基于互联网的设计知识服务研究——分析中国工程科技知识中心(CKCEST)的功能

谢友柏

1.上海交通大学机械与动力工程学院，上海，2002402.西安交通大学机械工程学院,西安，710049

基于互联网的设计知识服务研究
——分析中国工程科技知识中心(CKCEST)的功能

谢友柏1，2

1.上海交通大学机械与动力工程学院，上海，2002402.西安交通大学机械工程学院,西安，710049

在万众创新口号的召唤下，与知识服务相关的网站如雨后春笋般地涌现。成功的创新离不开正确的设计，正确的设计离不开充分的知识供给，而许多网站对所从事服务的理解存在一些误区，他们所提供的知识实际上不能直接支持设计，不利于知识在设计竞争中的高效运用。从设计科学中关于设计知识的基本定律出发，以中国工程院CKCEST当前提供的服务为例，分析了设计对基于互联网的知识服务的特殊要求和走出误区的途径，并用所在团队在过去20年中所做过的案例说明这些观点。

设计；知识；知识服务；服务；互联网

0 引言

自从1997年现代设计与产品研究开发网络——虚拟异地合作设计组织在西安宣告成立[1]以来，我们一直在为实现这个宣言的目标而努力。由于环境还不成熟，结果屡战屡败，虽然又屡败屡战，但最终也没有能够完全实现目标。不过，这个过程得到的经验、教训[2-4]也许会对今后继续努力起到前车之鉴的作用。

现在形势不同了，越来越多的人认识到转型发展需要创新驱动[5]，特别是国家发出“大众创业、万众创新”的号召，给每个人参与创新竞争提供了广阔的空间。设计科学研究表明，没有正确的设计就不可能有成功的创新。设计以已有知识为基础定律、设计以新知识获取为中心定律[6]告诉人们，设计本质上是一个知识流动、集成、竞争和进化的过程，要使得设计具有竞争力，能够支持创新竞争取胜，知识的高效供给和高效运用是不可或缺的要素。受到“互联网+”和电商成功的启发，以设计知识服务为主题的网站(或者叫做平台)如雨后春笋般地出现。中国工程院的中国工程科技知识中心(CKCEST)不是最早但是却可能是当前这类网站(平台)中规模最大的之一。本文尝试以CKCEST为代表，以我们过去的经验、教训为参照，来分析当前这些网站或者平台的建设和发展，期望能够引起更多人对此的关注和讨论，以推动基于互联网的设计知识服务能够更快、更健康地成长，成为支持大众创业、万众创新知识供给的主力军。从这一要求来看，还有大量细致的工作要做。

当然，CKCEST的建设要满足多方面需求，从《CKCEST使用手册》上看：“其首要目标就是要服务于我院思想库建设和院士团队的科研教学工作”。满足不同需求的知识服务和提供方式会有很多不同，科学活动和教学工作对知识的需求就与设计对知识的需求不一样，本文仅讨论设计所需要的知识服务和供给。CKCEST的主要功能包括专业搜索、知识应用、数据资源、代查代检、数字期刊平台、“双创”平台。可以认为，这些功能的核心是知识应用，而对于“双创”平台，设计应该是“双创”平台诸应用中最重要的应用。

1 几个认知上的误区

基于互联网的设计知识服务有几个认知上的误区，其中一个比较普遍的是互联网究竟能够传递什么？例如，一些人望文生义地认为物联网就是将物藉助互联网连接成一个网，其实物联网仅仅是将关于物的信息连成网，物的信息不等于物。在网上购物，是传递包括支付信息、送达信息等的购物信息，而物本身则需要由快递送到用户手上。信息对于人的生活和生产，其重要性无论用什么词语描述都不会过分，互联网之所以如现在这样受到重视，就是由于人们在决定自己行为时，都期望能够从互联网得到信息。不过真正能够指导人们正确行为的，是知识而不是信息。互联网上传递的信息可能含有知识，但是也可能不含有知识，甚至可能含有导致错误行为的伪知识[7]。要清醒地认识：数据不等于信息，信息不等于知识。一个数据阵列含有什么信息，要由相关的数据模型来解读，数据模型包括数据是怎样采集的，而信息与知识之间异同的鉴别则更为复杂。这里研究的是设计知识服务，因此只限于讨论设计知识的鉴别。

提供服务和做项目不同。在物质生产领域或者工业界，一说到两个实体间的知识传递，就想到做项目。多年来的“产、学、研结合”和“引进、消化、吸收、再创新”政策，都是通过项目进行的，好像已经形成了一种思维的惯性。近年来在制造业中提倡制造业向服务业延伸，也是向送货、安装、培训、维修等下游延伸，几乎没有看到有向设计知识服务上游延伸的关切，所以，对于设计知识服务的概念，需要认真地研究和认识。服务的一个基本特征是提供和消费同时发生，而项目则是先设定一个目标，若干年后完成。服务的另一个特征是提供方有可以即插即用的资源准备，而完成项目的资源则大多数要在立项后才开始组织。

讲到资源，一种认识是指相关的硬软件设备，然而更全面的理解必须包括有资质的人。支持设计的知识资源应当理解为有两个部分：已有知识资源和新知识获取资源。已有知识资源包括：能够处理和运用已有的知识积累为他人提供服务的有资质的人，已有知识积累，存放积累的知识的存储器和维持运行的资金。新知识获取资源包括：能够运行新知识获取资源为他人提供服务的有资质的人，硬软件设备，获取该领域新知识的经验和维持运行的资金。其中有资质的人是首要的，不能仅仅理解为硬软件设备，当然人要和硬软件设备相结合。维持运行的资金也很重要，知识转变为效益有一个时间上的滞后，需要资金支持这个滞后期中资源的生存[8-9]。

2 知识要怎样提供才能够服务于设计

设计与科学活动不同，设计首先关注的是构思满足某需求但尚不存在某事、某物的面貌和达到目标面貌要采取的步骤；科学活动首先关注的是弄清已经存在的某事、某物的行为规律及前因后果。这两种活动对知识服务的要求不同：前者的信条是异想天开；后者的信条是实事求是。设计不能按常规出手，没有现成的知识能够被直接采用，要用打碎了的知识片段尝试拼接和组合来解决问题。定义设计知识是一个设计问题的答案，回答一个能够独立存在的最小问题的知识称为知识条；而由若干知识条集成起来回答一个比较大的问题，或者若干相关问题的知识则称为知识集；具有相同特征或者应用的知识条或者知识集，为便于查找和比较而放在一起，称为知识簇。在设计的早期特别是在创意产生阶段，显然答案越小越容易触发直觉和灵感，即使是在构建整个方案阶段，需要的也是尽可能简单明了的知识条或者知识集。当设计师在头脑里为满足某个需求苦思冥想时，如果要他到一部经典著作中去找灵感，岂不是等于大海捞针？尤其是要在他不熟悉的领域里寻找时(这是当今和今后创新竞争所不可或缺的)。如果还要从基本概念和原理开始学习，就很难有成功的希望。

设计活动与科学活动寻求知识的指向不同，设计是已经有某个需求，要寻求何事、何物能够满足该需求的知识，对该事、该物内在详情并不急于了解；科学则是已经面对某事、某物，要得知该事、该物的内在关系和前因后果，能够满足什么需求则不是当务之急。前者是设计求知的特点；后者是科学活动求知的特点，所以不能用为科学活动提供知识服务的办法为设计提供知识服务和知识。对于设计知识服务，提供的知识应该满足以下条件：①知识条或者较小的知识集；②使能从满足需求来寻找和识别知识，最好是具有这样的识别标志：给它什么(输入)，它给什么(输出)；③可以放心地使用。由此，就产生了一个需求：将浩瀚如海，以各种方式记载的知识变换成知识条、较小的知识集和知识簇。这个工作就是前面所说的知识处理。知识处理不同于知识工程(knowledge-based engineering, KBE)或者知识表达和推理(knowledge representation and reasoning, KR)，后二者是为计算机服务的，其目标是让计算机具有知识和运用知识[10]，而知识处理则是为人进行设计服务的，让人能够在设计中方便地找到问题直观的答案，并能够方便地运用。其实，即使是让计算机具有知识，也要先对相关内容进行处理，使其成为人容易理解和应用的形式。计算机只有被受过教育的人教育以后才能够工作。虽然设计中很多工作要靠计算机来做，但很难想象计算机能够排除人在第一时间的管控和参与。计算机与人的头脑相比，其优势在于极高的计算速度和极大的存储容量，劣势在于仅仅是一个技术系统，不具备人的生理活动、心理活动和社会活动为头脑提供的思维条件，它不是人。

为了在设计中容易找到可拼接和组合的知识片段，知识条或者较小的知识集要能够易于搜索和识别。这种搜索工作当然可以由计算机去完成，不过其识别的标志需要符合人在设计中的思维需要。拼接和组合的工作又称为集成，集成更经常需要利用计算机的运算和存储能力，知识条和知识集的识别标志也要让计算机能够读取和集成运算，也就是搜索和集成需要有统一的知识识别标志。通用的办法是用知识条或者知识集的名称作为识别标志，现在的数据库、知识库以及网上服务如百度百科、维基百科等都是用名称的关键词作为识别标志的。对于科学活动，看到名称去找内容没有问题，但是在拼接和组合知识片段时，人们想的是如何满足需求，不一定已经知道答案的名称，尤其是涉及设计师自己不熟悉的领域。这也是人们不赞成传统的强调寻找原理解(principle solution)的理性的、系统化的设计方法[11]的原因，它不符合多领域、跨领域设计思维的过程。以名称作为识别标志也不利于计算机的集成运算，计算机从关键词标志的名称将知识变换成可以参与集成运算的形式，还需要引入另外的知识。一种用“给它什么(输入)，它给什么(输出)”的识别标志正在研究之中[12-13]，它更能够标志一个问题的答案，特别是能够直接进入集成，便于计算机读取和运用。

可以放心地使用是非常重要的一条原则。消费设计知识和在网上买鞋子不同，买错鞋充其量个人损失一双鞋的代价，设计则是集成许多方面提供的知识，要解决的问题其价值可能比所用到的某条知识的价值大千万倍，如果该知识条存在差错，设计就可能失败。更糟糕的是，可能在对设计作最终评价时也没有发现这个差错，而竟将设计付诸实施，甚至产品到了用户手里，结果楼塌了，船沉了，……，导致严重的生命、财产损失。有的网站(平台)宣布一赔二，一次知识服务能要多少钱？而其导致的损失可能超过千万倍，绝不是一赔二所能够补偿的。现在许多商品广告作风很坏，一瓶矿泉水、一片口香糖的广告可以做得惊天动地。而许多号称知识服务的网站(平台)也染上同样的毛病，这也能做，那也能做，好像是万能钥匙。设计知识服务必须绝对的严肃、严格、严谨。怎么做到这三严？服务方首先自己要给出所提供知识的完整性评价。根据设计知识不完整性定律[6]，在任何时刻，人们对某事、某物的认识总是不完整的。代替上嘴唇贴着天、下嘴唇贴着地的吹牛，服务方要在提供知识的同时，给出该知识的完整度和可信度信息，使得消费方在消费该知识时对其不完整性有所准备。同时服务要细分和专业化，发布服务的陈述要简单明了，采用“给它什么(输入)，它给什么(输出)”的形式。细分专业化、简明陈述和给出完整度、可信度信息三位一体，可以最大限度地遏制关于服务描述的不实之词，这是由服务方承担责任的、放心使用的第一层保障。第二层保障应该是网站(平台)。网站(平台)作为设计知识服务的经营管理机构，要向消费方承担这些完整度、可信度信息可靠性的责任。平台(网站)不能只管收钱，必须负责营造一个诚信服务、诚信消费的氛围。设计知识服务方要用严肃、严格、严谨的态度(而不是说大话)来建立自己的品牌和客户群。诚信是基于互联网设计知识服务的生命线。

CKCEST目前还处在局部试运维阶段，还不了解它的最终全貌。不过从发布的条目看，其设计思想，以及今后发展的规划似乎没有关注到上面分析的这些方面。进入CKCEST平台可以看到，绝大多数的服务是提供信息，就是告诉人们可以到什么地方去找什么，而不是向人们提供知识。这些信息又多来自链接到分布在各个行业中的数据库、文献库。这些数据库、文献库长期以来的指导思想是服务于科学活动而不是服务于设计，特别是不是服务于万众创新的设计。例如，点击CKCEST平台上“中国制造系列研究成果”的“使用应用”，出来一大批“PDF下载”，看不到今后有可能要作知识处理的迹象。试问：当正在构思如何拼接组合知识片段以满足某个需求时，谁能够到一个近百兆的研究报告中去找他所需要的知识片段？在知识中心“双创”平台中，当点击了CKCEST平台上“工程技术资源”，就弹出“制造业双创平台”。这里面的“服务”是让人们选“我要购买”，是告诉人们“你值得拥有”。这不禁使人感觉到这是推销软件而不是提供服务。对于一个需要集成各方面知识创新的设计师，怎么可能为得到一条知识就购买一个软件？而在“协同创新空间”里，讲的都是做项目。是不是还是遵循过去动态联盟(dynamic alliance)的思想，而不是基于互联网的设计知识服务？

3 怎样走出误区？

CKCEST的设计并不是没有根据和道理的，这个构架是传统思想的延续，包括参考国外工业发达国家在这方面的做法。传统上物质产品生产是以规模竞争而不是以创新竞争取胜，设计是由大企业垄断而不是人人都可以参与创新，拥有知识、知识资源的人或者管理、经营知识和知识资源的人，与运用知识和运行知识资源的人分离，没有互联网或者互联网还处在Web 1.0的水平上，设计知识是在这样一种社会环境中流动的。现在号召大众创业、万众创新，设计知识的流动方式应该有根本的变化。设计科学关于创新总是发生在点上，以及创意产生的实践性和随机性特征等等这些论断，决定了要使知识得到高效运用和知识资源得到高效运行，其拥有者和运用者、运行者必须统一，至少其经营者和运用者、运行者统一。这既是社会科学研究的利益公平原则，同时也是设计科学研究的设计知识服务细分和专业化的需要。人与设备相比是知识资源中的第一要素，人的社会性对他的活动的影响往往大于技术性的影响，知识资源建设、运行、维护和发展的竞争需要细分和专业化，这些决定了在设计知识服务的构架上需要与传统的思想(包括国外某些单位的一贯做法)分道扬镳，可以有完全不同的模式。不过，这需要对设计这样一个无处不在的人类活动当前特征有清晰的认识，也就是说对设计科学有深入的研究。

当然，这些都不是很容易实现的。首先要有大众的认同，国家的政策和资金的流入。如果政府只热衷于项目资助，细分和专业化的设计知识服务又很难成为一个项目，也没有风险投资愿意进入真正的基于互联网的设计知识服务。又要求利益立等可取，不愿意接受知识转变成效益那个时间上的滞后。这样就没有人愿意经营设计知识服务，就不会有大量人形成无数个细分和专业化的团队进入这样的设计知识服务领域，即使进入也不能长期在各自的专业中为知识积累和知识资源建设坚持竞争。知识服务没有知识来源，也就没有知识流动，供给就是一句空话。

基于互联网的设计知识服务生存和发展的条件，可以列举如下：

(1)有一个很大的群体认识到基于互联网设计知识服务的前景，愿意投入细分和专业化的领域从事这项服务。也就是这个群体愿意为用高水平和高质量的设计知识服务争取高回报，而不是迷恋于做项目。

(2)从事服务的团队认识到要以在细分和专业化领域中的潜心研究，在自己的服务领域中长期坚持知识处理、知识积累和知识资源建设、维护与发展来保持高水平的知识服务，而不是凭借一点老经验就标榜样样都在行，样样都能够做。

(3)从事服务的团队认识到要在技术上实现给消费方以表达清晰、容易在互联网上找到、便于藉助计算机集成运算、能够即插即用的答案来保持高质量的知识服务。发布的服务信息既要直观、明确，又要留有相当的想象空间，让不同领域的人能够理解和消费。

(4)服务提供方要给出每一项服务的完整度和可信度信息，要坚持以可以信赖作为竞争和创品牌的首要承诺。

(5)社会上要有足够多的消费，使得细分和专业化的设计知识服务，能够以单项低收费提供高水平、高质量的服务，使得一个团队能够在多对一的竞争中取胜，实现一对多服务而得到高额的回报。这一条的实现需要社会真正形成“双创”局面，而且需要创业和创新的人认识到，藉助知识服务要比一切都自己来做更能够多快好省。在没有形成这个局面前，需要国家政策的支持和有远见的资金投入。由此，CKCEST的任务应该不止于构建一个表面上无所不包的网络，而是要以推动一个服务于设计的知识资源环境的逐步形成为己任。这个分布式资源环境中各类服务资源单元的服务分类和结构要素见图1[6]。

图1 分布式资源环境的构架Fig.1 A framework of the distributed resource environment

物资匮乏的时代已经过去，现在不论是物质产品、精神产品或者社会产品的创新竞争，设计时都要同时考虑人们的物质需求、精神需求和社会需求，也就是要进行同一化设计。同一化设计需要完全不同专业领域的知识[6]，这只能由基于互联网设计的知识服务解决，所以仅仅是“工程科技知识”也已经不够了。在这样浩瀚如海的知识中怎么细分？怎么专业化？怎么使得各种不同的服务易于识别？这是个大问题。国外在工程(主要是机械产品)设计领域长期研究一种功能基(functional basis)[14-16]的构架，这种构架要求编一个分类表(taxonomy)，对于同一化设计，实际上等于编一本词典。在这本词典里，既要有物质产品设计的知识，又要有精神产品设计的知识，还要有社会产品设计的知识。这样即使倾全国之力编成了，随着知识的日新月异，又怎能反复倾全国之力随时进行版本升级？而知识的消费方则更不可能人手一册和及时更新手里的分类表。上述那种正在研究的用“给它什么(输入)，它给什么(输出)”作为服务识别标志的研究，是基于社会教育已经给人们以丰富的知识，表现在可以用关键词来表达思想，人们对关键词都有基本上相似的理解，而不必另外去编制什么分类表。当人们不知道怎样能够满足某种需求时，就是要得到“给它什么(输入)，它给什么(输出)”的知识。这样的标志，当找到合适的答案后，可以直接将它拼接和组合到设计师的创意和设想方案之中，不必再作变换[12-13]。举一个简单的例子，当需要让一个旋转运动从一端传递至另一端时，可以用“旋转运动”作为输入，用“同轴线异地旋转”作为输出去搜索满足需求的知识。这样在图1的分布式资源环境(假设已经建成)中应该能够找到若干可供选择的知识，例如其中的一个是“传动轴”。这种搜索与已经知道“传动轴”名称，需要知道什么是传动轴的知识的搜索不同，前者是从满足需求出发，而后者如百度百科、维基百科等则是从科学活动出发。为了让搜索的区间不要太大，规定了关于知识的两个层次的划分：第一个层次是区分需求类型，按照满足物质需求、精神需求或者社会需求划分；第二个层次是区分功能类型，按照实现转变功能、支承功能、存储功能或者激励功能划分。表1给出了几个采用这样识别标志的举例。

表1 知识服务识别标志举例

当寻求一个答案时，设计师根据自己的理解，在表2中给出问题的识别标志：需求类型、功能类型和以关键词表达的输入和输出(需求的粗粒度描述)。点击Enter后搜索引擎应该在分布式资源环境中，找出许许多多可以提供符合问题识别标志答案的服务，例如表3是其中的一个，这是寻找满足需求的知识。当希望对其有更多了解时，点击Enter，还可以得到表4所示的比较详细的内容。这可以认为是了解一个名称为传动轴的物件的与设计需求相关的知识和服务可信赖程度的一个科学活动。

表2 按照识别标志找知识名称

表3 按照识别标志找到的知识名称

表4 按照知识名称找到的详细内容

当然，给出的不必是已经存在的事、物，而仅仅是一个可以提供的设计知识服务。这样的识别标志及其应用还在探讨之中。

4 曾经做过的案例

在本世纪与上世纪交替前后，教育部现代设计与制造网上合作研究中心(ICCDM)的网站，在国家自然科学基金重大项目支持下，按照UDDI(统一描述、发现和集成)协议建立了设计知识服务方和消费方之间相互发现和合作的注册中心。下面介绍一些20世纪末和21世纪初ICCDM做过的一些案例。

4.1 膨胀机的电磁悬浮支承设计

图2 涡轮膨胀机Fig.2 A Tubo-expandor

涡轮膨胀机(图2)是目前空分行业用来将空气、天然气等液化，然后分离出液氧、液氮或其他有用成分的设备，其转子转速要达到30 000～40 000 r/min，传统上用滑动轴承支承。滑动轴承的功耗大，辅助系统(润滑油的循环、冷却、存储系统等)体积大，且润滑油泄漏会污染工质、环境。20世纪末，国际上出现开发电磁悬浮支承膨胀机转子的尝试时，中国某空分设备厂(TEC)产生了用自己一个型号的膨胀机参加竞争的创意。

TEC从ICCDM的网站上找到在电磁悬浮设计方面有相当研究基础的国内外7个单位，同时找到ICCDM上由西安交通大学先进制造实验室(AMT)提供的对知识服务供应商进行评估的服务。请求AMT服务以后，选中了西安交通大学润滑理论及轴承研究所(TLB)承担该膨胀机电磁轴承的系统知识集成服务。

TEC先用自有资源进行膨胀机通流系统设计，提出对轴承的性能需求和约束。TLB用自有资源根据TEC提出的需求进行电磁轴承系统设计，包括功能集成、行为集成和结构集成。首先要集成电磁铁、传感器、控制器和导线等单元，由于转子变得细长而需要避开临界转速，还要解决电磁铁与转子的配合，与机箱的配合，传感器的安置等。对于自己不具备的资源，TLB则利用有关方面提供的服务解决问题。例如，与TEC协调后的机箱是一个铸件，其结构需要可铸造性评估，借助ICCDM注册中心和AMT的服务，确定由清华大学材料成形制造技术研究所(MFT)，用他们的凝固过程数字仿真资源对铸件的图纸进行评估，找出可能发生的瑕疵，并提出优化建议，图3是仿真的一个中间页。

图3 凝固过程仿真显示Fig.3 A screenshot of the freezing process simulation of a casting part

重要的机械加工零件都经由在ICCDM注册中心上，结合AMT服务商评估系统找到的华中科技大学工业工程和制造系统工程系(IME)，对设想中的机械加工零件图纸进行评估并提出建议。由于电磁轴承的装配非常复杂，同样找到华中科技大学的CAD支撑软件工程研究中心(NER)，作了可装配性评估并提出建议。图4是装配过程仿真的一个中间显示。

图4 装配过程仿真显示Fig.4 A screenshot of the assembling process simulation of the turbo-expandor

TLB同时用自有资源对转子-电磁轴承系统的动力学特性和稳定性建立系统行为方程，进行行为评估，并最终确定了所有的结构参数。

至此，经过评估认可的方案已经成为可实施的设计，在评估过程中零部件也都有了在数控机床上加工的加工代码，加工装配完成后，经过试运行，性能达到了设计要求，产生了国内第一台由电磁轴承支承的膨胀机样机。

4.2 远程物理仿真-物理模型试验服务

TLB有一些物理模型试验的资源，例如30 000 r/min转速、50 mm轴颈的转子轴承系统动力学试验台，1000 r/min转速、200 mm轴径、3920 kg载荷的单个轴承静动性能试验台，以及能够解读相关测量数据的数据模型。这类试验台国内当时还很少有，经常有单位派人远程到TLB来用这些资源为自己的轴承产品做试验。ICCDM与TLB合作将它们与互联网组成可以远程服务的系统，并在ICCDM注册中心上发布。

服务消费方可以将产品试样(不是在互联网上)送到TLB或者将图纸(在互联网上)传递到TLB委托加工试样。试验中，消费方可以在远程自己的终端上看到试验现场摄像头摄取的场景，听到试验运行中的声响，看到所有测量参数的变化，并能够在自己的终端上用键盘和鼠标设定和控制运行参数。这相当于消费方通过互联网消费异地的物理仿真资源做自己的试验。图5是在远程终端上看到的界面。

图5 在远程终端上看到的试验情景Fig.5 A screenshot on the terminal during a remote experience service

试验结束后，TLB还可以利用自己的资源为消费方作出数据分析和性能评估，包括修改设计的建议和其他延伸服务。

4.3 远程健康状况监测服务

TLB还开发了一种可以安装在消费方指定产品上，用来检测产品运行时润滑油中磨损颗粒量变化的在线可视铁谱仪。该仪器能够同时将数据通过互联网传递到消费方和TLB，在线、实时地获取该产品的运行健康状况信息。磨损是机械系统结构不可恢复变化的主要形式，其结果是导致运动保证功能衰退，所以从磨损颗粒量的变化信息中可以早期识别很多种故障的发生和发展。从20世纪70年代发展起来的、检测油液中磨损颗粒的铁谱技术是一种离线检测技术，需要从停止运行的设备中人工取出油样，并送到提供服务的实验室中的离线铁谱仪上观察分析。有许多公司都在提供这种服务。

TLB开发的在线可视铁谱技术可以利用互联网传递数据，可做到对运行设备无人值守的监测。图6所示是在一个企业的车桥试验台上工作的在线可视铁谱仪(图右侧白色仪器)，它连接在设备润滑油循环系统中，能够不断地检测润滑油中磨损颗粒量，上传到该用户的运行人员处，并能够对不正常磨损自动报警。当数据传递到TLB时，TLB可以利用自己独有的数据模型，绘制出设备的磨损状态变化曲线。图7是对一台汽车发动机损坏前180多小时试验的在线可视铁谱仪读数变化曲线。其中，FDW是磨粒覆盖指数经小波分析处理后再进行一阶微分的结果。从图7中可以看到换油、加油以及损坏前磨损颗粒量的变化，从而实现了基于互联网的远程、实时、无人值守提供设备健康状态变化知识的服务。

图6 监测中的在线铁谱仪Fig.6 An on-line ferrograpy in monitoring a rear axle system in testing

图7 在线铁谱仪给出的磨损颗粒量曲线Fig.7 Variation of the amount of wear debris given by the on-line ferrograpy in a test

上海交通大学现代设计研究所(MDI)还开发了一种安装在发动机连杆上的活塞组件-缸套摩擦力在线检测系统。用户在任何地方只要将传感器装在一台发动机的连杆上，MDI就可以通过互联网在MDI的实验室里，为消费方提供远程低摩擦设计效果评估的新知识获取服务。

4.4 远程数字仿真服务

图8 一个流体动压滑动轴承性能计算程序的远程服务Fig.8 A remote service of the hydrodynamic bearing performance simulation

TLB用自己的资源做了一些与学科行为分析(图1中的一类)相关的服务。图8是2004年上网的一个应用程序在用户终端上显示的首页，它是TLB多年开发和改进的结晶。流体动压滑动轴承是一种结构多样的系统，一个微小结构参数变化都会改变它的性能，这些性能包括轴承温度、润滑油流量，以及油膜是否会因破坏而导致磨损、摩擦功耗增大等，特别是轴颈运动时形成的油膜具有特殊动力学特性，这个特性可以用4个刚度系数和4个阻尼系数表达，这8个动特性系数与支承在油膜上高速旋转的转子系统的质量、刚度、阻尼耦合在一起会有不同的动力学性质，甚至会激励发生巨大的振动而酿成严重事故。从图8中可以看到服务方提供的“服务名称”、“专业领域”、“服务功能简介”、“请求服务的入口网址”、完成服务需要的“时间”、“费用及付款方式”、显示服务成绩的“典型案例”介绍，特别是还提供了一个消费服务操作的演示。这些是服务提供方向消费方提供的关于服务的信息，需要用规范化的方式表达，不是像电商在网上卖化妆品那样用炫耀的词汇和诱人的图片来介绍自己的服务。

4.5 功能知识集成、结构知识集成与行为分析相结合的服务

图9 转子系统的功能集成、结构集成和行为分析评价服务的联合Fig.9 A remote service of the F-B-S knowledge integration for a rotor system

TLB还用自己的资源开发了一个在功能知识初步集成后，能够提供转子系统功能知识后续集成、结构知识集成和行为知识集成的一揽子服务。以转轴为中心的转子是经常在设计中要遇到的系统，它一方面可以实现支承功能，支承各种各样的旋转零部件，一方面可以实现将旋转的机械能从一处传递到另一处的转变功能，也可以利用其旋转惯性实现机械能的存储功能和由离心力实现的激励功能。图9是这个应用程序在用户终端上显示的一个页面。它能提供将功能知识的后续集成、结构知识集成和学科行为分析集成在一起的服务。当提供方和消费方已经达成服务协议并开始服务时，在消费方终端上显示一个与图9类似的页面，不过中间是空白的。设计师此时可以根据功能知识初步集成的结果，从左到右逐步添加轴段，从该应用程序的知识库里选择要在这个轴段上安装的通用零部件，例如滚动轴承、滑动轴承、各种齿轮、叶轮、圆盘等，也可以将在另一个应用程序里设计好，要装在这个轴段上的零部件的图形复制到这个轴段上，并确定这个轴段的直径和长度，然后布置下一个轴段。这样，当整个轴和轴上安装的零部件在图上组装完成后，这个转子系统的结构便集成完毕。在选择轴段和上面的零部件时，程序已经将它们的质量、转动惯量、刚度、阻尼等参数在后台做了计算。设计师此时只要点击一个按键，程序就可以进行动力学行为分析，将这个转子系统的临界转速、各阶振型都计算和显示出来，实现行为知识的获取。如果设计师发现临界转速或者振型不合适，则可以在图上改变轴段的布置、轴段上零部件的大小、位置、型号等，得到新的临界转速和振型，直至满意。整个过程和最终结果都可以在消费方的终端上下载和打印出来。

传统上，这个过程通常要经过若干个分离的阶段用不同的程序完成。例如，先要制作一个草图，安排各个零部件的位置；随后要查找各个零部件的质量、转动惯量、刚度、阻尼等参数，或者用相关的程序计算出来(如果有流体动压滑动轴承，那么其8个刚度、阻尼系数就要专门计算)；最后要将这些参数输入到动力学分析程序中，才能够看到如此布置的转子的临界转速和振型是否符合要求。如果不能满足要求，对原来的结构作任何改变，那么上述步骤就要重复一次。

进一步扩展这个程序功能的基本思想，还可以通过互联网消费其他方面的设计知识服务，实现更多的集成和分析服务。遗憾的是，这个程序在开发后，始终没有力量能够将其投入服务。

需要说明的是，上述这些案例，所有信息都是通过互联网传递的。也就是说，使用了互联网的物理连接。在信息中都含有消费方需要的知识。不过有一些服务，当时没有力量开发专用的组件来实现各个计算机之间高水平的软件连接，没有能够全面实现由专门的匹配协议来传递知识，而图5的远程物理试验服务则是在互联网上传递知识，实现了比较好的软件连接。消费方在对试验资源和试验测试结果数据模型充分了解的基础上，通过互联网自己操控物理仿真的输入，又通过互联网得到所需要的输出数据，由数据模型解读出其中含有的知识，这些知识立刻可以被计算机读取，并进行与其他知识的集成运算。服务方还可以用试验台以外的其他资源对试验结果进行分析，并通过互联网将分析结果送达消费方，以提供延伸的服务。图8的流体动压滑动轴承性能计算远程服务，也是在互联网上传递知识，实现了比较好的软件连接。当消费方在ICCDM上了解到TLB有这一项服务的信息后，调取图8的界面，了解到TLB的轴承性能计算在许多知名企业中实际的应用和报价的信息，决定采用和付费后，从这个界面上给出“输入”信息，运行后就可以在界面上得到从互联网传来所输入的轴承的性能知识。输入信息和读取传来的知识也可以由计算机执行，并与其他知识集成。图9的转子系统的功能知识集成、结构知识集成和行为分析评价知识获取综合服务，如果与互联网链接，对每一个要素都如表2、表3那样在图1的分布式资源环境中寻求各个要素的知识，并将集成后对行为评价结果的知识传递给相关方，如果设计师要修改某要素的设计，可以重复集成和评价，就能够实现不同服务方提供的知识之间的竞争和迭代。MDI最近尝试过在上海与武汉两个仿真计算之间的知识迭代，发现原来的仿真计算程序如果不经过改造，读取数据、传递数据和写入数据所占的时间太长，影响设计进程。

5 结论

设计以已有知识为基础定律、设计以新知识获取为中心定律告诉人们，设计本质上是一个知识流动、集成、竞争和进化的过程，要使得设计具有竞争力，能够支持创新竞争取胜，知识的高效供给和高效运用是不可或缺的要素。高效供给，首先要有高水平和高质量的供给服务，否则就是一句空话。“高水平”包括将知识处理成便于设计中使用的知识条、知识集和知识簇，包括不断积累知识和更新这些积累，包括新知识获取资源的精心建设、运行、维护和更新。高质量包括服务的可信性，包括知识积累的充足和知识资源的良好状态使服务能够即插即用，包括用符合设计对知识识别的要求来标志服务，包括传递的知识能够为计算机所读取和集成运算。高效供给，要有高速度的传递，在互联网上通过传达信息实现知识传递毋庸置疑是不二选择。以上关于高质量服务的要素大多是基于在互联网上传递设计知识所必须具备的。高效供给必须满足高效运用的要求，要有利于触发设计师的直觉和灵感，产生异想天开的创意和通过知识集成精准、快速、低成本地构建出整个设计方案，包括使用计算机来辅助集成，以严肃、严格、严谨的态度对设计方案作出脚踏实地的评价决策。

所有这一切，都离不开人，离不开愿意从事这些工作的人和团队。人是设计知识资源的第一要素。如果政府政策和资金的流向不能向这个方向倾斜，就不能期望这个真正支持“双创”的分布式资源环境的生成和发展。指望大型企业为设计知识供给提供服务是不现实的，他们还沉浸在规模竞争和垄断竞争的美梦之中，认为知识是他们“跑部钱进”的资本，是不能外传的。指望学校为当前的设计提供过多的知识服务是不合理的，学校的任务应该是培养未来能够为设计提供知识服务的人，学校有丰富的知识资源，教师有高水平的知识，但是如果要他们过多承担提供高质量设计知识服务的任务，他们怎么有时间去培养下一代有道德、有知识的人才？鼓吹有一点成就的教师就自己办企业无异于杀鸡取卵。不过，学校高年级学生作为“在实践中学习”的一个环节，用他们所学做一定量的设计知识服务，倒是可以推广的经验。他们可以利用学校丰富的知识资源，背靠老师长期的知识积累和高水平的指导，这比追求五花八门大奖赛金奖更能够培养服务社会的意识和素质。指望研究院所为设计提供知识服务，就需要说服他们不要仅仅指望在做项目上拿大钱，而且要用一部分精力将研究得到的知识致力于在做服务上拿钱。不过说服工作是否能够奏效，还很难预期。

现在的网站(平台)多如牛毛。网站(平台)本身的功能并不必是供给知识，而应该是推动和组织好基于互联网的设计知识供给服务。没有大量认真的、细分和专业化的设计知识服务，却有这么多网站(平台)，就好像盖了许许多多的戏台，戏台上却没有好的演员和好的剧本。现在有些网站(平台)的作用与产、学、研对接并没有什么不同，不过是把信息放到网上而已。网站(平台)当前必须集中精力于推动和组织认真的、细分和专业化的设计知识服务，推动和组织有资质的人投入设计知识服务的竞争，推动和组织设计知识服务的消费，为服务在互联网上高效运行制定提供和消费握手的规范，开发服务与消费对接的匹配软件，支持知识资源从线下运行转向线上运行技术的研究和开发，而不应该仅仅是在网上提供信息。这样的网站(平台)有一个也就可以了。当然也可以有几个，通过竞争将工作做得更好。期望CKCEST能够利用自己的地位和实力在这方面发挥思想和技术上的引领作用和组织作用。

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(编辑 华 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

谢友柏，男，1933年生。中国工程院院士，上海交通大学机械与动力学院/西安交通大学机械工程学院教授、博士研究生导师。主要研究方向为机械学、设计理论及方法、摩擦学。E-mail： ybxie@mail.sjtu.edu.cn。

编者按 有担当的学术期刊设置“争鸣与反思”栏目很常见，这从一个侧面反映“争鸣”是学术发展的必由之路，但是将“争鸣与反思”栏目置顶还很少见。我们破例置顶，一来是因为刚刚举办的本刊发展战略笔会上，学者们的期待激励我们不能受常规束缚；二来实践中都出现了将“争鸣”置于刊名中的非凡尝试，樊代明院士创办的《医学争鸣》期刊成长的实践，又一次证明了“争鸣”对于学术发展的巨大价值和无可替代。由此，我们反复权衡终下决心将谢友柏院士的这篇文章刊发在置顶的“争鸣与反思”栏目中，既因为“基于互联网的设计知识服务研究”这个议题是对国家战略“中国制造 2025”的即时响应，更因为谢院士率领的学术团队在此领域深耕20余载，从正反两个方面积累了丰富的实战经验，所以他从系统、深入地分析厚重的历史入手，对当前我国顶级的相关网站的运行提出深刻的忠告，是符合“争鸣”是学术发展的灵魂、“反思”是工程实践的推力这一客观规律的义举。我们的置顶，既是对学界深入探讨这一重大议题的深情期盼，也是对至今仍深耕在一线的前辈学者的由衷致敬！