基于知識圖譜的復雜軍用電子裝備故障知識應用研究

李穩安 張偉偉 張 冰

1.南京電子技術研究所 江蘇 南京 210039

2.國睿信維公司 江蘇 南京 210009

1 引言

隨著信息技術的快速發展，以大數據、人工智能和知識圖譜為代表的新興技術使裝備故障知識的深入挖掘和應用成為可能。焦曉靜等以知識圖譜的應用場景為切入點，設計知識圖譜方法在科技情報研究中應用的優化模型和應用流程[1]。車金立等將知識圖譜應用于裝備維修保障知識庫構建，提出裝備維修保障知識圖譜的構建流程，總結裝備維修保障領域知識圖譜的應用價值[2]，這些研究更多側重IT 技術實現和局部應用，未涉及基于業務場景的知識圖譜方法論研究。本文聚焦故障知識應用，以裝備研發流程為主線，面向應用場景，提出了基于SLDT方法論指引的故障知識圖譜建設與應用模型，以某型復雜軍用電子裝備為例，構建了一套故障知識圖譜，實現故障知識的語義關聯和邏輯表達，為裝備故障知識的方便、快捷應用提供了一條新途徑。

電子裝備呈現學科多、組成復雜、更新換代快等技術特征和規模大、周期緊、要素多等組織特點。其作戰場景復雜，知識高度密集，設計人員培養周期長、難度大，裝備研發中對知識的應用訴求越來越高。高效的故障知識應用是軍工電子裝備高效高質量研發的基礎和有效途徑。為此，大多的科研院所都已經建了一些故障知識庫，基于這些知識庫也有一些基礎的應用，但是這些應用以單點應用為主，由于缺少以故障為主線的統一牽引，故障知識都分散在裝備方案論證、詳細設計、測試驗證和服務保障的各個環節，導致這些故障知識無法有效利用。

2 故障知識圖譜方法論的研究

2.1 故障知識圖譜方法論架構 根據軍工企業信息化項目的建設經驗以及其他制造業企業知識工程項目的建設經驗，本文提出一套以業務場景為導向SLDT(Scenario-Logic-Data-Technology，場景分析、業務邏輯分析、數據分析治理和技術論證實現)分析方法，以業務成熟度和急用先行為原則，結合建設單位現有業務領域的知識需求度、知識豐富度以及業務開展的成熟度逐步開展故障知識圖譜工程項目的建設。

圖1 “SLDT”知識圖譜構建方法

2.2 故障知識圖譜建設的核心要素

2.2.1 故障知識場景分析 在知識圖譜的建設上要以企業總體戰略發展規劃和愿景為依據，結合業務人員對于故障知識的訴求進行總體設計和規劃。而后對企業現有故障知識相關業務的瓶頸進行分析，找出限制企業故障知識管理和利用的最大瓶頸，項目建設時進行重點考慮這些瓶頸問題。隨后建設主體(供應商與建設單位)需要充分調查現階段用戶對于故障知識管理與利用的需求，在調查基礎之上對用戶需求進行評估和挖掘，找出滿足用戶故障知識需求的最佳途徑。最后根據用戶需求以及企業業務開展方式對故障知識圖譜的實際使用場景進行設計。

2.2.2 故障業務邏輯分析 根據故障信息應用場景，圍繞裝備研發全流程，對知識圖譜應用所涉及的業務流程進行梳理，打通數據采集與應用業務流程，利用信息化的手段提高企業知識資源的管理效率，最大程度地發揮企業知識的價值。最后將梳理優化過的對象和業務進行邏輯建模，以規范統一的數據模型和對象模型來描述知識場景中的人和業務，實現知識、角色與業務流程關聯。

2.2.3 故障數據分析治理 故障知識伴隨業務流程產生、共享、使用和優化，通過在研發流程中的傳遞產生價值。對知識進行優化管理的重點是對承載知識的數據分析治理。數據分析治理的過程需要結合邏輯分析結果，對知識來源及知識覆蓋范圍進行梳理，通過對現狀及實現目標的差距分析，制定數據治理策略，構建一套完善、共享、統一管理的數據環境，確定數據治理崗位角色和相應責任及管理流程，以保障故障數據在采集、轉換、共享和應用過程中的完整性、準確性、一致性和時效性。

2.2.4 平臺技術論證實現 結合場景的實現目標及當前知識應用狀況，對關鍵技術點進行識別與論證，并制定實現該場景的IT 技術方案。知識圖譜的最終落地往往歸結于關鍵的幾個技術能否滿足應用需求，在故障知識圖譜建設過程中需將這些關鍵技術點識別出來，需要對這些技術點進行重點開發和把控，保證項目建設過程不出現技術風險。隨后集中企業和供應商的優勢資源，從技術和業務方面對關鍵技術點的可行性進行論證，以降低項目的技術風險。最后根據設計場景以及論證結果給出項目的整體解決方案。

3 故障知識圖譜建設實例

3.1 建設過程 基于SLDT故障知識圖譜構建方法，筆者所在單位通過對研發設計過程的FMECA過程、質量問題FRACAS閉環過程以及售后現場問題排故過程進行了業務過程梳理，識別了過程中的主要業務對象和數據對象，并借助斯坦福大學Protégé建模工具進行了故障本體關聯構建，形成具備軍工電子裝備特色的故障本體。同時，為滿足未來故障知識挖掘的準確性，也對在業務過程梳理中發現的一些數據問題進行了治理。

圖2 某研究所故障知識圖譜構建思路

3.2 建設成果 在知識圖譜的幫助下，一方面IT 管理部門能夠通過對故障數據進行抽取和清洗，實現過往故障知識的統一收集和規范管理；另一方面，能夠幫助業務人員從業務視角，借助故障知識圖譜的語義關聯和邏輯推理，形成故障知識的語義導航和故障原因推理分析能力，實現故障知識的個性化應用。

圖3 某研究所故障知識圖譜典型應用場景實例

4 結束語

本文針對復雜軍用電子裝備故障知識難以有效利用，從故障知識應用場景出發，提出了基于SLDT 方法論，建立故障知識圖譜與應用模型，在某型復雜軍用電子裝備上進行驗證，構建了一套故障知識圖譜，基于業務流程，初步實現故障知識場景化推送。本文只對故障單點知識的知識圖譜進行研究與應用驗證，數據和挖掘方法比較單一，后續需要開展多樣異構數據的挖掘方法研究，提高知識應用效率和價值。