《Proceedings of the Design Society》：Knowledge representation in product design: a literature review
编辑推荐：
与工业5.0（Industry 5.0）以人为本和协同设计的愿景相一致，本研究审视了知识表示（Knowledge Representation, KR）如何通过双重功能透镜支持设计通信，区分知识传递（knowledge transmission）与知识生成（k
与工业5.0（Industry 5.0）以人为本和协同设计的愿景相一致，本研究审视了知识表示（Knowledge Representation, KR）如何通过双重功能透镜支持设计通信，区分知识传递（knowledge transmission）与知识生成（knowledge generation）。基于对83项研究的综述，研究人员将KR映射于利益相关者交互与设计阶段之间。传递功能主导了早期的跨利益相关者通信，而生成功能主要局限于以设计师为中心的构思活动，揭示了结构性失衡以及更广泛部署KR的机遇。
**研究背景与问题**
工业5.0作为工业4.0的逻辑延续，将工业劳动与协作模式延伸至数字化互联与去中心化的新阶段，其核心在于构建一种以人为本的社会技术范式，使智能技术增强而非替代人类的创造力与责任。这一转变将设计重新界定为知识密集型的多利益相关者活动，对设计知识的捕获、表示与通信提出了严苛要求。人本设计（Human-Centred Design, HCD）方法论倡导利益相关者的持续参与和迭代共创，而非孤立的需求获取或评估活动。然而，如何系统性地捕获并表示利益相关者知识、如何将用户期望转化为设计成果，仍是亟待解决的难题。开发 robust 的多利益相关者知识交换机制，成为实现工业5.0人本、包容和可持续愿景的关键前提。
在此背景下，知识表示（KR）逐渐被认可为结构化组织异构设计知识的使能学科。早期KR方法主要关注静态形式化，而近期进展——特别是与数据驱动和学习型技术相结合的知识图谱（Knowledge Graphs, KGs）——使KR能够支持自适应且可计算操作的模型，既可保留既有知识，又能计算创造新设计知识。
**研究开展与核心结论**
本研究采用双重功能分析透镜，将KR区分为两类机制：一是作为传递既有设计知识的通信媒介（KR-transmission），二是作为产生新设计概念和解决方案替代方案的生成框架（KR-generation）。通过将现有KR研究映射于设计阶段与利益相关者交互情境，本综述提供了对当前应用的批判性综合，并识别出KR在实现工业5.0人本愿景方面通信潜力与生成潜力均显不足的领域。
研究人员以Web of Science核心合集为主要数据源，聚焦于2019至2025年间明确运用KR支持设计活动的产品设计与工程设计领域的同行评审研究。经两轮筛选——标题摘要初筛与全文复核——最终从123项研究中确定83项纳入功能与阶段分析。数据提取涵盖知识表示形式、支持设计任务、利益相关者交互类型、设计阶段及KR角色等维度，并采用开放编码方式进行迭代分组。
研究发现呈现清晰的功能不对称性：KR-transmission主导多利益相关者情境，集中体现于设计早期的共情（Empathise）与定义（Define）阶段，用于捕获利益相关者需求、情境信息与问题表述，促进共享理解；而KR-generation则高度集中于设计师—设计师交互，主要出现在构思（Ideate）阶段，用于支持计算推理、检索与重组设计知识以探索概念设计。原型（Prototype）和测试（Test）阶段的KR应用显著匮乏。设计师—用户、设计师—专家、设计师—制造商等交互情境中的生成导向应用几乎空白。
基于上述分布模式，研究人员提出三个未来研究方向：一是将知识生成扩展至设计师—设计师交互之外；二是在统一通信工作流中整合KR传递与生成；三是强化后期设计阶段的KR支持通信。该研究发表于《Proceedings of the Design Society》，为理解KR在设计通信中的定位提供了结构化视角，对推动人本、多利益相关者的设计实践具有重要启示意义。
**关键技术方法**
本研究采用系统性文献综述方法，样本来源于Web of Science核心合集中2019至2025年间的同行评审文献。检索策略围绕"knowledge representation"与"product design"及其相关概念构建布尔检索式，并结合"communication"或"generation"等术语。筛选过程实施两轮质量控制：首轮基于标题摘要排除脱离产品设计语境的研究（如纯软件工程、医疗或业务流程建模），次轮通过全文审查确保纳入研究具备结构化的知识表示方法或系统级实现。分析框架采用本研究原创的双重功能透镜，将KR划分为传递与生成两类功能，并引入两个辅助维度——利益相关者交互类型（设计师—设计师、设计师—用户、设计师—专家、设计师—制造商、设计师—其他利益相关者）与设计思维五阶段模型（仅作分析性结构，非理论框架）。数据提取与编码由第一作者手动完成，通过开放编码识别KR的操作化方式，继而迭代分组并映射至功能—利益相关者—阶段的三维矩阵，最终以定性综合矩阵呈现分布模式。
**研究结果**
*KR传递与生成作为设计通信的双重功能*
本研究将KR-transmission界定为由KR存储和传递利益相关者之间的知识，将KR-generation界定为由KR创造概念设计想法和决策。在123项初筛研究中，66项报告了设计师之间的KR支持交互，67项报告了设计师与其他利益相关者之间的KR支持交互（两组存在重叠）。研究通过具体案例阐释了映射程序：Zhang等（2021a）提出的结构化KR框架用于形式化设计信息并实现不同参与者间的一致交换，因未涉及计算机制来派生新概念，被归类为知识传递，映射至设计师—利益相关者交互情境及共情、定义阶段。
*设计过程中通信的跨阶段分布*
基于83项精选研究，该部分系统呈现了KR在设计思维五阶段与利益相关者交互情境中的分布。KR传递是多利益相关者情境中的主导功能，频繁用于支持设计师与用户、领域专家、制造利益相关者之间设计需求、约束、假设、决策和依据的结构化交换与对齐，尤其集中于共情和定义阶段。相比之下，KR生成主要局限于设计师—设计师交互，作为计算推理、检索或合成的操作性知识库以支持概念探索，集中可见于构思阶段。跨利益相关者关系的比较进一步凸显功能分离：设计师—用户、设计师—专家、设计师—制造商交互通过传递导向KR获得常规支持，但生成导向应用极为稀缺。两阶段的后期设计流程中，传递功能偶有用于设计和制造信息的形式化交换，但生成功能几近缺席。
*KR通信模式的二维综合视图*
该部分以利益相关者交互为横轴、KR功能为纵轴构建定性综合矩阵。矩阵以星号表示各功能—利益相关者组合的相对密度，揭示出：KR生成高度集中于设计师—设计师交互（高密度），在其他利益相关者交互中几乎完全缺失；KR传递则广泛分布于所有利益相关者交互类型。这一功能不对称性表明，现有KR研究主要回应了协调与信息对齐的通信需求，而作为协作式和参与式设计共享生成基础设施的潜力尚待挖掘。
**讨论总结**
研究讨论部分基于发现的分布模式，从双重功能视角提出三个聚焦性未来研究方向。第一，将知识生成扩展至非设计师利益相关者：生成导向KR目前主要限于设计师中心的构思情境，在设计师—用户、设计师—专家、设计师—制造商设置中的应用极为有限，未来应研究如何使生成式KR模型整合异质性利益相关者知识与偏好。第二，在统一工作流中整合KR传递与生成：现有KR系统往往将两类功能分离，尽管跨领域和协同设计情境中已有集成示范，但两者很少被设计为单一通信流程的互补组件，未来应聚焦可直接将传递的利益相关者知识操作化为生成推理和设计合成的KR基础设施。第三，强化后期设计阶段的KR支持通信：原型和测试阶段的两类功能均显不足，虽有数字孪生设计优化、制造装配知识整合等下游应用，但缺少作为多利益相关者设计的连续通信基础设施，未来应探索双功能KR如何支持后期阶段利益相关者交互和设计迭代。
**研究结论翻译**
本研究通过双重功能分析透镜审视了知识表示（KR）如何支持设计通信。通过区分知识传递与知识生成，该综述将KR重新界定为贯穿设计过程、联结设计师与其他利益相关者的通信基础设施。研究发现揭示了清晰的功能不对称性：传递导向KR主导设计师—用户、设计师—专家和设计师—制造商交互，主要应用于早期概念阶段；而生成导向KR基本局限于设计师—设计师情境，用于构思和解决方案探索。两类功能在后期设计阶段，特别是原型和测试阶段，均呈现稀疏分布。
通过综合这些分布模式，本研究贡献了对KR功能如何 situated 于利益相关者关系和设计阶段之中的结构化视角。所提出的双重功能透镜能够对不同KR应用进行系统比较，并突显出将KR支持通信扩展至设计师中心构思和早期信息交换之外领域的未充分探索机遇。
因此，未来研究应着力开发将传递与生成整合于统一工作流的KR基通信基础设施，使非设计师利益相关者能够参与协作生成式设计，并在后期设计阶段支持持续交互与知识运用。应对这些方向的研究对于发挥KR支持人本、多利益相关者设计实践的更广泛潜力至关重要，以契合工业5.0的愿景。
