在知识经济社会中，知识开始成为企业关键的经济资源，并变成主宰甚至是唯一的竞争优势的来源,知识管理作为知识经济发展的依托和知识创新的手段，已成为企业和政府关注的焦点，也成为管理学、经济学、信息管理学等学科研究的新课题。基于知识的集成信息系统以支持知识管理和技术创新为中心，是信息集成系统发展的趋势。 航空发动机研制的核心是产品的设计，目前，许多发动机设计单位已经实施了CAD,CAPP,CAE等CAx系统，并实现了基于产品数据管理(PDM)、并行工程的集成产品开发f5-7l。但是，这些产品集成开发系统缺乏知识的集成，没有知识管理系统的支持。本课题在分析CAx集成信息的基础上，提出了在关系数据库上建立集成产品模型的数据结构，进而提出了以PDM系统为基本集成框架、融合知识管理理念的基于知识的航空发动机设计集成体系框架。 1、CAx集成信息分析 CAx分系统在航空发动机设计过程中生成了零部件的主物料信息，该信息标明了零部件的物理特性，如零部件的标识号、名称、重量、单位、图号等，同时产生了设计物料清单(BOM)内容，以及零件的工艺路线、工序、工步等信息。对于任何一个具体零件、部件、整件来说，它们都具有相应CAD/CAPP/CAE模型的一些共同属性，可以抽象出一种新的CAD/CAPP/CAE模型实体，具体零件、部件、整件继承了它的全部属性。因此可以集成已有CAD/CAPP/CAE各个分系统的数据模式，形成整体模式，如图1所示。 
1.1 CAx集成信息描述 CAx集成系统作为集成平台和集成框架，管理着发动机设计组织中所有与产品相关的信息(包括电子文档、图形文件、CAx文件、产品结构等)和所有与产品相关的过程(包括一般的工作流程、工程更改过程)，如何有效地将这些信息组织起来以便检索和查看，是产品开发集成技术研究的主要内容。 总体上，航空发动机设计过程的数据管理信息可以分为3类，即产品信息，过程控制信息和组织结构信息。 (1)产品信息。描述产品结构、设计信息及相关文档，主要包括:零件分类信息(如自制件、通用件、外购件、借用件、装配件、机加件、标准件等);管理信息，包括基本信息(如图档名称、编号、路径、版本、状态、类型等);BOM信息(如装配关系、装配数量、结构清单等)，以及更改单、审批结果。 (2)过程控制信息。主要包括需求定义、技术要求、应用系统的输出信息、工艺信息、制造信息等。 (3)组织结构信息。描述参与产品整个开发过程中的工作组、角色及人员的组织结构和权限。 1.2 CAx集成信息组织 采用面向对象的管理机制，建立产品结构信息树是有效组织信息的重要手段。航空发动机设计过程数据模型采用产品层层分解的方式，类似于产品结构树，每一节点附加属性关联信息。层与层之间形成类属关系、聚合关系，最终建立以产品结构树为基体的产品结构信息树。这种结构提供了单二的产品数据源，为全局数据的一致性和共享奠定了基础。图2描述了航空发动机产品结构信息树。 
整个产品结构信息树的层次关系，除根节点以外，都是对相应地独立存在于数据库中的零部件的引用，数据库中只有零部件的一个存储实例，对此实例或其引用的修改会联动修改产品结构树中所有对此零部件具有引用关系的结构，这种联动修改极大地维护了产品结构树的实时更新，保障了产品结构信息树相关数据的完整性、统一性。 建立产品信息结构树的原则是“引用”。如果在需要建立某零部件的引用关系时，该零部件尚不存在，应先创建它，再通过引用关系使用该零部件。为此需要组织相应的子装配体和零件，以方便查询。可以采用建立子装配文件夹和零件文件夹的方法。 以零件为单位的数据组织形式如图3所示。每个零部件可能有几个不同的版本同时并存，它们构成这类对象的多个实例。 
在实际操作中，为了减少重复的画图工作，提高零件的可重用性，同一编码的零部件又可装于另外的多个部件上，因此零部件之间的装配关系是一个多对多的网状结构。已有研究表明，完全可以在保证不浪费存储空间的情况下，将网状结构转化为树形结构。 2、集成产品模型的数据结构 不管是航空发动机的设计还是制造过程，都以项目为中心，按照产品结构的组织方式配置任务，因此如何在关系数据库上建立集成产品模型尤为重要。本课题采用在关系型数据库的基础上加上面向对象的层的方法，先建立面向对象数据结构，然后再将对象映射到关系数据库中的表格，使得CAx系统之间的信息传递可以通过集成平台来进行，而不必直接进行相互间的信息传递。 2.1 UML对象模型 产品的类型不同，产品定义模型的数据结构也会有所不同。为了有效管理集成化航空发动机设计系统中的产品数据，采用面向对象的方法描述产品的信息。定义了产品类、部件类、零件类、视图类、工作组类和人员类，借助类的层次性结构表达产品信息，并采用统一建模语言UML的类图，设计了相应的数据结构，各大类都具有各自的定义属性和它们的属性子类。具体结构如图4所示。 
通过产品类、部件类、零件类可以描述产品的大概信息，视图对象类则描述了面向产品开发不同阶段、不同人员的信息视图，如设计视图、制造视图、装配视图以及其他所需的视图，用以支持协同产品开发的不同阶段对产品模型的不同需求。 面向对象的产品数据模型提供了一种层次性的数据结构。模型中产品类、部件类、零件类是相对的。如果单独考虑部件和零件，它们都可以看成是一个完整的、具体的产品，是不同层次上的产品。 2.2 对象映射 关系数据库并不直接支持面向对象的产品数据集成管理模型，但它仍然是当前数据库技术的主流，因此，需要实现面向对象的模型向关系数据模式的映射。 利用对照关系可以描述航空发动机的零部件对应关系。数据库中的存储可以用ER语义建模方法描述如下: E钊零部件标识，技术参数1，技术参数2……}，
R={父项，子项，子项数量}。 其中，E为描述零部件本身属性的关系模式;R为产品信息结构树中层与层之间的关系。E和R的内容均可根据具体应用而适当扩展，实例如图5所示。 
产品结构树中的层次关系通过父零件号和子零件号在关系数据库中两两关联。与零件相关的文本、图纸、NC程序等通过引用指针和零件相关联。 新产品的设计是一个反复和回溯的过程，产品的设计过程是一个试探着前进的过程，过去的设计应能够保留，以方便满足因某种原因需返回过去废弃的设计的要求。这种结构就是为支持产品设计数据回溯而设计的，使用的是引用原则，零件和部件之间，部件和产品之间，零件和自身的不同版本之间都采用引用指针相关联。如要废弃某一设计，只要切断相应的引用关系即可，该设计的实例仍旧保存于数据库中;如在某种情况下重新需要使用该设计时，只要重建引用关系即可。 3、基于知识的航空发动机设计集成体系框架 3.1 体系描述 基于知识的航空发动机设计集成体系以产品数据管理系统为基本集成框架，融合知识管理理念。结合产品设计实例推理与规则推理，以设计知识库、产品数据库为核心，以人人交互式设计为基础，集成基于知识库管理的智能应用工具。基于知识的航空发动机设计集成体系包含设计知识管理系统(Knowledge Management System,KMS)和产品数据管理系统两大部分，如图6所示。 
设计知识管理系统包括数据库、知识分析、设计知识库管理、设计知识的共享工具与协同机制等内容，产品数据管理系统包括工程数据管理、文档管理、产品信息管理、技术数据管理、产品配置管理、工作流管理、项目管理等内容。两者是有机结合、彼此融合的。基于知识的航空发动机设计集成体系提供了以软件平台为基础、以应用软件系统为核心、以服务支持(管理、决策支持、知识共享)为保障的航空发动机产品开发环境，提供实时信息与实时决策支持，实现快速、高效、准确的智能化管理。 基于知识的航空发动机设计集成系统由CAD/CAE/CAPP/CAM系统提供其收集的大量有关产品生产的信息，再通过知识管理系统中的知识数据库与其中的知识挖掘、联机分析处理系统(OLAP)与智能推理系统等知识管理工具进行数据、知识处理，并由决策支持系统协助进行做出准确和即时的响应。集成系统智能化的重要基础是数据仓库技术。通过数据仓库，系统可撷取并载人原始资料，为管理者提供分析与查询信息。知识库本身能管理大量数据，并能以高效能处理复杂查询。数据分析与查询可应用各种先进技术，如模糊查询、多维度分析(Multidimensional Analysis)、假设性问题分析(What-If Analysis)等。除此之外，系统还必须建立安全机制，赋予不同职务者以不同的权限，获得不同程度的信息。 3.2 技术体系结构 基于识的航空发动机设计集成体系不只在传统PDM中简单引人设计知识管理系统，它是PDM系统与KMS系统相互融合的统一体，是人工智能等技术与产品数据管理系统的有机结合体。就PDM与知识管理系统而言，PDM是产品设计集成知识管理的基础，也为产品设计集成知识管理的实施创造了条件，而知识管理系统又为PDM的成功应用提供了有力的保证。通过CAD/CAE/LAPP/CAM/PDM使设计组织获取大量的信息，应用知识的能力大大增强。设计组织可以借助网络收集到组织所需的信息，并可通过网络进行知识的传播和交流，使设计人员的个人知识方便地转变为可以在组织内部广泛共享和恰当利用的“组织知识”。知识管理系统的应用也使PDM有了良好的后台支持，组织的相关信息会在知识管理系统的处理下实时、恰当、个性化地公布于不同的需求者，为设计组织的发展和形成内部“学习型”的组织文化打下良好的基础。 PDM与KMS之间相互融合，紧密相连，共同对设计组织资源进行有效的管理。基于知识的航空发动机设计集成体系的基本技术构架如图7所示。 
PDM是CAD/CAE/CAPP/CAM的集成平台，KMS系统由数据库和数据分析、数据挖掘、决策支持等模块组成，将前台PDM的信息进行筛选、分析和储存，通过推理机将推理的结果反馈给系统，构成了基于知识的航空发动机设计集成系统的后台。 基于知识的推理是集成体系的核心功能，其技术模块主要包括知识获取、知识库和推理机。知识获取模块进行信息筛选和处理，并采用先进的数据挖掘技术对大量信息进行分析，得出知识规则，并存人知识库中。知识的表示可以采用产生式规则，也可以采用框架结构或者语义网络，对应的知识存储方式随知识表示方法的不同而有差别，但最终都以一个知识库的形式物理存在。知识库形成后，如何根据已有的知识和条件推出具有意义的结果，要借助于推理机来实现。推理机是推理策略的具体实现，具有选择搜索策略和建立推理模型的功能。 基于知识的航空发动机设计集成系统平台以基础环境(软件、硬件、网络、设备)为支持，以企业知识库为中心，以不同产品系列为应用对象，以CAD,CAE,CAPP,CAM为基础，以“创新原理、创新技术”等知识工程技术为创新工具，综合应用信息技术、先进制造技术，实现航空发动机产品的快速设计与创新设计。 4、结束语 随着建设的发展，飞机性能需求的提高，航空发动机的性能及结构设计越来越复杂，产品开发所需要的知识越来越多，尤其是面对市场国际化的激烈竞争，航空发动机产品设计开发活动越来越要求以最快的时间将所需要的新知识融人产品之中。设计是否成功，取决于所需要的知识，尤其是新知识含量。在航空发动机设计中组织构建基于知识的产品设计集成环境，有利于提高发动机产品的创新设计能力，缩短开发周期，提升企业核心竞争力。
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