工程中的知識集成過程

工程中的知識集成過程

1000－8934（2010）03－0066－05N031A隨著科學的迅猛發(fā)展和新技術的不斷突破，越來越多的知識向傳統(tǒng)的勞動密集型和資本密集型的工程領域滲透，現代工程的規(guī)模日益擴大，系統(tǒng)日趨復雜，工程與社會的耦合越發(fā)緊密。工程作為一定時間和空間的人工集成物，其整合能力越來越強，客戶的需求能被準確地轉換成他們想要的制成品。工程人員是如何將客戶需求理念轉換成為工程實體的？知識集成提供了這樣的轉換路徑。1集成，知識集成，工程中的知識集成無論從工程實體系統(tǒng)的創(chuàng)建還是從工程知識體系的設計看，集成性都是工程的顯著特點之一。工程和工程創(chuàng)新的集成性突出地表現在技術水平上的集成和更大范圍上的工程的技術要素與工程的經濟、社會、管理等其它方面的要素的集成[1]。從工程系統(tǒng)的角度看，集成是按照集成準則、通過恰當的接口將若干分立的子系統(tǒng)成分連接或組織為具有某種突現性質的系統(tǒng)的過程[2]。工程是創(chuàng)造者在系統(tǒng)思想指導下，為實現某種目標而組織諸多產品構成的有機整體，是產品的集合形式[3]。工程知識不僅綜合集成了自然科學、技術、人文社會科學等眾多種類的知識，還集成相關的已有經驗、工程本身的獨特性與地域性所帶來的具體的情境性知識與經驗，并把它們有機地結合并轉化為與當下的工程現實情境相符合的，可行、可靠、可操作的方案、方法、工藝、程序、規(guī)則、規(guī)范、指南[4]。工程本質上是多學科的綜合體，是以一種或幾種核心專業(yè)技術加上相關配套的專業(yè)技術所重構的集成性知識體系，是創(chuàng)造一個新的實體[5]。工程具有集成的特點。首先工程主體——工程共同體是由多種職業(yè)成員組成的，成員往往集多重社會角色于一體。例如，一個工程項目的實施，會云集投資人、決策者、工程師、技師、會計師等多種成員。其中，工程師不僅是工程知識的主體，還是企業(yè)的員工，社會的一員，他們在工程中不僅要考慮工程的效用，還要考慮企業(yè)的利益，兼顧社會影響。這與科學家、發(fā)明家的精神氣質顯然不同。每個工程師在從事本專業(yè)活動的同時，還作為共同體的成員協(xié)同其他專業(yè)的成員從事工程活動。其次，工程客體具有集成性。工程對象的種類五花八門，不僅包含制造出的實物產品，還有設計理念、工藝流程、操作技能等知識。工程是由它們集成出的復雜的工程系統(tǒng)。工程要素不僅存在方式千姿百態(tài)，有些還可以相互轉化，例如設計師頭腦中的靈感、受此啟發(fā)設計的圖紙、按照此設計圖制造出的人工制品等。再次，工程的過程是集成的過程。工程的過程是將作為理念的工程對象體系轉換為現實的工程對象系統(tǒng)的過程。在此變換過程中，工程的主體之間、客體之間，以及主客體之間不斷地進行信息、能量和物質的集成。最后，工程是多種集成的集成。工程是物質的集成、運作的集成、功能的集成……，這些集成以產品的集成為基礎。一項工程的設計理念、工程材料、施工設備等，往往是多家公司的產品，當代的工程“集天下之大成”，并作為產業(yè)和社會的子系統(tǒng)，被后者集成。知識集成（knowledgeintegration）的概念由Henderson和Clark提出[6]。他們認為企業(yè)的產品開發(fā)需要兩方面的知識：組分知識（componentknowledge）和結構知識（architecturalknowledge）。前者指企業(yè)開發(fā)產品時，每個部件的核心設計思想以及把這些思想運用到特定部件的方式，后者指把產品部件裝配或者連接在一起形成整體所需要的知識。他們將知識集成定義為從組分知識產生結構知識的過程。Huang將知識集成定義為通過組織成員的社會互動，共享信念，持續(xù)進行的建構、連接和重新定義的集體過程[7]。Inkpen把知識集成定義為知識的聯結[8]。我國學者王娟茹等認為：知識集成就是運用科學的方法，借助于信息技術，對企業(yè)中不同來源、不同層面、不同結構、不同內容的知識進行交流和共享，使內部知識、外部知識、原有知識、新獲知識、顯性知識和隱性知識經過共享整合形成新的知識體系，實現“1＋1＞2”的整體效果[9]。由以上概念看，知識集成概念主要產生并應用在企業(yè)管理領域，是企業(yè)內外的知識在不同主體維度上的綜合的、系統(tǒng)的、整體性的聯結、組合或互動而成的知識體系。它含有幾個層面的含義：知識集成的主體是組織、企業(yè)或個人；知識集成的對象主要是企業(yè)內外各種既有知識；知識集成的結果是形成新的知識體系；知識集成的功能表現為組織的整體效能；知識集成的基礎是組織成員的充分交流、溝通與共享。知識集成概念的提出深化了人們對于組織知識的認識。它雖然首先在企業(yè)管理領域得到闡述，但如果拋開管理的特殊性，它的研究范疇可以延伸到其它領域，例如，有人認為：知識集成是運用科學的方法對不同來源、不同層次、不同結構、不同內容的知識進行綜合、實施再構建，使單一知識、零散知識、新舊知識、顯性知識和隱性知識經過集成形成新的知識體系[10]。本文力圖將知識集成的概念拓展到工程領域。將知識集成概括為知識在分布的、異構的不同載體上的綜合的、系統(tǒng)的、整體性的互動、組合、聯結、協(xié)同和實體化。工程領域的知識集成與其他知識集成具有共性：結構知識從組分知識中突現（emerge），它超越組分知識，能對其進行選擇，從而形成新的知識體系。但工程知識是一種特殊的知識，它受到科學規(guī)律、技術規(guī)則和法律規(guī)范等的約束，以及工程的工期、經費、施工條件等的影響，具有較強的實踐性、系統(tǒng)性、建構性、情境性等特點，以及穩(wěn)定性、可靠性、安全性、魯棒性、流動性、一致性、局域性、兼容性、冗余性等屬性。此外，工程知識的載體具有多元化、產品化、模塊化、層級化等特點，工程不僅要形成新的知識體系，還需要將其實體化，并制造出來。這些決定了工程領域的知識集成有自己的特殊性。管理領域更多地從知識主體的角度進行知識集成研究，側重價值流。而工程領域知識集成研究，宜立足知識客體，從知識流流經知識載體的變化過程的角度，探討工程知識自身在集成過程中內在的邏輯和轉換規(guī)律。本文將工程中的知識集成過程定義為工程共同體在工程目標的引導下，在工程條件的約束下，通過設計、實施對工程知識進行組織、協(xié)同，整體生成符合工程任務要求的知識流，用以引導信息流、價值流、物流等集成新的工程實體的過程。工程中的知識集成的過程環(huán)環(huán)相扣，形成序列鏈，工程知識流流經工程序列鏈鏈條的每一個環(huán)節(jié)，受其調制，輸出知識流與輸入時相比，發(fā)生了轉化。不同環(huán)節(jié)在工程的序列鏈上的位置不同、權重不同，對知識的處理能力不同。2案例與V型曲線圖一[11]是上海西門子工業(yè)自動化有限公司（SIAS）的工程項目流程圖，SIAS執(zhí)行“V”型的項目管理模式。該圖直觀地表明，工程中的知識集成過程也呈“V”形曲線。3V型曲線的左側SIAS工程項目流程中，在V型曲線的左側，工程人員首先要將客戶提出的工程需求立項，并將客戶需求的理念描述為要實現的具體的功能要求，再按照功能要求進行軟件和硬件設計。該案例在工程領域有一定的代表性，工程一般發(fā)端于客戶需求，提出工程理念是工程的第一個環(huán)節(jié)?？蛻襞c工程設計人員的知識背景不同，要將客戶的需求準確地傳遞給工程設計人員，必須使用專業(yè)語言清晰地描述客戶需要解決的具體的工程問題，并將客戶的需求歸納為在若干條件約束下必須實現的若干功能。工程理念產生于混沌的知識背景之中，工程立項將客戶的設想轉換成編碼知識。設計環(huán)節(jié)將編碼知識逐步脫域，形成可流動的脫域的知識[12]。這是一個抽象的建構的過程，也是一個簡化的分解的過程，一些細節(jié)和個體問題被忽略，系統(tǒng)的復雜性降低了。在具體設計過程中，經逐層分析和建構，每個部件的核心設計思想得以形成，并被運用到特定部件上，形成了組分知識。在工程的設計中，知識脫離了客戶的與境，并逐漸剝離主體的社會人文因素，變得較為客觀。沿著科學技術的維度，在設計過程中成為脫域的非嵌入式的編碼知識，核心設計思想得以形成。圖一“V”型的左側是對籠統(tǒng)、混沌之中的觀念進行解構的過程。知識流在需求初期較模糊，不可完全預測，呈不確定性。經工程招標、投標等篩選后，知識流變得清晰，在此過程中，知識從背景中脫域，混沌的整體漸次變得清晰，去除了各種限制因素，特別是人文社會方面的考慮，工程問題變得簡單，可供選擇的方案增加。知識流可以有同功異構的多種選擇，知識流呈建構性、系統(tǒng)性，多元的設計思想可形成多種設計方案，知識流呈流動性、靈活性，相同的功能可以選擇不同的結構來實現，因此工程知識的內容、形式以及可適用和選擇的范圍增大。4V型曲線的轉折點案例中，按照設計要求建構硬件并進行模塊調試是工程中的知識集成的轉折點。在該點的左邊，是設計中的邏輯體系，右邊是建構中的工程實體系統(tǒng)。左邊屬于工程中的知識集成的準備、設計階段，右邊屬于實施、運行階段。這是序列鏈上關鍵的一環(huán)。設計人員的構思與實現該構思的實體具有映射性，兩者盡管形態(tài)不同，需要實現的功能卻是一致的。為了將前者加載到后者上，此處實際上是一個小的V型集成過程。在“V”的底部，是脫域的工程知識重新嵌入工程知識與境的起點，工程知識的形態(tài)由觀念到實體的轉折點。知識的黑箱化、模塊化在此處發(fā)生，新的知識增長點往往出現在這一環(huán)節(jié)。工程知識的創(chuàng)新也往往誕生在這一環(huán)節(jié)。核心設計思想在此處被運用到特定部件，將非嵌入式的觀念性質的編碼知識轉變?yōu)榍度胧降膶嶓w性質的編碼知識。組分知識在該點封裝成模塊，形成獨立的、最小單元的“科技黑箱”[13]。為了在左側多種備選設計方案之中確定右側具有可行性的工程實施方案，性能和價格比值等較為客觀的科學技術維度的指標，不再是選擇的唯一依據，社會人文維度的指標也是選擇的重要依據，安全性、易用性、舒適性、藝術性等介入進來，并運用到相應的元部件上，知識流分解為經選擇后確定的組分知識，其流動性和靈活性下降，知識流實體化、黑箱化、模塊化，需要與特定的元部件結合。5V型曲線的右側在上述案例V型曲線的右側，工程人員先將硬件組裝到電氣柜里，并進行調試，經測試合格后，將電氣柜送到客戶指定的工程現場進行安裝。最后，在工程現場環(huán)境中進行閉環(huán)調試，經驗收合格，工程竣工交付使用、投入運行。工程的實施過程中的知識集成，往往由低層級到高層級不斷地將元部件集成為小系統(tǒng)，將小系統(tǒng)集成為大系統(tǒng)，直到集成出整個工程實體系統(tǒng)。原先簡化了的系統(tǒng)重新復雜起來，例如，不能被軟、硬件設計集成的關于工程現場細節(jié)等的知識，需要重新加入進來。在工程實施中，相同的組分，由于連接、裝配不同，形成新結構的功能也可不同，工程投入運行后，即使是同樣的生產線在不同的時期，不同的地區(qū)，由不同的人員建成投產，其工程的效能會有很大的區(qū)別，社會人文因素滲透進工程，圍繞新的工程實體，新的社區(qū)得以形成，并將嵌入社會系統(tǒng)。V型曲線的右側，把產品部件模塊按照設計要求裝配或者連接在一起形成整體，按照“科技黑箱”的原理搭建知識模塊組合，將組分知識轉化為結構知識。工程實施將結構知識重新嵌入到工程現場，成為情境知識。工程竣工驗收環(huán)節(jié)對新建成的工程實體系統(tǒng)進行鑒定驗收，工程知識以實體系統(tǒng)的形式，通過工程檔案與客戶的理念進行比較，知識呈映射性、一致性。知識流從組分知識加入結構知識，知識流呈關聯性、兼容性和完整性。如何從多種多樣的嵌入方式中選擇合適的方式將結構化的工程實體系統(tǒng)嵌入工程現場？合適的才是合理的，知識的客觀性消解，呈情境性。工程投入運行，工程實體又嵌入該工程項目具體的地理、社會、產業(yè)等環(huán)境，成為境域性知識?！癡”型的右側知識流上行的過程，是將解構的觀念按照工程的要求進行實體化的知識體系重構的過程，是對工程實體的建構過程，是知識流的重新嵌入工程背景的回歸之旅。知識的重新嵌入，意味著原先因簡化被忽略的條件重新加入進來，越往上行受到社會人文因素的影響越大，束縛越多，工程的各種限制因素特別是人文社會因素的加入，減少了選擇度。由于知識嵌入特定工程環(huán)境以及社會人文等因素的集成，導致系統(tǒng)魯棒性下降。隨著知識流逐漸融入工程與境，選擇度和自由度越來越低，知識越來越嵌入于特定的與境之中。知識流在眾多的約束條件下，選擇性越來越小，知識流的可移動性也越來越小，有時，可能選擇具有唯一性，形成了此時此地此情此景的工程知識的獨特性。6V型曲線——工程中的知識集成的路徑問題導向的序列鏈貫穿知識集成的始終，呈V型曲線。工程序列鏈上各個環(huán)節(jié)圍繞工程目標以工程問題為導向，向下沿著由特定的工程理念→特殊的工程系統(tǒng)問題→普遍的工程系統(tǒng)問題的思路，進行分解、提升、抽象，將工程最小的組分知識分解出來并與元部件結合實體化，再轉向上行沿著普遍的工程系統(tǒng)問題求解→特殊的工程系統(tǒng)問題求解→嵌入本項具體工程系統(tǒng)的環(huán)境，逐層實體化。下行路徑是從社會人文向科學技術維度，從主觀到客觀的知識的脫域過程，而上行是由科學技術向社會人文維度的復歸?？茖W技術支撐并實體化了知識流，提高了工程的魯棒性，社會人文引導、篩選知識流，規(guī)定了知識集成的方向，二者集成為工程知識。除了V型路徑外，工程的知識流在序列鏈之間有局部的反饋路徑和前饋路徑。歷史導向的反饋路徑提供的知識流的通道能根據結果與目標產生的偏差來調整行動，讓工程的成效趨近標準。未來導向的前饋路徑提供的知識流的通道能對未來的偏差做出預測，讓工程的成效在受到影響之前就加以糾偏。其中，負反饋路徑提高了工程的穩(wěn)定性和可靠性，正反饋路徑可以迅速放大工程的一些參數，但也可能讓工程出現大幅度波動，破壞穩(wěn)定性。前饋路徑預設了工程的前瞻性和開放性。它們的共同作用，保障知識流在集成的過程中保持一致性和完整性。以上只是工程中的知識集成的基本路徑。其實，一些工程序列鏈環(huán)節(jié)內也存在小的“V”型集成。并行工程的實施使得工程的知識集成交織成網。而大工程系統(tǒng)是多輸入和多輸出的系統(tǒng)，因此大工程系統(tǒng)的知識集成實際上是知識流在序列鏈交織成的網上進行的。工程序列鏈主要有七個基本環(huán)節(jié)經知識流貫穿而成。知識流從客戶的需求出發(fā)，脫離與境向下經歷了工程理念→編碼知識→非嵌入的編碼知識→組分知識，再從組分知識一路上行，組分知識→結構知識→情境知識→工程實體系統(tǒng)，逐步嵌入工程的與境，呈V型曲線。除了首尾環(huán)節(jié)，其它環(huán)節(jié)都與上下游的環(huán)節(jié)聯接，上一環(huán)節(jié)輸送來的知識流流入本環(huán)節(jié)，在本環(huán)節(jié)發(fā)生知識轉換。本環(huán)節(jié)首先對所有輸入的知識流進行過濾、測試、分解、集成，生成新的知識流。其中，一些知識流經檢測鑒定符合輸出的要求后，脫域流向下一個環(huán)節(jié)，作為下一個環(huán)節(jié)的輸入知識流。另一些知識流在本環(huán)節(jié)沉淀，繼續(xù)以隱性知識的形態(tài)存在，或跳過若干環(huán)節(jié)，通過前饋路徑流入后面的序列鏈，不經過V型底部，提前參加新一輪的集成。還有一些知識流，通過反饋路徑流回前面的序列鏈，對前面的知識流進行調整、校正。工程的知識集成的過程是它們共同作用的結果。工程中的知識集成過程，從需求理念開始，到竣工驗收，工程投入運行為止，沿著序列鏈先自頂而下（Top-down），層層解構，直到最小單元的組分知識，再由組分知識自底而上（Bottom-up），層層建構結構知識，并以結構知識整合組分知識，經實體化，嵌入到工程的現場，最終融入地理、社會、產業(yè)等環(huán)境。工程中的知識集成主要存在兩個縱向的維度：其一，知識流受工程任務、問題、目標等的引導，序列鏈沿著目的→知識→物質的方向變換；其二，知識流受工程的初始條件、邊界條件以及具有下部建構性的工程環(huán)境的反向制約、篩選和調整。一個新建工程從理念出發(fā)，經設計、實施到竣工驗收、投入運行，成為工程的實體系統(tǒng)，其知識集成經歷了一個復雜的序列