電站鍋爐行業PLM的可定製知識管理軟體

     定製是一個知識驅動過程，因此知識和資訊是成功實現大規模定製的關鍵。針對電站鍋爐行業的知識管理現狀，結合可定製的 清軟英泰 PLM系統平臺，定製的研發了面向行業的知識管理構件，高效管理和利用電站鍋爐行業的知識資源，並能根據企業的不同需求定製相應知識管理系統構件模組。

 

電站鍋爐產品結構非常複雜，近年來安裝的機組以 300MW 、 600MW 為主，單臺產品的零部件種類可達 3 至 4 萬種，零部件數量可達 10 萬多個。電站鍋爐的產品研發和設計主要包括產品總體方案、部元件清單、三維模型及二維圖紙設計，以及根據現場佈置的要求進行吊裝結構、吊裝方式、鍋爐體積、煤粉型別等設計。完成產品設計後，還需要編制大量詳細的工藝檔案。

 

在電站鍋爐產品設計過程中，需要遵循大量的標準、規範、規程，會產生大量的圖形、文件，積累大量的經驗知識。在電站鍋爐產品的全生命週期中，產品資料及設計、工藝知識的管理對於資料、知識的正確、有效使用及複用十分重要。為此研究和開發了面向電站鍋爐行業 PLM 系統的可定製知識管理構件。

 

2.1 知識管理研究

2.1.1 知識管理

知識管理（ KM,Knowledge   Management ）的一般被定義為：在組織中構建一個人文與技術兼備的知識系統，讓組織中的資訊與知識，透過獲得、創造、分享、整合、記錄、存取、更新等過程，達到知識不斷創新的最終目的，並回饋到知識系統內，個人與組織的知識得以永不間斷的積累，從系統的角度進行思考這將成為組織的智慧資本，有助於企業做出正確的決策，以因應市場的變遷。在資訊時代，知識已經成為最主要的財富，知識是新時代的生產力，而合理高效的知識管理也將使企業和個人具有更強的競爭力。

 

知識可以分為兩大類：隱性知識和顯性知識。隱性知識是指高度個性化而且難於格式化的知識，主觀的理解、直覺和預感都屬於這一類，主要存於人腦中；顯性知識是指能用文字和數字表達出來，容易以硬資料的形式交流和共享，比如經過編輯整理程式的普遍原則的知識，主要存於文件中。

 

研究表明，企業中的最大部分知識（大約 42% ）是存在於員工頭腦中的隱性知識，

但是幾種不同種類（比如電子的和紙製的）的顯性知識總和卻又大於隱性知識。可見隱性知識和顯性知識在企業中的分佈是相對平衡的，所以兩種知識都必須得到相同的重視。

 

在一定的條件下，可以使隱性知識和顯性知識的實現相互轉換，如圖 2.1 所示。針對電站鍋爐企業的行業現狀，如何高效的管理這兩類知識，並促進其轉化，就是本章知識管理系統的主要內容。

 

圖 2.1 隱性知識與顯性知識的互相轉化

 

2.1.2 知識管理系統的指導思想

知識管理系統的設計思想主要存在著兩條主線：一是以符號推理為主要手段，透過產生式規則來表示知識，目前大多數的知識管理系統都採用產生式系統的結構方式來建立；這種方法需要規則庫的支援；二是基於機率統計的方法，根據捕獲的先驗知識和現有的統計資料，利用資訊科技和工具促進顯性知識和隱性知識之間的相互轉換。這種方式是經驗得以積累和複用的主要方式，但這種方法難以找到數學模型可以精確表示隱性知識。

 

本章研究的知識管理系統重點針對電站鍋爐行業，綜合採用了這兩種思想 , ，覆蓋從產品設計、工藝設計等過程的知識管理，包含知識獲取、知識整合、知識分享、知識更新與設計倉庫的互相作用，針對行業特點定製的設計相應構件模組，不同的構件模組可依據不同企業的需求狀況靈活選擇。

 

2.2 行業可定製知識管理構件設計概述

2.2.1 電站鍋爐知識管理構件定製需求分析

電站鍋爐生產企業的產品研發和設計主要包括產品總體方案設計、部元件清單設計、三維模型及二維圖紙設計，以及根據現場佈置的要求進行吊裝結構、吊裝方式、鍋爐體積、煤粉型別等的設計。它是一個知識與勞動力密集型的企業，在資訊化高速發展的現代社會，其知識管理現狀不容樂觀。

 

首先，由於電站鍋爐產品結構非常複雜，單臺產品的零部件種類達三至四萬種，零部件數量可達十萬多個，而且其建造過程涉及冶金、結構設計、機械加工、焊接、熱處理、無損檢測等專業技術門類，設計製造中的規範規程相當的多，依照傳統方式的人工管理模式，相當大部分的規範檔案被遺漏或是混亂放置。

 

其次，電站鍋爐一般可分為汽包、集箱、膜式水冷壁及蛇形管等四大塊，但各塊的生產過程缺少有效的指導和監控。企業積累的大量的焊接工藝知識和冷作工藝知識很難在不同專業組內充分共享和利用；又或者工藝規程可以複用到下一個工件中，但是由於缺少有效的指導和控制，需要下一個工件相關負責人員從新設計，從而浪費大量的人力資源。

 

再次，傳統報價方式中，主要依靠手工對歷史的產品成本資料進行統計，成本核算工作量大，不僅僅效率低，且統計彙總的準確性無法保證。電站鍋爐產品的材料成本所佔比例非常高，部分鋼材需要進口，因此材料的應用與管理將大大影響鍋爐產品的產品質量、製造成本與效率。

 

所以，電站鍋爐企業應針對企業自身狀況，透過對現有管理模式及裝置的改造，可定製的引入新的知識管理系統，有效地獲取、處理、分發、檢索及重複利用知識，從而提高工作效率、降低生產成本並增強企業競爭力。

 

2.2.2 可定製知識管理構件設計思路

針對電站鍋爐行業複雜的知識管理現狀，按照如下思路設計知識管理工具集：

1. 研究知識資源的管理模式、建模、分類管理；

2. 研究知識資源如何與更廣泛的製造資源的整合以及企業裡已有的其它製造資源的整合。

3. 擴充知識資源的管理屬性，引入與知識資源相關的決策知識屬性。

4. 支援個人知識積累，並逐步轉化為企業知識。

 

5. 建立行業知識資源庫，並促使其不斷更新和積累。

6. 根據各企業的不同需求實現模組的靈活可定製，並且實現不同的模組的可定製管理。

 

2.2.3 電站鍋爐知識管理構件功能設計

知識管理是指對知識的收集、分發和利用過程的管理 , 產品生命週期的知識管理是指對在產品生命週期各階段產生的知識進行管理整個系統功能包括四個部分，即知識獲取、知識整合、知識共享和知識更新，如圖 2.2 所示。

 

圖 2.2 知識管理系統構建的功能層次

 

1. 知識獲取

知識的獲取是一個發現與積累的過程，電站鍋爐企業中主要存在如圖 2.3 所示的幾類知識：本課題的知識管理構件的研究主要針對流程知識、組織記憶以及知識資產，透過企業各部門知識點的發現和收集，發掘各部門內部資料，探訪相關工作人員並記錄在案等方式，最大程度的實現知識獲取。

 

2. 知識整合

針對電站行業特點，可定製的管理行業相關知識：主要包括流程知識，組織記憶、產品和服務知識等，並能和其他管理系統相互共享。

 

電站鍋爐行業在發展過程中，逐步積累了各種知識，內容和形式多種多樣。根據知識的使用方式，分為三類：

圖 2.3 電站鍋爐企業中的知識節點

 

1) 直接獲取型知識：使用者可以直接查詢使用，不進行任何處理的資料。例如工毛坯種類、材料牌號、材焊接工藝基本術語、焊接材料、焊接工藝引數等內容。這些資料多來自行（企）業使用的各有關的國家標準部頒及廠標標準，多以手冊的形式存放。

 

2) 決策型知識：需要透過決策實現的，比如基於一定的規則，透過查詢、判斷、歸納等方式間接得到的知識。

 

3) 計算型知識：必須要透過計算得到，例如：材料計算、工時計算等。針對不同型別的知識，採取不同的整合方式。如直接獲取型的知識，以文件或者庫的形式直接儲存，在需要時可以調出來使用；對於決策型的，就需要設計相應的規則；而計算型的，就需要結合公式和資料庫了。

 

3. 知識共享

在面向電站鍋爐行業的知識管理模組中，有以下有幾種層次的共享：

（ 1 ）與企業內部其他通用管理軟體的共享，如 ERP 。

（ 2 ）在已有的知識管理平臺的共享，及平臺內的分享。

（ 3 ）與外部資訊的共享，還涉及一定的許可權操作和保密。

 

4. 知識更新

（ 1 ）不同許可權的使用者有不同程度的修改許可權，在保護已有的知識資源的基礎上，實現新鮮知識資源的合理補充。

（ 2 ）內部設立交流的平臺，讓企業員工在交流中得到創新的知識火花。

（ 3 ）行業的可定製庫可以進一步擴充套件內容，企業對於電站鍋爐行業持續不斷地積累知識。

 

2.2.4 可定製知識管理構件的基本架構

面對電站鍋爐行業嚴格的設計要求，和現行知識資源利用、管理不良的現狀，建立輔助的可定製的應用構件、企業構件對於固化設計資源、最佳化企業設計、提高知識資源管理質量和效率有重大意義。

 

在對電站鍋爐行業的知識管理現狀進行分析後，決定建立以下幾個管理模組：規範管理、成本管理、焊接工藝庫、典型工藝庫、特徵工藝庫，其中前兩個模組的指導思想是以符號推理為主要手段，透過產生式規則來表示知識。後三個，則既包含符號推理，也包含機率統計的方法，捕獲的先驗知識和現有的統計資料，從而更好的實現對已有知識經驗的累積複用。各模組都可以根據企業的自身情況定製的選擇是否啟用，各模組內部的不同板塊也同樣可以根據需求定製選擇。

 

整個構件基於可定製 PLM 系統上建立，其中支撐層為作業系統、計算機網路等。平臺層包括系統建模、編碼管理、系統關聯、資料檢索、訊息與通知、二次開發等。應用層即為電站鍋爐行業專業可定製的構件模組。整體的功能架構如圖 2.4 所示。

 

應用層在基礎模組層的支撐下，封裝業務邏輯，是為客戶提供針對性解決方案的基礎，主要功能有產品結構管理、文件管理、分類管理、工作流及過程管理、專案管理、整合開發工具等核心模組等。在這些功能的支撐下，研發了面向電站鍋爐行業知識管理可定製構件。

  圖 2.4 電站行業知識管理構件的基本架構

 

2.3 電站鍋爐知識管理構件的具體模組

針對電站鍋爐行業知識資源現狀，結合電站鍋爐企業的需求分析，為電站鍋爐企業量身定製如下幾個可定製的構件模組，每個模組可以在知識管理系統構件中定製選擇是否需要，並且每個構件模組自身也可以定製的選擇。

 

2.3.1 行業規範管理

規範管理模組是針對鍋爐設計和生產的所需的大量規範檔案進行高效有序的管理，以確保最後的鍋爐產品符合相應標準。管理的形式以文件為主，主要包含兩大類規範： ASME 規範和鍋爐設計規範，如圖 2.5 所示。 ASME 規範主要涉及到材料要求、設計要求、製造要求、檢驗要求、水壓測試等產品整個生命週期。鍋爐設計規範包含鍋爐標準和規範知識，如工業蒸汽鍋爐引數系列、水管鍋爐受壓元件強度計算等。

 

圖 2.5 行業規範管理

 

1.ASME 規範

目前，國際上對鍋爐產品的質量認證，都基於 ASME 規範認證，只有透過 ASME 認證的製造企業，其生產的鍋爐才被其它國家認可，因此，企業的產品的生命週期管理都依賴規範保障。 ASME 規範主要涉及到材料要求、設計要求、製造要求、檢驗要求、無損探傷、水壓測試等產品整個生命週期。本模組將對 ASME 規範文件進行管理，方便產品參與人員對規範的瞭解，強化相應的安全生產及產品質量意識。

 

2. 鍋爐設計規範

鍋爐標準和規範知識，如工業蒸汽鍋爐引數系列、水管鍋爐受壓元件強度計算、鍋爐製圖、電站鍋爐產品型號編制方法、鍋爐構架抗震設計標準、鍋爐角焊縫強度計算方法、鍋爐吊杆強度計算方法、鍋爐鋼構架設計導則、大型煤粉鍋爐膛及燃燒器效能設計規範等用於電站鍋爐領域的整套的技術標準和安全監察規範。

 

2.3.2 工藝資源管理

主要管理電站鍋爐生產中經常需要使用的工藝資源，在工藝設計階段起輔助和參考作用，能夠提供常用的工藝方法，查詢到標準部件等。主要包含焊接材料庫，焊接方法庫，冷作常用工藝術語庫，行業標準件庫及常用工裝庫。

 

1. 焊接工藝庫

電站鍋爐製造中大量涉及焊接工藝，主要分為四大類：膜式水冷壁焊接，蛇形管焊接，集箱焊接及汽包焊。將焊接的工藝特徵定義為工藝引數，利用工藝引數的變化，自動解釋工藝流程，生成相應的焊接工藝檔案。不僅能方便地編制焊接工藝，對焊接技術資料進行管理，還能夠對焊材和焊接裝置進行管理，對焊縫長度、剖口形式、焊材、焊接工時、焊接裝置等資訊進行統計彙總，焊縫的檢測資料也可以在系統中進行管理。

 

2. 焊接材料庫

內設大量焊接材料資源，資料來源於焊接材料手冊、金屬焊接材料手冊等，為直接獲取型知識庫，供工藝設計人員查詢和選填。表述焊接材料的牌號、規格、效能、各類焊接方法的適用性。手冊資料的表現形式為文字、圖表、二維表等。

 

3. 焊接方法庫

內設大量焊接方法資源，資料來源於焊接手冊、焊接工藝手冊、焊接工程師手冊、焊接技術手冊、焊工手冊等相關手冊，涉及焊接工藝、焊接方法和技術、焊接結構、焊接裝置等資源，為直接獲取型知識庫。可供工藝設計人員查詢和選填相關工藝知識、工作規範、行業標準，按預定規則進行計算判斷，形成工藝卡片。

 

4. 冷作常用工藝術語庫

冷作常用工藝術語庫同樣為直接獲取型工藝知識庫，包括：工序名稱庫、工序內容庫、加工餘量庫、切削用量庫、餘量庫、經濟加工精度、工藝基本術語、標準件庫等。庫中資料來自企業工藝設計手冊中有關的國家標準部頒及廠標標準資料，表現形式為文字、圖形、圖表、二維表等。企業手冊清單包括：

 

（ 1 ）機加工藝：機械工藝設計手冊、數控程式設計手冊、鋁合金加工手冊；

（ 2 ）熱處理工藝：熱處理手冊；

（ 3 ）衝壓工藝。

 

5. 行業標準件庫

定製的建立起電站鍋爐企業豐富的行業標準件庫，設計人員可以方便地在庫中選擇所需要的標準件，實現設計資訊複用。行業標準件庫可以進行多角度、多層次的組織，以方便查詢和管理。

 

6. 常用工裝庫

焊接工裝的形式多種多樣，可按其功能、適用範圍或動力源等進行分類，以適應品種繁多、工藝性複雜、形狀尺寸各異的焊接結構生產的需要。資源管理器中：焊接夾具、焊接輔助裝置或裝置、專用工裝、通用工裝、半通用工裝、組合式工裝、手動工裝、氣動工裝、液動工裝、電磁工裝、電動機工裝等相關資料有序存放，供工藝設計人員查詢和選用。

 

7. 三維工藝裝備管理

在三維裝配過程中，工藝裝備是用來輔助完成裝配活動的。使用者可以將工具、量具、常用的工裝、使用頻度較高的三維模型定義到資料庫中，即建立工藝裝備庫，在三維工藝裝配模擬過程定義時調出來輔助裝配。

 

2.3.3 典型工藝管理

典型工藝管理針對電站鍋爐行業的典型部件 ( 如集箱、彎管等 ) ，依據相應的設計規範，融合已有的設計經驗，智慧地設計可複用的典型工藝流程。對某些典型零部件，在工藝設計時只需找到相應的典型工藝，經過簡單修改就能快速完成一份新工藝的設計任務。典型工藝管理的基本過程包括典型過程卡、典型工序卡。系統提供典型工藝管理功能，建立典型工藝庫。典型工藝可以按照零件分類規則進行各種分類管理，方便地按零件類別、零件名稱、零件編碼等特徵來檢索標準工藝。

 

典型工藝庫設計和實現的基本活動是透過收集電站鍋爐典型零部件的生產加工工藝經驗，並進行合理的整理、總結與歸納，設定相應的工藝變數引數，形成標準的工藝流程，從而使工藝經驗以知識的形式留存於系統中，並不斷的實現複用和改進。

 

2.3.4 特徵工藝管理

特徵工藝管理針對電站鍋爐行業中的工藝設計人員將常用零部件上的特徵加工方法記錄下來，形成特徵工藝知識庫。工藝設計人員在編制需要加工的零部件工藝時，不必翻閱工藝手冊或者查閱以前的工藝卡片，直接從特徵工藝庫調出相應的特徵，輸入零部件引數，就可以直接形成所對應的工藝內容。

 

例如，工藝設計人員在編制某個需要加工齒形的零部件工藝的時候，在具體編制齒形加工方法時可以不必翻閱工藝手冊或者查閱以前的工藝卡片，直接從在特徵工藝庫中輸入齒數、模數等齒輪引數，就可以直接形成所對應的工步內容。特徵工藝庫是開放的資料庫，企業的工藝設計人員可以根據所在分廠或車間的加工能力、裝置情況，維護自己常用的各種工藝特徵的加工方法。 清軟英泰網站：