文章通过SWARM-SLR方法对知识驱动的航空航天工程领域进行了系统性文献综述,旨在回答三个研究问题:知识外部化手段(RQ1)、知识利用方式(RQ2)及知识交换工具(RQ3)。研究筛选了4073篇文献,深入分析164篇,构建了包含700余个实体的知识图谱,涵盖流程、软件及数据模型等类别。研究发现,航空航天领域存在知识管理标准化缺失、可视化工具不足等关键问题,并提出了基于FAIR原则的开放知识基础设施建议。
航空航天工程高度依赖复杂知识管理,但传统方法面临多学科协作效率低、知识复用性差等挑战。文章提出知识驱动工程(KBE)框架,通过系统性文献综述分析知识外部化、利用与交换机制,旨在构建标准化知识基础设施以提升设计效率与可持续性。
采用SWARM-SLR(机器可操作系统性文献综述工作流)方法,通过四阶段流程实现文献筛选与分析:规划、检索与选择、分析与综合、报告生成。研究覆盖4073篇文献,经算法评分与人工评估后纳入164篇核心文献。数据预处理整合了加权关键词与领域专家反馈,确保覆盖知识表示、工具链及数据模型等维度。
基于语义网技术(RDF/OWL)构建知识图谱,定义流程、软件、数据项、数据模式与格式五大核心类。图谱包含792个实体,其中370个流程类实体(如“飞机概念分析”)、182个软件类实体(如CATIA、MATLAB)、81个数据项实体。通过Wikidata链接实现40%实体的语义消歧,增强跨系统互操作性。
结合三次航空航天工程师访谈与两次集群调查(共28份反馈),验证图谱结构与V模型分类逻辑。结果显示知识实践集中于V模型左侧(高层设计与组件设计阶段),反映知识驱动活动在系统定义阶段的优势。
知识表示依赖非机器可读格式(如XML、PDF),缺乏统一本体标准。仅30%的流程类实体关联专用软件,且高频工具(如Microsoft Office)无法支持复杂语义推理。可视化工具(如WebVOWL)难以处理大规模本体实例,限制设计知识传递效率。
识别70种数据模型,但无主流标准广泛应用。领域本体(如NASA分类法、ATMONTO空管本体)多局限于原研究团队,CPACS等交换格式未突破机构边界。语义鸿沟体现为:XML模型主导人类可读交换,而机器可解释的OWL/RDF应用不足。
提出开放知识基础设施框架:基于ORKG平台发布知识图谱,关联论文资源与实体关系;建立航空航天专用Wikibase实例,支持社区协作扩展。建议将知识工程师角色纳入设计团队,协同解决语义互操作问题。标准化路径包括推广CPACS等交换格式,并通过AI辅助分类优化V模型流程映射。
综述证实知识驱动工程能显著提升航空航天设计效率,但需解决知识保护与共享的矛盾。通过构建FAIR(可发现、可访问、可互操作、可重用)知识基础设施,结合语义技术与跨领域协作,可为可持续航空创新提供底层支持。