0 引言
產品設計知識是產品創新的基礎，可有效的支持產品快速設計，避免重復性設計錯誤。相反，不注意知識積累和重用而導致知識資源流失，已成為閑擾企業發展的瓶頸問題。因此，產品設計需要知識管理的全面支持。目前，在設計知識管理中，普遍存在的問題是：設計過程缺乏記錄和積累，與設計知識之間缺乏融合；設計者經常花費大量的時間來查找解決問題所需要的設計知識；設計者經常忘記自己曾經訪問過的知識放在哪里；設計新手通常不知道有哪些知識可供利用；設計者經常不知道哪些知識有助于解決現有問題，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是必要的；它們由誰掌握、由誰使用；某個知識是何處產生的；在企業或組織內是如何傳遞的。由此，設計人員可以選取恰當的知識和確定解決問題的途徑，實現知識的獲取。這種圖形化的描述方式，我們稱之為知識地圖。它的設計在整個設計知識管理中具有舉足輕重的作用，是表現知識體系和知識關聯的重要手段。
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的呈現方式，可分為概念性知識地圖、流程知識地圖以及能力知識地圖。在當前的研究中，大多數學者局限于概念性知識地圖，較多的應用于保險、銀行、經濟管理等行業；部分學者借助本體或元知識的功能構建和實現了流程知識地圖，但缺乏與當前信息系統的融合，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上，本文結合設計過程對知識的上述需求，對知識地圖的組成、內涵及功能進行了深化和改進。
1 知識地圖的組成
根據機械產品設計中對知識的需求，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，方便企業設計知識的檢索、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用戶明確本企業擁有哪些知識、其結構是怎樣的。同時，為了便于對知識進行檢索和維護、避免知識的重復開發，需要對這些知識進行分類，使各類知識之間的結構明確、界限清晰。
知識分類圖針對上述目的而設計，主要通過一個網狀層次結構對企業的知識進行分層和分類。首先，網狀層次結構中的上下位關系，即樹型層次結構，所包含的知識從大到小、從粗到細、從通用化到專業化層層分解而彤成，越上層的知識類型越抽象，越下層的知識類型越專業化，這類似于PDM系統中的零部件分類管理。在此基礎上，為了確保各分類之間的聯系，需要借助對象屬性的作用，在樹型層次結構之間定義橫向的關聯關系，結合數據屬性，確保對實例的完整描述。一個典型的企業設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計人員明確企業的設計知識的組成和關系，便于檢索和維護。
圖1 企業設計知識分類圖片段
由于企業的所有設計知識與產品、零部件的設計密不可分，因此知識分類圖的核心視圖為產品及其零部件視圖。以核心視圖的結構和節點為中心，借助對象屬性，可以建立與具體產品或零部件相關的各類手冊視圖、方法視圖、規范試圖等，便于設計人員了解和查詢企業的已有知識，有助于設計人員掌握產品及其零部件所需知識的結構。
1．2 知識分布圖
知識分布圖的主要目的是把業務過程中的各類知識與掌握相應知識的知識載體一一對應起來。知識載體主要是指某個企業、組織部門、設計團隊或設計人員。通過知識分布圖，可以在以下方面為業務過程的管理者或設計者提供幫助：①了解知識載體掌握知識的種類和數量；②發現知識獨占現象，即當某知識僅與個別知識載體相對應時，說明該項知識僅為少數知識載體所掌握；③根據員工掌握知識的情況確定業務過程中各個任務的執行者；④尋求某類知識的領域專家，獲取幫助。
在此，需要說明的是，要想建立知識分布圖，必須在設計知識管理系統中預先定義設計對象(零部件)與知識對象之間的關聯關系，如has—manual—knowledge，has—structure—knowledge等，而且還需要定義設計過程與知識對象之間的關聯關系，如use—knowledge等。因此，借助此種定義方法，通過對設計對象及其設計過程中所擁有或使用的知識進行統計，就可以逐步追溯設計人員的知識分布以及知識在設計人員中的分布情況。而且這種方法的優點是：即使設計人員在設計某一零部件時沒有使用某項設計知識，但是通過設計對象與知識對象之間的關聯關系，就可以推斷設計人員已經掌握了此類知識，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，它取決于企業組織結構的單元和粒度。
(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量。它體現了知識載體的知識結構。
(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。它體現了知識在組織結構中的分布。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知識載體具有聯系，則反映該知識存在獨占現象。
知識分布圖的重要作用體現在兩個方面：在設計任務分配時，可以通過知識分布圖中設計任務相關知識的分布情況，選擇有經驗的設計人員執行設計任務，保證任務的順利完成；在解決設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的知識以解決問題，則可以根據知識分布圖的情況，獲得相關專家并進行直接交流，借助專家知識的經驗，高效、優質地完成任務，解決疑難問題。
1．3 知識利用圖
設計知識在設計過程中不斷的被設計人員所檢索和應用，人、過程和知識之間存在著密切的聯系。但是，哪些知識的應用頻繁，哪些知識是企業的核心知識，哪些是基礎知識，以及哪些利用率較低是需要淘汰的知識等，成為企業知識管理的盲點。知識利用圖的提出，則恰恰反應了具體知識的利用情況，滿足企業的設計知識更新速度較快的要求。
(1)記錄執行功能時必需的知識。執行任何一個設計任務時，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執行中各類知識的應用情況。對于利用率比較高的知識則成為執行此類任務時的核心知識。
(2)淘汰落后知識。隨著企業知識的積累，新的設計知識將不斷的產生，并代替原有的知識，導致數據庫、知識庫的規模不斷擴大。知識利用圖提供了一定時期內的知識利用的頻率統計，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，縮減數據庫和知識庫的規模。
1．4知識傳遞圖
一個新知識的產生離不開已有知識的循序利用，需要在過程或組織內實現知識的傳遞，達到組織內知識交流的目的。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，作為一種體現知識傳遞思想的樹狀模型，就應運而生。歸納知識傳遞圖的類型，主要包括組織內的知識傳遞圖、過程內的知識傳遞圖、引用知識傳遞圖、使用知識傳遞圖四種，其中后兩種已經在當前的PDM／PLM系統中得到了研究和應用。因此，本文重點說明組織內的知識傳遞圖和過程內的知識傳遞圖。
(1)組織內的知識傳遞：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，一個組織內的知識傳遞圖都是以知識對象和組織對象為交替嵌套節點的樹型結構，如圖2所示。圖中，人員A將知識點口(根節點)傳遞給人員A1、A2、A3等(葉節點)，且A2產生新的知識點b1、b2；知識點b1(根節點)傳遞給人員B1、B2、B3等(葉節點)，且B3產生新的知識點，以此類推。這種知識傳遞方式可以為評價設計人員對企業的貢獻提供重要依據。
(2)過程內的知識傳遞：在某一設計對象的設計過程中，各類設計知識的應用產生了新的設計知識，如3D模型、2D圖紙、設計規則等。過程內的知識傳遞則記錄了這一知識應用和產生的過程，是一個以設計對象實例為節點的自底而上的追溯過程。以設計人員設計某齒輪B的任務舉例：如果齒輪B是一個全新的設計，其知識傳遞過程如圖3a所示，追溯過程發散，表示是新產品設計；如果齒輪B在已有設計實例齒輪A的基礎上，應用各類知識而產生，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上的變型設計。過程內的知識傳遞記載了具體的設計任務中知識點的應用次序，隨著傳遞過程的完善，最終可以為細化任務中知識的定義和指導新員工的設計過程提供幫助。
2 知識地圖在產品設計中的作用
知識地圖是對企業已有知識資源進行有效管理的重要工具，它在產品設計中的作用如圖4所示。在設計的執行過程中，知識地圖可以為執行任務的設計人員提供共享知識，推薦相關專家；通過任務中知識的重用，可以評價知識的利用率；根據知識的不斷更新，可以追溯知識的來源，提高員工知識奉獻的積極性。
圖2 組織內的知識傳遞
圖3 過程內的知識傳遞
圖4 設計過程與知識地圖
3 知識地圖的實現
根據上述知識地圖中各功能的描述和設計，在國產PDM系統TnforCenter的基礎上，開發了知識地圖的原型。其中，知識分類圖，不僅描述了各類知識的分類層次結構．對實例進行了歸類，還建立了各個分類之間的橫向關聯，如網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，可以輔助了解企業的知識結構是否合理，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計，可以作為知識更新和淘汰的依據，如圖5c描述了某一圓柱外齒輪實例在某一時間段內的利用情況；知識傳遞圖，描述了組織內和過程內的知識傳遞，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的后臺記錄和信息傳遞而構建。而對于知識地圖的核心——知識分類圖，它的形式和結構必須符合企業今后的發展趨勢，由專業人士進行維護。因此，為了保證知識分類的合理性和通用性，系統提供了知識分類管理的功能，它需要系統管理員的權限，是維護和管理知識分類圖的重要工具。
4 結束語
根據機械產品設計中設計實例、手冊、標注、規則等知識管理混亂、查詢不便，新的設計人員難以快速了解企業已有知識、知識追溯困難、知識冗余等問題，本文研究了面向機械產品設計的知識地圖，將一個抽象的概念實用化，并在國產PDM系統的基礎上開發了原型系統，驗證了方法的可行性，使得設計人員能夠快速找到所需要的知識、專家，并為企業的知識更新、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：知識地圖在機械產品設計中的研究與應用
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