概念设计知识管理中的知识流研究

概念设计知识管理中的知识流研究 以设计过程为视角 摘要：以设计过程为视角探讨概念设计知识管理中知识流的内涵、特征和机理。基于知识流相关理论，结合 型依据概念设计过程对概念设计中知识流的内容和流动模式进行分析；在知识流建模相关研究的基础上，对概念设计中的知识流节点进行分析和建模；基于角色模型分析角色与工作流、知识流之间的映射过程。按照概念设计过程，分析并揭示了概念设计中需求确认、总体方案设计、总体方案求解、方案评价和决策四个主要设计步骤的知识流动规律；对概念设计的知识流节点进行建模，根据知识流节点的汇集模式将概念设计知识流分为连续知识流、合并知识流、拆分知识流、广播知识流、循环知识流 5 类，按照知识流中知识的传递模式将概念设计知识流可分为经验知识流、协 作知识流、援助知识流 3 类；提出了基于角色模型的概念设计工作流和知识流整合模型。通过本文的分析和建模，能够在一定程度上揭示概念设计中知识流的内涵和机理。 关键词：概念设计知识管理；知识流；设计过程； 型；知识流节点；角色模型 中图分类号： 引言 大数据背景下，随着互联网的高速发展，越来越多的知识在我们周围快速流动。知识的规模不断扩大，但是企业以及群体个人自身的知识存量却未得到明显的提升。这就迫使我们考虑如何在知识流动的过程中快速有效地捕获所需知识，如何从外部环境中吸取有价值的知识使自身的发展水平得以有效提高。同样的问题也发生在制造行业中，大量的知识充斥在制造企业内外，却无法得到很好地管理和应用。 随着制造业竞争的日益加剧，不管是企业还是研究机构都通过提高产品的设计水平来增强产品的竞争力。产品创新是现代产品设计的根本目的，实现产品创新的根本途径是产品设计知识的应用，重视产品设计知识的管理和应用成为了提升产品竞争力的根本途径。现代产品设计是以知识为基础，以新知识获取为中心，而概念设计是现代产品设计中最具创造力的环节，也是知识交互最为活跃的阶段。因此，概念设计知识管理越来越受到人们的关注。 知识管理的核心是提高知识流动和使用的效率，并且在知识的流动和使用过程中创造价值。由此可以看出知识流动对于知识管理的重要性，知识管理的前提就是要了解知识的流动过程。概念设计知识管理过程中包含了大量的知识流，如何对这些知识流进行深入探索是目前机械设计领域的亟待解决的问题之一。 基于此，本文将以概念设计过程为视角，探究概念设计知识管理中的知识流，进而揭示概念设计知识管理中知识流的内涵和机理。该研究将结合知识管理和现代设计的部分理论来共同探究概念设计知识管理中的知识流，不仅能够为后续的知识管理相关研究提供参考，而 且有助于组织机构对设计知识流的认知，从而帮助设计主体快速、高效地实现设计意图。 1 相关研究 本文是以设计过程为视角探索概念设计知识管理中的知识流，因此相关研究现状将从概念设计及其知识管理、知识流及其建模、知识转化和创造理论（ 型）三方面展开论述。 念设计及其知识管理相关研究 （ 1）概念设计的内涵 分析现有的设计过程模型可知，设计过程一般可分为概念设计 (构型设计 (个主要步骤。概念设计是制定出方案，构型设计是在概 念设计的基础上设计出具体构型。根据以往的设计论述可以看出概念设计应包括产品规划、功能设计和定性设计等内容。 邹慧君 1认为概念设计是为满足产品生命周期各个阶段的需求，对产品的功能进行分解，设计功能和子功能的结构；求解满足功能和结构要求的工作原理，构思并系统化设计实现功能结构的工作原理载体方案。概念设计是一个发散思维和创新设计的过程，在满足各项技术和经济指标的情况下，为求解功能和结构的实现，进行多方案设计和寻优的过程。 （ 2）概念设计知识管理相关研究 目前国内外针对概念设计知识管理的研究相对较少，国外相关研 究有： 2提出了 案原理知识表示模型，并将该模型应用于 统开发中； 3采用了“功能 射方法对概念设计知识进行表示和建模并开发了 统； 利用 体语言描述产品生命周期管理的对象并实现了不同对象之间的语义集成； 5基于定量化输入和输出转换放来表达产品概念设计功能，并该知识表示方法应用于 统的开发； 将公理化设计知识用 内相关研究有：应杭等 7利用 体语言表示产品的功能行为，实现概念设计知识的共享和推理；胡建等 8在建立概念设计知识的分类及表达体系基础上，提出基于本体的概念设计知识管理系统框架；王朝霞 9提出“功能 原理 识表示方法来描述专利复合功能原理方案并依据该方法开发了 轶彬等 10提出一种基于特征的产品数据应用模式，利用本体来描述产品特征之间关联。 综上可知，目前概念设计知识管理的研究大多是运用不同的知识表示和知识组织 方法，对概念设计中的方案原理、设计实例、设计资源等知识进行表示和组织。这些研究中的知识对象绝大部分是静态、独立的知识片段，对于概念设计知识管理中动态连续的知识对象研究甚少，而且区别与其他类型的知识，设计知识更为强调其动态性。基于此，本文将以概念设计过程为视角，通过对概念设计知识管理中知识流的描述和刻画来揭示其内涵和运行机制，以期能够丰富概念设计知识管理中动态知识对象的相关研究。 识流及其建模相关研究 （ 1）知识流的内涵 目前，关于知识流（ 描述，不同的学者有其各自的看法。综合这些表述，本文认为现有的知识流大致可分为三类：一是认为知识流是在个人与个人之间、知识处理机构之间进行知识传递的过程，将知识流定义在知识传递层面上，如 1认为知识流是组织内部隐性知识和显性知识在不同本体之间的流动过程；谢富纪等 12认为知识流是不同部门之间及其中间环节中知识的流动过程；李久平 13认为知识流是创新活动中不同参与主体之间的知识扩散和转移；华连连和张悟移 14将知识流定义为： 在特定环境中，不同需求的主体之间（包括个人 、组织和区域），知识从高知识存量流向低知识存量的过程。二是认为知识流是在知识传递的基础上加上知识处理，如 5认为知识流是人们之间知识传递过程或是知识处理机制； 16将知识流定义为由组织独立创造，并且和其他组织交流和交换的经验和知识，目的是扩散、积累和共享知识。三是认为知识流是知识传递的基础上加上知识应用，如 7认为知识流包含知识的扩散、吸收、扫描以及问题解决四个阶段； 8认为知识的转移和应用是知识流的主要内容。经分析，上述的知识流实质上研究的仍 然是已有的、静态的知识的流动过程。 9认为知识流中的知识应是动态的，知识流不仅要表征知识的运动，也应解释知识如何在组织中移动。张执南 20在 织研究的基础上，认为现有知识流的相关定义都未涉及知识获取，实际上为保证设计知识流的连续和畅通，新知识的获取是必要条件。设计知识流的本质是动态设计知识，其研究包括设计知识的分类、动态特征、运动机制、知识获取和流动控制。研究设计知识流是为了更清晰地描述以知识获取为中心的设计活动，并为相关方法和工具的实现提供理论基础 21。 综合以上分析，本 文将知识流定义为知识在不同主体（人、组织、区域）之间持续不断地转移和积累过程或知识处理和应用机制。按此定义，概念设计知识管理中的知识流指的是：组织机构开展概念设计时，知识在概念设计参与主体之间持续的转移和积累过程或知识处理和应用机制。知识流中的知识运动是一个复杂的过程，知识需求或知识落差决定知识运动的方向和影响要素。概念设计知识管理中知识流的动态性体现在两个方面：一是流动过程的动态性，包括知识的运动机制、流动控制、知识获取、知识重用等内容；二是知识本身的动态性，包括知识的分类、动态特征、知识共享、知识转化等 内容。 （ 2）知识流相关模型 目前知识流建模相关研究，主要有基于 的知识流建模 22、现代设计知识流建模2021和基于工作流的知识流建模 1523。本文重点介绍现代设计知识流建模和基于工作流的知识流建模。 现代设计知识流建模 现代设计是以知识为基础，以新知识获取为中心 21。设计过程可以看作是知识在设计的各个节点及其相关资源单元之间的流动过程。从知识流的实现目标及其特征角度出发，知识流可以分成四类 21：第一类知识流：在主设计过程和子过程中，知识从设计任务流动到解决方案，并在 流动过程中途径设计的主要决策节点；第二类知识流：设计的决策节点所需知识来源于分布式智力资源单元，知识及其获取都是资源依赖的。这类知识流是从智力资源单元中获取知识，并汇集到设计决策节点的过程，其中还包括知识服务请求和响应的相关信息。第三类知识流：智力资源单元内部为响应外部的知识请求，获取并加工所需知识用以支撑设计的一系列活动，这类知识流主要是请求驱动的非意愿知识流动过程；第四类知识流：各个智力资源单元根据需要从外部环境中采集信息或知识的过程。 基于工作流的知识流建模 5认为知识流节点（ 知识流的站点（发送站点或接收站点）。它对应着团队成员（或角色），反映团队成员任务实现过程的知识产生和知识需求。知识节点的输出依赖于团队成员的认知能力和知识输入流。对知识流过程进行建模，可将知识流按照连接类型分为顺序连接知识流、合并连接知识流、分解连接知识流、广播连接知识流四类。 张晓刚 23认为在明确知识需求的前提下，可以建立知识源、知识、知识接收者之间的关联关系，形成从知识源到知识接收者的知识流。由于这三个元素均是以集合的形式进行表示，使得元素间的关联是多重、复杂的。作 者将知识流定义为一个 5 元组 S,R,K,D,A，其中R 是知识需求， K 表示传递的知识， D 表示知识的接受者， A 是知识源与知识、知识与知识接受者的方向集合。为更详细地描述知识流组成元素之间的逻辑关系，作者抽象出知识流单元作为知识流的基本组成模块，并将知识流单元划分为经验知识流单元、预订式知识流单元、基于协作的知识流单元、基于援助的知识流单元、空知识流单元五类。 识转化与创造机制 型 知识是显性知识与隐性知识的统一体。随着知识经济的不断发展，隐性知识和显性知识之间的流动和转化 逐渐成为创新主体开展创新活动的基本方式。根据知识主体的不同层次，组织机构中的知识可分为个体知识、团队知识、组织知识。 1提出了知识转化和创造的 型，即社会化（ 外化（ 组合化（ 内化（ 个呈螺旋前进的不同阶段。这四个阶段是组织机构知识创造过程必不可少的组成部分，是组织机构中知识管理和创新的有机整体。事实上，组织机构的知识转化和创造都是在知识流动的过程中 实现，知识流动的最终目标是知识创造，知识转化是实现这一目标的必要手段。知识在流动过程中，通过知识的共享、利用和转化，产生出新的知识。因此，知识转化和创造模型的四个阶段也同样是组织机构知识流的主要内容，可认为组织机构中的知识流是知识通过社会化、外化、组合化、内化四个阶段在不同层次知识主体的流动过程。社会化阶段的知识流是个体间隐性知识的流动过程；外化阶段的知识流是个体间隐性知识流动并转化为团队显性知识过程；组合化阶段的知识流是将组织机构中零散的团队显性知识组织化和体系化的过程；内化阶段的知识流是将显性知识流动并 转变为组织机构各层次知识主体的新隐性知识的过程。四个阶段的知识流持续不断循环，最终实现知识的螺旋式上升 20。各层次知识主体的 化和创造模型如图 1 所示。 图 1 各层次知识主体的 化和创造模型 24 2 基于概念设计过程的知识流研究 本章将以概念设计过程为基础，首先根据概念设计流程的主要步骤分析概念设计过程中的知识流，并结合 型分析并揭示了知识流动过程中的知识转化机制； 念设计过程中的知识流 概念设计过程一般包括以下 6 个步骤 25：需求确认、总体方案设计、总体任务分解、子任务求解、方案合成、方案评价和决策，如图 2 所示。经分析可以得出，在概念设计阶段的各个步骤都存在来自组织内外的知识流动。由于在实际的概念设计开展过程中总体任务分解、子任务求解、方案合成这三个步骤相互交叉融合，所以本文将这三个步骤结合起来统称为总体方案求解。那么概念设计过程又可分为需求确认、总体方案设计、总体方案求解、方案评价和决策 4 大步骤，具体分析如下： 图 2 概念设计的一般流程 （ 1）需求确认 获取明确的用户需求知识是所设计产品能被用户接受的前提，也是整个设计过程的基础和根源所在。在需求确认步骤中，一般将用户需 求分为功能明确型需求和用户目的明确但功能不明确型需求两种：对于功能明确型需求，仍然需要设计人员和用户再次确认用户对功能的实现程度及其保持性期望；对于功能不明确型需求，用户往往对产品具体功能需求是模糊的，有时用户提出的可能是针对约束条件方面的需求。 由此可见，无论功能需求明确与否，都需要进一步获取用户需求知识，明确用户的活动意图。需求确认过程是用户与设计人员反复反馈交流的过程中，期间用户需求逐渐明确，此过程可认为是用户隐性知识流动到设计人员，由设计人员和用户共同确认并显性化为设计任务书的过程。从 化模 型解释，设计人员与用户双方的交流是隐性知识的流动和转化过程，也就是社会化阶段；而用户需求明确后形成设计任务书的过程则是知识的外化阶段，所以说需求确认是用户知识的社会化和外化过程。需求确认中的知识流动和转化如图 3 所示。 图 3 需求确认中的知识流 图 4 总体方案设计过程中的知识流动 图 5 总体方案求解流程 念设计过程中的知识流节点 图 6 概念设计知识流节点的参考模型 张执南 20认为设计过程的实现可以描述为根据上游设计节点给定的输入知识，设计主体在设计目标驱动下采取相应的设计行为产生输出知识的知识流动过程。若经过评估，输出知识能够满足设计目标则将输出知识传递给下游节点，反之则需要进行知识获取来提高设计主体设计知识的完整度，直至输出知识能够满足设计目标为止。 概念设计过程中的知识流是诸多设计活动中知识流动过程的抽象。结合现有的知识流建模相关研究 152023，本文提出了概念设计知识流节点的参考模型，如图 6 所示。现代设计是以知识为基础，以新知识获取为中心。因此，本文认为概念设 计的知识流节点应包括以下 5个要素：知识源、知识（包括输入知识、输出知识）、知识接收者、知识需求、知识获取。在知识流节点中，设计人员和设计活动既可以是知识源也可以是知识接收者，知识接收者在下一知识流节点中可以作为知识源提供输入知识。 概念设计知识流在运行过程中需依托概念设计活动，概念设计是设计人员根据输入知识在设计目标驱动下采取相应的设计行为产生输出知识的过程。从知识层面看，概念设计知识流节点的实质是：设计目标触发知识需求，知识在知识需求的驱动下，从知识源流向知识接收者，设计人员采取设计行为，对输入知识和设计 人员自身具有的经验知识进行处理、加工和创造，产生输出知识。若是输入知识以及设计人员自身的知识存量无法满足知识需求，则需要进行新知识的获取来提高设计人员的知识完整度，直至设计活动节点的输出知识能够满足设计目标为止。 从知识流节点的汇集模式来看，概念设计知识流可分为连续知识流、合并知识流、拆分知识流流、广播知识流（复制流）、循环知识流 5 类。 图 7 基于知识流汇集的知识流类型 图 8 基于知识传递的知识流类型 于角色模型的工作流和知识流整合模型 组织结构中概念设计参与人员的角色主要可分为设计总师、主 设计人、设计人三类。其中，设计总师主要负责对开发项目中的设计方案的论证和决策，对整个设计环节进行有效控制；主设计人负责完成产品分系统（模块）的设计方案；设计人负责具体设计任务。现代设计中的角色模型既是层级结构的也是扁平化的，从职责角度上来看角色模型是层级结构的，但在实际项目开展过程中设计人员可以根据不同层级上的角色进行活动参与和知识共享。 在实际的概念设计过程中，知识流与工作流的映射交融，才可以保证设计活动的高效运转。借鉴现有研究 1526中提出的工作流和知识流映射模型，本文建立了概念设计知识管理中基 于角色模型的工作流和知识流整合模型，如图 9 所示。 图 9 基于角色模型的工作流与知识流整合模型 团队成员是知识流和工作流的实际操作者和决定因素，因此知识流和工作流可以通过参与的人员或角色进行集成。通过角色，团队成员可以参加工作流中的一个或多个设计活动，也可以在知识流中的一个或多个知识节点中贡献知识。 知识流和工作流的集成参考模型考虑了三层结构：知识流层、组织结构层、工作流层。整合模型反映了团队的组织架构，可通过三个映射建立知识流层、组织结构层（团队成员、角色）、工作流层之间的关系： 映射 1：角色分配给工作流层中 的活动节点； 映射 2：角色分配给知识流层中的知识节点； 映射 3：角色分配给组织结构中的团队成员。 其中，映射 3 的工作比较简单，就是为团队成员安排角色，分配相应的任务和职责的过程。角色和职责、角色和成员之间的关系有所区别：不同角色对应不同的职责，角色和职责是一对一关系；而成员与角色是多对多的关系，一个成员可以兼任不同角色，一个角色也可以分配给多个成员。映射 3 实际上是任何团队活动的必要步骤，因此可认为映射 1 和映射 2 在实际开展过程中均包含映射 3。以下本文重点对映射 1 和映射 2 进行论述。 映射 1 中角色模型和工作流的映 射过程如图 10 所示： 图 10 角色模型和工作流的映射 工作流是概念设计开展的基础，概念设计中的各种流（数据流、控制流、知识流等）都依托于工作流进行流动。概念设计过程中的工作流一般是层级结构：总体设计任务按照自顶向下逐层分解形成子任务，子任务求解完成后再自底向上逐层合并形成设计方案，最后形成总体设计方案，不同层级中的设计活动按照线性方式并行求解或者协同求解。 在工作流中，同一层级设计活动节点之间的关系是数据依赖或者执行控制依赖，不同层次之间节点关系是分解和合并关系，这些可以进行预先设定。在设计任务的分解、指派、 求解、合并等过程中，大部分的团队成员个体对应一个角色，一个角色对应一个设计任务（活动节点）。因此，在工作流与角色的映射中，主要以工作流为基础，不同角色对应到工作流的活动节点上，角色之间的关系按照活动节点之间的依赖关系进行对应。 映射 2 中角色模型与知识流的映射过程如图 11 所示： 图 11 角色模型和知识流的映射 在产品概念设计过程中，依托于实际的工作流，知识在设计部门的角色之间进行流动和转化。区别于工作流，概念设计知识流中知识的产生、转化及知识点之间的关系都较为复杂，而且无法预先设定。在组织中，知识分布于各项不同 设计资源和设计参与人员的大脑中，知识流中的知识是由设计人员携带并处理。概念设计是一个知识密集型过程，知识从个人开始向更高层次的知识主体（团队、组织）之间进行相互流动。设计过程中的每个参与人员及其相关资源单元是一个单独的知识节点，因设计活动或设计任务的关系相互联系起来。同样地，组织机构中的每个团队相对于组织而言又成为一个知识节点，这个知识节点由团队内每个成员构成，团队的知识流是团队中各个知识点中知识流的“合流”。这些“合流”最终流向设计项目的负责人 设计总师，设计总师经过方案评价和决策后，知识流再次汇聚并外 显形成概念设计方案。 3 总结 大数据环境下，大量的知识流动并充斥在我们周围。如何在知识流动的过程中抓住有效知识，如何不断吸取外部的知识来提高自身的发展水平，也同样是制造企业面临的问题。针对该问题，本文探究了现代设计中最初始和最重要的环节 概念设计中的知识流。在概念设计知识管理和知识流相关研究的基础上，首先结合 型根据概念设计过程分析了概念设计中知识流的流动和转化机制。其次，结合以往的知识流建模相关研究，提出了概念设计知识流节点的参考模型。按照知识流节点的汇集模式，将概念设计知识流分为连续知识流、合 并知识流、拆分知识流流、广播知识流、循环知识流 5 类；按照知识流中知识的传递模式，将概念设计知识流可分为经验知识流、协作知识流、援助知识流 3 类。最后，提出了基于角色模型的工作流和知识流整合模型，在此基础上分别分析了角色模型与工作流、角色模型与知识流的映射过程。 参考文献 ( i, et . 1998(2): 6-9(邹慧君 ,汪利 ,王石刚 ,等 . 机械产品概念设计及其方法综述 J. 机械设计与研究 , 1998(2): 6 , , , et A of J. 2005, 19(2): 113 R, P, B. a to J. of 2008, 8(1): 14501, . 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