本章提出了知识管理技术在电动车辆压电能量回收系统开发中应用的解决方案，将JSP与ActiveX控件技术相结合，采用基于Web的产品数据管理模式和专家系统技术，构建电动车辆制动系统创新设计的平台。该平台融合了传统PDM协调管理功能和专家系统智能化的功能，使企业能够在Web方式下进行协同创新设计。这一平台是对传统的PDM功能的拓展，提供了制造业企业核心竞争力的系统解决方案，具有良好的推广前景。制造业企业已经广泛采用CAX（CAD/CAE/CAPP/CAM）技术进行产品创新设计。但是目前CAX技术的应用，主要是由各个阶段分别由各类专业人员分别进行，前阶段的专业人员常常不能及早考虑后阶段可能产生的问题，造成设计与制造脱节，又因后期工装制造产生的问题，而不得不反过来修改产品设计，使整个生产装备过程重复循环，造成设计改动量大、产品开发周期长、成本高，制约了CAX技术作用的发挥。因此产品数据管理（PDM）提出了基于工作流程的管理模式，以产品数据管理为核心，构建项目的协同设计的平台。CAX软件分散独立的模式，造成了企业的软件投资过大，尤其是三维CAD软件、CAE软件的投入，对于希望提高企业核心竞争能力的企业而言无疑是巨大的投资，这种投资同时也意味着一种风险。为此，可以利用ActiveX控件，将这些软件生成的各种类型的文档在Web方式下可视化。这样就大大降低了软件投入，更为重要的是实现了统一平台下的知识互融。此外，为了实现设计面向制造的设计理念，必须将存在于企业中的显性知识：产品数据、试验数据、设计的案例、设计规范等进行系统的整合；同时为了充分发掘在企业工程师个体中的隐性知识，就必须采用智能的知识管理方式，将这些知识进行外在化，从而能够可视化，供所有的设计人员使用。面向设计的专家系统恰好是这一问题的解决方案，它在关键技术上提出了合理的解决方案，从而实现了这一构想，建立了基于知识管理的产品创新设计平台，并在电动车辆制动系统生产企业实施。

基于以上的规划设计思想，提出基于知识管理的产品创新设计平台的整体框架：采用基于Web的产品数据管理理念，将JSP与ActiveX控件技术相结合，在软件的用户界面UI层上，采用基于Web三层式的管理结构（B/S）结构，构建一种实现知识管理的平台，使之兼容传统的PDM的功能，集成企业的CAX软件，并在此基础上实现了企业创新设计的专家系统，具有重要的意义。基于项目的设计目标，提出了以下的业务模型，如图8-8所示。为充分保证系统在安全性、跨平台性、易扩展性、易维护性等方面的要求，建议将采用先进的基于JAVA平台的三层（Browser/Application Server/Database Server）应用体系结构，系统通过架构于B/S三层应用体系结构之上，并采用JSP、Servlet、EJB、XML等编程技术和面向对象程序设计技术，将复杂的业务处理逻辑、流程控制逻辑和数据存取逻辑通过Enterprise Java Beans组件来实现，并运行在应用服务器之上，实现业务逻辑的快速部署和灵活调整，并通过部署在应用服务器层的专用组件实现对数据库的存取访问，以充分保证数据库系统的安全可靠访问。

图8-8 系统业务模型图

我们采用多层架构的B/S结构。这是因为PDM的实施费用分为软件费用和硬件费用。软件模块的可配置性，不仅能够保证企业在最小的花费下解决最头疼的问题，而且可以根据企业的需求迅速地组织一个分布式结构的PDM系统，在软件升级时也会相对较为简单，这样可以有效地降低成本和保证软件的有效性。采用JAVA语言技术，基于J2EE技术的分布式计算技术进行系统架构设计和系统开发；采用Web Service技术；应用服务器采用JRUN或TOMCAT，使得系统能够具有良好的跨平台性能。同时，随着Web的概念的深入，这种技术也是国际上大型PDM软件的发展方向——采用Oracle数据库。考虑到企业的产品数据量大，事务处理复杂，需要大对象存储和全局检索，从性能和效率考虑，采用Oracle数据库；利用XML作为系统接口的数据交换标准，进行信息资源整合，采用组件技术提供系统的快速开发和更新。框架的基础服务构件化，支持业务层的基本服务。采用MVC模式，业务逻辑封装在业务层，客户请求都通过控制层的分发处理器来调用不同的服务来响应，安全检验或是其他过滤的功能可以动态调整，增强了系统的可扩展性和可维护性。

设计部门的知识资源主要是两类：一种是显性知识，主要是以一种外在的形式存在，主要有产品设计的数模、图形文件、设计说明、试验分析报告等；一种是隐性知识，主要存在于设计人员的大脑之中，体现为一种业务素质、设计时的直觉、设计经验等。这两种知识，前者需要进行系统的管理，才能有效地实现协同功效；后者需要深度发掘，才能成为企业能够共享的可视化的显性知识。从对创新设计的影响来看，知识可以分为两类：一类是支持核心业务的专业业务知识；另一类是支持创新设计的业务组织管理的知识。前者是企业进行创新设计的主体——工程技术人员进行创新设计的基础，因而希望能够实现有计划的，基于业务权限的共享。后者是企业进行创新设计的管理者——主任工程师或者项目主管迫切需要的支撑。因此，本文中提出的基于知识管理（KM）的产品创新设计平台的业务功能包括两部分：一是对企业知识资源的管理，包括显性知识的系统管理，隐性知识通过专家系统的知识库和案例库进行深度发掘；二是对企业的设计部门进行管理流程再造，使得项目的管理过程扁平化、可视化、协同化。因此平台具有的主要的业务功能有：

建立统一的电子资料库，实现企业级的产品数据共享，能够通过设置适当的权限，通过图文档管理和产品结构树管理，按产品设计的阶段划分文件夹，实现图档的分类管理和检索功能；能够方便快捷地利用图档属性、产品或零部组件节点属性查询各类产品数据；同时能够进行动态的增删改查功能，方便企业进行产品数据的扩充和维护。因而这一管理系统能够大大降低企业设计过程中进行纸质文档的查询中耗费的时间，同时减少分散在各个技术人员个人电脑中的文档，提高检索、借用的效率，降低产品数据流失的风险。这是传统的产品数据管理PDM软件系统的核心业务功能。图文档管理的核心是产品数据的管理，为了直观、方便地查看产品的构架及零合件在总成中的分布及位置，通常用数据树的方式来表示这种层次关系。产品结构树是工厂组织生产、生产准备的最基础数据。以前左制动器总成为例（图8-9），构建产品数据管理的数据结构。

图8-9 组成电动车辆压电能量回收系统的部分智能制动器件与数据参数树

为了使设计的产品得到用户的认可或者是法规的认可，设计部门设计的产品必须进行大量的试验。在电动车辆行业，尤其是涉及安全方面的产品，像制动系统的设计过程中，试验耗费了大量的资源。因此，设计过程中，应该能够尽可能地参照前期产品的试验结果，指导设计。同时，随着虚拟设计制造的模式在制造业企业的推广应用，采用试验分析的结果校核CAD。CAE的模型和结论是一个重要的验证过程。因此企业迫切希望能够采用统一的试验数据接口管理模式，将企业各个实验室的数据直接提供给设计人员。采用标准的试验数据接口，管理不同的试验数据，动态地生成试验报告，并自动提交到流程控制中，使得试验报告进入协同设计流程中。

以技术中心为整个企业设计资源管理的源头，按照项目方式对新产品设计进行组织管理。总师在平台上进行立项，并将该项目开发任务下达到主任师；主任师在接到总师的开发任务后将该“项目”细化分解，同时将每一子任务下发给工程师；每一工程师通过实时通信工具，在自己的本地机上登录系统，即可获得“任务列表”，能方便地看到自动显示出来的主任师分派给自己的项目任务。本系统中根据制动系统的创新设计的技术路线，分别分析了机械式制动器的设计、分析，以及ABS的开发设计的项目管理流程再造。图8-10所示即为企业进行创新设计和性能分析的业务流程。

图8-10 电动车辆压电能量回收系统项目管理的数据流图

通过工作流引擎，实现业务流程的可视化监控，它可以创建、执行、监督和控制工作流程，使得总师、主任师和工程师并行地协调工作。在设计的过程中，能实时查看协同工作人员的设计成果（结构部分能看到相关部分的设计成果信息），并方便地继承和利用系统中已管理的数据资源，实现真正意义上的“资源共享”和“协同工作”。总师和主任师可以在平台中实时监控项目进度，及时对相应部门做出工作调整。能提供和管理不同的用户及权限，即对不同访问对象做不同操作权限的限制，达到数据访问安全管理的目的。在本平台上主要提供三类不同的用户权限：总师、主任师、工程师。其中，工程师的权限最低，他直接进行产品的设计与分析；主任师除具有工程师的所有权限外，还负责每个工程师的任务分配与协调工作；总师的权限最高，除具有主任师和工程师的所有权限外，还要负责制定产品开发计划、召开技术会议、批准新品试制和实验任务等。平台提供了操作接口，可完全按照企业的真实组织结构建立相应的人员组织。系统管理员可以方便地增加、删除、更改用户权限及项目组人员。平台把产品作为系统中的管理对象，每个对象中都存放了产品整个生命周期中所有的相关数据（如设计任务书、方案可行性论证报告、说明书、设计模型、工艺文件、临时文件、更改单、产品图形信息、各类实验数据及实验报告等），所有这些数据在服务器上统一管理、存储、备份，确保产品数据的安全。同时，能够对图档的版本和版本更改信息进行管理与记录。实现产品图档更改电子流程管理，详细记录每种型号零部件和总装的变化历史，图档或产品节点发生更改后系统自动提示影响范围，以提醒技术人员被借用到其他产品上的该零件如何处理（是同步改动还是保留原样）。因此，对制造业企业来讲，上述功能的实现，实现了知识的整合，体现了协同设计的思想，设计面向制造的要求，这一平台充分地管理了公司的显性知识和进行创新设计的流程管理的知识。但是对于隐性知识的发掘和利用则需要借助于专家系统来实现。针对企业的需求，定制了能够进行CAD、UG、Pretel软件生成的文件在Web方式下的浏览的控件，实现了这三类软件生成的图形文件在Web方式下的浏览、缩放、旋转、移动、打印等功能。这些功能的实现不需要对文件类型进行转化，因而操作的效率高，用户友好程度高。系统运行的模式如图8-11和图8-12所示。

(www.daowen.com)

图8-11 二维图形文件集成功能示意图

如果能充分的发掘企业的隐性知识，同时能够借助于专家的知识作为创新设计的支撑，那么将大大地提高设计的能力。在创新设计过程中，专家的知识在专家系统中是原发性的知识，而设计人员既是知识的获取者和使用者，同时也是知识拥有者和创造者。为此，我们必须研究专家系统对知识的发掘过程，同时又要实现设计过程中知识的扩展和系统的自学习。对于一个以知识为管理为平台的创新设计系统而言，必须考虑到知识的转化，将隐性知识转化为显性知识，供设计人员应用；在这一设计实践过程中，又将获得新的隐性知识，此时系统必须尽可能地自动发掘这些隐性知识，将其进一步外在化，这样的螺旋循环过程，将逐渐提升企业的设计水平。知识的发掘和应用，通过知识库的构建和案例库的构建来实现。工程技术人员借助于知识库和案例库进行创新设计，获得成功的设计结果可以直接动态的生成案例，自动扩充专家系统的案例库。从而将蕴藏其中的隐性知识通过产生的产品数据文件和设计流程外在化。通过构建的底层知识管理的平台，我们能够实现企业现有的显性知识资源的管理，同时可以直接通过平台提供的查询、检索、浏览等实现知识的共享。借助知识库，案例库系统的整合专家知识；同时借助案例库自动获取设计工程人员的隐性知识。知识的发掘和应用的流程如图8-13所示。

图8-12 三维图形文件集成功能示意图

图8-13 知识的深度发掘和循环使用流程图

采用面向对象的方式构建知识库。知识库系统是由知识库、知识库管理机构、知识获取系统、人机交互接口等基本部分组成。知识表示、知识利用和知识获取是知识库系统实现的三大关键技术问题。知识库系统的逻辑框图如图8-14所示，可以看出，知识库系统的主要功能模块包括知识库的建立、知识的获取与更新，知识库的检索、查询与维护，以及知识的一致性、完整性检查等。

图8-14 知识库的逻辑结构图

通过专家系统的支撑，工程师可以完成某一项目的产品创新设计。在这一设计通过了试制、试验的验证并正式投产之后，案例库管理系统能够根据项目的编号，将所有与这一项目相关的设计图纸、文档等直接传送到案例库中，供以后的设计参照，从而实现知识的积累。案例库系统通过参数匹配的方式，在线再现设计分析过程，从而使得设计过程中的设计方式、设计过程等隐性知识外在化，给设计人员提供直接参照。图8-15所示是利用创新设计平台进行电动车辆压电制动器的开发示例。系统通过调用设计专家系统，得到制动器的总体设计形式与关键结构参数，通过调用UG完成初始设计。平台工作流程引擎将设计文档发送到性能分析专家系统。分析专家系统通过平台调用分析的命令流文件，经过参数匹配之后，生成需要分析的制动器的ANSYS命令流文件。然后，通过平台集成软件接口提交到ANSYS分析软件进行分析，得到制动器支架的应力和位移分析结果。专家系统调用ANSYS分析结果文件，将分析结果输入专家系统，调用校核规则校核，经过自推理得到分析的结论，并生成分析报表。

通过数据管理平台和专家系统，实现了设计面向制造的设计理念，将存在于企业中的显性知识、隐性知识，分别采用PDM和专家系统，进行了智能化的管理，充分实现知识的外在化、可视化，供所有的设计人员使用。这大大降低了软件投入，更为重要的是实现了统一平台下的知识互融。通过这些关键技术的研究和解决方案的实施，为企业基于Web的协同设计提出了系统的解决方案，并实现了这一构想，建立了基于知识管理的产品创新设计平台。目前开发的系统正在电动车辆制动系统生产企业实施。系统具有模块化的结构，因此能够方便地向其他电动车辆零部件制造业企业推广，具有良好的应用前景。

图8-15 电动车辆专家系统分析功能示例图

a）基于压电能量知识库的制动器ANSYS模型 b）电动车辆专家系统综合分析模块