电站锅炉行业PLM的可定制知识管理软件

     定制是一个知识驱动过程，因此知识和信息是成功实现大规模定制的关键。针对电站锅炉行业的知识管理现状，结合可定制的 清软英泰 PLM系统平台，定制的研发了面向行业的知识管理构件，高效管理和利用电站锅炉行业的知识资源，并能根据企业的不同需求定制相应知识管理系统构件模块。

 

电站锅炉产品结构非常复杂，近年来安装的机组以 300MW 、 600MW 为主，单台产品的零部件种类可达 3 至 4 万种，零部件数量可达 10 万多个。电站锅炉的产品研发和设计主要包括产品总体方案、部组件清单、三维模型及二维图纸设计，以及根据现场布置的要求进行吊装结构、吊装方式、锅炉体积、煤粉类型等设计。完成产品设计后，还需要编制大量详细的工艺文件。

 

在电站锅炉产品设计过程中，需要遵循大量的标准、规范、规程，会产生大量的图形、文档，积累大量的经验知识。在电站锅炉产品的全生命周期中，产品数据及设计、工艺知识的管理对于数据、知识的正确、有效使用及复用十分重要。为此研究和开发了面向电站锅炉行业 PLM 系统的可定制知识管理构件。

 

2.1 知识管理研究

2.1.1 知识管理

知识管理（ KM,Knowledge   Management ）的一般被定义为：在组织中构建一个人文与技术兼备的知识系统，让组织中的信息与知识，透过获得、创造、分享、整合、记录、存取、更新等过程，达到知识不断创新的最终目的，并回馈到知识系统内，个人与组织的知识得以永不间断的积累，从系统的角度进行思考这将成为组织的智慧资本，有助于企业做出正确的决策，以因应市场的变迁。在信息时代，知识已经成为最主要的财富，知识是新时代的生产力，而合理高效的知识管理也将使企业和个人具有更强的竞争力。

 

知识可以分为两大类：隐性知识和显性知识。隐性知识是指高度个性化而且难于格式化的知识，主观的理解、直觉和预感都属于这一类，主要存于人脑中；显性知识是指能用文字和数字表达出来，容易以硬数据的形式交流和共享，比如经过编辑整理程序的普遍原则的知识，主要存于文档中。

 

研究表明，企业中的最大部分知识（大约 42% ）是存在于员工头脑中的隐性知识，

但是几种不同种类（比如电子的和纸制的）的显性知识总和却又大于隐性知识。可见隐性知识和显性知识在企业中的分布是相对平衡的，所以两种知识都必须得到相同的重视。

 

在一定的条件下，可以使隐性知识和显性知识的实现相互转换，如图 2.1 所示。针对电站锅炉企业的行业现状，如何高效的管理这两类知识，并促进其转化，就是本章知识管理系统的主要内容。

 

图 2.1 隐性知识与显性知识的互相转化

 

2.1.2 知识管理系统的指导思想

知识管理系统的设计思想主要存在着两条主线：一是以符号推理为主要手段，通过产生式规则来表示知识，目前大多数的知识管理系统都采用产生式系统的结构方式来建立；这种方法需要规则库的支持；二是基于概率统计的方法，根据捕获的先验知识和现有的统计数据，利用信息技术和工具促进显性知识和隐性知识之间的相互转换。这种方式是经验得以积累和复用的主要方式，但这种方法难以找到数学模型可以精确表示隐性知识。

 

本章研究的知识管理系统重点针对电站锅炉行业，综合采用了这两种思想 , ，覆盖从产品设计、工艺设计等过程的知识管理，包含知识获取、知识整合、知识分享、知识更新与设计仓库的互相作用，针对行业特点定制的设计相应构件模块，不同的构件模块可依据不同企业的需求状况灵活选择。

 

2.2 行业可定制知识管理构件设计概述

2.2.1 电站锅炉知识管理构件定制需求分析

电站锅炉生产企业的产品研发和设计主要包括产品总体方案设计、部组件清单设计、三维模型及二维图纸设计，以及根据现场布置的要求进行吊装结构、吊装方式、锅炉体积、煤粉类型等的设计。它是一个知识与劳动力密集型的企业，在信息化高速发展的现代社会，其知识管理现状不容乐观。

 

首先，由于电站锅炉产品结构非常复杂，单台产品的零部件种类达三至四万种，零部件数量可达十万多个，而且其建造过程涉及冶金、结构设计、机械加工、焊接、热处理、无损检测等专业技术门类，设计制造中的规范规程相当的多，依照传统方式的人工管理模式，相当大部分的规范文件被遗漏或是混乱放置。

 

其次，电站锅炉一般可分为汽包、集箱、膜式水冷壁及蛇形管等四大块，但各块的生产过程缺少有效的指导和监控。企业积累的大量的焊接工艺知识和冷作工艺知识很难在不同专业组内充分共享和利用；又或者工艺规程可以复用到下一个工件中，但是由于缺少有效的指导和控制，需要下一个工件相关负责人员从新设计，从而浪费大量的人力资源。

 

再次，传统报价方式中，主要依靠手工对历史的产品成本数据进行统计，成本核算工作量大，不仅仅效率低，且统计汇总的准确性无法保证。电站锅炉产品的材料成本所占比例非常高，部分钢材需要进口，因此材料的应用与管理将大大影响锅炉产品的产品质量、制造成本与效率。

 

所以，电站锅炉企业应针对企业自身状况，通过对现有管理模式及设备的改造，可定制的引入新的知识管理系统，有效地获取、处理、分发、检索及重复利用知识，从而提高工作效率、降低生产成本并增强企业竞争力。

 

2.2.2 可定制知识管理构件设计思路

针对电站锅炉行业复杂的知识管理现状，按照如下思路设计知识管理工具集：

1. 研究知识资源的管理模式、建模、分类管理；

2. 研究知识资源如何与更广泛的制造资源的集成以及企业里已有的其它制造资源的集成。

3. 拓展知识资源的管理属性，引入与知识资源相关的决策知识属性。

4. 支持个人知识积累，并逐步转化为企业知识。

 

5. 建立行业知识资源库，并促使其不断更新和积累。

6. 根据各企业的不同需求实现模块的灵活可定制，并且实现不同的模块的可定制管理。

 

2.2.3 电站锅炉知识管理构件功能设计

知识管理是指对知识的收集、分发和利用过程的管理 , 产品生命周期的知识管理是指对在产品生命周期各阶段产生的知识进行管理整个系统功能包括四个部分，即知识获取、知识整合、知识共享和知识更新，如图 2.2 所示。

 

图 2.2 知识管理系统构建的功能层次

 

1. 知识获取

知识的获取是一个发现与积累的过程，电站锅炉企业中主要存在如图 2.3 所示的几类知识：本课题的知识管理构件的研究主要针对流程知识、组织记忆以及知识资产，通过企业各部门知识点的发现和收集，发掘各部门内部资料，探访相关工作人员并记录在案等方式，最大程度的实现知识获取。

 

2. 知识整合

针对电站行业特点，可定制的管理行业相关知识：主要包括流程知识，组织记忆、产品和服务知识等，并能和其他管理系统相互共享。

 

电站锅炉行业在发展过程中，逐步积累了各种知识，内容和形式多种多样。根据知识的使用方式，分为三类：

图 2.3 电站锅炉企业中的知识节点

 

1) 直接获取型知识：用户可以直接查询使用，不进行任何处理的数据。例如工毛坯种类、材料牌号、材焊接工艺基本术语、焊接材料、焊接工艺参数等内容。这些数据多来自行（企）业使用的各有关的国家标准部颁及厂标标准，多以手册的形式存放。

 

2) 决策型知识：需要通过决策实现的，比如基于一定的规则，通过查询、判断、归纳等方式间接得到的知识。

 

3) 计算型知识：必须要通过计算得到，例如：材料计算、工时计算等。针对不同类型的知识，采取不同的整合方式。如直接获取型的知识，以文档或者库的形式直接存储，在需要时可以调出来使用；对于决策型的，就需要设计相应的规则；而计算型的，就需要结合公式和数据库了。

 

3. 知识共享

在面向电站锅炉行业的知识管理模块中，有以下有几种层次的共享：

（ 1 ）与企业内部其他通用管理软件的共享，如 ERP 。

（ 2 ）在已有的知识管理平台的共享，及平台内的分享。

（ 3 ）与外部信息的共享，还涉及一定的权限操作和保密。

 

4. 知识更新

（ 1 ）不同权限的用户有不同程度的修改权限，在保护已有的知识资源的基础上，实现新鲜知识资源的合理补充。

（ 2 ）内部设立交流的平台，让企业员工在交流中得到创新的知识火花。

（ 3 ）行业的可定制库可以进一步扩展内容，企业对于电站锅炉行业持续不断地积累知识。

 

2.2.4 可定制知识管理构件的基本架构

面对电站锅炉行业严格的设计要求，和现行知识资源利用、管理不良的现状，建立辅助的可定制的应用构件、企业构件对于固化设计资源、优化企业设计、提高知识资源管理质量和效率有重大意义。

 

在对电站锅炉行业的知识管理现状进行分析后，决定建立以下几个管理模块：规范管理、成本管理、焊接工艺库、典型工艺库、特征工艺库，其中前两个模块的指导思想是以符号推理为主要手段，通过产生式规则来表示知识。后三个，则既包含符号推理，也包含概率统计的方法，捕获的先验知识和现有的统计数据，从而更好的实现对已有知识经验的累积复用。各模块都可以根据企业的自身情况定制的选择是否启用，各模块内部的不同板块也同样可以根据需求定制选择。

 

整个构件基于可定制 PLM 系统上建立，其中支撑层为操作系统、计算机网络等。平台层包括系统建模、编码管理、系统关联、数据检索、消息与通知、二次开发等。应用层即为电站锅炉行业专业可定制的构件模块。整体的功能架构如图 2.4 所示。

 

应用层在基础模块层的支撑下，封装业务逻辑，是为客户提供针对性解决方案的基础，主要功能有产品结构管理、文档管理、分类管理、工作流及过程管理、项目管理、集成开发工具等核心模块等。在这些功能的支撑下，研发了面向电站锅炉行业知识管理可定制构件。

  图 2.4 电站行业知识管理构件的基本架构

 

2.3 电站锅炉知识管理构件的具体模块

针对电站锅炉行业知识资源现状，结合电站锅炉企业的需求分析，为电站锅炉企业量身定制如下几个可定制的构件模块，每个模块可以在知识管理系统构件中定制选择是否需要，并且每个构件模块自身也可以定制的选择。

 

2.3.1 行业规范管理

规范管理模块是针对锅炉设计和生产的所需的大量规范文件进行高效有序的管理，以确保最后的锅炉产品符合相应标准。管理的形式以文档为主，主要包含两大类规范： ASME 规范和锅炉设计规范，如图 2.5 所示。 ASME 规范主要涉及到材料要求、设计要求、制造要求、检验要求、水压测试等产品整个生命周期。锅炉设计规范包含锅炉标准和规范知识，如工业蒸汽锅炉参数系列、水管锅炉受压元件强度计算等。

 

图 2.5 行业规范管理

 

1.ASME 规范

目前，国际上对锅炉产品的质量认证，都基于 ASME 规范认证，只有通过 ASME 认证的制造企业，其生产的锅炉才被其它国家认可，因此，企业的产品的生命周期管理都依赖规范保障。 ASME 规范主要涉及到材料要求、设计要求、制造要求、检验要求、无损探伤、水压测试等产品整个生命周期。本模块将对 ASME 规范文档进行管理，方便产品参与人员对规范的了解，强化相应的安全生产及产品质量意识。

 

2. 锅炉设计规范

锅炉标准和规范知识，如工业蒸汽锅炉参数系列、水管锅炉受压元件强度计算、锅炉制图、电站锅炉产品型号编制方法、锅炉构架抗震设计标准、锅炉角焊缝强度计算方法、锅炉吊杆强度计算方法、锅炉钢构架设计导则、大型煤粉锅炉膛及燃烧器性能设计规范等用于电站锅炉领域的整套的技术标准和安全监察规范。

 

2.3.2 工艺资源管理

主要管理电站锅炉生产中经常需要使用的工艺资源，在工艺设计阶段起辅助和参考作用，能够提供常用的工艺方法，查找到标准部件等。主要包含焊接材料库，焊接方法库，冷作常用工艺术语库，行业标准件库及常用工装库。

 

1. 焊接工艺库

电站锅炉制造中大量涉及焊接工艺，主要分为四大类：膜式水冷壁焊接，蛇形管焊接，集箱焊接及汽包焊。将焊接的工艺特征定义为工艺参数，利用工艺参数的变化，自动解释工艺流程，生成相应的焊接工艺文件。不仅能方便地编制焊接工艺，对焊接技术资料进行管理，还能够对焊材和焊接设备进行管理，对焊缝长度、剖口形式、焊材、焊接工时、焊接设备等信息进行统计汇总，焊缝的检测数据也可以在系统中进行管理。

 

2. 焊接材料库

内设大量焊接材料资源，数据来源于焊接材料手册、金属焊接材料手册等，为直接获取型知识库，供工艺设计人员查找和选填。表述焊接材料的牌号、规格、性能、各类焊接方法的适用性。手册数据的表现形式为文字、图表、二维表等。

 

3. 焊接方法库

内设大量焊接方法资源，数据来源于焊接手册、焊接工艺手册、焊接工程师手册、焊接技术手册、焊工手册等相关手册，涉及焊接工艺、焊接方法和技术、焊接结构、焊接设备等资源，为直接获取型知识库。可供工艺设计人员查找和选填相关工艺知识、工作规范、行业标准，按预定规则进行计算判断，形成工艺卡片。

 

4. 冷作常用工艺术语库

冷作常用工艺术语库同样为直接获取型工艺知识库，包括：工序名称库、工序内容库、加工余量库、切削用量库、余量库、经济加工精度、工艺基本术语、标准件库等。库中数据来自企业工艺设计手册中有关的国家标准部颁及厂标标准数据，表现形式为文字、图形、图表、二维表等。企业手册清单包括：

 

（ 1 ）机加工艺：机械工艺设计手册、数控编程手册、铝合金加工手册；

（ 2 ）热处理工艺：热处理手册；

（ 3 ）冲压工艺。

 

5. 行业标准件库

定制的建立起电站锅炉企业丰富的行业标准件库，设计人员可以方便地在库中选择所需要的标准件，实现设计信息复用。行业标准件库可以进行多角度、多层次的组织，以方便查询和管理。

 

6. 常用工装库

焊接工装的形式多种多样，可按其功能、适用范围或动力源等进行分类，以适应品种繁多、工艺性复杂、形状尺寸各异的焊接结构生产的需要。资源管理器中：焊接夹具、焊接辅助装置或设备、专用工装、通用工装、半通用工装、组合式工装、手动工装、气动工装、液动工装、电磁工装、电动机工装等相关数据有序存放，供工艺设计人员查询和选用。

 

7. 三维工艺装备管理

在三维装配过程中，工艺装备是用来辅助完成装配活动的。用户可以将工具、量具、常用的工装、使用频度较高的三维模型定义到数据库中，即建立工艺装备库，在三维工艺装配仿真过程定义时调出来辅助装配。

 

2.3.3 典型工艺管理

典型工艺管理针对电站锅炉行业的典型部件 ( 如集箱、弯管等 ) ，依据相应的设计规范，融合已有的设计经验，智能地设计可复用的典型工艺流程。对某些典型零部件，在工艺设计时只需找到相应的典型工艺，经过简单修改就能快速完成一份新工艺的设计任务。典型工艺管理的基本过程包括典型过程卡、典型工序卡。系统提供典型工艺管理功能，创建典型工艺库。典型工艺可以按照零件分类规则进行各种分类管理，方便地按零件类别、零件名称、零件编码等特征来检索标准工艺。

 

典型工艺库设计和实现的基本活动是通过收集电站锅炉典型零部件的生产加工工艺经验，并进行合理的整理、总结与归纳，设定相应的工艺变量参数，形成标准的工艺流程，从而使工艺经验以知识的形式留存于系统中，并不断的实现复用和改进。

 

2.3.4 特征工艺管理

特征工艺管理针对电站锅炉行业中的工艺设计人员将常用零部件上的特征加工方法记录下来，形成特征工艺知识库。工艺设计人员在编制需要加工的零部件工艺时，不必翻阅工艺手册或者查阅以前的工艺卡片，直接从特征工艺库调出相应的特征，输入零部件参数，就可以直接形成所对应的工艺内容。

 

例如，工艺设计人员在编制某个需要加工齿形的零部件工艺的时候，在具体编制齿形加工方法时可以不必翻阅工艺手册或者查阅以前的工艺卡片，直接从在特征工艺库中输入齿数、模数等齿轮参数，就可以直接形成所对应的工步内容。特征工艺库是开放的数据库，企业的工艺设计人员可以根据所在分厂或车间的加工能力、设备情况，维护自己常用的各种工艺特征的加工方法。 清软英泰网站： www.plmpdm.cn

 

 

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