基于互聯網的設計知識服務研究
——分析中國工程科技知識中心(CKCEST)的功能

謝友柏

1.上海交通大學機械與動力工程學院，上海，2002402.西安交通大學機械工程學院,西安，710049

基于互聯網的設計知識服務研究
——分析中國工程科技知識中心(CKCEST)的功能

謝友柏1，2

1.上海交通大學機械與動力工程學院，上海，2002402.西安交通大學機械工程學院,西安，710049

在萬眾創新口號的召喚下，與知識服務相關的網站如雨后春筍般地涌現。成功的創新離不開正確的設計，正確的設計離不開充分的知識供給，而許多網站對所從事服務的理解存在一些誤區，他們所提供的知識實際上不能直接支持設計，不利于知識在設計競爭中的高效運用。從設計科學中關于設計知識的基本定律出發，以中國工程院CKCEST當前提供的服務為例，分析了設計對基于互聯網的知識服務的特殊要求和走出誤區的途徑，并用所在團隊在過去20年中所做過的案例說明這些觀點。

設計；知識；知識服務；服務；互聯網

0 引言

自從1997年現代設計與產品研究開發網絡——虛擬異地合作設計組織在西安宣告成立[1]以來，我們一直在為實現這個宣言的目標而努力。由于環境還不成熟，結果屢戰屢敗，雖然又屢敗屢戰，但最終也沒有能夠完全實現目標。不過，這個過程得到的經驗、教訓[2-4]也許會對今后繼續努力起到前車之鑒的作用。

現在形勢不同了，越來越多的人認識到轉型發展需要創新驅動[5]，特別是國家發出“大眾創業、萬眾創新”的號召，給每個人參與創新競爭提供了廣闊的空間。設計科學研究表明，沒有正確的設計就不可能有成功的創新。設計以已有知識為基礎定律、設計以新知識獲取為中心定律[6]告訴人們，設計本質上是一個知識流動、集成、競爭和進化的過程，要使得設計具有競爭力，能夠支持創新競爭取勝，知識的高效供給和高效運用是不可或缺的要素。受到“互聯網+”和電商成功的啟發，以設計知識服務為主題的網站(或者叫做平臺)如雨后春筍般地出現。中國工程院的中國工程科技知識中心(CKCEST)不是最早但是卻可能是當前這類網站(平臺)中規模最大的之一。本文嘗試以CKCEST為代表，以我們過去的經驗、教訓為參照，來分析當前這些網站或者平臺的建設和發展，期望能夠引起更多人對此的關注和討論，以推動基于互聯網的設計知識服務能夠更快、更健康地成長，成為支持大眾創業、萬眾創新知識供給的主力軍。從這一要求來看，還有大量細致的工作要做。

當然，CKCEST的建設要滿足多方面需求，從《CKCEST使用手冊》上看：“其首要目標就是要服務于我院思想庫建設和院士團隊的科研教學工作”。滿足不同需求的知識服務和提供方式會有很多不同，科學活動和教學工作對知識的需求就與設計對知識的需求不一樣，本文僅討論設計所需要的知識服務和供給。CKCEST的主要功能包括專業搜索、知識應用、數據資源、代查代檢、數字期刊平臺、“雙創”平臺?？梢哉J為，這些功能的核心是知識應用，而對于“雙創”平臺，設計應該是“雙創”平臺諸應用中最重要的應用。

1 幾個認知上的誤區

基于互聯網的設計知識服務有幾個認知上的誤區，其中一個比較普遍的是互聯網究竟能夠傳遞什么？例如，一些人望文生義地認為物聯網就是將物藉助互聯網連接成一個網，其實物聯網僅僅是將關于物的信息連成網，物的信息不等于物。在網上購物，是傳遞包括支付信息、送達信息等的購物信息，而物本身則需要由快遞送到用戶手上。信息對于人的生活和生產，其重要性無論用什么詞語描述都不會過分，互聯網之所以如現在這樣受到重視，就是由于人們在決定自己行為時，都期望能夠從互聯網得到信息。不過真正能夠指導人們正確行為的，是知識而不是信息。互聯網上傳遞的信息可能含有知識，但是也可能不含有知識，甚至可能含有導致錯誤行為的偽知識[7]。要清醒地認識：數據不等于信息，信息不等于知識。一個數據陣列含有什么信息，要由相關的數據模型來解讀，數據模型包括數據是怎樣采集的，而信息與知識之間異同的鑒別則更為復雜。這里研究的是設計知識服務，因此只限于討論設計知識的鑒別。

提供服務和做項目不同。在物質生產領域或者工業界，一說到兩個實體間的知識傳遞，就想到做項目。多年來的“產、學、研結合”和“引進、消化、吸收、再創新”政策，都是通過項目進行的，好像已經形成了一種思維的慣性。近年來在制造業中提倡制造業向服務業延伸，也是向送貨、安裝、培訓、維修等下游延伸，幾乎沒有看到有向設計知識服務上游延伸的關切，所以，對于設計知識服務的概念，需要認真地研究和認識。服務的一個基本特征是提供和消費同時發生，而項目則是先設定一個目標，若干年后完成。服務的另一個特征是提供方有可以即插即用的資源準備，而完成項目的資源則大多數要在立項后才開始組織。

講到資源，一種認識是指相關的硬軟件設備，然而更全面的理解必須包括有資質的人。支持設計的知識資源應當理解為有兩個部分：已有知識資源和新知識獲取資源。已有知識資源包括：能夠處理和運用已有的知識積累為他人提供服務的有資質的人，已有知識積累，存放積累的知識的存儲器和維持運行的資金。新知識獲取資源包括：能夠運行新知識獲取資源為他人提供服務的有資質的人，硬軟件設備，獲取該領域新知識的經驗和維持運行的資金。其中有資質的人是首要的，不能僅僅理解為硬軟件設備，當然人要和硬軟件設備相結合。維持運行的資金也很重要，知識轉變為效益有一個時間上的滯后，需要資金支持這個滯后期中資源的生存[8-9]。

2 知識要怎樣提供才能夠服務于設計

設計與科學活動不同，設計首先關注的是構思滿足某需求但尚不存在某事、某物的面貌和達到目標面貌要采取的步驟；科學活動首先關注的是弄清已經存在的某事、某物的行為規律及前因后果。這兩種活動對知識服務的要求不同：前者的信條是異想天開；后者的信條是實事求是。設計不能按常規出手，沒有現成的知識能夠被直接采用，要用打碎了的知識片段嘗試拼接和組合來解決問題。定義設計知識是一個設計問題的答案，回答一個能夠獨立存在的最小問題的知識稱為知識條；而由若干知識條集成起來回答一個比較大的問題，或者若干相關問題的知識則稱為知識集；具有相同特征或者應用的知識條或者知識集，為便于查找和比較而放在一起，稱為知識簇。在設計的早期特別是在創意產生階段，顯然答案越小越容易觸發直覺和靈感，即使是在構建整個方案階段，需要的也是盡可能簡單明了的知識條或者知識集。當設計師在頭腦里為滿足某個需求苦思冥想時，如果要他到一部經典著作中去找靈感，豈不是等于大海撈針？尤其是要在他不熟悉的領域里尋找時(這是當今和今后創新競爭所不可或缺的)。如果還要從基本概念和原理開始學習，就很難有成功的希望。

設計活動與科學活動尋求知識的指向不同，設計是已經有某個需求，要尋求何事、何物能夠滿足該需求的知識，對該事、該物內在詳情并不急于了解；科學則是已經面對某事、某物，要得知該事、該物的內在關系和前因后果，能夠滿足什么需求則不是當務之急。前者是設計求知的特點；后者是科學活動求知的特點，所以不能用為科學活動提供知識服務的辦法為設計提供知識服務和知識。對于設計知識服務，提供的知識應該滿足以下條件：①知識條或者較小的知識集；②使能從滿足需求來尋找和識別知識，最好是具有這樣的識別標志：給它什么(輸入)，它給什么(輸出)；③可以放心地使用。由此，就產生了一個需求：將浩瀚如海，以各種方式記載的知識變換成知識條、較小的知識集和知識簇。這個工作就是前面所說的知識處理。知識處理不同于知識工程(knowledge-based engineering, KBE)或者知識表達和推理(knowledge representation and reasoning, KR)，后二者是為計算機服務的，其目標是讓計算機具有知識和運用知識[10]，而知識處理則是為人進行設計服務的，讓人能夠在設計中方便地找到問題直觀的答案，并能夠方便地運用。其實，即使是讓計算機具有知識，也要先對相關內容進行處理，使其成為人容易理解和應用的形式。計算機只有被受過教育的人教育以后才能夠工作。雖然設計中很多工作要靠計算機來做，但很難想象計算機能夠排除人在第一時間的管控和參與。計算機與人的頭腦相比，其優勢在于極高的計算速度和極大的存儲容量，劣勢在于僅僅是一個技術系統，不具備人的生理活動、心理活動和社會活動為頭腦提供的思維條件，它不是人。

為了在設計中容易找到可拼接和組合的知識片段，知識條或者較小的知識集要能夠易于搜索和識別。這種搜索工作當然可以由計算機去完成，不過其識別的標志需要符合人在設計中的思維需要。拼接和組合的工作又稱為集成，集成更經常需要利用計算機的運算和存儲能力，知識條和知識集的識別標志也要讓計算機能夠讀取和集成運算，也就是搜索和集成需要有統一的知識識別標志。通用的辦法是用知識條或者知識集的名稱作為識別標志，現在的數據庫、知識庫以及網上服務如百度百科、維基百科等都是用名稱的關鍵詞作為識別標志的。對于科學活動，看到名稱去找內容沒有問題，但是在拼接和組合知識片段時，人們想的是如何滿足需求，不一定已經知道答案的名稱，尤其是涉及設計師自己不熟悉的領域。這也是人們不贊成傳統的強調尋找原理解(principle solution)的理性的、系統化的設計方法[11]的原因，它不符合多領域、跨領域設計思維的過程。以名稱作為識別標志也不利于計算機的集成運算，計算機從關鍵詞標志的名稱將知識變換成可以參與集成運算的形式，還需要引入另外的知識。一種用“給它什么(輸入)，它給什么(輸出)”的識別標志正在研究之中[12-13]，它更能夠標志一個問題的答案，特別是能夠直接進入集成，便于計算機讀取和運用。

可以放心地使用是非常重要的一條原則。消費設計知識和在網上買鞋子不同，買錯鞋充其量個人損失一雙鞋的代價，設計則是集成許多方面提供的知識，要解決的問題其價值可能比所用到的某條知識的價值大千萬倍，如果該知識條存在差錯，設計就可能失敗。更糟糕的是，可能在對設計作最終評價時也沒有發現這個差錯，而竟將設計付諸實施，甚至產品到了用戶手里，結果樓塌了，船沉了，……，導致嚴重的生命、財產損失。有的網站(平臺)宣布一賠二，一次知識服務能要多少錢？而其導致的損失可能超過千萬倍，絕不是一賠二所能夠補償的?，F在許多商品廣告作風很壞，一瓶礦泉水、一片口香糖的廣告可以做得驚天動地。而許多號稱知識服務的網站(平臺)也染上同樣的毛病，這也能做，那也能做，好像是萬能鑰匙。設計知識服務必須絕對的嚴肅、嚴格、嚴謹。怎么做到這三嚴？服務方首先自己要給出所提供知識的完整性評價。根據設計知識不完整性定律[6]，在任何時刻，人們對某事、某物的認識總是不完整的。代替上嘴唇貼著天、下嘴唇貼著地的吹牛，服務方要在提供知識的同時，給出該知識的完整度和可信度信息，使得消費方在消費該知識時對其不完整性有所準備。同時服務要細分和專業化，發布服務的陳述要簡單明了，采用“給它什么(輸入)，它給什么(輸出)”的形式。細分專業化、簡明陳述和給出完整度、可信度信息三位一體，可以最大限度地遏制關于服務描述的不實之詞，這是由服務方承擔責任的、放心使用的第一層保障。第二層保障應該是網站(平臺)。網站(平臺)作為設計知識服務的經營管理機構，要向消費方承擔這些完整度、可信度信息可靠性的責任。平臺(網站)不能只管收錢，必須負責營造一個誠信服務、誠信消費的氛圍。設計知識服務方要用嚴肅、嚴格、嚴謹的態度(而不是說大話)來建立自己的品牌和客戶群。誠信是基于互聯網設計知識服務的生命線。

CKCEST目前還處在局部試運維階段，還不了解它的最終全貌。不過從發布的條目看，其設計思想，以及今后發展的規劃似乎沒有關注到上面分析的這些方面。進入CKCEST平臺可以看到，絕大多數的服務是提供信息，就是告訴人們可以到什么地方去找什么，而不是向人們提供知識。這些信息又多來自鏈接到分布在各個行業中的數據庫、文獻庫。這些數據庫、文獻庫長期以來的指導思想是服務于科學活動而不是服務于設計，特別是不是服務于萬眾創新的設計。例如，點擊CKCEST平臺上“中國制造系列研究成果”的“使用應用”，出來一大批“PDF下載”，看不到今后有可能要作知識處理的跡象。試問：當正在構思如何拼接組合知識片段以滿足某個需求時，誰能夠到一個近百兆的研究報告中去找他所需要的知識片段？在知識中心“雙創”平臺中，當點擊了CKCEST平臺上“工程技術資源”，就彈出“制造業雙創平臺”。這里面的“服務”是讓人們選“我要購買”，是告訴人們“你值得擁有”。這不禁使人感覺到這是推銷軟件而不是提供服務。對于一個需要集成各方面知識創新的設計師，怎么可能為得到一條知識就購買一個軟件？而在“協同創新空間”里，講的都是做項目。是不是還是遵循過去動態聯盟(dynamic alliance)的思想，而不是基于互聯網的設計知識服務？

3 怎樣走出誤區？

CKCEST的設計并不是沒有根據和道理的，這個構架是傳統思想的延續，包括參考國外工業發達國家在這方面的做法。傳統上物質產品生產是以規模競爭而不是以創新競爭取勝，設計是由大企業壟斷而不是人人都可以參與創新，擁有知識、知識資源的人或者管理、經營知識和知識資源的人，與運用知識和運行知識資源的人分離，沒有互聯網或者互聯網還處在Web 1.0的水平上，設計知識是在這樣一種社會環境中流動的?，F在號召大眾創業、萬眾創新，設計知識的流動方式應該有根本的變化。設計科學關于創新總是發生在點上，以及創意產生的實踐性和隨機性特征等等這些論斷，決定了要使知識得到高效運用和知識資源得到高效運行，其擁有者和運用者、運行者必須統一，至少其經營者和運用者、運行者統一。這既是社會科學研究的利益公平原則，同時也是設計科學研究的設計知識服務細分和專業化的需要。人與設備相比是知識資源中的第一要素，人的社會性對他的活動的影響往往大于技術性的影響，知識資源建設、運行、維護和發展的競爭需要細分和專業化，這些決定了在設計知識服務的構架上需要與傳統的思想(包括國外某些單位的一貫做法)分道揚鑣，可以有完全不同的模式。不過，這需要對設計這樣一個無處不在的人類活動當前特征有清晰的認識，也就是說對設計科學有深入的研究。

當然，這些都不是很容易實現的。首先要有大眾的認同，國家的政策和資金的流入。如果政府只熱衷于項目資助，細分和專業化的設計知識服務又很難成為一個項目，也沒有風險投資愿意進入真正的基于互聯網的設計知識服務。又要求利益立等可取，不愿意接受知識轉變成效益那個時間上的滯后。這樣就沒有人愿意經營設計知識服務，就不會有大量人形成無數個細分和專業化的團隊進入這樣的設計知識服務領域，即使進入也不能長期在各自的專業中為知識積累和知識資源建設堅持競爭。知識服務沒有知識來源，也就沒有知識流動，供給就是一句空話。

基于互聯網的設計知識服務生存和發展的條件，可以列舉如下：

(1)有一個很大的群體認識到基于互聯網設計知識服務的前景，愿意投入細分和專業化的領域從事這項服務。也就是這個群體愿意為用高水平和高質量的設計知識服務爭取高回報，而不是迷戀于做項目。

(2)從事服務的團隊認識到要以在細分和專業化領域中的潛心研究，在自己的服務領域中長期堅持知識處理、知識積累和知識資源建設、維護與發展來保持高水平的知識服務，而不是憑借一點老經驗就標榜樣樣都在行，樣樣都能夠做。

(3)從事服務的團隊認識到要在技術上實現給消費方以表達清晰、容易在互聯網上找到、便于藉助計算機集成運算、能夠即插即用的答案來保持高質量的知識服務。發布的服務信息既要直觀、明確，又要留有相當的想象空間，讓不同領域的人能夠理解和消費。

(4)服務提供方要給出每一項服務的完整度和可信度信息，要堅持以可以信賴作為競爭和創品牌的首要承諾。

(5)社會上要有足夠多的消費，使得細分和專業化的設計知識服務，能夠以單項低收費提供高水平、高質量的服務，使得一個團隊能夠在多對一的競爭中取勝，實現一對多服務而得到高額的回報。這一條的實現需要社會真正形成“雙創”局面，而且需要創業和創新的人認識到，藉助知識服務要比一切都自己來做更能夠多快好省。在沒有形成這個局面前，需要國家政策的支持和有遠見的資金投入。由此，CKCEST的任務應該不止于構建一個表面上無所不包的網絡，而是要以推動一個服務于設計的知識資源環境的逐步形成為己任。這個分布式資源環境中各類服務資源單元的服務分類和結構要素見圖1[6]。

圖1 分布式資源環境的構架Fig.1 A framework of the distributed resource environment

物資匱乏的時代已經過去，現在不論是物質產品、精神產品或者社會產品的創新競爭，設計時都要同時考慮人們的物質需求、精神需求和社會需求，也就是要進行同一化設計。同一化設計需要完全不同專業領域的知識[6]，這只能由基于互聯網設計的知識服務解決，所以僅僅是“工程科技知識”也已經不夠了。在這樣浩瀚如海的知識中怎么細分？怎么專業化？怎么使得各種不同的服務易于識別？這是個大問題。國外在工程(主要是機械產品)設計領域長期研究一種功能基(functional basis)[14-16]的構架，這種構架要求編一個分類表(taxonomy)，對于同一化設計，實際上等于編一本詞典。在這本詞典里，既要有物質產品設計的知識，又要有精神產品設計的知識，還要有社會產品設計的知識。這樣即使傾全國之力編成了，隨著知識的日新月異，又怎能反復傾全國之力隨時進行版本升級？而知識的消費方則更不可能人手一冊和及時更新手里的分類表。上述那種正在研究的用“給它什么(輸入)，它給什么(輸出)”作為服務識別標志的研究，是基于社會教育已經給人們以豐富的知識，表現在可以用關鍵詞來表達思想，人們對關鍵詞都有基本上相似的理解，而不必另外去編制什么分類表。當人們不知道怎樣能夠滿足某種需求時，就是要得到“給它什么(輸入)，它給什么(輸出)”的知識。這樣的標志，當找到合適的答案后，可以直接將它拼接和組合到設計師的創意和設想方案之中，不必再作變換[12-13]。舉一個簡單的例子，當需要讓一個旋轉運動從一端傳遞至另一端時，可以用“旋轉運動”作為輸入，用“同軸線異地旋轉”作為輸出去搜索滿足需求的知識。這樣在圖1的分布式資源環境(假設已經建成)中應該能夠找到若干可供選擇的知識，例如其中的一個是“傳動軸”。這種搜索與已經知道“傳動軸”名稱，需要知道什么是傳動軸的知識的搜索不同，前者是從滿足需求出發，而后者如百度百科、維基百科等則是從科學活動出發。為了讓搜索的區間不要太大，規定了關于知識的兩個層次的劃分：第一個層次是區分需求類型，按照滿足物質需求、精神需求或者社會需求劃分；第二個層次是區分功能類型，按照實現轉變功能、支承功能、存儲功能或者激勵功能劃分。表1給出了幾個采用這樣識別標志的舉例。

表1 知識服務識別標志舉例

當尋求一個答案時，設計師根據自己的理解，在表2中給出問題的識別標志：需求類型、功能類型和以關鍵詞表達的輸入和輸出(需求的粗粒度描述)。點擊Enter后搜索引擎應該在分布式資源環境中，找出許許多多可以提供符合問題識別標志答案的服務，例如表3是其中的一個，這是尋找滿足需求的知識。當希望對其有更多了解時，點擊Enter，還可以得到表4所示的比較詳細的內容。這可以認為是了解一個名稱為傳動軸的物件的與設計需求相關的知識和服務可信賴程度的一個科學活動。

表2 按照識別標志找知識名稱

表3 按照識別標志找到的知識名稱

表4 按照知識名稱找到的詳細內容

當然，給出的不必是已經存在的事、物，而僅僅是一個可以提供的設計知識服務。這樣的識別標志及其應用還在探討之中。

4 曾經做過的案例

在本世紀與上世紀交替前后，教育部現代設計與制造網上合作研究中心(ICCDM)的網站，在國家自然科學基金重大項目支持下，按照UDDI(統一描述、發現和集成)協議建立了設計知識服務方和消費方之間相互發現和合作的注冊中心。下面介紹一些20世紀末和21世紀初ICCDM做過的一些案例。

4.1 膨脹機的電磁懸浮支承設計

圖2 渦輪膨脹機Fig.2 A Tubo-expandor

渦輪膨脹機(圖2)是目前空分行業用來將空氣、天然氣等液化，然后分離出液氧、液氮或其他有用成分的設備，其轉子轉速要達到30 000～40 000 r/min，傳統上用滑動軸承支承?；瑒虞S承的功耗大，輔助系統(潤滑油的循環、冷卻、存儲系統等)體積大，且潤滑油泄漏會污染工質、環境。20世紀末，國際上出現開發電磁懸浮支承膨脹機轉子的嘗試時，中國某空分設備廠(TEC)產生了用自己一個型號的膨脹機參加競爭的創意。

TEC從ICCDM的網站上找到在電磁懸浮設計方面有相當研究基礎的國內外7個單位，同時找到ICCDM上由西安交通大學先進制造實驗室(AMT)提供的對知識服務供應商進行評估的服務。請求AMT服務以后，選中了西安交通大學潤滑理論及軸承研究所(TLB)承擔該膨脹機電磁軸承的系統知識集成服務。

TEC先用自有資源進行膨脹機通流系統設計，提出對軸承的性能需求和約束。TLB用自有資源根據TEC提出的需求進行電磁軸承系統設計，包括功能集成、行為集成和結構集成。首先要集成電磁鐵、傳感器、控制器和導線等單元，由于轉子變得細長而需要避開臨界轉速，還要解決電磁鐵與轉子的配合，與機箱的配合，傳感器的安置等。對于自己不具備的資源，TLB則利用有關方面提供的服務解決問題。例如，與TEC協調后的機箱是一個鑄件，其結構需要可鑄造性評估，借助ICCDM注冊中心和AMT的服務，確定由清華大學材料成形制造技術研究所(MFT)，用他們的凝固過程數字仿真資源對鑄件的圖紙進行評估，找出可能發生的瑕疵，并提出優化建議，圖3是仿真的一個中間頁。

圖3 凝固過程仿真顯示Fig.3 A screenshot of the freezing process simulation of a casting part

重要的機械加工零件都經由在ICCDM注冊中心上，結合AMT服務商評估系統找到的華中科技大學工業工程和制造系統工程系(IME)，對設想中的機械加工零件圖紙進行評估并提出建議。由于電磁軸承的裝配非常復雜，同樣找到華中科技大學的CAD支撐軟件工程研究中心(NER)，作了可裝配性評估并提出建議。圖4是裝配過程仿真的一個中間顯示。

圖4 裝配過程仿真顯示Fig.4 A screenshot of the assembling process simulation of the turbo-expandor

TLB同時用自有資源對轉子-電磁軸承系統的動力學特性和穩定性建立系統行為方程，進行行為評估，并最終確定了所有的結構參數。

至此，經過評估認可的方案已經成為可實施的設計，在評估過程中零部件也都有了在數控機床上加工的加工代碼，加工裝配完成后，經過試運行，性能達到了設計要求，產生了國內第一臺由電磁軸承支承的膨脹機樣機。

4.2 遠程物理仿真-物理模型試驗服務

TLB有一些物理模型試驗的資源，例如30 000 r/min轉速、50 mm軸頸的轉子軸承系統動力學試驗臺，1000 r/min轉速、200 mm軸徑、3920 kg載荷的單個軸承靜動性能試驗臺，以及能夠解讀相關測量數據的數據模型。這類試驗臺國內當時還很少有，經常有單位派人遠程到TLB來用這些資源為自己的軸承產品做試驗。ICCDM與TLB合作將它們與互聯網組成可以遠程服務的系統，并在ICCDM注冊中心上發布。

服務消費方可以將產品試樣(不是在互聯網上)送到TLB或者將圖紙(在互聯網上)傳遞到TLB委托加工試樣。試驗中，消費方可以在遠程自己的終端上看到試驗現場攝像頭攝取的場景，聽到試驗運行中的聲響，看到所有測量參數的變化，并能夠在自己的終端上用鍵盤和鼠標設定和控制運行參數。這相當于消費方通過互聯網消費異地的物理仿真資源做自己的試驗。圖5是在遠程終端上看到的界面。

圖5 在遠程終端上看到的試驗情景Fig.5 A screenshot on the terminal during a remote experience service

試驗結束后，TLB還可以利用自己的資源為消費方作出數據分析和性能評估，包括修改設計的建議和其他延伸服務。

4.3 遠程健康狀況監測服務

TLB還開發了一種可以安裝在消費方指定產品上，用來檢測產品運行時潤滑油中磨損顆粒量變化的在線可視鐵譜儀。該儀器能夠同時將數據通過互聯網傳遞到消費方和TLB，在線、實時地獲取該產品的運行健康狀況信息。磨損是機械系統結構不可恢復變化的主要形式，其結果是導致運動保證功能衰退，所以從磨損顆粒量的變化信息中可以早期識別很多種故障的發生和發展。從20世紀70年代發展起來的、檢測油液中磨損顆粒的鐵譜技術是一種離線檢測技術，需要從停止運行的設備中人工取出油樣，并送到提供服務的實驗室中的離線鐵譜儀上觀察分析。有許多公司都在提供這種服務。

TLB開發的在線可視鐵譜技術可以利用互聯網傳遞數據，可做到對運行設備無人值守的監測。圖6所示是在一個企業的車橋試驗臺上工作的在線可視鐵譜儀(圖右側白色儀器)，它連接在設備潤滑油循環系統中，能夠不斷地檢測潤滑油中磨損顆粒量，上傳到該用戶的運行人員處，并能夠對不正常磨損自動報警。當數據傳遞到TLB時，TLB可以利用自己獨有的數據模型，繪制出設備的磨損狀態變化曲線。圖7是對一臺汽車發動機損壞前180多小時試驗的在線可視鐵譜儀讀數變化曲線。其中，FDW是磨粒覆蓋指數經小波分析處理后再進行一階微分的結果。從圖7中可以看到換油、加油以及損壞前磨損顆粒量的變化，從而實現了基于互聯網的遠程、實時、無人值守提供設備健康狀態變化知識的服務。

圖6 監測中的在線鐵譜儀Fig.6 An on-line ferrograpy in monitoring a rear axle system in testing

圖7 在線鐵譜儀給出的磨損顆粒量曲線Fig.7 Variation of the amount of wear debris given by the on-line ferrograpy in a test

上海交通大學現代設計研究所(MDI)還開發了一種安裝在發動機連桿上的活塞組件-缸套摩擦力在線檢測系統。用戶在任何地方只要將傳感器裝在一臺發動機的連桿上，MDI就可以通過互聯網在MDI的實驗室里，為消費方提供遠程低摩擦設計效果評估的新知識獲取服務。

4.4 遠程數字仿真服務

圖8 一個流體動壓滑動軸承性能計算程序的遠程服務Fig.8 A remote service of the hydrodynamic bearing performance simulation

TLB用自己的資源做了一些與學科行為分析(圖1中的一類)相關的服務。圖8是2004年上網的一個應用程序在用戶終端上顯示的首頁，它是TLB多年開發和改進的結晶。流體動壓滑動軸承是一種結構多樣的系統，一個微小結構參數變化都會改變它的性能，這些性能包括軸承溫度、潤滑油流量，以及油膜是否會因破壞而導致磨損、摩擦功耗增大等，特別是軸頸運動時形成的油膜具有特殊動力學特性，這個特性可以用4個剛度系數和4個阻尼系數表達，這8個動特性系數與支承在油膜上高速旋轉的轉子系統的質量、剛度、阻尼耦合在一起會有不同的動力學性質，甚至會激勵發生巨大的振動而釀成嚴重事故。從圖8中可以看到服務方提供的“服務名稱”、“專業領域”、“服務功能簡介”、“請求服務的入口網址”、完成服務需要的“時間”、“費用及付款方式”、顯示服務成績的“典型案例”介紹，特別是還提供了一個消費服務操作的演示。這些是服務提供方向消費方提供的關于服務的信息，需要用規范化的方式表達，不是像電商在網上賣化妝品那樣用炫耀的詞匯和誘人的圖片來介紹自己的服務。

4.5 功能知識集成、結構知識集成與行為分析相結合的服務

圖9 轉子系統的功能集成、結構集成和行為分析評價服務的聯合Fig.9 A remote service of the F-B-S knowledge integration for a rotor system

TLB還用自己的資源開發了一個在功能知識初步集成后，能夠提供轉子系統功能知識后續集成、結構知識集成和行為知識集成的一攬子服務。以轉軸為中心的轉子是經常在設計中要遇到的系統，它一方面可以實現支承功能，支承各種各樣的旋轉零部件，一方面可以實現將旋轉的機械能從一處傳遞到另一處的轉變功能，也可以利用其旋轉慣性實現機械能的存儲功能和由離心力實現的激勵功能。圖9是這個應用程序在用戶終端上顯示的一個頁面。它能提供將功能知識的后續集成、結構知識集成和學科行為分析集成在一起的服務。當提供方和消費方已經達成服務協議并開始服務時，在消費方終端上顯示一個與圖9類似的頁面，不過中間是空白的。設計師此時可以根據功能知識初步集成的結果，從左到右逐步添加軸段，從該應用程序的知識庫里選擇要在這個軸段上安裝的通用零部件，例如滾動軸承、滑動軸承、各種齒輪、葉輪、圓盤等，也可以將在另一個應用程序里設計好，要裝在這個軸段上的零部件的圖形復制到這個軸段上，并確定這個軸段的直徑和長度，然后布置下一個軸段。這樣，當整個軸和軸上安裝的零部件在圖上組裝完成后，這個轉子系統的結構便集成完畢。在選擇軸段和上面的零部件時，程序已經將它們的質量、轉動慣量、剛度、阻尼等參數在后臺做了計算。設計師此時只要點擊一個按鍵，程序就可以進行動力學行為分析，將這個轉子系統的臨界轉速、各階振型都計算和顯示出來，實現行為知識的獲取。如果設計師發現臨界轉速或者振型不合適，則可以在圖上改變軸段的布置、軸段上零部件的大小、位置、型號等，得到新的臨界轉速和振型，直至滿意。整個過程和最終結果都可以在消費方的終端上下載和打印出來。

傳統上，這個過程通常要經過若干個分離的階段用不同的程序完成。例如，先要制作一個草圖，安排各個零部件的位置；隨后要查找各個零部件的質量、轉動慣量、剛度、阻尼等參數，或者用相關的程序計算出來(如果有流體動壓滑動軸承，那么其8個剛度、阻尼系數就要專門計算)；最后要將這些參數輸入到動力學分析程序中，才能夠看到如此布置的轉子的臨界轉速和振型是否符合要求。如果不能滿足要求，對原來的結構作任何改變，那么上述步驟就要重復一次。

進一步擴展這個程序功能的基本思想，還可以通過互聯網消費其他方面的設計知識服務，實現更多的集成和分析服務。遺憾的是，這個程序在開發后，始終沒有力量能夠將其投入服務。

需要說明的是，上述這些案例，所有信息都是通過互聯網傳遞的。也就是說，使用了互聯網的物理連接。在信息中都含有消費方需要的知識。不過有一些服務，當時沒有力量開發專用的組件來實現各個計算機之間高水平的軟件連接，沒有能夠全面實現由專門的匹配協議來傳遞知識，而圖5的遠程物理試驗服務則是在互聯網上傳遞知識，實現了比較好的軟件連接。消費方在對試驗資源和試驗測試結果數據模型充分了解的基礎上，通過互聯網自己操控物理仿真的輸入，又通過互聯網得到所需要的輸出數據，由數據模型解讀出其中含有的知識，這些知識立刻可以被計算機讀取，并進行與其他知識的集成運算。服務方還可以用試驗臺以外的其他資源對試驗結果進行分析，并通過互聯網將分析結果送達消費方，以提供延伸的服務。圖8的流體動壓滑動軸承性能計算遠程服務，也是在互聯網上傳遞知識，實現了比較好的軟件連接。當消費方在ICCDM上了解到TLB有這一項服務的信息后，調取圖8的界面，了解到TLB的軸承性能計算在許多知名企業中實際的應用和報價的信息，決定采用和付費后，從這個界面上給出“輸入”信息，運行后就可以在界面上得到從互聯網傳來所輸入的軸承的性能知識。輸入信息和讀取傳來的知識也可以由計算機執行，并與其他知識集成。圖9的轉子系統的功能知識集成、結構知識集成和行為分析評價知識獲取綜合服務，如果與互聯網鏈接，對每一個要素都如表2、表3那樣在圖1的分布式資源環境中尋求各個要素的知識，并將集成后對行為評價結果的知識傳遞給相關方，如果設計師要修改某要素的設計，可以重復集成和評價，就能夠實現不同服務方提供的知識之間的競爭和迭代。MDI最近嘗試過在上海與武漢兩個仿真計算之間的知識迭代，發現原來的仿真計算程序如果不經過改造，讀取數據、傳遞數據和寫入數據所占的時間太長，影響設計進程。

5 結論

設計以已有知識為基礎定律、設計以新知識獲取為中心定律告訴人們，設計本質上是一個知識流動、集成、競爭和進化的過程，要使得設計具有競爭力，能夠支持創新競爭取勝，知識的高效供給和高效運用是不可或缺的要素。高效供給，首先要有高水平和高質量的供給服務，否則就是一句空話?！案咚健卑▽⒅R處理成便于設計中使用的知識條、知識集和知識簇，包括不斷積累知識和更新這些積累，包括新知識獲取資源的精心建設、運行、維護和更新。高質量包括服務的可信性，包括知識積累的充足和知識資源的良好狀態使服務能夠即插即用，包括用符合設計對知識識別的要求來標志服務，包括傳遞的知識能夠為計算機所讀取和集成運算。高效供給，要有高速度的傳遞，在互聯網上通過傳達信息實現知識傳遞毋庸置疑是不二選擇。以上關于高質量服務的要素大多是基于在互聯網上傳遞設計知識所必須具備的。高效供給必須滿足高效運用的要求，要有利于觸發設計師的直覺和靈感，產生異想天開的創意和通過知識集成精準、快速、低成本地構建出整個設計方案，包括使用計算機來輔助集成，以嚴肅、嚴格、嚴謹的態度對設計方案作出腳踏實地的評價決策。

所有這一切，都離不開人，離不開愿意從事這些工作的人和團隊。人是設計知識資源的第一要素。如果政府政策和資金的流向不能向這個方向傾斜，就不能期望這個真正支持“雙創”的分布式資源環境的生成和發展。指望大型企業為設計知識供給提供服務是不現實的，他們還沉浸在規模競爭和壟斷競爭的美夢之中，認為知識是他們“跑部錢進”的資本，是不能外傳的。指望學校為當前的設計提供過多的知識服務是不合理的，學校的任務應該是培養未來能夠為設計提供知識服務的人，學校有豐富的知識資源，教師有高水平的知識，但是如果要他們過多承擔提供高質量設計知識服務的任務，他們怎么有時間去培養下一代有道德、有知識的人才？鼓吹有一點成就的教師就自己辦企業無異于殺雞取卵。不過，學校高年級學生作為“在實踐中學習”的一個環節，用他們所學做一定量的設計知識服務，倒是可以推廣的經驗。他們可以利用學校豐富的知識資源，背靠老師長期的知識積累和高水平的指導，這比追求五花八門大獎賽金獎更能夠培養服務社會的意識和素質。指望研究院所為設計提供知識服務，就需要說服他們不要僅僅指望在做項目上拿大錢，而且要用一部分精力將研究得到的知識致力于在做服務上拿錢。不過說服工作是否能夠奏效，還很難預期。

現在的網站(平臺)多如牛毛。網站(平臺)本身的功能并不必是供給知識，而應該是推動和組織好基于互聯網的設計知識供給服務。沒有大量認真的、細分和專業化的設計知識服務，卻有這么多網站(平臺)，就好像蓋了許許多多的戲臺，戲臺上卻沒有好的演員和好的劇本?，F在有些網站(平臺)的作用與產、學、研對接并沒有什么不同，不過是把信息放到網上而已。網站(平臺)當前必須集中精力于推動和組織認真的、細分和專業化的設計知識服務，推動和組織有資質的人投入設計知識服務的競爭，推動和組織設計知識服務的消費，為服務在互聯網上高效運行制定提供和消費握手的規范，開發服務與消費對接的匹配軟件，支持知識資源從線下運行轉向線上運行技術的研究和開發，而不應該僅僅是在網上提供信息。這樣的網站(平臺)有一個也就可以了。當然也可以有幾個，通過競爭將工作做得更好。期望CKCEST能夠利用自己的地位和實力在這方面發揮思想和技術上的引領作用和組織作用。

[1] 謝友柏. 關于成立“現代設計與產品研究開發網絡—虛擬異地合作設計組織”的公告(代紀要)[J]. 中國機械工程，1997，8(6):113. XIE Youbai. The Bulletin of Establish Modern Design and Product Research Development Organization[J]. China Mechanical Engineering, 1997,8(6):113.

[2] 謝友柏.分布式設計知識資源的建設和運用:倡建“現代設計與產品研究開發網絡——虛擬異地合作設計組織”的基本思想[J].中國機械工程,1998,9(2):16-18. XIE Youbai. On the Construction and Operation of Distributive Resources of Design Knowledge[J]. China Mechanical Engineering, 1998,9(2):16-18.

[3] 謝友柏. 制造業產品的“創新“與我國現代設計網絡[J]. 中國機械工程, 1998,9 (11): 51-55. XIE Youbai. Innovation of the Products in Manufacturing Enterprises & Modern Design Net in China[J]. China Mechanical Engineering,1998,9(11):51-55.

[4] 謝友柏，胡亞紅. 互聯網上的合作設計[M]//機械設計手冊編委會：《機械設計手冊》(新版)，第6卷.北京: 機械工業出版社，2004：1-44. XIE Youbai, HU Yahong. Cooperative Designs on Internet[M]// Editorial Board of Mechanical Design Handbook: Mechanical Design Handbook(New Edition)， Vol 6. Beijing: China Machine Press, 2004:1-44.

[5] 謝友柏. 設計科學中關于知識的研究 [J]. 中國工程科學，2013, 15(4): 14-22. XIE Youbai. Study into the Knowledge in Design Science-Some Important Issues Should be Considered in Mode Transformation of Economic Development[J]. China Engineering Science. 2013,15(4):14-22.

[6] XIE Youbai. Four Basic Laws in Design Science[J]. Engineering Sciences, 2014, 2(12): 2-9.

[7] 陶行知，生活教育社. 偽知識階級[M]. 北京：新北京出版社, 1950. TAO Xingzhi. Pseudo Intellectual Class[M]. Beijing: New Beijing Press,1950.

[8] 謝友柏. 現代設計理論和方法的研究 [J]. 機械工程學報, 2004, 40(4): 1-9. XIE Youbai. Study on the Modern Design Theory and Methodology[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2004,40(4):1-9.

[9] 謝友柏. 現代設計理論中若干基本概念研究 [J]. 機械工程學報, 2007, 43(11): 7-16. XIE Youbai. Some Basic Concepts in Modern Design Theory[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2007,43(11):7-16.

[10] 史忠植. 知識工程[M]. 北京：清華大學出版社,1988. SHI Zhongzhi. Knowledge Engineering[M]. Beijing: Tsinghua University Press, 1988.

[11] PAHL G，BEITZ W，FELDHUSEN J，et al. Engineering Design：a Systematic Approach [M]. London：Springer-verlag London Limited，2007.

[12] CHEN Bin, LIU Jun, XIE Youbai . An Improved Axiomatic Design Approach in Distributed Resource Environment, Part 2: Algorithm for Function Unit Chain Set Generation [J]. Procedia CIRP, 2016,53:44-49.

[13] LIU Jun, CHEN Bin, XIE Youbai. An Improved Axiomatic Design Approach in Distributed Resource Environment, Part 1: toward Functional Requirements to Design Parameters transformation[J]. Procedia CIRP, 2016,53:35-43.

[14] HIRTZ J, STONE R B, MCADAMS D A, et al. A Functional Basis for Engineering Design: Reconciling and Evolving Previous Efforts [J]. Research in Engineering Design, 2002,13(2):65-82.

[15] STONE R B, WOOD K L. Development of a Functional Basis for Design[J]. Journal of Mechanical Design, 2000,122:359-370.

[16] 程鈞. 內燃機活塞環組-缸套全生命周期性能預測及摩擦學設計知識服務方法研究[D]. 上海:上海交通大學，2016.

(編輯 華 恒)

Design Knowledge Services via Internet——An Analysis on the Functions of China Knowledge Center for Engineering Sciences and Technology(CKCEST)

XIE Youbai1,2

1.School of Mechanical Engineering,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai,200240 2.School of Mechanical Engineering, Xi’an Jiaotong University,Xi’an,710049

Driving by the slogan “massive innovation”, the websites related to knowledge services appeared as the bamboo shoots after a spring rain. As the innovation could not be successive without a correct design and a correct design could not do without a rich knowledge supplies, most of them had some misunderstandings in the services they were dealt with. What they provided for design could not support the competition of design directly and did not benefit the high efficient utility of knowledges in design. From the basic laws of design knowledges in design science together with the services provided by the CKCEST as examples, the special needs of knowledge services via internet for design were analyzed, the way out from the misunderstandings was discussed and several cases completed by the author and his teams in the past 20 years were given for illustrations herein.

design； knowledge； knowledge service； service； internet

2017-02-16

TH12；TP182；TP393.4

10.3969/j.issn.1004-132X.2017.06.001

謝友柏，男，1933年生。中國工程院院士，上海交通大學機械與動力學院/西安交通大學機械工程學院教授、博士研究生導師。主要研究方向為機械學、設計理論及方法、摩擦學。E-mail： ybxie@mail.sjtu.edu.cn。

編者按 有擔當的學術期刊設置“爭鳴與反思”欄目很常見，這從一個側面反映“爭鳴”是學術發展的必由之路，但是將“爭鳴與反思”欄目置頂還很少見。我們破例置頂，一來是因為剛剛舉辦的本刊發展戰略筆會上，學者們的期待激勵我們不能受常規束縛；二來實踐中都出現了將“爭鳴”置于刊名中的非凡嘗試，樊代明院士創辦的《醫學爭鳴》期刊成長的實踐，又一次證明了“爭鳴”對于學術發展的巨大價值和無可替代。由此，我們反復權衡終下決心將謝友柏院士的這篇文章刊發在置頂的“爭鳴與反思”欄目中，既因為“基于互聯網的設計知識服務研究”這個議題是對國家戰略“中國制造 2025”的即時響應，更因為謝院士率領的學術團隊在此領域深耕20余載，從正反兩個方面積累了豐富的實戰經驗，所以他從系統、深入地分析厚重的歷史入手，對當前我國頂級的相關網站的運行提出深刻的忠告，是符合“爭鳴”是學術發展的靈魂、“反思”是工程實踐的推力這一客觀規律的義舉。我們的置頂，既是對學界深入探討這一重大議題的深情期盼，也是對至今仍深耕在一線的前輩學者的由衷致敬！