基于關聯規則的航空制造業知識管理研究

杜江 劉航 白瑀

摘要：[目的/意義]針對“中國制造2025”所提出的“強化基礎領域標準體系建設”和“大力發展面向制造業的信息技術服務”這兩大強化我國工業基礎能力的保障措施，根據工業革命新形勢下我國航空制造業完成產品研發的實際需求，探討如何為我國航空制造業提供高質、高效的知識管理信息服務。[方法/過程]從目前我國航空制造領域已有的國家和行業標準文獻入手，從顯性關聯和隱性關聯兩方面分析航空制造業中標準文獻知識元的關聯規則，并基于知識元建立航空技術標準的知識關聯網絡描述模型。[結果/結論]為開展航空制造業信息服務、建立知識層面的知識管理系統及進一步推進航空制造業設計、生產、制造的知識化進程提供良好的技術支持。

關鍵詞：關聯規則 ?航空技術標準 ?航空制造業 ?知識管理

分類號：TP182

引用格式：杜江， 劉航， 白瑀. 基于關聯規則的航空制造業知識管理研究[J/OL]. 知識管理論壇， 2019， 4（3）： 133-139[引用日期]. http：//www.kmf.ac.cn/p/169/.

知識是一種智慧型資源，是企業自主創新的資本，是企業獲取競爭優勢的利器，在知識經濟時代，“淹沒于數據，卻饑餓于知識”是人們所面臨的主要問題，基于知識的工作不僅僅是新興信息技術公司的特色，而且幾乎是所有領域所有組織的特征[1]。知識關聯是開展知識活動和進行知識管理的基礎。航空技術標準作為航空工業技術的載體，其中蘊含大量的技術知識信息，是記錄航空工業設計、生產、制造等過程中所產生知識的重要載體。

在知識經濟時代背景下，信息化和智能化已成為現代制造技術的兩個重要發展趨勢和特征[2]。對航空技術標準的知識管理是發展先進航空制造技術的關鍵，面向航空工業信息化制造研究知識管理方法具有重要的理論和工程意義。航空工業是一個國家綜合國力的體現，對航空制造業的知識管理是發展先進航空制造技術的關鍵。航空工業是典型的知識密集、技術密集、多學科集成的高科技產業，具有產業鏈條長、產業關聯度高和全球一體化發展等特點，在航空工業生產活動中往往需要大量可靠的知識和信息，因此對知識具有更加迫切的需求。

由于航空工業產品結構復雜、零部件種類繁多數量龐大、制造工藝復雜、材料各異等特點，因此航空工業設計、制造、生產所利用和產生的知識涉及眾多領域，且分散在各種存儲介質中，航空工業知識的復雜性導致對其進行知識管理極其困難[3]。基于知識元關聯規則的航空制造業知識管理模式，為從領域知識層面構建面向航空工業信息化設計、生產、制造的航空技術動態管理系統提供理論和方法基礎。基于知識元建立航空技術標準的知識關聯網絡描述模型，實現知識有效管理、共享和重用，從而有效地對航空技術知識進行管理。這不僅可以使用戶快速方便地獲取航空技術標準中包含的知識資源，而且可以為航空領域相關技術資源的數字化建設提供新的思路和方向。

隨著工業的發展，在數字化信息化環境下，用戶不僅僅滿足于獲取單一的知識內容，更多地要求獲取技術解決方案和經過整合分析的技術知識。知識管理系統不再是簡單的文獻收集、儲存和傳遞，而是基于知識的組織和應用，因此，對于航空技術標準的學習理解，不應停留在其表面知識，而應由表及里，發現其中的知識關聯，更多地挖掘其中隱藏的知識[4]。為深度開發航空技術標準，充分利用其價值，首先需要基于標準文獻知識單元對其中的知識關聯進行分類發掘。

1 ?航空技術標準關聯模型分析

在航空技術標準的知識關聯研究中，將標準文獻的關聯進一步深入到知識元層面，可以使各知識元形成系統的知識關聯網絡，發現其潛在的邏輯關系，有助于加強對航空技術標準的利用，便于使用者快速、準確地獲取技術標準中的技術知識。對于開展航空制造業知識管理與信息增值服務、實現標準文獻的知識發現和知識創新具有現實意義。尤其對于工業制造生產過程的開展和決策起到重要的作用。

在客觀世界中所有的事物都是存在相互聯系的，知識間存在的普遍聯系必然會投射到知識載體上。國內已有學者對知識關聯進行研究，文庭孝等[5]研究了知識關聯的內涵、特征、類型及測度等，陳華為等[6]提出了基于知識關聯的產品知識聚類集成模型，周和玉等[7]從信息和認知方面對面向知識創新的知識關聯系統進行研究。

標準文獻間的知識關聯是指各標準文獻知識元之間存在的各種關系的總和，具有相互性、普遍性、傳遞性、隱含性、結構性、累積性等特征[8]。分析知識體系間的關聯關系，有利于知識體系的管理。通過對標準文獻知識關聯的分析與研究，可以更有效地開發和利用知識資源，充分利用知識的價值，使工業生產活動中所運用、積累的技術知識得到充分的利用，有利于新的技術知識的發現和創新，更有效地實現了知識創造、知識組織、知識利用的知識鏈的過程[9]。

1.1 ?顯性關聯

航空制造企業的技術文件作為工業生產活動中技術知識的載體，具有可實現性、公開性和動態性，在標準文獻之間中普遍存在相互采用、相互替代、相互修訂、相互引用及與技術法規、專利的知識關聯關系構成標準文獻間的顯性關聯[10]。標準文獻之間的相互采用、相互引用及與技術法規、專利的知識關聯關系可用如圖1所示的引文時序網絡表示[11]。對于標準文獻的顯性關聯還可以利用共引關系來表示[12]，兩個不相關的標準文獻共同引用（采用）同一個技術標準或技術法規、專利時，這種共引關系可以構成共引網絡，可以通過該網絡反映標準文獻內容的顯性關聯關系。

1.2 ?隱性關聯

航空制造業中的標準文獻間除了互相引用、采用等顯性關聯，還可以通過文獻中描述研究的技術問題等邏輯關系聯系在一起，形成未被發現的隱性關聯。通過分析發現標準文獻間的隱性關聯，能夠獲取大量潛在隱藏的知識，使標準文獻創造更大的價值。標準文獻間的隱性關聯是標準文獻間所隱含的邏輯關聯關系，其主要是技術維度的知識關聯，包括聚類關聯、推理關聯和技術知識關聯。

1.2.1 ?聚類關聯

知識的聚類關聯是指將知識對象按其屬性歸類進行分析整合，知識聚類與知識分類存在反方向的關系，與知識分類不同，知識聚類過程會產生新的知識，文獻[13]將知識聚類分為6種：以學科聚類、以概念聚類、以事聚類、以用聚類、以人聚類和以時空聚類。標準文獻的知識聚類主要是以學科聚類、以概念聚類、以用聚類，以此為依據，以某一知識元為基礎，圍繞該知識元，形成不同維度的知識群。

首先對航空技術標準文本進行預處理，針對純文本的文本進行分詞處理，提取知識元信息，構造術語矩陣，并建立索引標簽。筆者采用基于Lingo聚類算法對航空技術標準進行聚類關聯，可設知識庫中有知識元集合K，這些知識元可劃分x類。由于Lingo算法是基于知識元標簽的聚類方法，因此首先選取對應的中心為X，對于每個知識元j所對應某一類的隸屬度為uij，基于某一知識元屬性特征語義，在空間內針對各要素進行相似度計算，因此定義目標函數：

因此，對于知識元集合K中的知識元的聚類可依據以下步驟進行：

（1）定義知識元的分類，確定分類數x;

（2）定義在（0，1）間初始化知識元的隸屬矩陣U，使其滿足公式（2）;

（3）根據約束條件計算知識元的聚類中心Xij;

（4）定義閾值，根據公式（4）計算目標函數。如果它小于某個確定的閥值，則停止算法，小于確定閥值的知識元圍繞聚類中心Xij形成空間內的聚類關系，依據聚類中心Xij所構成的知識元集合最終形成關聯關系;

（5）若步驟（3）所計算的結果大于所確定的閥值，則返回步驟（2），再執行迭代計算。以熔模鑄造為例，關鍵詞為“熔模鑄造”，以用途、適用材料、工藝方法為3個聚類中心，從3方面構造 “熔模鑄造”的聚類知識關聯模型，如圖2所示：

1.2.2 ?技術知識關聯

在知識經濟時代，用戶不僅僅滿足于獲取標準文獻的內容或單一的技術標準，更多地要求獲取經過整合的知識和解決方案。知識的關聯要以問題為核心，由問題延伸出解決方案的關聯模式，為解決該問題，按關系邏輯將解決該問題的知識逐層進行推理，構成解決方案，每個方案又關聯出新的知識。

航空技術標準建立在航空工業技術的基礎之上，其本身也可視為技術的一部分，是技術水平的體現，是對工業生產活動中所運用到的技術知識的總結與歸納，工業生產活動是一個系統、龐大的工業體系，因此航空技術標準涉及技術知識極為廣泛、種類繁多。技術作為知識進化的主體，具有隱含性、復雜性、累積性，技術的運用是一個動態的發展過程，對于任何一項技術，它不僅由其技術自身的內在要素有機地形成技術單元，而且它還與其他技術單元形成具有立體網絡結構的技術體系[14]。

航空工業的生產活動從結構上看是一個相互聯系、相互作用的系統。其中所包含的技術互補、新技術與舊技術相兼容、技術之間層層遞進等關系構成了標準文獻的技術知識關聯。標準文獻間的技術知識關聯可以通過一系列連鎖效應由技術單元或某一技術體系的量變或質變形成具有立體網絡結構的技術體系，促進整個技術標準文獻體系的創新和發展。

航空工業產品的開發設計具有先后順序，所需要的知識也具有階段性，每個階段所需的知識相關聯結合構成產品開發所需知識的開發網絡，因此要明確需要獲取什么樣的知識和進行什么樣的知識學習。對于一個產品的開發設計所必須掌握的知識包括基礎知識、設計研發、工藝裝配等。以航空機輪剎車系統設計為例，其所需知識有：①基礎知識，包括飛機機輪的性能要求指標、技術條件指標等;②設計研發知識，包括設計規范、設計方法、附件的選用等;③工藝裝配知識，包括選用材料、材料測試標準及方案選擇、三維模擬裝配等。這些不僅涉及知識選擇的問題，還涉及知識運用的問題。通過對航空機輪剎車系統設計所需知識及能力的關聯歸納構成知識開發網絡，便于設計人員有針對性地進行學習，提高設計能力，使設計人員可以獲取完整的技術知識結構。

2 ?航空技術標準知識關聯網絡描述模型

航空技術標準的知識關聯分為顯性關聯和隱性關聯，顯性關聯是直接存在，可以由文字、圖像等直接表達出來，容易被發現與表達，便于編輯整理的具有直觀性、系統化的關聯關系。隱性關聯主要是標準文獻中所隱含的具有邏輯關系的技術知識，需要對大量標準文獻進行分析歸納整理出來的隱含的、具有抽象性和間接性的關聯關系。

本文首要任務是對航空制造業中的技術標準文獻中所包含的知識進行分析歸納，找出其中的關聯關系，并直觀地表達出其中的關聯網絡，以便更好地對知識進行共享與利用，實現知識的創新和技術的發展。筆者提出航空技術標準知識關聯描述邏輯模型，如圖3所示：

對于航空技術標準的關聯關系描述，可用描述邏輯來實現面向對象的知識元與知識元層次結構的知識的形式化表達，從而實現知識的推理。其中，最基本的要素是知識元（概念）與關聯關系，知識元表示某一領域的知識的子集，關聯關系表示知識元之間的關系。一個描述邏輯系統可以用六元組來表示：

M=

其中，C表示航空技術標準的分類，即知識單元的分類;R表示航空技術標準的屬性;EC表示顯性關聯集;RC表示隱性關聯集;Ke表示知識元，即構成知識結構的最小元素，最基本的原子概念;A表示A∈（E/R）Ki×（E/R）Kj表示知識關聯集合。

由于航空制造業中標準文獻數量龐大、內容豐富、包含的技術知識眾多，因此航空技術標準的知識關聯是一個復雜系統的模型，其中包含顯性關聯和隱性關聯，顯性關聯和隱性關聯之間又相互聯系構成航空技術標準關聯網絡模型。

航空技術標準的關聯網絡主要以標準文獻的分類為基礎構建，若干個底層的顯性關聯可以推出高層的顯性關聯或隱性關聯，其中知識關聯所產生的新知識單元相互關聯或與其他知識關聯結合生成更高層的關聯關系。由若干線性結果或樹狀結構構成網絡結構知識關聯，反映了航空技術標準知識結構的邏輯關系。

3 ?實例描述

3.1 ?數據獲取

以已有航空技術標準為依據，發現其中潛在的信息知識，包括結構化知識（文本、數據）與非結構化知識（多媒體資料），對其進行文本轉換、信息優化及知識單元處理，使其成為計算機可讀取識別的信息源。

3.2 ?數據優化

對已收集的信息源中的概念、術語進行抽取，在概念間建立相對應的關聯關系，并對有歧義的概念及其關聯關系通過建立標注進行人工干預。使概念關系集能融合形成關聯網絡。

3.3 ?航空領域知識元關聯關系網絡構建

由于航空領域知識的密集性導致所構造的航空技術標準間關系的復雜性，航空技術標準關聯關系網絡包含標準中解析的知識元的類、概念屬性、條件約束、描述信息、關系集合、實例信息等，通過知識元的歸納按照相關邏輯關系進行關聯網絡的構建。圖4是航空制造業領域內部分航空技術標準按邏輯關系分解、解析后，以類為中心構建關聯關系網絡實例。

航空技術標準的知識關聯網絡不僅僅是顯性關聯與隱性關聯相互推理構成的網絡集合，也包含不同特性的知識集合相互關聯組成新的知識結構，其中既有知識單元的數量的改變也有知識結構的質變，兩種變化互相促進，形成更加豐富的知識關聯結構。由于技術的動態發展性，因此該過程也是動態的螺旋上升的過程，隨著技術的改革發展，知識不斷增加和變化，知識關聯結構也不斷延伸和改變。

4 ?總結

知識關聯網絡是建立知識模型要解決的基礎問題。筆者提出基于關聯規則的方法和本體理論，構建一個簡單的航空技術標準知識關聯網絡模型，并對其進行實例驗證，為航空技術標準領域內的知識建模和知識交互提供統一的體系，進而為智能檢索、知識重用提供了保證。在知識建模之后構建知識庫，為實現知識的共享和重用提供技術支持。航空技術標準知識關聯的研究在分析航空制造業設計和生產活動所產生的知識內容、發掘知識價值等方面具有至關重要的作用，挖掘技術標準文件中潛在的知識關聯，不僅可以從技術標準的知識層面形成良好的信息資源，實現航空資源從數據文本向知識的轉換，為發展面向航空工業活動的信息技術服務提供基礎保障，還有利于促進知識的共享、創新與應用，為開展航空制造業知識管理服務提供良好的技術支持，而且可以從信息層面進一步完善現行的航空技術標準，推動工業生產活動向信息化、智能化、服務型制造的方向發展，對進行快速高效的設計制造生產活動起著至關重要的作用，對推進航空制造企業知識管理具有一定的指導意義。

參考文獻：

[1] ARSENIJEVIC O， TRIVAN D， PODBREGAR I， et al. Strategic aspect of knowledge management[J]. Organizacija， 2017， 50（2）： 163-176.

[2] 周杰韓， 曾慶良， 熊光楞， 等. 裝備制造業集群知識管理模式設計與選擇研究[J]. 制造業自動化， 2013（16）： 69-73.

[3] GRAY P H. A problem-solving perspective on knowledge management practices[J]. Decision support systems， 2001， 31（1）： 87-102.

[4] 張健聰， 肖廣財， 莊樹鵬， 等.航天企業知識管理發展現狀及趨勢分析[J]. 航天工業管理， 2018（4）： 130-133.

[5] 文庭孝， 劉曉英. 知識關聯的理論基礎研究[J].圖書館， 2010（4）： 9-11.

[6] 陳華為， 高琦， 王超宇. 基于知識關聯的產品知識聚類集成模型研究[J]. 制造業自動化， 2016（9）： 122-125.

[7] 周和玉， 王華偉， 郟林.面向知識創新的知識關聯系統研究[J]. 情報理論與實踐， 2013（10）： 66-68.

[8] 孫羽， 劉俊慶， 牛四東， 等. 航天產品企業標準結構化知識單元管理方法研究[J]. 航天工業管理， 2018（4）： 101-104.

[9] 甘克勤， 計雄飛. 標準大數據實踐（3）——知識關聯組織[J].標準科學， 2016（3）： 15-18.

[10] 郭德華.標準文獻知識鏈接服務模式研究[J].圖書情報工作， 2011， 55（9）： 76-79.

[11] 韓翔宇， 李彥， 劉勇， 等. 基于本體的航天領域知識組織方法[J]. 航天工業管理， 2018（4）： 66-69.

[12] 溫有奎， 成鵬. 基于知識單元間隱含關聯的知識發現[J].情報學報， 2007（5）： 653-658.

[13] 蔣永福. 論知識聚類[J]. 圖書情報工作， 2000， 44（12）： 11-15.

[14] 溫新民， 劉則， 淵薛靜. 基于技術群、產業群的區域技術創新體系建設[J]. 科學管理研究， 2002（3）： 1-4.

作者貢獻說明：

杜 ?江：提出理論方法，撰寫主要內容;

劉 ?航：構建航空技術標準知識關聯網絡描述模型及航空領域知識元關聯關系網絡;

白 ?瑀：負責論文寫作指導并提出修改意見。

Abstract： [Purpose/significance] The two major measures to strengthen Chinese industrial infrastructure capacity， including the “Strengthening the Basic Domain Standards System” and the “Strengthening the Development of Manufacturing-Oriented Information Technology Services，” were proposed for “Made in China 2025”.Based on this and the actual demand for Chinese aeronautical manufacturing industry to complete product R&D under the new situation of the industrial revolution， this paper try to provide high-quality and efficient knowledge management information services for aviation manufacturing industry in China. [Method/process] Starting from the current national and industry standards documents in the field of aviation manufacturing in China. This paper analyzed the association rule of standard literature knowledge element in aviation manufacturing from the aspects of explicit association and invisible association， and based on the knowledge element， it established knowledge association network description model of aviation technical standards. [Result/conclusion] To develop aviation manufacturing information services and establish a knowledge-based knowledge management system， and further promote the knowledge-based process of design， production， and manufacturing of aviation manufacturing to provide good technical support.

Keywords： association rules ? ?aviation technical standards ? ?aviation manufacturing ? ?knowledge management