基于装备标准关联图谱的标准化管控建模

尹 亮， 何明利， 谢文波， 陈端兵， 苏 飏

(1. 陆军装甲兵学院演训中心，北京 100072； 2. 电子科技大学大数据研究中心， 四川 成都 611731；3. 电子科技大学计算机科学与工程学院， 四川 成都 611731； 4. 四川华控图形科技有限公司,四川 成都 610051)

随着装备技术的快速发展和装备建设模式的逐步优化，陆军装备标准化工作在体系建设、标准制定、贯彻实施以及管控技术等方面均暴露出一些突出的问题。如：标准内容陈旧，难以适用于现有装备；标准间关联复杂，多项关联标准中所规定的参数不协调；缺少评估手段，难以管控标准的制订和修订(制修订)；标准信息量大，难以明确符合装备特点的适用标准。造成这些问题的主要原因为：标准体系缺少顶层设计，标准化管控缺乏先进有效的技术手段，工作人员的标准化意识有待加强等。

目前，标准化管控技术已在生产制造业中得到了一定程度的应用，但鲜有武器装备科研、生产过程标准化管控的相关研究报道。笔者从计算机智能化角度出发，以装备标准关联图谱提供的计算机数据和模型框架为基础，基于标准文档、条目、要素、装备和模块之间的关联关系，应用过程描述获取方法(Integration Definition Method for Process Description Capture, IDEF3)[1]建立了装备标准化管控过程模型，并利用自然语言处理算法模型对其关键算法进行了研究。

1 基于异质网络模型的装备标准关联图谱

装备标准关联图谱[2]是指在装备科研生产、使用维修等全寿命过程中，通过分析装备标准的应用对象、应用时机、应用内容和应用效果，建立反映装备、装备模块、标准和标准化要素之间内在联系的描述模型，揭示装备标准化内在的特点和规律。装备标准关联图谱打通了从标准到装备的索引链路，提供了准确、高效的检索工具，是标准化管控算法模型的基础。

装备标准关联图谱可有多种形式表现，图1为基于异质网络模型的装备标准关联图谱的网络结构，其利用复杂网络数学模型来描述标准、标准条目、标准化要素、装备等标准化管控对象及其之间的关联关系。

2 基于IDEF3的装备标准化管控过程模型

IDEF3是美军发明的过程模型建模工具，其描述工作流程主要用于军事[3]、工业[4]和商业[5]等领域的过程建模。它可分为以过程为中心的描述和以对象为中心的描述，通常将二者交叉引用来描述复杂过程。由于标准化管控具有明确的对象及定性建模体系规划，因此笔者采用IDEF3建立标准化管控过程模型。

根据装备标准化管控的逻辑框架及数据流向，装备标准化管控过程可分为关联图谱自适应更新、管控对象智能推送、标准制修订和标准化要素制修订4部分，装备标准化管控过程模型如图2所示。图中：“O”表示“或”，即过程可单一进行也可同时进行；“X”表示“异或”，即只有单一过程达到或者只有单一过程路经执行；事件中的数字表示事件的局部次序。其中，标准和标准化要素制修订是对具体的业务过程进行建模，以判断所需标准、标准化要素是否缺失、是否符合现有装备体系需求，装备是否有现成的标准化要素约束，为开展标准和标准化要素的制修订提供依据。

关联图谱自适应是标准和标准化要素制修订的数据基础，主要是对装备标准关联图谱进行数据更新。

管控对象智能推送主要为标准、标准化要素的制修订，关联图谱自适应更新提供具体的基于计算机技术的自动化实施手段，涉及具体的计算机算法和仿真实现，包括标准自动摘要提取、标准重要性分析和装备标准关联图谱导航等。

3 装备标准化管控建模的核心算法

3.1 标准重要性计算

标准推荐列表是十分常见的辅助工具，如:在装备设计和标准专家评审中均需要推荐参考标准。在生成推荐标准列表时，应按照标准的重要性进行排序。一般从标准体系结构和标准本身属性2方面对筛选出的标准进行打分，计算标准的相对重要性，具体计算公式为

R=Δ(at+bs),

(1)

式中：a、b为可调权重，可根据具体应用环境进行调整，且a+b=1；t∈(0,1)，为类型分值；Δ为时间分值；s为结构分值。

1) 类型分值(t)。根据GJB、GJB/Z、GB和行业标准的顺序，对各标准的重要性进行打分，其中，GJB为4分，GJB/Z为3分，GB为2分，行业标准为1分。

2) 时间分值(Δ)。根据标准制订时间的先后计算标准的重要性得分，标准越陈旧，得分越低，具体计算公式为

(2)

式中：Y为当前年份;y为标准制定年份。

3) 结构分值(s)。根据标准在装备标准关联图谱中的位置计算其重要性得分，具体计算公式为

s=δ·T,

(3)

式中：δ为结构特征；T为连接类型权重。其中，δ的取值有如下3种情况：

(1)δ=1，表示存在1条通过标准条目与标准化要素直接相连的边；

(2)δ=0.8，表示存在1条通过其他标准条目(即该条目引用了另一标准的条目)与标准化要素间接相连的边；

(3)δ=0.2，表示该标准条目被其他标准条目引用。

T的取值情况:T=1,装备；T=0.9,模块；T=0.8,组件；T=0.7,部件；T=0.6,零件。

3.2 标准自动摘要

标准文档具有结构清晰、行业术语多和文档主题词汇集中的特点。笔者采用词频与词的领域重要性相结合的方式来实现标准摘要的自动抽取，具体包括如下2个步骤：

1) 将文本视为句子的线性序列d={c1,c2,…,cn}，句子视为词汇的线性序列c={w1,w2,…,wm}，则第i个句子的重要性Ii的计算公式为

(4)

式中：

(1) 词频(p)。文档中多次出现的词往往较能集中表达文档的主要内容，在计算句子权重时这些词的贡献率较大，应统计其出现的频度。

(2) 领域词重要性(f)。在计算词语权重时，既要考虑领域词的作用，同时也要考虑词的位置尤其是标题词的作用。首先，根据标题词的词义对文档中词义相似的词汇进行加权；然后，再根据专家提供的领域词库，对每篇文档的领域相关词进行加权。

(3) 句子所处位置(l)。根据标准文档规范，首个章节往往会简要概括本标准所规定的基本范围，因此，首个章节的内容具有非常重要的意义。

2) 对各句子的重要性进行排序，并将前N个最重要的句子作为标准摘要。

4 实例分析

从陆军装备标准中选取2 603个标准进行分析，得出标准重要性排序表，其中结构上最重要的10个标准如表1所示。

图3为GJB 179A—1996的局部结构特征。可以看出：1)有大量的标准(红色圆点)引用了GJB 179A—1996，表明该标准是其他标准的基准标准；2)关联的标准要素(蓝色小矩形)也较多，表明该标准被很多装备模块引用。

由于排名最后的标准多为近几年的新标准，笔者仅展示其中1个标准DAB 19—2010的结构特征，如图4所示。

表1 结构上最重要的10个标准

在《GJB3653.6—2004火工品检验验收规则第6部分：电点火头 电点火管》上对标准自动摘要提取算法进行了验证，抽取出得分最高的前10条句子作为摘要信息，结果如表2所示。该摘要从标准的适用范围、外观要求和试验等核心内容进行了粗略描述，基本上能够反映原标准的核心内容。

5 结论

笔者在现有装备标准关联图谱的基础上对装备标准化管控进行了建模研究：1)完成了标准化管控的过程建模，为解决传统装备标准化工作中管理难、实施难等问题提供了方法支撑；2)针对装备标准化管控对象的智能推荐问题进行了算法设计，提供了核心计算机自动化智能手段。实例分析结果表明：所建模型和算法是合理有效的。然而，装备标准化管控属于新兴事物，还需进一步对装备标准化管控模型进行验证和优化。

表2 《GJB3653.6—2004火工品检验验收规则第6部分：电点火头 电点火管》自动摘要

参考文献：

[1] YIN L,SHI L C,ZHAO J Y,et al.Heterogeneous information network model for equipment-standard system[J].Physica A:statistical mechanics & its applications,2018(490):935-943.

[2] FRIEL P G,BLINN T M.Automated IDEF3 and IDEF4 systems design specification document[R].Clear Lake:Knowledge Based Systems Inc.,1990.

[3] 向崇文,姜青山,杨辉.美军舰载电子战飞机任务剖面建模与仿真[J].电光与控制,2016,23(7):1-5.

[4] ZANNI M A,SOETANTO R,RUIKAR K.Towards a BIM-enabled sustainable building design process:roles,responsibilities,and requirements[J].Architectural engineering & design management,2016,13(2):101-129.

[5] PEREIRA J L,SILVA D.New advances in information systems and technologies[M].Cham:Springer,2016:619-628.