航天产品失效分析知识库的构建与应用

◎航天材料及工艺研究所 童兆莉 张东

航天型号产品研制中，任何一个环节、元器件的失效都有可能导致整个型号的失败。当航天产品上的元器件发生失效后，必须对其进行失效分析，以便快速、准确地找出导致产品或工艺不可靠的根本原因，为产品设计、制造和使用等提供改进及预防的依据，从而提高产品的质量可靠性。

为此，笔者通过应用知识分类、关联度分析、知识挖掘等技术，利用信息化手段，尝试构建了航天产品失效分析知识库，以期提高知识资源的利用率，更好地为航天技术人员服务。

航天产品失效分析知识服务是指将各种类型航天产品失效分析工作的流程、过程文档、报告、表格、操作技能、工作感悟等显性或隐性的知识资源，按照技术人员的需要有针对性地进行收集、整理、加工和提炼，用以协助和引导技术人员解决产品失效分析工作的过程。航天产品失效分析知识服务因其工作内容的保密性，与传统意义上的知识服务存在一定的差异，它不能以互联网信息搜索查询为基础，而是以航天企业内部失效分析知识库为基础，为内部技术人员提供服务。

在航天产品失效分析知识服务中，知识库作为失效分析知识资源的存储和管理中心，是提供知识服务的基础，具有非常重要的作用。航天产品失效分析知识库是航天企业内部依据开放存取理念形成的新型知识学习与交流模式，主要收录相关科研成果、内部资料以及相关的网络资源等，并对其进行整理、组织以实现内部开放存取、永久保存、交流、学习与共享，为失效分析知识服务提供支撑。

一、知识库的构建

航天产品失效分析知识服务是以人机对话的方式，通过知识模型的推理机制对问题进行识别和模型化，利用知识库中的事实与规则进行综合分析后，提出某件失效产品的失效分析解决方案。

1.知识模型分类

航天产品失效分析知识层次模型是依据层次理论，根据技术人员对知识的需求形成的，它将技术人员从事的失效分析工作及其事业发展上所需要的知识进行细分，目的是提高失效分析工作过程中知识服务的可行性、可靠性与易操作性，并满足技术人员职业发展和失效分析工作的需要。

技术人员对失效分析知识的需求具有差异性。因此，在设计航天产品失效分析知识模型时，可以按照技术人员对失效分析知识需求的特性，运用知识层次理论，将航天产品失效分析知识分为基础、技能、经验和创新4个层次。

基础知识属于航天产品失效分析知识体系中最底层的知识，起着基础性作用，是技术人员为了能从事航天产品失效分析工作而必须学习的知识体系。技能知识是航天产品失效分析知识资源中具有专业性、强迫性和选择性等特点的知识，是技术人员为了更好地完成失效分析某一阶段工作需要掌握的知识。经验知识是基于技能知识基础上的，技术人员通过完成失效分析任务而积累下来的操作技能、注意事项等工作经验，对该类知识的共享和学习，有利于提高失效分析工作效率和质量。最高层次的知识体系是创新知识，主要是开展失效分析工作相关的最新技术或操作知识，可以满足技术人员的创新需求和个人能力的进一步提升。

2.知识库架构设计

为了便于对知识库的管理和有效利用，依据航天产品失效分析知识层次，将知识库划分为基础知识、技能知识、经验知识和创新知识四大类型。每类知识库依据其知识的特性分别设立数量不等的知识子库，如基础知识库包括基本理论库、标准规范库、产品资源库等。

3.知识库构建过程

一是模型库的构建。为了让知识库发挥其功能，在知识库的基础上构建了模型库及模型库系统，通过模型库中的数据模型实现对用户知识服务需求的分析、知识的学习以及知识的分类与更新。模型库系统由模型库、模型管理系统和模型字典构成，其结构如图1所示。

图1 模型库子系统的结构

二是知识库的构建。在失效分析工作过程中，技术人员遇到很多半结构化或非结构化的复杂问题，因此为了有效地向技术人员提供失效分析知识服务，提供准确、快捷的失效分析解决方案，在构建知识库的过程中需要收集技术人员所需的知识资源。

失效分析知识库是一个能够存储各种知识，并能依据数据模型将各种知识进行组合形成新知识的智能库。知识库的构建过程如图2所示。

二、知识库的应用

航天产品失效分析知识库构建的目的是为了提高对产品失效分析知识资源的利用率，有利于航天企业产品失效分析工作的准确性和高效性，提高技术人员的业务能力。为了有效提高航天产品失效分析知识库的知识服务能力，将整个知识服务过程分为获取技术人员知识服务需求、推送航天产品失效分析知识服务、更新航天产品失效分析知识库3个阶段。

1.获取服务需求

航天产品失效分析知识服务可利用数据挖掘和统计分析的方法，准确获取失效分析技术人员的知识需求。运用数据挖掘方法获取失效分析技术人员知识需求的方式有统计分析和点击率分析2种。

统计分析方式采用将Web网页浏览分析工具嵌入到知识服务系统的方法，收集技术人员访问页面的频率、停留时间、访问路径等数据信息，通过统计分析判断该技术人员对某一类失效分析知识资源的关注程度，进而判断其知识服务需求。

点击率分析方式采用通过在知识服务系统插入点击率收集工具的方法，获取技术人员查看各类知识资源的频率，以此判断该技术人员比较关注的知识资源，进而判断其知识服务需求。

2.推送知识服务

为了提高知识服务的效率，为技术人员提供更多满足其需求的知识资源，航天产品失效分析知识服务系统通过关联、分类和聚类3种推送方式主动向技术人员推送知识服务。

关联推送。在不同的知识资源之间设置关联规则，量化各类知识资源之间的关联度。在推送知识服务过程中利用关联规则进行分析，预先设置知识资源之间的关联度，当技术人员选取某一类知识资源时，系统主动向该技术人员推送关联度较大的其它知识。

图2 知识库构建过程图

分类推送。在知识服务过程中，系统通过对技术人员已获取的知识资源进行分析后，主动向该技术人员推送已获取知识资源分类中的其它知识。

聚类推送。将知识库中的知识资源集合分为由类似的知识资源组成的知识聚类，当技术人员选取某一聚类中的知识资源时，系统主动向该技术人员推送该聚类中的其它知识。

3.知识库更新

航天产品失效分析知识库随着失效分析工作和失效分析知识服务工作的开展而不断更新，具体的更新模式包括智能代理和人工手动更新。

智能代理更新是指在知识库中通过构建知识模型，设置代理机制，由知识库系统根据航天产品失效分析工作任务形成解决方案，自动梳理并加工形成产品失效分析知识资源，同时按照知识模型整理形成知识元并存储于知识库中，从而实现知识库的智能更新。

人工手动更新是指，知识服务管理办公室工作人员将航天产品的失效分析报告按照整理的知识模型进行加工处理，形成知识元表格，再通过人工交互界面导入到知识库中，实现知识库的更新。

三、知识库的推广策略

为了让技术人员积极参与航天产品失效分析知识库的构建，提高知识资源利用率，可以采用优化知识服务模式、加大宣传、引入培训机制和制定规范化制度等策略来推广知识库的使用。

优化知识服务模式是在知识库构建和知识服务推送过程中，以用户需求为主导构建知识库操作使用指南，在线实时解答技术人员问题，便于用户自主搜索所需知识，提升应答效率和准确率，吸引更多人员使用知识库。

加大成果推广宣传力度是指通过开展知识竞答、宣传海报、成果展示、讲座等方式对知识库进行宣传，使用户充分了解失效分析知识库对工作的积极作用，进而引导用户积极参与知识库的构建和使用。

构建培训机制是指制定航天产品失效分析知识库的知识服务培训计划，通过现场、网络培训等方式帮助用户了解并掌握知识库使用的方法和技巧。

制定规范制度体系是指对知识库的使用进行规范。通过制定知识库运行管理制度、使用规范、奖惩机制、考核制度等，对全员参与知识库建设与使用活动进行规范，将知识库建设、运行、使用作为一项日常工作。

航天产品失效分析知识库的建设，在一定程度上提高了失效分析知识资源的利用，促进了航天企业知识的创新，推动了失效分析工作的信息化发展，进而有利于推动航天事业的发展。同时，通过航天产品失效分析知识库提供知识服务，有利于企业技术人员知识水平和专业技能水平的提高，以及失效分析工作的顺利开展。当前，航天产品失效分析知识库是依托航天企业知识管理系统构建的，其知识来源主要集中在知识管理平台中的数据和企业开展失效分析工作所积累的内部知识，在知识的数量和覆盖面上依旧存在一定的局限性，无法及时获取航天企业外部的知识资源，知识资源在时效性上存在一定的滞后。