全相同，但它们总有或多或少的相似性存在，现存工艺和待设计的目标工艺之间肯定也具有或多或少的相似性。在工艺数字化系统的开发过程中，我们运用原型的设计方法提出原型工艺的概念，即充分挖掘和利用工艺人员丰富的实践经验，利用零件间结构或工艺过程的相似性，从大量实例中总结出可以作为参考的工艺。第46页/共80页原型工艺与原型工艺库标准工艺与标准工艺库的建立典型工艺和典型工艺库的建立

实例工艺与实例工艺库的建立

第47页/共80页基于原型的推理模式原型工艺库的建立：首先对工艺进行分类编码，根据使用频度、相似度确定该工艺所属范畴（标准工艺、典型工艺、实例工艺），存放到相应的数据库中去。原型约束：建立原型工艺的约束条件，即与原型工艺所对应的结构特征、工艺特征、管理特征等约束建立约束条件（特性表）。原型工艺的检索原型工艺的目标化原型工艺库的扩充第48页/共80页基于关系数据库的工艺知识推理方法的研究

基于关系数据库的正向推理方法

基于关系数据库的反向推理方法

第49页/共80页基于时间Petri网的工作流模型推理方法研究

顺序模型并行模型自由选择模型条件选择模型循环模型第50页/共80页基于Petri网的复合工作流模型的线性推理

生产技术准备过程的Petri网模型第51页/共80页整个生产技术准备流程所需时间模型有该模型可以计算出，整个生产技术准备时间如果一次成功的话，最短需26周，最长需42.5周。如果两次成功的话，则最短需31周，最长需47.4周，其它可依此类推。该模型可以为企业制订工艺发展计划、考核工艺设计人员、管理人员提供可靠的理论依据。第52页/共80页8.7工艺知识的检索8.7.1工艺知识搜索策略8.7.2分类检索法图8-19

、图8-20、图8-21、图8-22第53页/共80页8.7.1工艺知识分类检索第54页/共80页图8-20工艺情报检索结果第55页/共80页图8.7.2分类检索法第56页/共80页图8-22非结构化工艺知识的查询第57页/共80页8.7.3模糊匹配法第58页/共80页用户接口(Browser)用户接口层服务层新闻中心交流园地工艺知识检索工艺规程工艺规范工艺守则工艺纪律……组织与人员工作流程工艺情报中心工艺图书资料查询新闻信息管理交流园地管理工艺知识资源管理工艺规程工艺规范工艺守则工艺纪律……组织人员管理工作流程管理工艺情报管理工艺图书资料管理管理工具层数据层基础层新闻信息交流信息人员信息工艺规程工艺情报工作流程工艺资料知识表达模型系统开发的支持理论与方法

知识分类方法知识搜索方法知识挖掘方法培训中心管理培训中心产品图纸产品图纸第59页/共80页8.8工艺知识的发布HTTP工艺知识资源网站主页动态网页(.htm.asp)应用程序组集(.dll、.exe)ADO/ODBC浏览器1浏览器2浏览器3浏览器n…客户端Web应用程序服务器知识库服务器数据应用处理数据管理数据表达………工艺过程工艺情报工艺资料人力资源工艺知识资源管理主页动态网页(.htm.asp)应用程序组集(.dll、.exe)ADO/ODBC浏览器1浏览器2浏览器3浏览器n…HTTP工艺知识资源网站工艺知识资源管理系统第60页/共80页8.9工艺知识管理水平评价体系的研究

工艺知识管理水平评价的意义工艺知识管理水平评价指标体系的建立工艺知识管理水平评价方法

指标的熵权校验第61页/共80页8.9.1工艺知识管理水平评价的意义

由于前面所提到的工艺知识本身的重要性，所以，对于企业来讲，工艺知识管理系统的水平也是至关重要的，它直接决定着企业生产力水平和企业的市场竞争能力。但迄今为止并没有一套指标体系衡量工艺知识管理系统的水平如何，更没有人研究其评价方法，为了让企业清楚自己在工艺知识管理方面所处的状况，找准自己的努力方向。第62页/共80页8.9.2工艺知识管理水平评价指标体系的建立

第63页/共80页8.9.3工艺知识管理水平评价方法

在多指标综合评价方法中，目前常用的有专家打分法、AHP法（层次分析法）和神经网络法等。其中专家打分法对于专家的经验过分依赖，只有在处理简单评价问题时才经常使用；AHP法通常用于既依赖专家意见（比较指标的重要程度时），又要进行一致性检验的场合，但权重系数一旦确定，修改起来较为烦琐；神经网络法一般用于现场数据比较丰富，并且准确可靠，但缺乏经验公式的情况。根据工艺知识管理水平的评价指标体系还是刚刚建立，现场数据不是很丰富，专家又缺乏实际经验的现实情况，本文提出将AHP法和神经网络法相结合的评价方法，该方法既避免过分依赖专家，又避免了过分依赖现场数据的不足，使得评价结果尽可能地接近真实情况。第64页/共80页评价步骤采用AHP法计算每级各个评价指标所占的权重；建立神经网络数学模型，确定初始值；请十组以上的专家打分，根据步骤1中计算出的权值，计算出最终评价结果；根据步骤3中的数据作为神经网络的训练样本，对步骤2中建立的数学模型进行训练，得出拟合出来的数学公式；实施评价，将现场专家打分输入已经训练好的神经网络，求出评价结果。第65页/共80页指标的熵权校验

前面介绍的评价指标体系和评价方法在不同企业实际的实际应用中可能会遇到不同的问题。首先，不同企业实际情况差别很大，同样的评价指标体系不一定适用于所有的企业，所以企业在实际应用中可以采取一定的方法删减掉对本企业不起作用的指标，这里介绍一种用熵权来判断是否删减某项指标的方法。第66页/共80页评价指标的熵定义评价指标的熵被定义为：在有m个评价指标，n个被评价对象的评估问题中（以下简称（m，n）评价问题），第i个评价指标的熵定义为

第67页/共80页熵权的定义第68页/共80页熵权的性质各被评价对象在指标

j上的值完全相同时，熵值达到最大值1，熵权为零。这也意味着该指标向决策者未提供任何有用信息，该指标可以考虑被取消。当各被评价对象在指标j上的值相差较大、熵值较小、熵权较大时，说明该指标向决策者提供了有用的信息。同时还说明在该问题中，各对象在该指标上有明显差异，应重点考察。指标的熵越大，其熵权越小，该指标越不重要。第69页/共80页工艺知识管理原型系统的设计工艺知识管理原型系统分前、后台两个子系统，前台为工艺知识资源网站，后台为工艺知识资源维护管理系统。工艺知识资源网站基于Web技术，面向企业Intranet，是企业员工进行工艺知识查询检索和交流的信息平台。后台系统实现两个功能。其一、作为前台系统的动态维护工具；其二、实现企业工艺知识资源的维护与管理。前后台系统均基于Web技术，采用B/S三层结构构建。工艺知识资源基于关系数据库管理系统，基于工艺知识分类和知识表达模型，构建成工艺知识仓库。第70页/共80页系统的开发和应用环境开发环境：