1969年德国物理学家哈肯(Hermann Haken)提出协同学概念,并于一家德文杂志上发表《协同学:一门协作的科学》,随后通过进一步研究和借鉴耗散结构、突变论等新理论,不断完善和丰富有关理论和相关证明,并出版一系列有关书籍和论文,最终形成了协同学理论。协同学主要研究系统中子系统之间如何通过合作产生在空间、时间和结构上更优的宏观系统。它既处理确定性过程又处理随机性过程,即研究开放系统在远离平衡态时如何通过与外界物质和能量的交换,通过内部自组织现象达到均衡有序结构。

协同学是“关于协作的科学”。在一个开放系统中,子系统之间通过信息、能量、物质交换协同工作,将使整个系统产生某种新的或更有意义的效应,以实现某种目的。协同学不仅在物理化学等自然科学领域得到广泛应用,而且在社会科学领域对系统性工作作出了巨大贡献。

协同设计是在协同学有关原理和计算机技术发展的双重影响下诞生的。进入21世纪后,随着消费水平和消费文化的改变,制造业面临“大批量定制”的生产方式的考验,企业不仅要满足消费者个性化的需求,还必须节约时间和成本以获取市场机遇和利润。在这种情况下,企业之间、企业部门之间都需要采取更高效的合作方式才能满足企业的生存和发展。协同设计是在计算机集成技术、网络技术和数字化制作技术的支持下,在串行设计、并行设计,以及敏捷制造、精益生产、虚拟设计等工程基础上建立的更为系统和高效的生产方式。研究如何通过提高群组之间的协调配合,使设计更有格局性,更利于生产各个环节的进行是协同设计的目的。

协同设计的协作系统通常由成员角色、共享对象、协作活动和协作事件四个基本元素组成。由于采取非线性流程方式,各设计阶段按照模块分工的方式几乎同步进行,各主体之间互相合作、资源共享、协同决策,减少了不同设计阶段之间以及反馈与再设计之间等时间的间隙。因此比串行设计、并行设计的周期更短,更具有时间成本优势(如图3-6)。(www.daowen.com)

根据协同设计核心理念和模块分工原则,协同设计的过程可以总结为以下特征:(1)分布散:参与协同设计的成员及部门具有分散性,也可能不属于同一企业,大家主要基于计算机网络平台进行协作;(2)动态强:协作设计过程中工作任务安排、人员设置和设备运转情况都随时可能变化;(3)交互多:协作设计过程之中人员或部门之间需要实时同步沟通或异步沟通,以保持及时获取最新数据和信息;(4)范围广:协作设计一般针对比较负责的系统,协同设计活动一般包括从研发到制造的各个环节,还涉及项目管理、任务分工、消除误解等事项。

图3-6　串行设计、并行设计和协同设计生命周期比较

图片来源:芮延年(2003)