摘要：为了组织工业设计知识，提出一种构建知识地图的方法，推动产品概念设计创新。通过对工业设计过程的调查分析，建立具有不同抽象粒度的设计过程模型，搭建知识地图框架。基于知识节点关联的概念体系，定义节点的输入和输出结构。
通过对节点进行合并、分裂、修剪、插入和变异操作，统一获取、存储及重用设计知识。一方面，面向设计过程的知识地图采用操作流程基本框架组织知识，从结构上减少知识复杂性、分散性、隐匿性带来的混乱，为辅助设计决策、产生设计概念提供帮助。另一方面，可视化的知识地图框架适应多种设计项目，添加包括条件、目标、顺序、因果在内的设计知识情景信息，有效地减少知识领域单一造成的设计活动盲目。通过应用实例对该方法进行验证。
关键词：工业设计;知识地图;设计过程;知识情景
0前言
工业设计作为知识密集型创意行业，在加大用户满足度、增强自主品牌竞争力、提高产品附加值、促进传统产业改造升级方面起着至关重要的推动作用。然而，工业设计行业在为新产品注入创新活力的同时，离不开知识管理在跨专业共享设计知识、辅助设计决策、创新设计方案以及转换个体、组织经验等领域的有力支持。知识作为设计公司或设计团队的一种无形财产，只有通过合理有效的管理，才能形成持续发展的核心竞争力，产生最大化的经济效益。
在知识管理领域中，以知识库系统、数据挖掘、人工智能专家系统等为代表的研究，为企业使用知识资源提供了信息技术平台；以设计知识获取、转化、建模、映射、集成、演化、重用及派生等方法为代表的研究，为企业共享、传播知识信息奠定了理论基础。而知识工程在工业设计领域的研究集中在对设计知识特质方面的探索：设计知识具有描述性和规范性的本质，可以分为对象性、实现性和过程性知识，在传播过程中具有一般性和个体性的特征。然而，工业设计面临的问题和对象千差万别，设计原理知识基础复杂、多样，一般规则性设计知识应用范围有限。如何发现、获取、组织零散而多样的设计知识，成为知识管理首先需要解决的问题。
本文提出通过设计过程模型构建工业设计知识体系结构的方法，利用知识地图形象地描述新产品开发的知识全貌，为设计师提供包括条件、顺序、因果在内的设计知识情景信息，达到知识重用、创新的目标。研究在明确工业设计知识基本概念和特征的前提下，指出过程模型构建原则，建立具有不同抽象程度设计过程模型。最后，基于设计过程模型构建知识地图，对知识地图组织构成、功能特征、技术实现进行讨论。面向工业设计过程的知识地图具有可视性、动态性和整体性特征，有助于隐性知识的转化，对开发人员达成共识、辅助决策、产生概念、形成新知识将起到积极作用。
1工业设计知识概念
1．1工业设计知识概念对产品设计而言，设计知识是指产品设计与决策中各种信息的总和，包括原理、规范和经验等。
其中，工业设计知识以支持设计师产生和发展外观设计为目的，是从设计教育和工作经验中总结和积累而来的信息，涉及学科跨越美学、艺术学、生理学、心理学、人机工程学、市场营销学、机械工程学和计算机科学等众多领域就载体而言，工业设计知识不仅具有抽象的概念形式，而且以产品实物、图像、草图等案例形式存在；就显性、隐性知识特性而言，工业设计知识既包括形式化可以被计算机处理的显性知识，也包括设计师的灵感、经验、技巧等难以用语言表达和描述的隐性知识；就重用层次而言，工业设计知识既包括启发性强的抽象知识，也包括面向各个情景的具体知识。
由于工业设计是以处理产品外观为中心任务的创造性活动，它以结构、形态、材料、色彩、表面加工为手段，综合协调产品同用户、环境、功能、市场、环保等众多因素关系，所以设计中所涉及的用户域、功能域、结构域和工艺域的知识元素以及元素之间的映射关系非常丰富。并且，随着设计创造活动的发展与迭代，知识因素之间的相互影响更为复杂。
1．2面向案例的知识获取由于工业设计知识复杂、知识系统组织零散、规则性知识应用有限等因素，一般以案例形式存储知识。案例被看作是问题求解状态以及求解策略，包含问题初始状态、问题目标状态和求解策略。
针对具体设计活动，案例可以存储显性和隐性设计知识，将无法以规则语言描述的工业设计知识较为完整地保存下来。
然而，设计是典型的不良定义问题，设计案例形式松散，对初始状态、最终目标、求解策略、操作程序和测试标准一般缺乏明确的界定。因此，工业设计案例需要建立一定框架进行分析，以便获取案例中存储的知识，扩展工业设计知识域。
1．3工业设计过程设计是基于多领域知识的创造，设计过程被看作是对已有知识的全面运用。因此，设计过程是理解复杂案例的重要线索。基于工业设计过程模型，可以对案例进行编码、分析案例结构，有利于挖掘、转化显性、隐性设计知识。
然而，工业设计过程不是一个单纯的产品造型活动，而是包括技术、社会和认知进程的复合进程。
特别是随着大型、复杂性产品开发项目的出现，以及用户为中心开发理念的普及，单纯以外观改造为目标的设计活动，已经无法保障方案的设计质量和商业价值。企业只有对设计过程进行合理有效的组织，才能开发真正满足市场需求的产品。因此，设计过程模型需要充分考虑多领域设计知识在新产品开发过程中的交融、演化的状况，以便形成基本框架组织设计知识结构，发现新的设计状态。
2过程模型的构建
2．1 设计过程模型构建原则设计过程模型成为分解案例的基本框架，应遵循以下原则。
(1)通用性原则。过程模型具有抽象性，可以反映不同产品类型、设计项目的开发过程。
(2)动态性原则。过程模型可以根据新产品开发具体情况进行修正、分解、变化。
(3)交叉性原则。过程模型可以支持不同领域的开发人员分工合作，反映整个团队开发活动所涉及的知识领域。
2．2设计过程模型的构建根据设计过程特征和以上原则，本文采用社会调查的方法，构建工业设计过程模型，主要包括以下3个步骤。
(1)通过案例调查、个体采访、问卷调查的方法，客观全面收集设计过程的各类信息。其中，案例调查针对设计小组，记录成员全程活动。个体采访针对具有丰富工作经验的设计师，通过结构性语义分析，总结开发流程和相关资源。问卷调查针对工业设计专业高年级学生，通过大范围收集信息，了解设计过程中存在的不足和容易产生的问题。
(2)调研有关设计过程文献。通过比较面向设计认知的概念设计过程模型、一般设计任务模型、结构性计划模型和通用概念设计框架模型等形成理论参考。
(3)采用分类和不同层次抽象归纳的方法建立过程模型。通过定义设计过程最底层活动，将目标相似、参与者相同的活动归纳为一组，概括其特征。
多次重复分类和归纳活动，逐层建立设计过程模型的基本框架。
采用社会科学调查方法建立模型的优势，在于以下两个方面。
(1)利用设计经验事实，可以更好地对设计过程进行分析预测，支持研究成果向实践的转化。
(2)非即时性调查有利于全面认识设计背景以及相关因素，较为系统地认识各方面的知识源。但是，该种调查方法也存在取材有限、非实时反映、易受到多种不确定因素影响的缺陷。
2. 3设计过程模型工业设计过程描述性模型是具有不同抽象粒度的框架性结构模型，该框架模型分为5个抽象层次：时期、层面、阶段、任务和活动，逐步从高度抽象向具体层次分等级概括不同类型的设计过程。
模型具有良好的通用性、灵活性和适应性，可以根据具体应用情况选择适合的抽象粒度，进行分解、聚合、派生映射到具体案例。
3知识地图的构建
3．1知识地图的构建基于工业设计过程模型，提出知识地图，利用可视化地图形式进行设计知识资源导航。建立面向工业设计过程的知识地图，大致需要以下4个步骤。
(1)选择一定抽象粒度的设计过程模型，建立知识地图。通过知识节点、节点关联和知识链接，构成工业设计知识体系结构。
(2)根据具体设计案例，对知识地图中的节点进行全面的调整和标记。通过一定操作，使知识地图适应具体案例，体现其自身的知识结构特征(第3．2节)。
(3)建立知识地图各节点的输入、输出知识本体，确定产品开发流程中各阶段相关的知识资源和概念体系。
(4)设计知识的重用。基于知识地图体系，分解设计案例，获取多个领域设计知识。利用可视化地图和知识链接，设计师可以全面掌握工业设计知识全貌，通过搜索相关设计知识，进行知识重用及创新。
3．2知识节点的构建知识地图中的节点，特指设计过程中的基本阶段。通过对节点内在概念结构的分析，明确节点相关领域知识本体。知识节点由框架结构构成，通过槽、槽值、侧面和侧面值分层次存放知识类别和相应的属性值，如图2所示。知识节点呈树状分布，不仅可以消除概念、术语的混乱，而且具有良好的拓展性、维护性和直观性。
4知识地图的实现
知识地图系统结构包括图表绘制层、知识链接层和数据库层。图表绘制层采用SVG格式绘制地图，通过绘制引擎将知识结构可视化，其中地图上的节点可以根据修改内容进行变化。知识链接层是通过节点将所涉及知识内容的详细介绍，包括文字、图像、视频等。数据库层面向产品案例组织。由于每个工业设计流程都具有不同的探索性和侧重，无法通过固定的知识地图表示，因此一个案例对应一个知识地图，多个知识地图内容组成知识库。数据库层采用Prot696 2000本体编辑工具，通过明确类和类层次、属性关系以及标签实例，输出XML格式定义知识。
5知识地图应用实例
在家具行业，客户对产品外观样式变化十分敏感。家具企业为了适应市场竞争环境，每年都有大量新品上市。因此，设计开发小组需要在较短的周期内开发式样、风格、结构、功能多样的新家具。
应用家具行业的知识地图系统，可以为设计人员提供检索、传递、重用、共享设计知识的平台，利用案例帮助设计师迅速进入设计状态，加快设计创新的效率。此外，知识管理系统可以发现家具开发过程中产生的新知识，便于知识比较和更新。家具设计知识知识地图的业务流程，包括以下5个步骤。
(1)家具设计案例的获取。利用视频、音频、网络等手段，记录、存储设计过程中的头脑风暴、会议交流、草图方案、模型样品等相关资料。
(2)家具设计知识框架的建立。选择一定抽象粒度的家具设计开发过程框架，利用知识节点本体建立的信息输入界面，帮助知识工程师分解家具设计案例，完成知识的录入和归纳。
6结论
家具知识地图节点内容
(1)匹配多种活动进程的描述性过程模型是工业设计知识地图的重要线索，可以辨识设计阶段，建立知识节点，展现设计情景，获取相关知识源。
(2)对地图中节点概念体系的定义，有助于统一获取及重用设计知识。通过对节点的操作和标记，有利于知识地图体现具体案例知识结构特征。
作为对计算机辅助创新领域的探索，知识地图工具在知识获取手段、知识统一评价以及知识数据挖掘方面仍需要深入探索，这样才有可能使知识管理在新产品研发中发挥更大作用。
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