0 引言
產(chǎn)品設(shè)計知識是產(chǎn)品創(chuàng)新的基礎(chǔ)，可有效的支持產(chǎn)品快速設(shè)計，避免重復(fù)性設(shè)計錯誤。相反，不注意知識積累和重用而導(dǎo)致知識資源流失，已成為閑擾企業(yè)發(fā)展的瓶頸問題。因此，產(chǎn)品設(shè)計需要知識管理的全面支持。目前，在設(shè)計知識管理中，普遍存在的問題是：設(shè)計過程缺乏記錄和積累，與設(shè)計知識之間缺乏融合；設(shè)計者經(jīng)常花費大量的時間來查找解決問題所需要的設(shè)計知識；設(shè)計者經(jīng)常忘記自己曾經(jīng)訪問過的知識放在哪里；設(shè)計新手通常不知道有哪些知識可供利用；設(shè)計者經(jīng)常不知道哪些知識有助于解決現(xiàn)有問題，等等。
因此，為了解決上述問題，必須提供合理的知識組織、存儲和檢索的方法，盡量采用圖形化的描述方法，表達各類知識的組成是怎樣的；哪些知識對于哪項任務(wù)是必要的；它們由誰掌握、由誰使用；某個知識是何處產(chǎn)生的；在企業(yè)或組織內(nèi)是如何傳遞的。由此，設(shè)計人員可以選取恰當(dāng)?shù)闹R和確定解決問題的途徑，實現(xiàn)知識的獲取。這種圖形化的描述方式，我們稱之為知識地圖。它的設(shè)計在整個設(shè)計知識管理中具有舉足輕重的作用，是表現(xiàn)知識體系和知識關(guān)聯(lián)的重要手段。
Gartner Group認為知識地圖是知識管理的基本工具，將知識地圖定義為一種知識概念或知識相關(guān)的呈現(xiàn)方式，可分為概念性知識地圖、流程知識地圖以及能力知識地圖。在當(dāng)前的研究中，大多數(shù)學(xué)者局限于概念性知識地圖，較多的應(yīng)用于保險、銀行、經(jīng)濟管理等行業(yè)；部分學(xué)者借助本體或元知識的功能構(gòu)建和實現(xiàn)了流程知識地圖，但缺乏與當(dāng)前信息系統(tǒng)的融合，在實用性和可擴展方面存在不足。因此，在顧新建、祁國寧、韓永生對知識地圖進行初步研究的基礎(chǔ)上，本文結(jié)合設(shè)計過程對知識的上述需求，對知識地圖的組成、內(nèi)涵及功能進行了深化和改進。
1 知識地圖的組成
根據(jù)機械產(chǎn)品設(shè)計中對知識的需求，沿襲顧新建、祁國寧、韓永生老師的研究，將設(shè)計知識管理中的知識地圖分為知識分類圖、知識分布圖、知識利用圖和知識傳遞圖四個組成部分。它們分別描述知識的分類、分布、利用和傳遞情況，方便企業(yè)設(shè)計知識的檢索、重用和更新。
1．1 知識分類圖
對知識進行管理，首先需要使管理者和企業(yè)用戶明確本企業(yè)擁有哪些知識、其結(jié)構(gòu)是怎樣的。同時，為了便于對知識進行檢索和維護、避免知識的重復(fù)開發(fā)，需要對這些知識進行分類，使各類知識之間的結(jié)構(gòu)明確、界限清晰。
知識分類圖針對上述目的而設(shè)計，主要通過一個網(wǎng)狀層次結(jié)構(gòu)對企業(yè)的知識進行分層和分類。首先，網(wǎng)狀層次結(jié)構(gòu)中的上下位關(guān)系，即樹型層次結(jié)構(gòu)，所包含的知識從大到小、從粗到細、從通用化到專業(yè)化層層分解而彤成，越上層的知識類型越抽象，越下層的知識類型越專業(yè)化，這類似于PDM系統(tǒng)中的零部件分類管理。在此基礎(chǔ)上，為了確保各分類之間的聯(lián)系，需要借助對象屬性的作用，在樹型層次結(jié)構(gòu)之間定義橫向的關(guān)聯(lián)關(guān)系，結(jié)合數(shù)據(jù)屬性，確保對實例的完整描述。一個典型的企業(yè)設(shè)計知識分類圖片段如圖1所示。知識分類圖可以使管理人員和設(shè)計人員明確企業(yè)的設(shè)計知識的組成和關(guān)系，便于檢索和維護。
圖1 企業(yè)設(shè)計知識分類圖片段
由于企業(yè)的所有設(shè)計知識與產(chǎn)品、零部件的設(shè)計密不可分，因此知識分類圖的核心視圖為產(chǎn)品及其零部件視圖。以核心視圖的結(jié)構(gòu)和節(jié)點為中心，借助對象屬性，可以建立與具體產(chǎn)品或零部件相關(guān)的各類手冊視圖、方法視圖、規(guī)范試圖等，便于設(shè)計人員了解和查詢企業(yè)的已有知識，有助于設(shè)計人員掌握產(chǎn)品及其零部件所需知識的結(jié)構(gòu)。
1．2 知識分布圖
知識分布圖的主要目的是把業(yè)務(wù)過程中的各類知識與掌握相應(yīng)知識的知識載體一一對應(yīng)起來。知識載體主要是指某個企業(yè)、組織部門、設(shè)計團隊或設(shè)計人員。通過知識分布圖，可以在以下方面為業(yè)務(wù)過程的管理者或設(shè)計者提供幫助：①了解知識載體掌握知識的種類和數(shù)量；②發(fā)現(xiàn)知識獨占現(xiàn)象，即當(dāng)某知識僅與個別知識載體相對應(yīng)時，說明該項知識僅為少數(shù)知識載體所掌握；③根據(jù)員工掌握知識的情況確定業(yè)務(wù)過程中各個任務(wù)的執(zhí)行者；④尋求某類知識的領(lǐng)域?qū)＜遥@取幫助。
在此，需要說明的是，要想建立知識分布圖，必須在設(shè)計知識管理系統(tǒng)中預(yù)先定義設(shè)計對象(零部件)與知識對象之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，如has—manual—knowledge，has—structure—knowledge等，而且還需要定義設(shè)計過程與知識對象之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，如use—knowledge等。因此，借助此種定義方法，通過對設(shè)計對象及其設(shè)計過程中所擁有或使用的知識進行統(tǒng)計，就可以逐步追溯設(shè)計人員的知識分布以及知識在設(shè)計人員中的分布情況。而且這種方法的優(yōu)點是：即使設(shè)計人員在設(shè)計某一零部件時沒有使用某項設(shè)計知識，但是通過設(shè)計對象與知識對象之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，就可以推斷設(shè)計人員已經(jīng)掌握了此類知識，從而保證了知識分布圖的精確性。
通過了解企業(yè)對知識分布情況的需求，提出兩類知識分布圖：一類是某一知識載體的知識分布圖；一類是某一知識的知識載體分布圖。這里的知識載體可以是一個人，可以是一個角色，也可以是一個組織，它取決于企業(yè)組織結(jié)構(gòu)的單元和粒度。
(1)知識載體的知識分布圖
知識載體的知識分布圖主要描述了知識載體M對知識分類圖中的某一分類層次H中的各類知識的掌握數(shù)量。它體現(xiàn)了知識載體的知識結(jié)構(gòu)。
(2)知識的知識載體分布圖
知識的知識載體分布圖主要描述了知識分類圖中的某一類知識K在知識載體中的分布情況。它體現(xiàn)了知識在組織結(jié)構(gòu)中的分布。在知識分類圖中選中某類或某項知識，就能獲得所有具有該知識的知識載體。如果某個知識對象只與少數(shù)知識載體具有聯(lián)系，則反映該知識存在獨占現(xiàn)象。
知識分布圖的重要作用體現(xiàn)在兩個方面：在設(shè)計任務(wù)分配時，可以通過知識分布圖中設(shè)計任務(wù)相關(guān)知識的分布情況，選擇有經(jīng)驗的設(shè)計人員執(zhí)行設(shè)計任務(wù)，保證任務(wù)的順利完成；在解決設(shè)計過程中的疑難問題時，如果在知識分類圖中不能檢索到相應(yīng)的知識以解決問題，則可以根據(jù)知識分布圖的情況，獲得相關(guān)專家并進行直接交流，借助專家知識的經(jīng)驗，高效、優(yōu)質(zhì)地完成任務(wù)，解決疑難問題。
1．3 知識利用圖
設(shè)計知識在設(shè)計過程中不斷的被設(shè)計人員所檢索和應(yīng)用，人、過程和知識之間存在著密切的聯(lián)系。但是，哪些知識的應(yīng)用頻繁，哪些知識是企業(yè)的核心知識，哪些是基礎(chǔ)知識，以及哪些利用率較低是需要淘汰的知識等，成為企業(yè)知識管理的盲點。知識利用圖的提出，則恰恰反應(yīng)了具體知識的利用情況，滿足企業(yè)的設(shè)計知識更新速度較快的要求。
(1)記錄執(zhí)行功能時必需的知識。執(zhí)行任何一個設(shè)計任務(wù)時，都需要一定知識的支持。通過不斷的積累，知識利用圖就反映了任務(wù)執(zhí)行中各類知識的應(yīng)用情況。對于利用率比較高的知識則成為執(zhí)行此類任務(wù)時的核心知識。
(2)淘汰落后知識。隨著企業(yè)知識的積累，新的設(shè)計知識將不斷的產(chǎn)生，并代替原有的知識，導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫、知識庫的規(guī)模不斷擴大。知識利用圖提供了一定時期內(nèi)的知識利用的頻率統(tǒng)計，分析了各類知識點的利用情況，可以輔助將落后的、利用率低的知識歸檔，縮減數(shù)據(jù)庫和知識庫的規(guī)模。
1．4知識傳遞圖
一個新知識的產(chǎn)生離不開已有知識的循序利用，需要在過程或組織內(nèi)實現(xiàn)知識的傳遞，達到組織內(nèi)知識交流的目的。雖然前面的知識分類圖給出了每一類知識的詳細描述，但是它對知識的傳遞過程和產(chǎn)生進程的跟蹤和記載卻無能為力。因此，針對上述要求，知識傳遞圖，作為一種體現(xiàn)知識傳遞思想的樹狀模型，就應(yīng)運而生。歸納知識傳遞圖的類型，主要包括組織內(nèi)的知識傳遞圖、過程內(nèi)的知識傳遞圖、引用知識傳遞圖、使用知識傳遞圖四種，其中后兩種已經(jīng)在當(dāng)前的PDM／PLM系統(tǒng)中得到了研究和應(yīng)用。因此，本文重點說明組織內(nèi)的知識傳遞圖和過程內(nèi)的知識傳遞圖。
(1)組織內(nèi)的知識傳遞：在知識傳遞圖中，知識對象是整個傳遞圖的傳遞對象，而組織對象則是傳遞圖的傳遞目標。因此，一個組織內(nèi)的知識傳遞圖都是以知識對象和組織對象為交替嵌套節(jié)點的樹型結(jié)構(gòu)，如圖2所示。圖中，人員A將知識點口(根節(jié)點)傳遞給人員A1、A2、A3等(葉節(jié)點)，且A2產(chǎn)生新的知識點b1、b2；知識點b1(根節(jié)點)傳遞給人員B1、B2、B3等(葉節(jié)點)，且B3產(chǎn)生新的知識點，以此類推。這種知識傳遞方式可以為評價設(shè)計人員對企業(yè)的貢獻提供重要依據(jù)。
(2)過程內(nèi)的知識傳遞：在某一設(shè)計對象的設(shè)計過程中，各類設(shè)計知識的應(yīng)用產(chǎn)生了新的設(shè)計知識，如3D模型、2D圖紙、設(shè)計規(guī)則等。過程內(nèi)的知識傳遞則記錄了這一知識應(yīng)用和產(chǎn)生的過程，是一個以設(shè)計對象實例為節(jié)點的自底而上的追溯過程。以設(shè)計人員設(shè)計某齒輪B的任務(wù)舉例：如果齒輪B是一個全新的設(shè)計，其知識傳遞過程如圖3a所示，追溯過程發(fā)散，表示是新產(chǎn)品設(shè)計；如果齒輪B在已有設(shè)計實例齒輪A的基礎(chǔ)上，應(yīng)用各類知識而產(chǎn)生，其知識傳遞過程如圖3b所示，其追溯過程收斂于齒輪A(同一類型知識)，表示是在已有實例的基礎(chǔ)上的變型設(shè)計。過程內(nèi)的知識傳遞記載了具體的設(shè)計任務(wù)中知識點的應(yīng)用次序，隨著傳遞過程的完善，最終可以為細化任務(wù)中知識的定義和指導(dǎo)新員工的設(shè)計過程提供幫助。
2 知識地圖在產(chǎn)品設(shè)計中的作用
知識地圖是對企業(yè)已有知識資源進行有效管理的重要工具，它在產(chǎn)品設(shè)計中的作用如圖4所示。在設(shè)計的執(zhí)行過程中，知識地圖可以為執(zhí)行任務(wù)的設(shè)計人員提供共享知識，推薦相關(guān)專家；通過任務(wù)中知識的重用，可以評價知識的利用率；根據(jù)知識的不斷更新，可以追溯知識的來源，提高員工知識奉獻的積極性。
圖2 組織內(nèi)的知識傳遞
圖3 過程內(nèi)的知識傳遞
圖4 設(shè)計過程與知識地圖
3 知識地圖的實現(xiàn)
根據(jù)上述知識地圖中各功能的描述和設(shè)計，在國產(chǎn)PDM系統(tǒng)TnforCenter的基礎(chǔ)上，開發(fā)了知識地圖的原型。其中，知識分類圖，不僅描述了各類知識的分類層次結(jié)構(gòu)．對實例進行了歸類，還建立了各個分類之間的橫向關(guān)聯(lián)，如網(wǎng)5a所示；知識分布圖，提供了知識在知識載體中的分布情況和知識載體中知識的分布情況，可以輔助了解企業(yè)的知識結(jié)構(gòu)是否合理，如圖5b描述了圓柱外齒輪在知識載體中的分布情況；知識利用圖對知識的利用情況進行了統(tǒng)計，可以作為知識更新和淘汰的依據(jù)，如圖5c描述了某一圓柱外齒輪實例在某一時間段內(nèi)的利用情況；知識傳遞圖，描述了組織內(nèi)和過程內(nèi)的知識傳遞，是知識過程演化的輔助工具，如圖5d所示。
圖5 知識地圖
在知識地圖中，知識分布圖、知識利用圖和知識傳遞圖可以借助系統(tǒng)的后臺記錄和信息傳遞而構(gòu)建。而對于知識地圖的核心——知識分類圖，它的形式和結(jié)構(gòu)必須符合企業(yè)今后的發(fā)展趨勢，由專業(yè)人士進行維護。因此，為了保證知識分類的合理性和通用性，系統(tǒng)提供了知識分類管理的功能，它需要系統(tǒng)管理員的權(quán)限，是維護和管理知識分類圖的重要工具。
4 結(jié)束語
根據(jù)機械產(chǎn)品設(shè)計中設(shè)計實例、手冊、標注、規(guī)則等知識管理混亂、查詢不便，新的設(shè)計人員難以快速了解企業(yè)已有知識、知識追溯困難、知識冗余等問題，本文研究了面向機械產(chǎn)品設(shè)計的知識地圖，將一個抽象的概念實用化，并在國產(chǎn)PDM系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)了原型系統(tǒng)，驗證了方法的可行性，使得設(shè)計人員能夠快速找到所需要的知識、專家，并為企業(yè)的知識更新、人員貢獻的評價提供幫助，達到了知識獲取、管理、傳遞以及利用的目的。
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本文標題：知識地圖在機械產(chǎn)品設(shè)計中的研究與應(yīng)用
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