产品设计知识分类及知识供应研究

2008年第27卷12月第12期机械科学与技术M echanical Science and T echno l ogy for A erospace Eng ineer i ng D ecember V o.l 272008N o .12收稿日期:2008-02-29基金项目:国家自然科学基金项目(70771091)和西北工业大学青年科技创新基金项目资助作者简介:王克勤(1979-),讲师,博士研究生,研究方向为产品开发管理、质量管理,k eq i nw ang @nw pu .edu .c n王克勤产品设计知识分类及知识供应研究王克勤,同淑荣(西北工业大学管理学院,西安 710072)摘 要:产品设计是由一系列决策驱动的知识密集型过程,设计决策的效率和效果取决于对设计人员的知识供给,即从各种来源和渠道给设计人员提供产品生命周期内的各类相关知识,将产品设计知识进行合理分类是给设计人员提供知识的前提。

本文通过对产品设计知识分类的相关研究文献分析,基于产品设计决策过程,将产品设计知识分为3大类,即产品知识,过程知识和产品支持知识,并作了解释和细分。

着重就研究较少的产品设计支持知识,提出一种基于数据挖掘的制造知识获取及对设计人员的产品支持知识供应模式。

从而为建立适用的产品设计支持知识库提供了思路和理论框架。

关 键 词:产品设计;设计知识;知识分类;设计决策;知识供应中图分类号:TH 122;TP182 文献标识码:A 文章编号:1003-8728(2008)12-1655-05On C l assification and Suppl y of Product Design Kno w ledgeW ang K eqi n ,T ong Shurong(Schoo l ofM anage m ent ,N o rt hwestern Po l y technical U niversity ,X i c an 710072)Abst ract :Product design is a kno w ledge -i n tensive process wh ich is driven by a series of dec i s ions .The efficiency and effectiveness o f these dec isi o ns depends on the supply ofm any k i n ds of re lated kno w ledge to designers fro m di-f ferent sources and channels thr oughout t h e pr oduct lifecycle .Reasonable c lassification of pr oduct desi g n kno w ledge is the prerequ isite for kno w ledge supply to product desi g ners .I n this paper ,w e firstm ake a literature rev ie w on the classification o f product design know ledge .Then ,accor d i n g to decisi o n m ak i n g and product design process ,the product design know ledge is classified i n to three categories ,na m e l y ,product kno w ledge ,process kno w ledge and product suppo rt kno w ledge ,wh ich are exp lained respectively .F i n ally ,by putting t h e e m phasis on the product sup -port kno w l e dge ,one data m i n i n g -based know ledge acqu isition and supp ly m ode is pr oposed ,w hich prov i d es a m ethod and t h eory fra m e w or k for the constr uction o f product support know ledge base .K ey w ords :pr oduct design ;design kno w ledge ;know ledge classification ;design dec ision;kno w ledge supp l y 产品设计知识包含产品设计过程本身产生的知识以及使用的产品生命周期其他阶段的知识,设计知识的作用和重要性已经成为确保企业产品获得竞争优势的主要因素。

设计过程中知识的获取、传递和运用成为产品最终成功实现市场化的关键。

因此,对设计人员的知识供应效率对产品设计取得全面成功具有关键作用[1],必须在设计过程中给设计决策提供足够的知识支持。

产品设计人员所需知识传统上大多依靠非正式渠道获取,如查阅设计手册、咨询领域专家等。

一方面,这些渠道效率不高,设计效果不能持续稳定的得到保证。

另一方面,随着设计人员流动性的日益频繁,企业已不能长期拥有固定的有经验的设计人员,使得这些传统非正式渠道的知识获取效率日益降低。

由此,研究和建立设计知识库成为设计知识领域研究的热门之一,比较有影响的如美国N I ST(N a -tional Institute of Standards and Techno logy)的设计知机械科学与技术第27卷识研究团队[2]建立的Desi g n Repositor y ,目前仍由Drexe l 大学研究人员保持更新。

国内在这方面也开展了较多的研究,如文献[3~5]。

这些工作较好地推动了产品设计知识的获取、组织、推理与使用,为提高产品设计效率提供了参考。

但是却忽略了一些基本的问题,如:产品设计知识库中的知识具体包含哪些类型?如何分类比较合理?这些知识来源在哪里?每种类型的知识采用什么方式表达?采用什么机制来获取知识并供给设计人员其所需的知识?诸如此类的问题还没有明确的研究结果。

本文通过分析已有的多种对设计知识的分类,将产品设计知识分为产品知识、过程知识和支持知识,并着重分析如何获取产品支持知识,最终提出一种知识供应模式,部分回答了以上问题。

1 产品设计知识分类文献综述关于数据、信息和知识的区分,一种普遍的观点认为数据就是在有机组合的情况下可转变为信息的一些事实,然后有用的信息在特定情境下转变为知识[6]。

本文认为设计相关的信息和知识都会对设计人员的相关设计活动提供支持,除非特别说明,本文中的/知识0和/信息0将互换使用。

部分研究者在分析产品设计人员所需信息的过程中探讨了工程设计知识的分类。

V i n centi [7]将工程设计知识分为6类:基本设计概念,设计标准和规范,理论工具,数量化资料,应用研究和设计手段,但没有包含/设计过程0。

图1所示的Zhang [8]的分类方法和图2所示的L i 等人[9]提出的设计知识分类方法反映了/设计过程0这类知识。

另外,Ahm ed 等人[10]将产品设计知识从两个维度进行分类。

在一个维度上,知识分为与过程相关的知识和与产品相关的知识。

在另一个维度上,把知识分为以外在形式储存的信息和以内化于人脑的形式储存的信息(包括显性知识、隐性知识和暗默知识)。

L i 和Zhang[11]把设计知识分为4类:产品结构,产品行为,产品功能以及三者之间的因果关系。

C arstensen [12]研究发现工程设计人员需要的信息类型包括:以往的设计,设计原理,相似产品,产品存在的已知问题,零部件设计规范,标准和规范,工作流程,生产线特征,新材料和新的零部件,相关文献及研究成果,相关人员,项目文档。

近年来在产品设计知识研究方面最有影响的是由欧盟EPSRC (Eng i n eering and Physical Sc iencesResearch Counc il)和ESRC (Econo m i c and Socia l Research Council)资助,以英国剑桥大学、巴斯大学等11所大学的工程设计研究人员及众多知名企业(如ABB ,A ir bus UK,Rolls -Royce 等)参与的产品设计过程中的知识和信息管理研究项目[13,14]。

2 基于决策过程的产品设计知识分类211 将产品设计过程看作决策过程产品设计是由一系列决策驱动的知识密集型过程,有效地产品设计很大程度上取决于有效的决策[15]。

产品设计决策可分为技术决策和组织决策。

技术决策着眼于产品本身,它决定了产品的技术参数。

大多数技术决策都由产品设计人员做出。

而组织决策控制设计过程的进展,阐明该做什么,什么时候做,由谁来做(what the w ork w ill be done ,w hen it w ill be done ,and who w ill do it)。

大多数组织决策由设计经理或公司管理层人员做出。

在不同的产品设计阶段,设计知识的内容及表现形式不尽相同,沿着设计过程的不同决策将设计知识分阶段进行表达和处理能减少知识使用时的盲目性,如在某一阶段避免搜索其他阶段的设计信息。

为什么要基于决策过程?设计是以决策为标志的信息演变过程,把产品设计知识的分类基于决策过程显然具有可行性。

U ll m an 曾经领导的研究项目将产品设计信息按照零部件进行组织[16]。

然而,随着工作的推进,只要有新的零部件出现或者原有的零部件停止使用,这种组织方式就将逐渐失效。

随后他们将设计信息按照涉及到的相关问题进行分类[17],相关问题可能是一个零件、零件的特征、功能或者采用的过程等。

然而运行一段时间后这种方法同样陷入了困境,因为这些相关问题可能过一段时间也会被废弃。

最后他们发现并证实组织产品设计信息最好的方式就是按照所作的决策进行组织[18]。

1656第12期王克勤等:产品设计知识分类及知识供应研究因此,基于产品设计决策过程对产品设计知识进行分类是可行的。

212 基于决策过程的产品设计知识分类从以上相关文献可以看出,针对产品设计过程中设计决策所需的设计知识,已有的产品设计知识分类关注的是从上游设计活动输入的信息/知识、本阶段产生的设计信息/知识/设计进程信息以及历史相似设计项目的经验知识。