众包设计理论及关键技术发展研究

郭 伟，王 震，邵宏宇+，王 磊，宫 琳，于树松，冯毅雄，万新明，刘建琴

(1.天津大学 装备设计与制造技术天津市重点实验室，天津 300350；2.北京理工大学 机械与车辆学院，北京 100081；3.中国海洋大学 信息科学与工程学部，山东 青岛 266100；4.浙江大学 流体动力与机电系统国家重点实验室，浙江 杭州 310027；5.青岛海尔智能技术研发有限公司，山东 青岛 266101；6.数字化家电国家重点实验室，山东 青岛 266101；7.天津仁爱学院 机械工程系，天津 301636)

0 引言

随着用户个性化需求不断增长且呈现多样化，产品创新与发展面临着海量动态的个性化定制的挑战，以及持续增长的创新需求与有限资源矛盾的制约。创新是设计的灵魂、制造业竞争的焦点，其地位和作用愈发突出。

新一代信息技术的发展推动知识社会向以开放创新、大众创新、协同创新为特征的创新2.0演进，国家从战略层面提出，创新是引领发展的第一动力，全面推进“互联网+”新业态，打造数字经济新优势。将制造业研发创新与“互联网+”思维融合，建立基于互联网的制造业创新研发体系，利用广泛的社会性设计资源解决技术创新难题，实现制造业创新研发模式的升级演进，提高制造业研发创新能力。制造业利用开放式创新[1]思想，打破企业传统的封闭边界，将内、外部资源有价值的创新思想、技术和知识应用到产品研发体系中，弥补自身创新研发设计的不足，因此，开放式创新成为构建制造业“互联网+”研发体系新模式的指导思想。

作为开放式创新的新形态，众包将传统上由指定人员完成的任务以自由自愿的形式公开向一群非特定的大规模群体进行外包[2]，将人才和知识与需求进行匹配[3]，是一种新的“互联网+”创新设计模式[4]。这种开放灵活的方式拓宽了设计渠道和设计空间，激发了原创性解决方案，引发了设计变革。受互联网与开放式创新思维的影响和启发，国内外众多以开放式设计模式为特征的互联网众包平台应时而生。以平台任务特征为依据，可分为3类众包设计平台：

(1)简单设计服务 国内领先的一站式在线众包服务平台猪八戒网，拥有百万服务商为企业、机构、个人提供定制化的解决的方案，将创意、知识、技能转化为商业价值和社会价值。

(2)复杂产品创新 Local Motors作为一家汽车设计公司，秉承开放、合作与共创的理念，以挑战赛的形式收集汽车开源设计方案，使用多个微型工厂进行小批量汽车制造。

(3)关键技术突破 海尔开放创新平台(Haier Open Partnership Ecosystem，HOPE)将技术、知识、创意的供需双方聚集到一个交互的创新生态社区，打通了问题与方案的壁垒，实现了用户需求与技术资源的匹配。

平台在需求定义、资源评估、用户需求洞察等创新服务的关键节点取得突破，解决了创新成果转化的瓶颈问题，促成创新产品的诞生。类似的众包平台还包括Threadless(众包服装设计)[5]、OpenIDEO(社会问题解决平台)[6]、InnoCentive(科研众包平台)[7]等。众包平台可看作是在互联网背景下，以开放式创新为指导，社会资源为主体，大众参与为特征，需求解决为目的的新型知识服务市场。

众包设计模式对现代产品设计而言是一种全新的发展方向。现代产品设计是一个涉及密集的迭代、复杂的推理以及不同学科领域的设计团队之间的相互合作的设计过程[8]。谢友柏[9]认为现代产品设计以知识为基础，以新知识获取为核心，同时提出现代设计理论的4个主要内容：性能需求驱动理论、多利益方协调理论、知识流理论、设计过程理论。作为新的设计模式和分布式问题解决方法[10]，众包利用大众资源提供的高质量知识服务，促进个体隐性知识显性化，实现闲置知识价值化和生产力转化[11]。伴随开放式创新的实践以及众包平台案例的成功，现代产品设计面临3个新变化：①设计环境的改变,网络和信息技术的发展加速了国际间的合作与交流，信息壁垒被打破，加之计算机辅助设计[12]、云设计概念[13]、云制造[14]的发展与应用，使在线设计成为主流[15];②设计结构的转变,企业依赖内部资源封闭式、垂直式的创新模式不再具备突出优势，在开放式创新思想的指导下，积极引入并挖掘外部资源的创新潜力，逐步向开放式、水平式创新结构转变[9];③设计主体的变化,众包借助开放设计理念，利用大众多元化的知识背景和设计能力加快产品创新。

现有产品设计理论和方法为产品设计的创新与发展发挥了巨大作用。为探究典型设计理论和方法能否顺应时代发展，继续服务于开放环境下的产品设计，本文选取7个典型的产品设计理论和方法，从基本内涵、核心思想、设计特点、一般流程、对设计的作用及其在开放环境下的局限性等角度对其进行辨析，具体分析如表1所示。典型的设计理论和方法利用已存在的设计知识来研究设计问题，缺乏技术革新，在开放式环境背景下：①面对海量的个性化用户需求，缺乏灵活的设计机制以及多样化的设计资源，保障设计任务的执行力度；②没有系统考虑广泛外部资源的设计能力和创新水平，无法突破创新设计过程的信息壁垒；③缺乏设计任务与设计资源的耦合关联，没有考虑不同设计资源对不同设计任务执行效率的差异化表现；④没有系统诠释设计过程的复杂变化，无法完整揭示产品创新动态演化过程。上述设计理论和方法虽不能完全适应现代产品设计发展趋势，但在概念设计阶段、需求到功能的转化方面等有独特的优势，值得借鉴与发扬。

与上面所提的产品设计理论和方法不同，众包设计是在新经济环境下，依托互联网开放平台，聚集网络大规模设计资源，利用群体智慧开展协作创新设计的一种设计活动。广义的群体智慧是指群体涌现出的超越个体智力总和的智慧[41]，在众包设计中，群体智慧是指平台通过复合式激励机制、互联网组织结构、大数据驱动的人工智能系统，吸引、汇聚和管理大规模设计参与者，以合作或竞争等协同方式共同解决复杂设计任务时涌现的智慧[42]。

国内有关产品众包设计的研究发展较慢，近年来逐步开展众包平台模式、众包对企业绩效的影响等相关研究。目前有关产品众包设计内在机制的还在探讨之中。本文总结了众包设计理论的内涵、特征及优势，阐述了众包设计的研究现状以及众包设计发展所面临的3个挑战，从群智创新设计过程的微观层面和群智聚集作用的宏观生态系统层面探索构建了众包设计理论体系，对设计过程动态变化机理以及需求分析、资源组织、过程管控、成果交付及创新激励等一系列众包设计活动进行全面分析，并提出相应研究问题的理论模型和关键技术方法。

1 众包设计理论研究框架

1.1 众包设计内涵、特征及优势

众包设计是在开放环境下，通过不同的激励机制和组织方式，吸引不同知识背景和专业技能的互联网中闲置的智力资源，利用其不可预估的创新智慧和能力解决动态复杂的众包任务，以满足用户个性化需求的产品设计方法。

传统的设计过程从产品生命周期之初开始[43]，是一个设计闭环系统，而众包设计重点关注用户需求的表征、设计任务的分解、设计人员的协作，可以被视为一个开放环境中由知识需求驱动、群智创新设计的复杂适应系统[44]，主要体现出4个基本特征：

(1)开放设计环境 众包设计基于互联网技术搭建的网络平台，在开放环境下的盈利或非盈利的创新活动，拥有完全自由开放的“边界”。

(2)知识需求驱动 新知识和新技术及时且有效地获取，可以保障用户多样化需求得到快速且高效地解决，因此，众包设计是知识需求驱动、面向产品创新的方法论。

(3)群智创新设计 不同知识和经验水平的众包成员能够提出不同的解决思路和方法，特别是关键技术突破阶段，大量不同能力水平的成员协同参与，相互作用，群体聚集涌现群体智慧来应对挑战性任务。

(4)复杂适应系统 参与众包活动的大规模适应性成员持续与其他成员以及环境进行交互作用，在此过程中，众包成员不断学习成长，改变了自身知识水平和设计能力。同时，不同成员自主聚集成不同的团体，参与不同类型的众包活动，推动设计任务的演化与发展。众包成员的适应性、动态性、多样性造就了众包过程的复杂性和设计成果的不确定性。

众包设计的优势体现在以下3个方面：

(1)吸引大规模的社会性网络资源，获取广泛优质设计想法，拓宽问题解决思路。企业传统的内部设计模式在产品创新发展上动力不足，众包设计吸引大规模互联网闲置设计资源，利用其不同的知识背景及专业能力为产品创新设计提供开阔的设计思路和多元的问题解决手段。

(2)精准匹配差异化设计任务，优化产品定制属性，满足个性化用户需求。传统的封闭式设计模式已无法满足用户海量的个性化产品需求，众包设计灵活的参与方式及其所依赖的网络设计资源的异质性对满足动态模糊的用户需求具有明显优势。

(3)细分设计任务粒度，降低设计参与门槛，提高产品创新效率。传统设计模式对专业设计师的依赖性较强，入门级别较高。为降低设计参与门槛，激活社会性设计资源，使其提供更多优质设计方案，众包模式将复杂产品设计划分为细粒度设计任务，加快任务与资源的耦合匹配，以此提升产品创新效率。

1.2 众包设计研究基础与发展挑战

众包设计是知识经济时代的产物，是开放式创新设计模式的一种具体体现，其目的是帮助企业充分利用内外部的创新资源完成创新与研发任务[45]，是“基于跨组织边界的、有目的性管理的知识流的分布式创新研发”[46]活动。众包设计依靠群体智慧解决产品创新难题，在知识经济背景下有一定的优势，能适应设计环境变化趋势，国内外学者也做了大量相关研究，但在用户需求获取与分析、设计资源组织与激励、设计过程优化与管控等方面还面临一些挑战。

(1)用户需求获取与分析

为方便用户通过简单的类SQL语言与平台交互，提出了众包数据库的概念[47]，对用户、众包平台和众包成员之间的交互过程进行封装，为用户提供应用程序编程接口(Application Program Interface, API)。单一学科团队的传统用户需求建模很难应用到多学科团队和项目中，因此提出一种新的多学科综合用户需求建模方法，用于获取和描述用户需求的共同理解，更重要的是将需求转化为详细而准确的产品设计规范，以有效地与不同的团队成员进行交互[48]。需求模式是认知服务理解客户意图的本质之一，由于众包服务平台以文本信息的形式记录用户需求，TU等[49]提出将多个不同领域的文本信息提炼成概念，以构建知识图谱的方法从中挖掘有价值的模式，同样基于知识图谱方法抽取需求模式，可以有效且准确地理解用户意图。

如何对多样性、模糊性、动态性的用户需求进行辨识、分类、映射和转换，同时完成与资源的匹配，提高设计效率是一个亟待解决的问题。①用户需求获取。用户提交的需求通常是自然语言描述，首先应识别其中关键信息，明确用户真正意图；其次制定需求分类依据，判断其所处的类别，根据不同需求类型的优先级确定处理顺序[50]。②用户需求分析。快速、合理、高效地将用户需求转化为准确的结构化产品设计语言，在产品开发过程初期起着至关重要的作用[48]。③需求与资源匹配。将差异化设计需求与多样化技能的设计资源精准匹配需同时满足质量要求和预算约束两个限制条件，合理的分配结果可以确保资源高效利用，实现经济效益最大化[51]。

(2)设计资源组织与激励

为了从开放式创新社区中识别领先用户，基于领先用户理论和社会网络关系理论识别领先用户特征，从内容信息和客观行为数据两方面建立领先用户识别指标体系，文献[52]提出了3种基于聚类算法的领先用户识别模型。众包社区为了促进社区的发展，会利用不同的激励措施与参与者构建稳定的协同激励机制，同时根据参与者层次逐渐完善，两者之间的关系从单向促进到双向互补，最终达到协同共生[53]。CHEN等[54]提出一种众包成员最优组合和最优调度方法，通过对众包成员的综合能力进行评估，为每个子任务优化选择合适的众包成员，除了建立协同工作流仿真模型来规划子任务的时间和众包成员的工作流程外，该方法还对众包成员进行优化和调度，使其依次处理不同的子任务。同时为优化众包成员选择策略，该团队根据众包成员的特点，提出成员评价指标和目标变量，构建优化选择体系；建立基于优化选择指标体系的决策模型，并采用灰色关联分析方法进行求解[55]。SHA等[56]通过建立设计众包参与者与设计竞赛之间的双向网络模型来研究设计众包中的参与行为。研究发现，影响设计众包参与者行为的因素有4组，分别为：设计师相关因素、竞赛相关因素、激励相关因素和决策相互依赖相关因素。

如何有效地组织和管理流动、离散、不确定状态的设计资源，保障稳定、可持续的群智输出，是关系众包设计成功的关键。①资源有效组织。面对大规模的自主性成员，根据不同设计任务的性质和目标，制定合理的规则以有效组织和管理设计资源，是实现高效协作创新设计的重要基础[42]。②资源高效激励。设计资源的多元动机符合马斯洛需求层次理论，根据不同众包任务的需要，建立复合高效的激励机制，确保群体自适应动态调整、群智持续涌现[57]，系统把握任务与资源整体布局。③群智质量控制。设计资源的知识水平与设计能力是影响设计成果的重要因素[58]。根据不同的群智应用场景，研究群智汇聚机制和质量控制方法，保障群智高质量涌现，满足设计任务对知识与技术的要求[42]。

(3)设计过程优化与管控

焦媛媛等[59]分析了在线众包平台Crowdspring的数据后发现，在众包竞赛中过程向参与成员提供过程反馈可以激励中等绩效者提高后续参与度，还可以促进参与者改进和提高后续产品质量，但对比产品设计质量差异会减弱领先者和落后者后续的参与积极性。文献[60]通过多主体建模与仿真模拟社区成员任务选择过程，表明成员选择行为受核心成员、任务复杂度及社区推荐的不同程度的影响。受任务准确性和延迟重要性的启发，CHENG等[61]提出一种将任务智能分配给众包参与者，以降低任务的延迟，满足了任务的预期准确性的众包框架。为提高已完成任务的利用率，充分利用参与者的技能和时间，提出新的任务批量分配方法：按层批量分配和基于核心任务的批量分配。前者性能较好，但计算成本较高；后者以较低的复杂度实现次优性能，能显著降低计算成本[62]。

如何对复杂、动态、难以有效实施的众包过程进行设计流程建模、设计质量控制、设计成果交付管控，以优化设计过程，保证设计成果质量，是众包设计面临的重要挑战。①设计流程建模。众包设计的性质决定其模块化的任务分解结果和不可预知的任务执行过程，任务分解的前提是对设计流程分层建模[63]。现有设计模型大多侧重于设计活动或解决方法，无法支持对众包设计过程的有效分析[64]。②设计质量控制。产品设计过程中的质量包括产品质量以及产品设计过程中的工作质量。设计质量控制贯穿于设计质量形成的全过程，现有研究往往过于注重生产过程和生产后的质量控制，而工作质量是决定产品质量的关键[65]。设计质量控制的最终目的便是要综合提高这两方面的质量。③成果交付管控。众包设计所依赖的互联网环境决定设计交付物的数字化，设计资源与用户和众包平台的关系类似于雇佣关系，然而雇员由个人到群体，无疑会改变所有权的现状[66]。

1.3 众包设计生态体系框架

众包设计作为一种开放式创新范式，是在群智生态环境下，由用户需求驱动，通过资源自组织机制支持产品个性化设计的理论方法，也是实现企业创新研发模式升级与发展的新途径。设计资源的聪明才智是众包设计的基本需要，众包设计持存的必要条件是保障知识服务不间断，即能够做到有效吸引和组织网络设计资源，确保群智高质量汇聚与持续涌现。设计资源的适应性和动态性决定了众包设计过程的复杂性和不确定性。就单个众包任务而言，将设计资源的个体意志转化为群体意志，使其在交互过程中相互影响、协同创新，发挥群体智慧的显著优势，是众包设计的重要保障。就众包设计全过程而言，从系统角度统筹兼顾每一个设计环节，对海量、动态、模糊的个性化用户需求进行识别、表征与挖掘，做到精准跨域映射转换，对众包设计任务分包规划，对大量自适应设计资源进行统一组织与管理，保障“任务—资源”的耦合匹配，对动态的众包设计过程分阶段优化，对设计方案多阶段融合管控，才能确保众包设计平稳进行。

众包设计围绕海量个性化用户需求展开，以众包任务为主线，包括用户需求分析、众包任务拆解、资源组织管理、设计过程管控等一系列环节组成的产品设计体系。作为现代产品设计理论发展的新方向，以群智基因组模型[67]为基础进行扩充，并引入生态系统思想系统分析众包设计发展的关键环节，将众包设计生态体系分为两个层次，如图1所示，层层递进，相互关联。微观层即众包设计任务系统，主要研究资源激励、群智协同创新及设计过程系列活动。宏观层即众包设计生态系统，引入生态学理论，将相关利益方作为生态“物种”，众包平台的活动类型和组织方式类比生态系统的“非生物环境”，为维持众包生态系统的稳定性，应考虑需求与资源的多样性、相关利益方组织的协调性、环境条件的匹配性。微观和宏观是相较于任务规模而言的，微观解决单个任务的实现过程，宏观更关注整个平台的发展情况，微观是宏观的组成部分，宏观是微观的整体表现，两者互为表里，相互映照。

2 众包设计理论体系及其关键技术研究

基于以上分析，本文提出产品众包设计理论体系，其主要由群智创新设计过程理论和众包设计生态系统理论两部分内容组成。前者从微观过程层面出发，关注单个复杂产品的众包设计过程，后者从宏观系统层面考虑平台整体的众包设计活动。在微观过程层面，延续公理化设计理论，构建群智创新设计三维模型，分析设计需求的转化及其与设计任务的关联映射过程，根据不同类型设计需求与设计资源的关联，探究群智创新设计过程动态变化机理。在宏观系统层面，以生态学为理论基础，基于用户需求、设计资源、设计过程等要素，构建复杂动态的众包设计生态系统，从生态系统角度综合考虑海量模糊用户需求挖掘、大规模资源组织管理、设计过程管控优化、设计成果交付及在线报酬支付众包设计活动。众包设计理论体系研究内容与关键技术如图2所示，所列理论和技术方法共同支撑和保证众包设计理论体系的可实践性。

2.1 群智创新设计过程理论

群智创新设计过程理论探究单个复杂众包活动的设计资源、设计任务及设计过程三要素之间的关联关系。群智创新设计是由多源异质、具有自主意识的大规模设计资源围绕众包设计任务，以满足个性化用户需求为目标的开放、复杂、动态的复杂产品协作创新设计新形式，是众包设计的本质内涵，微观层面体现了群智涌现、交互、演化与集成，宏观层面表现为海量群体的交互行为及阶段性任务的动态进化。设计资源组织、群智涌现及应用等直接关系群智创新设计过程的动态发展，同时，群智设计过程的复杂度与产品众包任务密切相关。因此，从众包任务、设计资源和创新过程3个要素构建群智创新设计三维模型，如图3所示。

(1)群智创新设计过程维分析

过程维表示单个复杂众包产品设计任务动态演化过程。AD理论的系统性和自上而下的结构可以识别问题和制定循序渐进的设计，将产品设计任务划分为细粒度任务单元来降低设计复杂度，由设计抽象概念的高层次到详细参数的低层次逐步展开[68-70]。根据复杂众包任务的阶段性设计与管理的特点，以及知识流、信息流、任务流的作用和影响，过程维基于AD理论的独立公理和信息公理两个基本原理，集成公理化设计矩阵和设计结构矩阵，通过设计方程关联分解与“Z”型曲折映射，完成需求域、功能域、物理域等各域内的层级划分，以及域间各要素的对应关系与转化。

(2)群智创新设计任务维分析

任务维主要考虑需求的分析、拆解和映射。为满足不同类型的设计需求，将其转化为可执行的设计任务，明确功能和技术要求，实现由定性到定量的转变。在众包设计过程中，需求拆解与需求到任务的转化由平台管理员完成，任务的复杂度、颗粒度及耦合度直接关乎设计效率。在充分考虑需求特征、任务特征等约束条件的基础上，采用众包任务矩阵分解算法，建立设计任务数理方程模型，利用智能算法技术将低维空间任务数据映射到高维特征空间，形成粒度更小，便于协作的设计任务。通过分析高复杂度条件下的遗传和交叉变异特性，利用智能算法最大限度地保留父代任务的遗传特性，提高众包任务分解精度。

(3)群智创新设计资源维分析

资源维主要分析设计群体的协作与管理。众包成员在时间、能力等方面具有自主性[56]，合作模式存在松散性和不确定性[54]，众包平台需要设计合理的内外在复合式激励机制，吸引大众群体参与，制定相应管理措施，保障群智涌现稳定有序，以高效完成设计任务。成员的参与性、组织性和交互性直接影响群智的涌现性和持续性，同时决定了群智设计过程的动态性和复杂性。根据众包成员不同的知识水平和相互关系，通过社交网络分析技术，利用博弈论和Lotka-Volterra模型分析成员合作或竞争关系，构建优化选择决策模型，区分不同智力水平群体，将不同类型设计任务与设计资源进行合理匹配，实现提高设计资源利用率和设计效率的目的。

(4)群智创新设计超网络模型构建

群智创新设计涉及产品设计、任务体系、主体行为等要素，通过多层、多级特征的超网络理论[71]对3个要素进行初步建模，可以全面了解要素之间的关联关系。以群智创新设计三维模型为基础构建群智创新设计超网络模型，如图4所示。①产品设计子网络。该子网络揭示了设计任务分层、跨域的执行过程，不同域之间的设计参数的映射关系由公理化设计矩阵确定。相同域中的不同层级的设计参数之间为父子节点的关系。②任务体系子网络。任务体系是一系列易于分包和集成的子任务的集合，因此子任务之间存在内在约束关系。平台方会在后台监督和管理任务的执行情况，在前一阶段任务完成后，平台方会推动下一阶段任务的执行。③主体行为子网络。该子网络展现了相关利益方的相互关系及行为。设计资源参与动机各异，加之众包平台复合式的激励方式，形成合作或竞争的复杂群体关系。

2.2 众包设计生态系统理论

众包设计生态系统依托互联网环境，以相关利益方为主体，以知识服务交易为核心，以用户需求、资源管理、过程优化、交易规则为要素，是一个长期处于竞合共生、开放动态的具有跨边网络效应的复杂系统。众包设计相对传统产品设计，其成员主体由内向外转移，组织结构从垂直向水平转变，面临着设计任务最优分解、设计资源最优配置与设计过程最优划分等问题，因此，众包设计生态系统理论包括模糊需求分析理论、设计资源组织理论、动态过程管控理论。

2.2.1 众包设计模糊需求分析理论

互联网环境下海量个性化需求爆发，针对如何分析与挖掘模糊动态需求，实现需求到任务的精准表达，从需求图谱表征、建模与优化以及用户需求精准识别、需求跨域映射与转换3个方面阐述解决方法，如图5所示。

(1)产品需求图谱表征、构建与优化

在表征方面，依据产品设计要素围绕功能、技术、结构、其他维度分类用户需求，立足用户需求视角和产品需求视角，分别构建针对个体用户层面的需求图谱和针对产品层面的需求图谱；在构建方面，基于用户需求抽取和分类模型构建包含原始需求、析出需求及其多维分类信息的用户需求图谱视图，对抽取的子需求完成标准化合并，形成动态产品需求图谱视图；在优化方面，首先完成新增需求的空间嵌入，利用需求图谱演化算法，对需求图谱中存在矛盾或不正确的关系进行错误纠正，实现产品需求图谱的优化。

(2)用户需求表征、补偿与挖掘

基于需求图谱构建不同领域的需求本体，通过原始需求与需求本体间的映射，实现模糊的、半结构化、非结构化的用户需求向明确的、结构化的需求表征；深入分析用户产品或技术需求性质和特征，建立需求的高效多任务关系学习模型，基于关系路径可控游走的反向推测算法，实现对用户需求的有效补偿和完善；建立需求关联规则，并使用关联规则挖掘算法进行关联规则挖掘，实现潜在需求的智能挖掘，为需求—服务的精准映射提供基础。

(3)用户需求跨域转换与映射

针对用户需求跨域转换，依据AD理论，分别将用户需求项、功能需求项、设计参数、过程变量归类为需求域(CAs)元素、功能域(FRs)元素、物理域(DPs)元素、工艺域(PVs)元素；针对用户需求映射封装，首先对众包设计任务评价指标、功能需求性能参数指标等历史数据进行回归分析，通过标准设计任务包将粒度基本统一的多域需求封装成可执行设计任务，实现多域需求向众包任务的精准映射；针对设计任务综合评价，考虑众包任务中的多类信息，面向众包任务的功能任务、结构任务、技术任务、形态任务和其他任务等多个层面，构建众包设计任务多层面的综合评价体系。

2.2.2 众包设计设计资源组织理论

针对设计的流动性高和约束性弱，缺乏有效组织，群智无法高质量汇聚，现有研发设计体系难以适应双边匹配度低的问题，研究设计资源画像构建与动态感知、“任务—资源”耦合匹配、设计资源智能推送与共享，如图6所示。

(1)资源画像构建与动态感知

针对当前设计资源统一组织和关联表达的需要，分析设计资源特征，从设计过程和资源自组织角度对其进行分类与定义，基于领域本体技术，构建设计资源特征与其关联关系统一表达模型；针对设计资源生命周期变化及设计资源能力不断变化的特点，基于设计资源的基本信息、历史服务、相关评论以及社交网络大数据，构建可扩展、实时主动更新管理的设计资源池，实现设计资源画像统一建模；针对大规模设计资源有效利用及能力动态更新问题，应用注意力机制的词向量嵌入深度网络，实现设计资源语义向量空间映射及动态关联，利用K-means聚类以及t分布随机邻域嵌入(t-distributed Stochastic Neighbor Embedding, t-SNE)实现设计资源的语义关联挖掘，构建语义基因模型，基于主题搜索技术实现设计资源的动态感知。

(2)“任务—资源”耦合匹配

资源群体多维度评价是完成“任务—资源”精准匹配的基础。通过专家模式建立以“任务—资源”精准匹配为目标的资源多维度指标模型，评价指标包括但不限于技能水平、学习能力、服务成本、服务态度、任务完成及时率等。对“任务—资源”精准匹配时，需要细致化地描述任务与任务、资源与资源以及任务与资源之间的约束关系，建立符合约束要求的数学优化模型。在每次任务执行结束时，更新对设计资源的评价。

(3)设计资源智能推送与共享

用户画像技术可以有效支撑设计资源的智能匹配与推送。利用用户画像技术建立人群行为、偏好、能力等特征模型，结合已有的任务模型和资源模型，利用大数据分析技术和匹配算法，在任务数据、资源数据中进行关联挖掘和数据匹配，形成面向用户模型的资源池和面向设计资源模型的任务池，结合推送对象间关联关系的社会化推荐算法，达到优化推送的目的。

2.2.3 众包设计动态过程管控理论

针对众包设计过程复杂、动态、不确定性，设计过程难以有效开展和优化收敛等挑战，解决众包设计稳定性和优化收敛的问题，从众包设计多主体在线交互、设计任务多活动在线规划、设计成果多阶段交付—支付管控3个方面阐述解决方法，如图7所示。

(1)众包设计多主体在线交互

众包设计多主体在线交互研究包括设计过程分层建模、众包知识推荐与共享两个方面。①针对众包设计过程分布性、动态性、分层性等特点，利用面向对象Petri网，建立面向对象的众包设计分层过程模型，包括组织层、任务层、执行层。②针对资源关联关系难易描述、隐性设计知识难以结构化表达的问题，基于大众分类法的众包知识共享社区知识推荐算法，建立面向知识深度共享的设计过程多主体在线交互模型。

(2)设计任务多活动在线规划

设计任务多活动在线规划研究包括设计过程协同规划、任务执行节点网络配置优化、设计状态感知与评价3个内容。①针对任务模块粒度大、任务分解方法缺乏等问题，基于需求映射产品性能质量特性需求，提取影响用户满意度的质量特性及其重要度矢量，转化出产品设计活动划分的规划准则，建立划分方案的质量评价指标集；考虑众包资源匹配效率，构建任务—资源双边驱动的设计任务多活动分解模型，在设计任务侧考虑任务分解方案的复杂性、耦合性、关联性、协同性等多维属性，在设计资源侧考虑可用设计资源解空间的能力属性特征。②针对设计任务的虚拟设计团队配置问题，提出二维描述模型，用于支持设计任务执行节点网络结构三阶段快速配置优化。③设计状态感知与评价方面，构建基于参与者设计认知状态演化量化评价的设计状态感知模型，采集参与者设计过程演化数据进行编码转换，从设计认知行为演化、设计草图转换行为、设计过程迭代行为3个维度评判参与者设计过程质量。

(3)设计成果多阶段在线管控

设计成果多阶段在线管控是保障众包设计活动的关键，从成果交付里程碑分解、多阶段交付—支付融合管控、成果交付综合评价3个方面阐述。①针对众包任务多级分包、分阶段交付、交付节点设置等问题，将设计成果建立成具有依赖关系的有向图，通过合并强连通集转化成有向无环图，随后以成果间依赖关系、时间粒度等为依据，寻找所有可执行拓扑顺序，最后按照里程碑数量约束将其聚合成若干里程碑。②基于动态契约的交付支付融合管控技术，建立动态契约数学模型，动态模型的输入为时间或者金钱，时间通过货币化系数转化为金钱，边界条件为委托代理模型的一阶条件，及发包方的任务量和接包方的最低保留效用，输出为资源方收益。③分析多层分包模式下成果评判主体责任划分、评判标准设定、评判流程等机制，利用支持设计资源行为绩效可信量化的交付物多属性综合评价方法，形成对成果的最终评价。

3 结束语

众包设计作为一种新兴的现代产品设计方法，近年来受到学界广泛关注。为深入研究与发展众包设计理论和方法，本文探索发现典型产品设计理论和方法在新时代背景下的局限性，提出了众包设计的内涵与特征，阐述了众包设计面临的3个挑战。从微观行为和宏观系统两个层面探索构建了众包设计理论体系以及相应关键技术方法。作为一项探索性研究，本文所提的理论和方法还需进一步深化与完善。希望本文能够为众包设计理论研究提供一定的参考价值，以激励相关学者未来在该研究领域做出更多创新发展。