多学科产品开发方法图谱：APMT框架下的系统综述与工业应用

《Results in Engineering》：A synthesis mapping of approaches, processes, methods and tools from the scientific literature for multidisciplinary product development

本文针对企业开发多学科产品时面临的方法选择难题，系统梳理了科学文献中关于智能产品、机电一体化产品和信息物理系统的开发方法。研究构建了包含61种概念与技术的综合图谱，提出基于APMT（方法-过程-方法-工具）四层模型的筛选流程，并通过工业案例验证其应用价值，为企业实现多学科产品开发转型提供了实用工具。

　　

随着数字化和互联技术的深度融合，现代产品正经历着革命性的转型。传统的单一学科产品逐渐被集机械、电气、电子、软件和信息通信技术于一体的多学科产品所取代。这类产品在科学文献中常以"智能产品"、"机电一体化产品"或"信息物理系统"等术语出现。然而，这种技术融合给企业带来了前所未有的挑战——产品复杂性的急剧增加不仅体现在技术层面，更延伸至组织管理层面。企业工程部门在面对多学科产品开发时，往往陷入方法选择的困境：现有的开发方法大多针对单一学科设计，而专门为多学科开发量身定制的方法却寥寥无几。

更棘手的是，科学文献中存在着"无数"的概念与技术，但它们在多学科语境下的协同使用方式和优选策略却模糊不清。企业往往难以从这方法"迷宫"中识别出适合自身需求的开发实践。这种困境不仅影响开发效率，更可能决定产品在整个生命周期中的性能表现和总拥有成本。正是在这样的背景下，Julia Guérineau等研究人员开展了一项开创性的研究，旨在为企业提供清晰的"导航图"，帮助它们顺利过渡到多学科产品开发的新范式。

研究人员基于先前对三种多学科产品（机电一体化产品、信息物理系统和智能产品）开发方法的系统研究，通过四步简化流程构建了综合图谱。首先将三个独立地图合并并消除冗余概念，随后去除作者的主观解释内容，接着筛选掉支持文献少于两篇的概念技术，最后用线条粗细表示文献支持度。这种严谨的方法论确保了图谱的科学性和实用性。

关键技术方法包括：基于APMT四层模型的概念分类体系，该模型将产品开发结构分为方法、过程、方法和工具四个层次；文献计量分析方法，通过对167篇科学文献的系统分析提取概念技术及其关联关系；图形化编码技术，使用不同颜色和线型直观展示概念技术间的层次关系和连接强度；以及工业案例验证方法，通过农业设备制造企业的实际应用证明图谱的实用价值。

研究结果呈现出清晰的三个区域结构。图谱左侧集中了与功能逻辑、分析和建模相关的方法工具，如功能分析系统技术图、功能建模和功能分解树等。这些工具特别适合处理多学科产品开发中的复杂性表征问题。图谱中心区域凸显了系统工程的核心地位，系统工程方法通过V模型具体化，并与模型基模型驱动实践紧密结合。值得注意的是，系统工程集合的各层次间连接线最为粗壮，表明该组合在文献中获得最广泛讨论和认可，暗示着学术界对系统工程作为多学科产品开发主要方法的共识。

图谱右侧则聚集了敏捷开发相关概念，包括Scrum和极限编程等过程，以及用户故事、产品待办列表等工具。虽然这些概念的技术连接相对较弱，但它们提供了另一种有价值的开发范式。特别值得关注的是，研究发现了系统工程与敏捷开发的交叉区域，这种混合模式为企业在不同开发场景下提供了灵活的选择空间。

工业应用案例生动展示了图谱的实际价值。某农业设备制造商在开发智能联合收割机头时，面临着客户需求捕获和需求推导的双重挑战。通过应用筛选流程，工程部门从图谱中识别出设计思维、用户故事、质量功能展开和模型基实践等多种可能解决方案。这种系统化的方法帮助企业超越了依赖个人经验的传统模式，为建立规范化的需求管理流程奠定了基础。

研究的讨论部分深入分析了图谱的学术和实用价值。从学术角度看，这种图形化的文献综述方法为理解多学科产品开发方法 landscape提供了新视角，既能识别研究趋势，也能发现文献空白。从工业应用角度，图谱不仅帮助企业理解方法间的兼容性问题，更重要的是传达了关键洞见：方法的成功实施需要四个层次的协同运作，单纯引入工具而缺乏相应的方法和过程支持往往难以取得预期效果。

该研究的局限性主要体现在三个方面：首先，图谱反映的是特定时间点的文献状态，需要持续更新以保持其时效性；其次，图谱的有效使用需要使用者具备一定的先验知识，未来可能需要开发更智能的筛选机制；最后，综合过程可能模糊了不同产品类型的特异性，虽然这种抽象化更符合工程部门的实际思维方式。

这项发表于《Results in Engineering》的研究的重要意义在于，它首次系统性地整合了多学科产品开发的方法体系，不仅为企业提供了实用的决策支持工具，也为学术界指明了未来研究方向。特别是在当前产业数字化转型升级的背景下，这种基于APMT框架的方法图谱将帮助更多企业驾驭多学科产品开发的复杂性，最终加速创新产品的市场化进程。