面向产品全生命周期的创新设计中知识动力学研究

Innovative design is a key process of product innovation, which determines the success or failure of the innovation. Meanwhile, it is a knowledge-intensive activity, and is a systemic project that requires the mastery and fusion of a varity of expertises and knowledge and the collaboration among the experts and professionals from multidisciplinary domains. However, current innovative design methods fail to clarify the operating and evolution mechanism of the multidisciplinary knowledge for supporting product innovation. Under the guidance of the systems science and systems engineering, this project tries to study the problem of knowledge dynamics in the innovative design for product life cycle by integrating the theories and methods from multidisciplinary fields such as design methodology, knowledge engineering and knowledge management. The content of the project is comprised of three major research aspects. The first aspect is the systemic modeling of knowledge and the comprehensive measurement and evaluation methods of its value, quality and maturity. The second aspect is to propose a state-transformation model of innovative design based on the approach of knowledge management and to study the methods of the multi-disciplinary knowledge fusion and creation and the creative use of old knowledge for supporting innovation. The third aspect is to study the evolution mechanism of the knowledge ecosystem caused by the creation of new knowledge and the creative use of old knowledge in the innovative design. By integrating the three aspects, we attemp to reveal the mechanism of multidisciplinary knowledge from the product life cycle for supporting product innovation in the innovative design, so as to accelerate the pace of knowledge-based product innovation and to further enhance the innovative capability and market competitiveness of an enterprise.

创新设计是实现产品创新的一个关键环节，决定了产品创新的成败。同时，创新设计也是一个知识高度密集化的系统工程，需要多学科专业知识的融会贯通以及各类专家和专业人员的协同合作方能完成，然而目前创新设计方法中多学科知识支持产品创新的运作机制和演化机理尚未明确。本项目在具有我国特色的系统科学和系统工程的思想和方法的指导下，综合运用设计方法学、知识工程与管理等学科的理论与方法，对面向产品全生命周期的创新设计中知识动力学的问题进行研究。通过研究知识的系统化建模方法及其综合度量与评价方法，探讨基于知识管理的创新设计状态转换模型及其多学科知识融合创造和创造性使用的方法，研究设计中的新知识的创造和旧知识的创造性使用引起企业知识生态系统的演化规律，从而揭示产品全生命周期的知识在创新设计过程中支持产品创新的机理，加快基于知识的产品创新的步伐，进一步提升企业产品创新能力和市场竞争力。

创新设计是产品的全生命周期中实现创新的一个关键环节，也是一个多学科知识高度密集化的活动。创新设计必须充分考虑新产品的市场需求，产品功能、结构和可靠性以及制造、装配、维修服务和环保等方面的多学科知识，本课题运用知识动力学的基本理念全面描述了企业知识作为创新驱动力，在创新设计过程中支持产品创新机理、在企业研发过程中的动态演化的机理。针对这些问题我们进行了深入的研究。首先，我们在全面分析现有知识建模理论与技术的基础上，研究了并提出了使用向量和多维尺度对企业知识进行建模技术，建立了系统化的企业知识模型，并以此为基础形成了知识生命周期的过程模型，建立了知识价值评价的量化模型；其次我们研究了知识在产品创新设计过程中驱动产品状态转换的过程及其机理，我们提出了使用任务分解建立知识与任务之间的匹配模型，得出了在任务层面上的知识驱动创新的机理；最后我们通过计算机图论、多智能体技术等对知识在创新设计过程中的运动、演化和融合等活动进行了深入分析，建立了企业知识网络和知识图谱，分析了企业知识生态系统的形成与进化机理。本项目研究成果揭示了面向产品全生命周期的创新设计中知识驱动创新的动力学机理，揭示了企业知识支持产品创新的运作机制和演化机理，对提升企业自主创新能力和水平具有重大研究意义，并已经成功应用于多项新产品的开发过程中，取得了良好的经济和社会效益。