在产品设计中，知识的获取、选择、重用、创新、传递、共享、评估和储存等活动构成一条贯穿设计各个阶段的动态知识链，推动知识的演化和增值．现有的产品设计知识管理系统，除对规则类和实例类知识的重用提供局部支持外，对知识链中其他活动的支持十分有限．可视化技术为人类和计算机这两个强大的信息处理系统之间的交互提供了一个接口：知识地图作为可视化知识管理工具，利用网络和计算机技术，将不同类型的知识连接起来，给知识的使用者提供了整体的视野，同时为人机交互地处理知识提供了一个平台，从而促进知识的重用和创新。

    本文对网络环境下企业产品开发知识的可视化管理系统和技术进行了研究，分析了知识地图在知识链管理中的作用，提出了基于知识地图的知识重用模型，并构建了基于知识地图的产品设计知识管理系统框架．实例表明，知识地图对知识链活动有支撑作用。

1 知识链和知识可视化管理

    1.1 企业产品设计知识链管理的主要问题

    在进行产品设计时，要用到诸如公式类、规则类、约柬类、原理类、手册类和实例类知识，以及难以显式表达的专家个人经验等．这些知识在产品开发过程中，随着各个设计任务的进行，加入由获取、选择、产生(重用和创新)、内化、外化等活动构成的知识链，形成了动态演化的知识流，以达到开发新产品、使知识资产增值的目的口’．对知识链的管理是多个活动相互连接、反复进行并延续整个设计周期的人机交互过程．设计的每个阶段，都需要相应知识链活动的支持．产品设计结束后，结构化的知识存储到知识库中，而半结构化和非结构化知识则分散在各种文档、报告中，或者作为经验存储在人脑中．通常的中断，难以实现知识的长期共享和重用。

    产品设计知识链管理需解决的主要问题包括：
  
    (1)产品设计知识组织．围绕产品设计的概念语义空间进行知识组织，以提高知识检索的速度和查准率。

    (2)产品设计知识获取．在高维、海量、异构、不完全、半结构化设计资源中，了解产品设计知识及背景信息，帮助人们直接交流相互获取知识或接受他人发布的知识资源以获取知识。

    (3)产品设计知识粒度的确定．知识单元应能够用于完成基本设汁任务，并能根据设计任务需求，进行抽取、挖掘、归纳、演绎、合成来产生新知识．

    (4)知识关联和集成．完成一个设计任务往往需要多种类型的知识，需要建立知识关联帮助用户进行知识调用和知识集成。

    (5)知识内化和外化工具．需要提供知识管理平台，支持知识应用、知识共享、与专家交流，吸收显性知识，创造出个人经验；将设计中获得的知识编码化或将隐性知识转化为显性知识．

    (6)知识评价．知识使用者对知识进行评价，确定知识的适用范围．

    1.2 设计任务的分解和知识单元的组织

    设计知识不同于普通的信息，其表达方式更加复杂，围绕着产品的结构、行为、功能产生复杂的关联关系，同时还处于动态演化中，用静态、集中的方法进行组织和存储往往会割断这些关联关系．而且知识库中的知识没有提供足够的背景和使用过程信息，检索、传递、更新十分困难．因此，围绕产品设计任务来进行知识组织，并记录知识单元的特征和属性信息，将便于设计人员从设计任务出发，进行知识的检索和调用。

    产品设计活动可根据功能一结构分解为多个相对独立而又相互关联的设计子活动，每个设计任务又可以继续分解下去，形成产品设计任务树．这些基本设计活动的特点是具有固定、有效的问题分解结构，对于问题的解决具有比较明确的常规步骤和方法，以解决这些设计问题为核心来组织整理知识，将使知识获取和选择的难度降低，使用户在进行新产品设计的时候，能很快对类似产品设计活动及知识进行调用和修改。

    一个产品设计任务可以进行多次分解．每个层次的设计任务都可调用相应层次的设计知识来完成．在设计任务树的基础上，可对设计知识资源进行组织和描述，建立设计知识树．设计知识树中每个结点能提供关于如何完成对应设计任务的知识，其本身可根据涉及领域、存储位置、使用方法的不同选择不同描述方式．将知识树中的结点按照内在关联，选择部分或全部知识结点进行可视化处理，就能生成知识地图。

    1.3 知识的可视化索引与知识地图的生成

    知识地图是一组知识及其关联关系的表述，并提供通向相关知识资源(知识库或人)的链接．知识地图并不直接包含知识资源本身，而是对知识资源的索引．知识地图一般分为两层：①图表层，从整体角度反映知识地图中所包含的知识结点及其相互关联；②描述层，描述每个知识结点的详细信息，并提供指向知识资源的链接．知识地图用三元组可表示为．其中，K代表知识结点的主题，也可以是一幅知识地图的主题；P是对知识结点本身属性和特征的描述，方便用户进一步了解知识结点；R表示知识结点之间的关系，用户能根据它找到相关知识，或与掌握知识的专家进行交流．在现有实际的产品知识库中，能够提供用户进行检索和知识地图系统进行可视化的信息十分有限．可采用5w1H方法，从what，when，where，who，why，how几个角度来添加产品设计知识的属性和特征信息，构成面向可视化的知识索引。

1

    每一条知识索引描述一个知识结点的使用背景、自身属性以及与其他知识结点的相互关系．各设计部门的专家根据本部门承担的设计任务和拥有的知识资源建立一个或多个知识结点，提取相应的知识属性和关联关系，建立知识索引，再由知识专家或绘图引擎生成全局性的知识地图．由于用户需要查询的知识层次、角度不同，因此应根据用户需要，生成不同视图．图1表示选择不同的知识结点、属性、关联分别进行知识结构信息的可视化、知识使用流程信息的可视化以及知识位置信息的可视化等。

2 网络环境下的企业知识地图

    2.1 知识地图系统框架

    基于前述的知识组织方式和可视化方法，可建立图2所示的知识地图管理系统框架．知识资源层包括各种知识库和可以提供知识服务的专家．知识地图层是中间层，通过语义分析模块将用户的知识需求描述转化为知识查询语句，在知识索引库中找出相关知识点，再由可视化引擎根据领域本体定义的知识关联生成知识地图．知识地图层还提供了权限管理模块，不同用户有不同浏览和调用权限．交操作层提供了用户与知识地图进行交互的工具．知识用户可以进行知识查询、选择、调用等，知识管理专家则可对知识地图和知识索引进行维护、更新。

图2 知识地图管理系统框架

    在知识地图管理系统的支持下，设计人员可以利用知识地图来重用和创新知识，企业也可以围绕产品的设计任务，进行知识资源的展示、虚拟企业的建立、知识的集成和知识服务的发布。

    2.2 支持知识链可视化管理的网络技术

    知识地图是在网络环境下对分散的各类知识资源进行标记，并以可视化方式来支持知识链的各个活动．但当前的网络技术由于缺乏对知识语义的处理能力，使知识地图的自动生成较为困难，需要知识管理专家承担更多的工作．而知识网格为知识资源之间赋予了更丰富的语义关系，使知识索引的自动化生成成为可能，能有力推动知识地图系统的实用化进程．图3所示的知识地图操作在网格技术支下为知识链活动提供了一系列交互界面和工具。

图3 知识地图和知识链活动

    知识集成机制能实现基于语义的资源集成服务，并形成匹配多种知识视图需求的完整内容，使各知识资源的知识能纳入到知识链；过程控制机制对知识地图中提取出来的知识协作、演化过程进行保障；评估机制根据知识的创新性、有效性、完整性评估知识等级，将有用的知识优先提供给用户；本体论可提供领域内概念及其关联描述，降低知识地图维护难度，使知识的获取和选择更加方便；认知论面向用户的知识属性提取和可视化。

  2.3 基于知识地图的知识重用过程

    基于知识地图的产品设计知识重用是在变型设计和适应性设计中，通过调用已有产品设计知识，满足新设计对产品功能的需求．图4给出了基于知识地图的知识重用模型．将知识资源按照设计任务分类、组织，并建立索引，再利用可视化技术生成知识地图．其使用者则根据知识地图的描述，寻找到完成类似任务需要的知识，将有用的知识纳入获取、选择、产生、内化、外化的知识链，辅助设计任务的进行．对于不能直接重用的知识，由知识专家根据薪任务需求进行处理后再传递给设计者。

图4 基于知识地图的知识共享和知识重用模型

    在设计任务完成后对知识进行评价、整理、分类、标记、存储等活动，更新知识地图供以后的设计调用。

3 实例分析

    利用VC++开发平台，使用XMI．(ExtensibleMarkup Language)和SVG(Scalable Vector Graph—ic)技术开发了知识地图构建和维护系统，并针对汽车设计过程建立了流程类知识地图。

    各部门专家首先对汽车设计任务进行分解，确定整个汽车开发过程中所需进行的设计活动，并对完成设计任务的知识进行组织．再利用知识地图系统，将每个知识结点的主题、属性、关联关系输入到XMI。描述的知识索引库中，由绘图引擎生成由SVG格式图表层和HTML格式描述层构成的知识地图．图5所示为内饰设计流程知识地图对知识链的支持示意图．该流程是整车设计流程地图的一部分．知识结点之间存在参考和传递的关联关系，承担设计任务的设计人员之间可以根据知识链接浏览、跟踪、交流和更新这些知识．通过知识关联的预先设置，设计人员可实时进行有目的的知识传递和演化处理，改进设计方案。

图5 流程地图对内饰没计知识链的支持

    在知识地图的引导下，知识获取、选择、重用、创新、传递、共享、评估和储存的难度都有所降低，设计任务知识链的连续性得到了保障。

4 结语

    根据知识地图的产品设计知识重用模型，对设计任务进行分解并对相关知识进行组织，再以可视化方式与设计者交互，可降低知识获取难度，提高知识重用水平．以知识地图为核心的知识管理系统，能推动网络环境下的知识演化，在产品开发中对知识链活动有动态、连续的管理能力，从而提高企业产品的设计效率。缩短设计周期．目前的网络环境对知识地图系统的支持不足，且关于知识网格的理论和技术研究还不成熟，有待逐步完善，如何利用网格技术来构建知识地图系统，管理产品设计知识链，还需要进一步深入研究。