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文章编号：1000－8934（2010）03－0066－05中图分类号：N031文献标志码：A
随着科学的迅猛发展和新技术的不断突破，越来越多的知识向传统的劳动密集型和资本密集型的工程领域渗透，现代工程的规模日益扩大，系统日趋复杂，工程与社会的耦合越发紧密。工程作为一定时间和空间的人工集成物，其整合能力越来越强，客户的需求能被准确地转换成他们想要的制成品。工程人员是如何将客户需求理念转换成为工程实体的？知识集成提供了这样的转换路径。
1 集成，知识集成，工程中的知识集成
无论从工程实体系统的创建还是从工程知识体系的设计看，集成性都是工程的显著特点之一。工程和工程创新的集成性突出地表现在技术水平上的集成和更大范围上的工程的技术要素与工程的经济、社会、管理等其它方面的要素的集成[1]。从工程系统的角度看，集成是按照集成准则、通过恰当的接口将若干分立的子系统成分连接或组织为具有某种突现性质的系统的过程[2]。工程是创造者在系统思想指导下，为实现某种目标而组织诸多产品构成的有机整体，是产品的集合形式[3]。工程知识不仅综合集成了自然科学、技术、人文社会科学等众多种类的知识，还集成相关的已有经验、工程本身的独特性与地域性所带来的具体的情境性知识与经验，并把它们有机地结合并转化为与当下的工程现实情境相符合的，可行、可靠、可操作的方案、方法、工艺、程序、规则、规范、指南[4]。工程本质上是多学科的综合体，是以一种或几种核心专业技术加上相关配套的专业技术所重构的集成性知识体系，是创造一个新的实体[5]。
工程具有集成的特点。首先工程主体——工程共同体是由多种职业成员组成的，成员往往集多重社会角色于一体。例如，一个工程项目的实施，会云集投资人、决策者、工程师、技师、会计师等多种成员。其中，工程师不仅是工程知识的主体，还是企业的员工，社会的一员，他们在工程中不仅要考虑工程的效用，还要考虑企业的利益，兼顾社会影响。这与科学家、发明家的精神气质显然不同。每个工程师在从事本专业活动的同时，还作为共同体的成员协同其他专业的成员从事工程活动。其次，工程客体具有集成性。工程对象的种类五花八门，不仅包含制造出的实物产品，还有设计理念、工艺流程、操作技能等知识。工程是由它们集成出的复杂的工程系统。工程要素不仅存在方式千姿百态，有些还可以相互转化，例如设计师头脑中的灵感、受此启发设计的图纸、按照此设计图制造出的人工制品等。再次，工程的过程是集成的过程。工程的过程是将作为理念的工程对象体系转换为现实的工程对象系统的过程。在此变换过程中，工程的主体之间、客体之间，以及主客体之间不断地进行信息、能量和物质的集成。最后，工程是多种集成的集成。工程是物质的集成、运作的集成、功能的集成……，这些集成以产品的集成为基础。一项工程的设计理念、工程材料、施工设备等，往往是多家公司的产品，当代的工程“集天下之大成”，并作为产业和社会的子系统，被后者集成。
知识集成（knowledge integration）的概念由Henderson和Clark提出[6]。他们认为企业的产品开发需要两方面的知识：组分知识（component knowledge）和结构知识（architectural knowledge）。前者指企业开发产品时，每个部件的核心设计思想以及把这些思想运用到特定部件的方式，后者指把产品部件装配或者连接在一起形成整体所需要的知识。他们将知识集成定义为从组分知识产生结构知识的过程。Huang将知识集成定义为通过组织成员的社会互动，共享信念，持续进行的建构、连接和重新定义的集体过程[7]。Inkpen把知识集成定义为知识的联结[8]。我国学者王娟茹等认为：知识集成就是运用科学的方法，借助于信息技术，对企业中不同来源、不同层面、不同结构、不同内容的知识进行交流和共享，使内部知识、外部知识、原有知识、新获知识、显性知识和隐性知识经过共享整合形成新的知识体系，实现“1＋1＞2”的整体效果[9]。由以上概念看，知识集成概念主要产生并应用在企业管理领域，是企业内外的知识在不同主体维度上的综合的、系统的、整体性的联结、组合或互动而成的知识体系。它含有几个层面的含义：知识集成的主体是组织、企业或个人；知识集成的对象主要是企业内外各种既有知识；知识集成的结果是形成新的知识体系；知识集成的功能表现为组织的整体效能；知识集成的基础是组织成员的充分交流、沟通与共享。
知识集成概念的提出深化了人们对于组织知识的认识。它虽然首先在企业管理领域得到阐述，但如果抛开管理的特殊性，它的研究范畴可以延伸到其它领域，例如，有人认为：知识集成是运用科学的方法对不同来源、不同层次、不同结构、不同内容的知识进行综合、实施再构建，使单一知识、零散知识、新旧知识、显性知识和隐性知识经过集成形成新的知识体系[10]。本文力图将知识集成的概念拓展到工程领域。将知识集成概括为知识在分布的、异构的不同载体上的综合的、系统的、整体性的互动、组合、联结、协同和实体化。
工程领域的知识集成与其他知识集成具有共性：结构知识从组分知识中突现（emerge），它超越组分知识，能对其进行选择，从而形成新的知识体系。但工程知识是一种特殊的知识，它受到科学规律、技术规则和法律规范等的约束，以及工程的工期、经费、施工条件等的影响，具有较强的实践性、系统性、建构性、情境性等特点，以及稳定性、可靠性、安全性、鲁棒性、流动性、一致性、局域性、兼容性、冗余性等属性。此外，工程知识的载体具有多元化、产品化、模块化、层级化等特点，工程不仅要形成新的知识体系，还需要将其实体化，并制造出来。这些决定了工程领域的知识集成有自己的特殊性。管理领域更多地从知识主体的角度进行知识集成研究，侧重价值流。而工程领域知识集成研究，宜立足知识客体，从知识流流经知识载体的变化过程的角度，探讨工程知识自身在集成过程中内在的逻辑和转换规律。
本文将工程中的知识集成过程定义为工程共同体在工程目标的引导下，在工程条件的约束下，通过设计、实施对工程知识进行组织、协同，整体生成符合工程任务要求的知识流，用以引导信息流、价值流、物流等集成新的工程实体的过程。工程中的知识集成的过程环环相扣，形成序列链，工程知识流流经工程序列链链条的每一个环节，受其调制，输出知识流与输入时相比，发生了转化。不同环节在工程的序列链上的位置不同、权重不同，对知识的处理能力不同。
2 案例与V型曲线
图一[11]是上海西门子工业自动化有限公司（SIAS）的工程项目流程图，SIAS执行“V”型的项目管理模式。该图直观地表明，工程中的知识集成过程也呈“V”形曲线。
3 V型曲线的左侧
SIAS工程项目流程中，在V型曲线的左侧，工程人员首先要将客户提出的工程需求立项，并将客户需求的理念描述为要实现的具体的功能要求，再按照功能要求进行软件和硬件设计。该案例在工程领域有一定的代表性，工程一般发端于客户需求，提出工程理念是工程的第一个环节。客户与工程设计人员的知识背景不同，要将客户的需求准确地传递给工程设计人员，必须使用专业语言清晰地描述客户需要解决的具体的工程问题，并将客户的需求归纳为在若干条件约束下必须实现的若干功能。
工程理念产生于混沌的知识背景之中，工程立项将客户的设想转换成编码知识。设计环节将编码知识逐步脱域，形成可流动的脱域的知识[12]。这是一个抽象的建构的过程，也是一个简化的分解的过程，一些细节和个体问题被忽略，系统的复杂性降低了。在具体设计过程中，经逐层分析和建构，每个部件的核心设计思想得以形成，并被运用到特定部件上，形成了组分知识。在工程的设计中，知识脱离了客户的与境，并逐渐剥离主体的社会人文因素，变得较为客观。沿着科学技术的维度，在设计过程中成为脱域的非嵌入式的编码知识，核心设计思想得以形成。
图一
“V”型的左侧是对笼统、混沌之中的观念进行解构的过程。知识流在需求初期较模糊，不可完全预测，呈不确定性。经工程招标、投标等筛选后，知识流变得清晰，在此过程中，知识从背景中脱域，混沌的整体渐次变得清晰，去除了各种限制因素，特别是人文社会方面的考虑，工程问题变得简单，可供选择的方案增加。知识流可以有同功异构的多种选择，知识流呈建构性、系统性，多元的设计思想可形成多种设计方案，知识流呈流动性、灵活性，相同的功能可以选择不同的结构来实现，因此工程知识的内容、形式以及可适用和选择的范围增大。
4 V型曲线的转折点
案例中，按照设计要求建构硬件并进行模块调试是工程中的知识集成的转折点。在该点的左边，是设计中的逻辑体系，右边是建构中的工程实体系统。左边属于工程中的知识集成的准备、设计阶段，右边属于实施、运行阶段。这是序列链上关键的一环。设计人员的构思与实现该构思的实体具有映射性，两者尽管形态不同，需要实现的功能却是一致的。为了将前者加载到后者上，此处实际上是一个小的V型集成过程。
在“V”的底部，是脱域的工程知识重新嵌入工程知识与境的起点，工程知识的形态由观念到实体的转折点。知识的黑箱化、模块化在此处发生，新的知识增长点往往出现在这一环节。工程知识的创新也往往诞生在这一环节。核心设计思想在此处被运用到特定部件，将非嵌入式的观念性质的编码知识转变为嵌入式的实体性质的编码知识。组分知识在该点封装成模块，形成独立的、最小单元的“科技黑箱”[13]。
为了在左侧多种备选设计方案之中确定右侧具有可行性的工程实施方案，性能和价格比值等较为客观的科学技术维度的指标，不再是选择的唯一依据，社会人文维度的指标也是选择的重要依据，安全性、易用性、舒适性、艺术性等介入进来，并运用到相应的元部件上，知识流分解为经选择后确定的组分知识，其流动性和灵活性下降，知识流实体化、黑箱化、模块化，需要与特定的元部件结合。
5 V型曲线的右侧
在上述案例V型曲线的右侧，工程人员先将硬件组装到电气柜里，并进行调试，经测试合格后，将电气柜送到客户指定的工程现场进行安装。最后，在工程现场环境中进行闭环调试，经验收合格，工程竣工交付使用、投入运行。工程的实施过程中的知识集成，往往由低层级到高层级不断地将元部件集成为小系统，将小系统集成为大系统，直到集成出整个工程实体系统。原先简化了的系统重新复杂起来，例如，不能被软、硬件设计集成的关于工程现场细节等的知识，需要重新加入进来。在工程实施中，相同的组分，由于连接、装配不同，形成新结构的功能也可不同，工程投入运行后，即使是同样的生产线在不同的时期，不同的地区，由不同的人员建成投产，其工程的效能会有很大的区别，社会人文因素渗透进工程，围绕新的工程实体，新的社区得以形成，并将嵌入社会系统。
V型曲线的右侧，把产品部件模块按照设计要求装配或者连接在一起形成整体，按照“科技黑箱”的原理搭建知识模块组合，将组分知识转化为结构知识。工程实施将结构知识重新嵌入到工程现场，成为情境知识。工程竣工验收环节对新建成的工程实体系统进行鉴定验收，工程知识以实体系统的形式，通过工程档案与客户的理念进行比较，知识呈映射性、一致性。知识流从组分知识加入结构知识，知识流呈关联性、兼容性和完整性。如何从多种多样的嵌入方式中选择合适的方式将结构化的工程实体系统嵌入工程现场？合适的才是合理的，知识的客观性消解，呈情境性。工程投入运行，工程实体又嵌入该工程项目具体的地理、社会、产业等环境，成为境域性知识。
“V”型的右侧知识流上行的过程，是将解构的观念按照工程的要求进行实体化的知识体系重构的过程，是对工程实体的建构过程，是知识流的重新嵌入工程背景的回归之旅。知识的重新嵌入，意味着原先因简化被忽略的条件重新加入进来，越往上行受到社会人文因素的影响越大，束缚越多，工程的各种限制因素特别是人文社会因素的加入，减少了选择度。由于知识嵌入特定工程环境以及社会人文等因素的集成，导致系统鲁棒性下降。随着知识流逐渐融入工程与境，选择度和自由度越来越低，知识越来越嵌入于特定的与境之中。知识流在众多的约束条件下，选择性越来越小，知识流的可移动性也越来越小，有时，可能选择具有唯一性，形成了此时此地此情此景的工程知识的独特性。
6 V型曲线——工程中的知识集成的路径
问题导向的序列链贯穿知识集成的始终，呈V型曲线。工程序列链上各个环节围绕工程目标以工程问题为导向，向下沿着由特定的工程理念→特殊的工程系统问题→普遍的工程系统问题的思路，进行分解、提升、抽象，将工程最小的组分知识分解出来并与元部件结合实体化，再转向上行沿着普遍的工程系统问题求解→特殊的工程系统问题求解→嵌入本项具体工程系统的环境，逐层实体化。下行路径是从社会人文向科学技术维度，从主观到客观的知识的脱域过程，而上行是由科学技术向社会人文维度的复归。科学技术支撑并实体化了知识流，提高了工程的鲁棒性，社会人文引导、筛选知识流，规定了知识集成的方向，二者集成为工程知识。
除了V型路径外，工程的知识流在序列链之间有局部的反馈路径和前馈路径。历史导向的反馈路径提供的知识流的通道能根据结果与目标产生的偏差来调整行动，让工程的成效趋近标准。未来导向的前馈路径提供的知识流的通道能对未来的偏差做出预测，让工程的成效在受到影响之前就加以纠偏。其中，负反馈路径提高了工程的稳定性和可靠性，正反馈路径可以迅速放大工程的一些参数，但也可能让工程出现大幅度波动，破坏稳定性。前馈路径预设了工程的前瞻性和开放性。它们的共同作用，保障知识流在集成的过程中保持一致性和完整性。
以上只是工程中的知识集成的基本路径。其实，一些工程序列链环节内也存在小的“V”型集成。并行工程的实施使得工程的知识集成交织成网。而大工程系统是多输入和多输出的系统，因此大工程系统的知识集成实际上是知识流在序列链交织成的网上进行的。
工程序列链主要有七个基本环节经知识流贯穿而成。知识流从客户的需求出发，脱离与境向下经历了工程理念→编码知识→非嵌入的编码知识→组分知识，再从组分知识一路上行，组分知识→结构知识→情境知识→工程实体系统，逐步嵌入工程的与境，呈V型曲线。除了首尾环节，其它环节都与上下游的环节联接，上一环节输送来的知识流流入本环节，在本环节发生知识转换。本环节首先对所有输入的知识流进行过滤、测试、分解、集成，生成新的知识流。其中，一些知识流经检测鉴定符合输出的要求后，脱域流向下一个环节，作为下一个环节的输入知识流。另一些知识流在本环节沉淀，继续以隐性知识的形态存在，或跳过若干环节，通过前馈路径流入后面的序列链，不经过V型底部，提前参加新一轮的集成。还有一些知识流，通过反馈路径流回前面的序列链，对前面的知识流进行调整、校正。工程的知识集成的过程是它们共同作用的结果。
工程中的知识集成过程，从需求理念开始，到竣工验收，工程投入运行为止，沿着序列链先自顶而下（Top-down），层层解构，直到最小单元的组分知识，再由组分知识自底而上（Bottom-up），层层建构结构知识，并以结构知识整合组分知识，经实体化，嵌入到工程的现场，最终融入地理、社会、产业等环境。工程中的知识集成主要存在两个纵向的维度：其一，知识流受工程任务、问题、目标等的引导，序列链沿着目的→知识→物质的方向变换；其二，知识流受工程的初始条件、边界条件以及具有下部建构性的工程环境的反向制约、筛选和调整。一个新建工程从理念出发，经设计、实施到竣工验收、投入运行，成为工程的实体系统，其知识集成经历了一个复杂的序列过程。
工程知识流的起点和终点都融入社会系统，而工程知识流的集成路径离不开科学技术知识体系的支撑。工程中的知识集成受到科学技术、社会人文知识的双重建构。V型的各环节之间具有传承关系，才能保持知识流的一致性。知识流下行的过程，主要伴随着价值流、信息流的运作，而知识流上行的过程，主要伴随着能量流和物流的运作，它们均受知识流的统摄，共同实现工程的知识集成。
纵观工程中的知识集成，发端于客户需求的理念的工程知识流，由顶至底，一路下行，不断分化、汇聚、生成、脱域，成为最小单元的组分知识，再向结构知识迈进，由底至顶，一路上行，不断积聚、收敛、整合，嵌入工程背景。每经过一个环节，按照工程的任务目标发生内容、形态或价值上的变化。工程的知识集成过程是知识体系化、实体化的过程，是信息、能量和物质在知识的引导下、在工程条件约束下向工程目标有序演进的过程。工程的上行路线一方面是对下行路线逆向的重演、传承和派生，另一方面，上行路线在建造过程中新生成的知识流向下行路线回溯，并对下行路线上的知识流（原理、方法等）进行补充、调整和完善。前者在功能框架约束下，保持结构的一致性，注重冗余性，后者在结构框架的约束下，保持功能的完整性，注重兼容性。
随着知识集成的进行，系统的层次升高，组分知识之间，组分知识与结构知识之间，结构知识与工程现场环境之间，以及工程客体与主体之间，在工程的集成过程中必然发生相互作用，一些微小的作用可能在经过系统的层层集成之后产生巨大的影响，结构知识突现出组分知识没有的功能，一旦这种突现超出预料，可能带来严重的后果，知识流呈关联性、复杂性和风险性。
收稿日期：2009－11－18