制造业企业知识服务平台构建研究

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3.0 陈辉 2024-11-20 6 4 1.98MB 83 页 15积分

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摘要

制造业是一个国家生产能力和国民经济的支柱，现代制造业正在改变着人们

的生产方式、经营管理模式乃至生活方式。我国制造业企业正处在知识全球化的

知识经济环境中，本人通过阅读和分析大量的文献，发现我国制造业企业还存在

很多的不足，例如在制造技术、知识生产和创新、知识管理等方面，都存在诸多

的不足。因为本体能在语义web和知识层次上描述信息，所以作为一种有效的建模

工具，它得到了越来越多的应用，与此同时，计算机技术和计算机语言也在飞速

地发展，现在出现了很多计算机语言，Java就是一种很好的开源的设计语言。基于

此，本文在研究了本体、知识管理、计算机语言和相关技术的基础上，构建了一

个制造业企业知识服务平台，此平台主要包括硬件环境平台和软件环境平台这两

个方面。此平台对制造业企业具有重要的意义，它可以提高知识生产的速率、突

破知识生产的瓶颈、缩短知识周转的周期、增强知识生产和创新的能力。企业成

员可以通过此平台快速高效地获得自己所需的知识资源，减少无效的知识搜寻时

间，从而缩短知识生产周期，加快知识创新和生产速度。本文的内容主要包括以

下几方面：

1）对我国制造业企业进行知识缺口分析，得出其知识共享障碍的主要因素，

并提出了应对策略。

2）结合Java编程语言、Jena本体推理技术和其他计算机技术，构建了一个硬

件环境平台系统，需要注意的是，必须构建一个完善的本体为此硬件环境平台提

供后台支撑。此平台为知识共享提供了一个良好的硬件环境，这可以提高企业内

部的知识共享程度和用户对知识的查全率和查准率。

3）本文在构建了硬件环境平台之后，以制造业企业工业工程知识为例，构建

了一个本体库，并以此为例作为此平台的后台支撑。运用Protégé本体构建工具构

建了一个制造业企业工业工程知识的初始本体库，在此基础上，通过四步法实现

此本体构建的半自动化，这避免了手工构建本体的繁琐和复杂，提高了本体的构

建效率，减轻了本体的维护和更新工作。

4）从设立专职的知识服务部门、营造知识共享型企业文化、建立并完善知识

共享激励机制三个方面进行分析，构建了一个软件环境平台，为硬件环境平台起

到了很好的保障作用。

关键词：知识缺口知识服务平台本体知识共享硬件环境平台

ABSTRACT

Manufacturing industry is the pillar on national productive capacity and economy

of a country, the modern manufacturing industry changes the production modes of the

people, the management patterns as well as the lifestyles. Nowadays, the manufacturing

industry of our country is in a knowledge-based economy environment with the

globalization of the knowledge, after reading and analyzing lots of literatures, I found

that there are many deficiencies in our manufacturing enterprises, such as

Manufacturing Technology, Knowledge Production and Innovation, Knowledge

Management, there are many deficiencies in such aspects. Because the ontology can

describe the information on the level of knowledge and semantic web, it is applied more

and more frequently as an effective tool to modeling. At the same time, the computer

technology and computer languages are also developing rapidly, there are lots of

computer languages, and the Java is a very good open-source language. Based on those,

this paper studied the ontology, Knowledge Management, computer language and other

related technologies firstly, and then built a Knowledge Service Platform on

manufacturing enterprises, which includes a Hardware Environment Platform and a

Software Environment Platform. This platform has great significance for manufacturing

enterprises, which can increase the rate of Knowledge Production, break through the

bottleneck of Knowledge Production, shorten the cycle of knowledge flow, and enhance

the capability of Knowledge Production and Innovation. The members of enterprises

will be able to get the knowledge resources them needed through this platform, reduce

the invalid search time, shorten the cycle of Knowledge Production, and speed up the

rate of Knowledge Production and Innovation. This paper mainly includes the following

content:

1) This paper analyzed the Knowledge gap obout the manufacturing enterprises of

our country, educed the main factors of Knowledge-sharing obstacles, and referd the

countermeasures.

2) This paper built a Hardware Environment Platform with Java programming

language, the ontology reasoning technoloty of Jena, and other computer technologies.

Note that there is a need to build a perfect ontology for this Hardware Environment

Platform to provide background support. This Hardware Environment Platform

provided a good hardware environment for Knowledge-sharing, which can improve the

extent of Knowledge-sharing within the enterprises and improve the recall rate and

precision rate that the users to search the knowledge.

3) After building the Hardware Environment Platform, taking the industrial

engineering knowledge of manufacturing enterprises as an illustration, this paper built

an ontology, and take this ontology as an example as the background support for this

platform. This paper used the Protégé which is a kind of tools to build the ontology to

build an initial ontology about the industrial engineering knowledge of manufacturing

enterprises, then, built the ontology semiautomaticly through four steps, which can

avoid building the ontology with hand tediously and complexly, and improve the

efficiency of constructing ontology, and reduce the task of maintenancing and updating

the ontology.

4) This paper built a Software Environment Platform through three aspects, such as

establishing a professional knowledge service department, building a

Knowledge-sharing enterprise culture, establishing and improving Knowledge-sharing

incentive mechanism, which did a good guaranteed work for Hardware Environment

Platform.

Key Words: Knowledge gap, Knowledge Service Platform, Ontology,

Knowledge-sharing, Hardware Environment Platform

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论 ......................................................... 1

§1.1 研究的背景和意义 ............................................. 1

§1.1.1 研究背景 ................................................. 1

§1.1.2 研究意义 ................................................. 2

§1.2 相关领域研究状况 ............................................. 3

§1.3 论文研究的内容与体系结构 ..................................... 4

§1.3.1 论文的研究内容 ........................................... 4

§1.3.2 论文的研究思路 ........................................... 5

§1.4 论文的体系结构 ............................................... 5

第二章相关理论概述 .................................................. 7

§2.1 知识缺口分析的相关理论概述 ................................... 7

§2.1.1 知识缺口概述 ............................................. 7

§2.1.2 解释结构模型法概述 ....................................... 7

§2.1.3 现实树法概述 ............................................. 8

§2.2 硬件环境知识服务平台相关理论概述 ............................ 10

§2.2.1 本体概述 ................................................ 10

§2.2.2 知识管理相关理论概述 .................................... 11

§2.3 软件环境知识服务平台概述 .................................... 13

§2.3.1 共享型企业文化概述 ...................................... 13

§2.3.2 知识共享激励机制概述 .................................... 14

§2.4 本章小结 .................................................... 15

第三章制造业企业知识缺口分析 ....................................... 16

§3.1 引言 ........................................................ 16

§3.2 确定知识共享障碍的相关影响因素 .............................. 16

§3.3 生成邻接短阵和可达矩阵 ...................................... 17

§3.4 划分影响因素级别 ............................................ 19

§3.5 生成分级阶梯结构模型和 CRT ...................................21

§3.6 结果分析 .................................................... 22

§3.7 本章小结 .................................................... 23

第四章制造业企业硬件环境知识服务平台构建 ........................... 24

§4.1 引言 ........................................................ 24

§4.2 平台实现目标 ................................................ 24

§4.3 知识推理功能模块 ............................................ 26

§4.3.1 Jena 推理简介 ............................................ 26

§4.3.2 检索实现过程 ............................................ 27

§4.4 其他功能模块 ................................................ 32

§4.4.1 知识获取及存储功能模块 .................................. 32

§4.4.2 知识浏览功能模块 ........................................ 33

§4.4.3 在线交流功能模块 ........................................ 33

§4.4.4 安全管理功能模块 ........................................ 33

§4.5 其他各功能模块的实现 ........................................ 34

§4.6 本章小结 .................................................... 41

第五章以制造业企业工业工程知识为例构建本体并进行检索 ............... 42

§5.1 语义 WEB 与 ONTOLOGY ............................................ 42

§5.2 本体的构造规则 .............................................. 44

§5.3 构建制造业企业工业工程知识本体 .............................. 44

§5.3.1 初始本体的构建 .......................................... 45

§5.3.2 概念获取 ................................................ 49

§5.4.3 关系获取 ................................................ 53

§5.3.4 新本体生成 ............................................... 55

§5.4 对构建的制造业企业工业工程知识本体实例进行检索 .............. 58

§5.5 本章小结 .................................................... 63

第六章制造业企业软件环境知识服务平台构建 ........................... 64

§6.1 引言 ........................................................ 64

§6.2 设立专职知识服务机构 ........................................ 64

§6.3 营造共享型企业文化 .......................................... 65

§6.3.1 共享型企业文化的特征和要求 .............................. 65

§6.3.2 塑造知识共享型企业文化 .................................. 66

§6.4 共享型激励机制的策略 ........................................ 68

§6.4.1 知识贡献度和几个函数概念 ................................ 68

§6.4.2 员工与企业间的博弈分析 .................................. 69

§6.5 本章小结 .................................................... 72

第七章总结与展望 ................................................... 73

§7.1 总结 ........................................................ 73

§7.2 展望 ........................................................ 74

参考文献 ............................................................ 75

在读期间公开发表的论文及参加科研情况 ................................ 78

致谢 ............................................................. 79

第一章绪论

§1.1 研究的背景和意义

§1.1.1 研究背景

一、我国制造业在新时期的宏观大环境分析

经济全球化已经是不可避免的趋势，在此大背景环境下，全球制造业也出现

了全球化的趋势。随着技术的飞速进步和全球化的发展，许多国际性公司发现：

一般性的制造业出现利润递减的趋势，而知识密集型服务业（KIBS，Knowledge

Intensive Business Service）则出现利润递增的趋势。著名管理学家彼得•德鲁克曾

指出[1]：在现代经济中，知识正成为真正的资本与首要条件。各国管理学家、社会

学家和经济学家正更加关注知识管理、知识经济和知识社会等新事物。加上互联

网以百万用户的年增长速度，这意味着知识经济时代已经真正来临。

二、我国制造业在新时期还存在的一些不足

21世纪，中国经济高速增长，中国制造在全球的份额不断增加，很多产品已

经渗透到了世界各个角落，中国的地位在世界经济中越来越凸显，有人认为中国

已经可以称是“世界工厂”了。但与其他制造强国相比，中国的制造业还存在着

明显的不足[2]，主要表现在制造实力和知识管理两方面，制造实力方面：

1）中国的制造业规模、进出口规模和经济规模占世界比例都较小。虽然中国

有一些工业产品的产量位居世界前列，但制造业所占的比重还比较少。

2）产品的结构层次低，劳动生产率和工业增加值率都比较低。很多工业产品

的结构不合理，档次不高、附加值低，很多高技术和高附加值产品仍需要靠进口。

3）信息化的发展很不平衡。信息比较分散、不准确、不及时和不共享，大部

分企业的信息都处于信息孤岛状态和子系统分散应用的未集成状态。

4）缺乏自主创新能力。研发能力比较弱，缺乏核心技术，大部分技术从国外

引进，还没有形成自己的核心技术体系。

5）高科技人员匮乏。专家型人才和高级技工的短缺问题依然非常突出，仍然

供不应求。

此外，我国制造业企业在知识管理方面还存在很多不足[3]：

1）企业内的知识凌乱而又分散。制造业企业的产品在其整个生产周期过程中，

涉及很多的部门、人员和知识，但是有关的知识资源凌乱地分散在企业各个角落。

2）知识检索困难。伴随着制造业企业信息化的不断发展，产生了大量的知识

资源，但是它们以不同的形式分散在企业内部，很难进行有效地检索和利用。

制造业企业知识服务平台构建研究

3）知识积累困难。在制造业企业中，很多宝贵的经验都是通过师徒关系授予，

并没有规范化地沉淀下来，它们只存在于人脑中，随人才的流失而相应流失。

4）知识管理未与生产实际结合。即使有些企业实施了知识管理，也未考虑与

PDM、ERP等系统的融合问题。

5）知识资源借鉴不够。很多制造业企业的技术人员不善于使用行业外的知识

和方法来解决自己行业内的问题。

在21世纪的知识经济时代，知识将成为生产的第一要素，企业将寻求知识资

源来获得其竞争优势，知识管理是经济时代下全新的理论和思想，制造业假如想

在此背景下再续往日辉煌，就必须实施知识管理。

§1.1.2 研究意义

根据文献[4，5]提出的知识服务平台和知识服务的概念，本文提出的制造业企

业知识服务平台，是知识管理、计算机技术、网络技术和信息服务等相结合的产

物，是为顺应知识经济的发展，为满足用户的需求，以知识创新为目标，向用户

提供符合他们需求的经智能化处理后的知识产品的软硬件环境平台。

21世纪的知识经济时代，是一个以知识为基础的时代，知识是社会发展的一

个重要指标，也是各国发展过程中必须获取的重要资源。知识固然非常重要，但

是制造业在知识经济中的地位仍然是不可动摇的[6]，一个国家经济发展的重要支柱

还是要属于制造业。在知识经济时代，制造业发生了两极分化：一者是不能有效

地利用知识资源，一者则相反，前者销声匿迹了，而后者则脱胎换骨变成了知识

管理型制造业企业，它将成为知识经济时代的重要支柱。

鉴于中国制造业存在的种种不足，为了顺应知识经济发展的需要，建立知识

管理型制造业企业变得十分必要。本文在知识管理、网络技术和信息技术等方法

理论不断发展的基础上，以提高制造业企业自主创新能力、知识生产效率和核心

竞争力为目标，构建了一个制造业企业知识服务平台，此平台有利于形成良好的

知识管理氛围，有利于提高对企业内外部资源的利用率，提高创新能力和快速适

应市场的能力，提高产品开发的能力。它对制造业企业的生存和发展具有重要意

义[7]。一方面，它可以帮助企业之间资源的共享和转移，一个拥有某种特殊技术或

知识的企业，通过资源转移，可以其他企业也拥有同样的资源，从而达到资源的

有效利用；另一方面，它可以帮助企业自身提高自主创新能力，企业利用此平台

可以提高知识生产的速率、突破知识生产的瓶颈、缩短知识周转的周期、增强知

识创新的能力，通过加速应用和生产可获得竞争优势的知识创造新知识，然后将

新知识转化为具体的实物，研发出具有高科技含量和高附加值的新产品，进而提

升企业的自主创新能力和应变力，增强其核心竞争力，逐步缩小与发达国家制造

第一章绪论

业的差距。同时，通过本文的研究，还可以将其研究理论和成果进一步推广到其

他行业当中。尤其是知识密集型服务业，用于提高它们资源共享和知识生产的效

率，增强创新能力和核心竞争力。

§1.2 相关领域研究状况

一、制造业研究现状

目前国内外制造业的研究极为广泛，本文主要归纳为以下方面：制造业的信

息化、制造业的技术以及制造业的发展趋势和战略。

1）制造业的信息化

制造业将是采用先进制造技术、先进生产模式和先进制造系统的全新的制造

业。但我国制造业基于信息技术的设计制造技术体系还没有形成，与国外相比，

在管理信息集成方面显得尤为落后。绝大多数制造业企业运用了CAP 、CAM和

CAD等辅助设计或辅助制造工具，而很少一部分企业运用了ERP、

OA、

PDM和CRM

等信息管理系统，而且实施效果基本都不好[8]。

20年前，我国制造业主要以数据集成为主；10年前则以信息集成为主，例如

PDM和ERP；近些年则以知识集成为主。在从数据集成发展到知识集成的过程中，

管理水平都比较低。知识管理的一个重要方面是知识与业务过程的集成，制造业

信息化未来的一个发展方向将是基于知识的创新。

2）制造技术

先进制造技术[9]是在传统制造技术基础上，吸收信息、电子、机械、能源、材

料和现代管理等各方面的成果，并综合应用于制造的全过程，以实现低耗清洁、

优质高效和灵活的生产，从而提高对市场的适应能力和竞争能力的制造技术总称。

柔性化、绿色化、集成化、网络化和智能化的制造技术已成为现代化生产的

支撑，准时制造、精益生产、柔性制造、计算机集成制造、智能制造、敏捷制造

和绿色制造等先进制造技术已经进入现代化生产中。

3）制造业的发展趋势和战略[10]

自1940年以来，美国制造业占美国GDP的20%~30%；仅次于美国的是日本制

造业，它以制造业的“精、效”战胜其他的经济大国；德国制造业著称于世的是

它精良的工艺技术，非常具有竞争力。各国正向以下的趋势发展：

①发展的全球化。制造业的资源已经是在世界范围内进行配置而非在一个国

家范围内进行配置，制造业正向研发、生产、销售和服务全球化方向发展。

②产业高技术化。制造业向敏捷化、网络化、虚拟化、智能化、绿色化和集

成化等方向发展。

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摘要：

摘要制造业是一个国家生产能力和国民经济的支柱，现代制造业正在改变着人们的生产方式、经营管理模式乃至生活方式。我国制造业企业正处在知识全球化的知识经济环境中，本人通过阅读和分析大量的文献，发现我国制造业企业还存在很多的不足，例如在制造技术、知识生产和创新、知识管理等方面，都存在诸多的不足。因为本体能在语义web和知识层次上描述信息，所以作为一种有效的建模工具，它得到了越来越多的应用，与此同时，计算机技术和计算机语言也在飞速地发展，现在出现了很多计算机语言，Java就是一种很好的开源的设计语言。基于此，本文在研究了本体、知识管理、计算机语言和相关技术的基础上，构建了一个制造业企业知识服务平台，此平...

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