基于并行工程的產(chǎn)生－框架式成本知識(shí)模式構(gòu)建

廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院 蔡 軍 中南大學(xué) 韓慶蘭

一、引言

并行工程是最近興起的企業(yè)內(nèi)部跨學(xué)科的合作的重要工具，并行工程是對(duì)產(chǎn)品及其相關(guān)過(guò)程（包括制造過(guò)程和支持過(guò)程）進(jìn)行并行、集成化處理的系統(tǒng)方法和綜合技術(shù)。它要求產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員從一開(kāi)始就考慮到產(chǎn)品全生命周期內(nèi)各階段的因素，并強(qiáng)調(diào)各部門(mén)的協(xié)同工作，通過(guò)建立各決策者之間的有效的信息交流與通信機(jī)制，綜合考慮各相關(guān)因素的影響，使后續(xù)環(huán)節(jié)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題在設(shè)計(jì)的早期階段就被發(fā)現(xiàn)，并得到解決，從而使產(chǎn)品在設(shè)計(jì)階段便具有良好的可制造性、可裝配性、可維護(hù)性及回收再生等方面的特性，最大限度地減少設(shè)計(jì)反復(fù)，縮短設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備和制造時(shí)間。

所謂知識(shí)表示是利用計(jì)算機(jī)能夠接受并且進(jìn)行處理的符號(hào)和方式來(lái)表示人類(lèi)在改造客觀世界中所獲得的知識(shí)。它將關(guān)于世界的事實(shí)、關(guān)系、過(guò)程等編碼成為一種合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和解釋過(guò)程相結(jié)合，在程序中以適當(dāng)方式使用，使得產(chǎn)生智能性地為。知識(shí)表示是知識(shí)管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，不同的知識(shí)需要用不同的形式和方法來(lái)表示。知識(shí)表示應(yīng)既能表示事物間結(jié)構(gòu)關(guān)系的靜態(tài)知識(shí)，又應(yīng)能表示如何對(duì)事物進(jìn)行各種處理的動(dòng)態(tài)知識(shí)；既要能表示各種各樣的客觀存在著事實(shí)，又要能表示各種客觀規(guī)律和處理規(guī)則；既要能表示各種精確的、確定的和完全的知識(shí)，還應(yīng)能表示更加復(fù)雜的、模糊的、不確定的和不完全的知識(shí)。因此一個(gè)問(wèn)題能否有合適的知識(shí)表示方法往往成為知識(shí)處理（解題）成敗的關(guān)鍵。而且知識(shí)表示的好壞對(duì)知識(shí)處理的效率和應(yīng)用范圍影響很大，對(duì)知識(shí)獲取和學(xué)習(xí)機(jī)制的研究也有直接的影響。建立一種合理可行的成本降低知識(shí)表示方法，既符合成本項(xiàng)目特點(diǎn)、又符合產(chǎn)品技術(shù)性能，是在并行設(shè)計(jì)過(guò)程中有效地約束和指導(dǎo)設(shè)計(jì)、建立知識(shí)庫(kù)和進(jìn)行知識(shí)推理的基礎(chǔ)。

二、并行工程的目標(biāo)與實(shí)施要點(diǎn)

（一）并行工程的目標(biāo) 具體內(nèi)容如下：

（1）最大限度地減少設(shè)計(jì)反復(fù)，縮短設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備和制造時(shí)間。圖1描述了包括設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃、投資計(jì)劃與生產(chǎn)的時(shí)間線，各控制子環(huán)由于存在重復(fù)和計(jì)劃與改變而呈無(wú)序狀態(tài)，但并行工程通過(guò)嚴(yán)密的計(jì)劃、準(zhǔn)確的接口設(shè)計(jì)，把原來(lái)的許多后續(xù)活動(dòng)提前進(jìn)行，各控制子環(huán)的平行周期縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的時(shí)間，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

圖1 并行工程的時(shí)間節(jié)約（節(jié)約重復(fù)的改變過(guò)程）

（2）確定目標(biāo)成本。設(shè)計(jì)階段目標(biāo)成本確定時(shí)，既要考慮競(jìng)爭(zhēng)對(duì)象的價(jià)格水平，還要考慮用戶的經(jīng)濟(jì)能力。因此產(chǎn)品級(jí)目標(biāo)成本的確定不是某一個(gè)部門(mén)的事，而涉及到企業(yè)甚至整個(gè)供應(yīng)鏈的全過(guò)程各個(gè)環(huán)節(jié)。采用基于互聯(lián)網(wǎng)的并行設(shè)計(jì)環(huán)境可在概念設(shè)計(jì)階段改變了原有的線性設(shè)計(jì)流程，以并行工程的方式進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，各種功能小組互相作用與反饋重疊。

（二）并行工程實(shí)施要點(diǎn) 具體包括以下方面：

（1）盡早識(shí)別產(chǎn)品全生命周期（從概念形成到產(chǎn)品報(bào)廢）內(nèi)各階段的因素（如功能、制造、裝配、作業(yè)調(diào)度、質(zhì)量、成本、維護(hù)與用戶需求等等）；建立任務(wù)識(shí)別能力（如質(zhì)量功能的配置應(yīng)用）；進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)整合，跨學(xué)科的并行工程團(tuán)隊(duì)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)開(kāi)始即應(yīng)用從相似的產(chǎn)品或過(guò)程中獲得的經(jīng)驗(yàn)；盡早運(yùn)用計(jì)算、防真模擬和成本估算（盡早進(jìn)行特征識(shí)別）；以并行方式執(zhí)行，包括開(kāi)發(fā)過(guò)程中方案的的修正、討論及共識(shí)（如概念、實(shí)現(xiàn)和系列版本）。在良好的溝通與臨時(shí)假設(shè)基礎(chǔ)上盡可能將順序工作以并行方式運(yùn)行。在實(shí)施階段以網(wǎng)絡(luò)工作形式，由核心團(tuán)隊(duì)建立并行工作小組。

（2）加速工作進(jìn)程。一是減少過(guò)多的會(huì)議文件，但重要的討論結(jié)果仍需以文件形式保存。二是有效的工具（如信息查找，C A D/C A M，E D M/P D M，數(shù)據(jù)庫(kù)等）

（3）項(xiàng)目組織。從工作一線抽調(diào)項(xiàng)目成員；由核心團(tuán)隊(duì)與擴(kuò)展團(tuán)隊(duì)形成項(xiàng)目組；具備合作與激勵(lì)的強(qiáng)有力的項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)者；嚴(yán)格遵循計(jì)劃流程圖。

三、產(chǎn)品成本特點(diǎn)與產(chǎn)生-框架式知識(shí)表示方法分析

（一）機(jī)械產(chǎn)品成本構(gòu)成特點(diǎn) 具體內(nèi)容如下：

（1）差異性與重要性。從產(chǎn)品生命周期而言，機(jī)械產(chǎn)品成本結(jié)構(gòu)比例不同。如一些零件類(lèi)產(chǎn)品總成本中100%是生產(chǎn)成本，而類(lèi)似汽車(chē)之類(lèi)的產(chǎn)品，生產(chǎn)成本僅占總成本20%，運(yùn)行及維修成本達(dá)到80%。設(shè)計(jì)者必須充分考慮到全生命周期各階段成本的結(jié)構(gòu)比例，方可確定產(chǎn)品成本降低的重點(diǎn)。

從個(gè)別產(chǎn)品內(nèi)部而言，從機(jī)械產(chǎn)品中零部件很多，但各零部件所占成本份額極不相同，通常產(chǎn)品中重要零件數(shù)約占總數(shù)的30%，但其所占成本份額卻達(dá)有總成本70%以上。機(jī)械產(chǎn)品通常有一個(gè)支配成本的主參數(shù)（如壓縮機(jī)的支配成本主參數(shù)是軸馬力，壓力容器的支配成本主參數(shù)是重量）控制這個(gè)參數(shù)，即可最有效地控制成本。設(shè)計(jì)者必須對(duì)重要零件特別關(guān)注，以抓住矛盾的主要方面。

（2）廣泛性與擴(kuò)展性。橫向來(lái)看，現(xiàn)代成本控制范圍涵蓋企業(yè)的整個(gè)產(chǎn)品生命周期成本，即從設(shè)計(jì)到銷(xiāo)售及售后服務(wù)的全過(guò)程。因此，成本知識(shí)涵蓋的范圍也非常廣泛?？v向來(lái)看，從整個(gè)產(chǎn)品到具體的零件，都適用成本控制知識(shí)，因此，不僅僅是傳統(tǒng)意義上財(cái)務(wù)部門(mén)統(tǒng)計(jì)的各類(lèi)成本數(shù)據(jù)和成本分析方法等，還包括設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、生產(chǎn)、銷(xiāo)售等各階段進(jìn)行成本控制的知識(shí)。而這些知識(shí)隨著新技術(shù)、新工藝、新材料的出現(xiàn)處于動(dòng)態(tài)的更新之中，具備很強(qiáng)的擴(kuò)展性。

（3）層次性與相關(guān)性。成本控制知識(shí)根據(jù)不同的成本項(xiàng)目劃分為不同的類(lèi)，又可根據(jù)不同的評(píng)價(jià)對(duì)象要求進(jìn)行細(xì)化，具有層次性。從設(shè)計(jì)到銷(xiāo)售，成本的發(fā)生本就是一個(gè)有機(jī)整體，每一項(xiàng)活動(dòng)都會(huì)對(duì)其他活動(dòng)導(dǎo)致的成本產(chǎn)生影響，成本發(fā)生的各階段是密不可分的，因此，各階段各領(lǐng)域的成本知識(shí)必然發(fā)生交叉，相互作用。；同一降低成本問(wèn)題可從不同知識(shí)角度得解，同一知識(shí)又可解決不同降低成本問(wèn)題，知識(shí)之間具有很強(qiáng)的相關(guān)性。

（4）通用性與沖突性。成本控制知識(shí)中很大部份是通用性指導(dǎo)性知識(shí)，同一知識(shí)可用于結(jié)構(gòu)完全不同的產(chǎn)品或零件，但對(duì)于具體產(chǎn)品而言，知識(shí)又互相約束，通用的知識(shí)在具體項(xiàng)目運(yùn)用上可能會(huì)存在沖突。

（二）產(chǎn)生-框架式知識(shí)表示 產(chǎn)生式知識(shí)表示法是1972年，紐厄爾和西蒙在研究人類(lèi)的認(rèn)知模型中開(kāi)提出的。產(chǎn)生式的基本形式是P→Q或者I F PT H E N Q。其中P是產(chǎn)生式的前提，也稱(chēng)為前件，它給出了該產(chǎn)生式可否使用的先決條件，由事實(shí)的邏輯組合來(lái)構(gòu)成；Q是一組結(jié)論或操作，也稱(chēng)為產(chǎn)生式的后件，它指出當(dāng)前題P滿足時(shí)，應(yīng)該推出的結(jié)論或應(yīng)該執(zhí)行的動(dòng)作。

產(chǎn)生式表示法對(duì)于過(guò)程性知識(shí)，具有較好的表示效果，但對(duì)于結(jié)構(gòu)性知識(shí)，則顯示出其薄弱的一面。因此，為全面表示成本知識(shí)，我們尚需引入框架式知識(shí)表示方法。

框架式知識(shí)表示法的概念由美國(guó)信息學(xué)家M.M in s k y提出的，框架是一種復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可把某一特殊事件或?qū)ο蟮乃兄R(shí)存貯在一起?？蚣鼙硎痉ǖ淖钌蠈訛閷?shí)體類(lèi)（E N T I T Y T Y P E），每個(gè)實(shí)體類(lèi)代表一個(gè)框架。中間層是“槽”（S L O T），槽值可以是具體的數(shù)據(jù)，或或指向其他框架的指針。最下層為“側(cè)面”（A S P EC T），每個(gè)側(cè)面可有各自取值，作為對(duì)槽的進(jìn)一步說(shuō)明?？梢?jiàn)，框架式表示法對(duì)于結(jié)構(gòu)性知識(shí)能有較好的表示功能。因此，將產(chǎn)生與框架式綜合起琰，取長(zhǎng)補(bǔ)短，可以全面地表達(dá)成本知識(shí)，并易于推理。

產(chǎn)生式-框架表示的方法是：進(jìn)行知識(shí)表示時(shí)是以框架表示為主體，把產(chǎn)生式規(guī)則嵌入到框架中.然而在實(shí)現(xiàn)時(shí)，框架可以調(diào)用產(chǎn)生式規(guī)則，產(chǎn)生式規(guī)則也可以調(diào)用框架，因此產(chǎn)生式規(guī)則與框架是融合的。其主要特點(diǎn)如下：面向?qū)ο?，為表示大?guī)表模復(fù)雜知識(shí)提供基本手段；利用層次結(jié)構(gòu)，性質(zhì)繼承，降低知識(shí)表示冗余；推理靈活多變，框架中沒(méi)有固定的推理機(jī)制，它可以根據(jù)需要通過(guò)過(guò)程附件靈活地實(shí)現(xiàn)多種推理；產(chǎn)生-框架式便于成本控制推理實(shí)現(xiàn)合理地進(jìn)行知識(shí)表示是建立知識(shí)庫(kù)，進(jìn)行知識(shí)推理的基礎(chǔ)。知識(shí)庫(kù)大多以關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)形式建立。成本對(duì)象具有很強(qiáng)的層次性與相互制約性，采用產(chǎn)生-框架式知識(shí)表示，在建立知識(shí)庫(kù)時(shí)，根據(jù)不同的成本項(xiàng)目層次分設(shè)實(shí)體類(lèi)、槽、側(cè)面數(shù)據(jù)表，每個(gè)子類(lèi)都引用父類(lèi)的主鍵作為外健以實(shí)現(xiàn)繼承關(guān)系。

四、成本控制的知識(shí)模式構(gòu)建

（一）產(chǎn)生－框架式成本知識(shí)庫(kù)映射方案 知識(shí)表示的最終載體是知識(shí)庫(kù)，按照目前成熟的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的管理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)庫(kù)的組織，必須將各種對(duì)象及關(guān)系映射到表，如圖2所示。

對(duì)象類(lèi)映射到表的實(shí)現(xiàn)：為每一個(gè)框架元素（實(shí)體、槽、側(cè)面）建立一張數(shù)據(jù)表，每張表僅包含相應(yīng)類(lèi)的業(yè)務(wù)屬性，同時(shí)指定非空主關(guān)鍵詞。每個(gè)子項(xiàng)都引用父項(xiàng)的主鍵作為外鍵以實(shí)現(xiàn)繼承關(guān)系，采用S QL代碼創(chuàng)建，建立對(duì)主關(guān)鍵詞的索引，S QL層把域映射到數(shù)據(jù)類(lèi)型。

圖2 成本知識(shí)庫(kù)對(duì)象及關(guān)系映射實(shí)現(xiàn)

關(guān)系映射到表的實(shí)現(xiàn)：不同層次的成本對(duì)象間及其約束關(guān)系間存在一對(duì)一、一對(duì)多或多對(duì)多關(guān)系，根據(jù)一定的映射規(guī)則將這些關(guān)系映射到數(shù)據(jù)表，可以實(shí)現(xiàn)不同成本對(duì)象間的連接。如多對(duì)多關(guān)系則通過(guò)引入一張關(guān)聯(lián)表，用以維系兩個(gè)以上表之間的關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)表引入相關(guān)各表的主鍵作為自己的外鍵。

（二）產(chǎn)生－框架式成本知識(shí)的數(shù)據(jù)庫(kù)組織 根據(jù)映射規(guī)則將對(duì)象類(lèi)和關(guān)系一一映射成關(guān)系數(shù)據(jù)表，構(gòu)成如圖3所示的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)。

圖3 成本知識(shí)庫(kù)結(jié)構(gòu)

產(chǎn)品成本表中包括了所有的成本要素，通過(guò)產(chǎn)品I D與產(chǎn)品表及其子類(lèi)映射成的數(shù)據(jù)表關(guān)聯(lián)；成本估算表、成本分析表、成本降低表中的各成本知識(shí)對(duì)象同樣對(duì)應(yīng)成本I D，與產(chǎn)品成本表相關(guān)聯(lián)；成本對(duì)象間的約束關(guān)系反映在約束關(guān)系表中，約束關(guān)系表引入成本知識(shí)子類(lèi)的I D作為外鍵，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)知識(shí)對(duì)象間的鏈接。

四、結(jié)論

產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，要求產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員從一開(kāi)始就考慮到產(chǎn)品全生命周期內(nèi)各階段的因素，并強(qiáng)調(diào)各部門(mén)的協(xié)同工作，通過(guò)建立各決策者之間的有效的信息交流與通信機(jī)制，并用以指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)工程與成本管理的高度融合統(tǒng)一。并行工程的設(shè)計(jì)環(huán)境無(wú)疑是一種較好的設(shè)計(jì)模式，可以有效的降低設(shè)計(jì)時(shí)間，減少產(chǎn)品的生命周期成本。

本文在詳細(xì)分析并行工程的設(shè)計(jì)環(huán)境中成本各項(xiàng)目及約束關(guān)系基礎(chǔ)上，提出了以產(chǎn)生-框架式的知識(shí)表示模式，并從對(duì)象與關(guān)系映射、推理等方面論述如何在知識(shí)庫(kù)中保證其實(shí)現(xiàn)。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了以成本知識(shí)庫(kù)為核心的成本控制知識(shí)模式。在這種知識(shí)模式下，成本知識(shí)的應(yīng)用和新的成本考核方式及知識(shí)反饋機(jī)制的存在，可以更高效的制定成本決策，加強(qiáng)了產(chǎn)品成本生命周期各階段的成本控制意識(shí)和責(zé)任，并使成本知識(shí)庫(kù)得以持續(xù)更新。

［1］楊炳儒：《知識(shí)工程與知識(shí)發(fā)現(xiàn)》，冶金工業(yè)出版社2000年版。

［2］趙瑞清等：《知識(shí)表示與推理》，氣象出版社1991年版。

［3］劉曉冰、楊春立、孫偉：《產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)建立方法研究》，《計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)-C I M S》2003年第8期。

［4］朱連章、楊杰：《對(duì)象/關(guān)系映射的基本策略》，《微計(jì)算機(jī)應(yīng)用》2006年第9期。