知识转化的产品设计方法范文

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《电子机械工程杂志》2014年第三期

1基于案例的工业产品设计方法

工业设计是艺术与技术并重的学科，其行为活动是由感性思维与理性思维共同主导的，而造型设计的要求、结果、操作规则往往都是不确定的、模糊不清的。因此，产品造型设计行为没有统一的法则，很难通过纯粹的规则推理来解决，往往需要借助领域内的专家知识和设计经验来完成。研究统计表明［5］，绝大多数新产品开发都是在原有产品基础上做的产品改良设计。针对这类设计通常采取的策略就是在求同中创新，尽可能利用已有的设计知识，结合客户需求解决设计问题。基于案例推理［6］(Case-basedReasoning，CBR)就是通过对已有案例的显性和隐性知识的重用，结合现有设计项目中的客户需求和设计约束，提出新的设计方案。将CBR理论运用到工业产品造型设计中，就产生了基于案例推理的工业产品造型设计方法(Case-basedIndustrialDesign，CBID)。

2知识工程在工业产品设计中的应用

将知识工程引入工业设计领域，一方面是为了有效对接结构设计、工艺设计、加工制造等企业运营环节，提高设计研发的速度和效率，另一方面是为了规范设计师显性和隐性的设计知识，以便在后续设计中加以重用。工业设计知识通常以2类形式表达出来:一类是用于表达对象的陈述性知识，如设计概念、设计草图、功能模型等，另一类是基于这些知识推理产生的过程性知识，如设计方法、设计经验等。在产品造型设计过程中，知识的转化是以客户需求知识为目标，以设计案例知识库为基础，设计知识在设计委托者、设计者和客户三者之间转化的过程，如图2所示。图2产品造型设计知识转化过程

3CBID产品创新设计方法

工业产品造型设计作为一项人类有目的地改造自然的活动，从意向认知角度体现了造型的价值功能。然而不同产品对象的各个价值因素及其权重取向是不同的，因此应建立与行业相适应的工业产品造型领域知识库。CBID系统就是基于领域知识库解决现有问题的一种创新设计方法，它是一种开放的基于案例的创新设计方法，不仅已有的设计方案会存储在实例库中，新产生的设计问题解也会自动录入到实例库中，另外重复冗余的案例及案例组件会在系统中删除。CBID的关键技术是如何建立适应快速有效检索的实例表达模型、如何实现实例的快速有效检索、如何重用检索到的设计实例，即实例表达、实例检索、实例重用关键技术。利用基元模型及其可拓变换能有效重用已有设计案例中的领域知识、设计方法、设计经验等设计知识。本文将可拓学知识用于CBID产品造型实例表达，用三元组物元表示产品造型实例:以客车造型设计为例，产品特征既包括“车型尺寸”、“车型轴距”、“驱动形式”、“乘员人数”、“最高车速”、“车厢内高”等关键产品信息，也包括“风格空间特征”、“材质特征”、“色彩特征”、“形态特征”等审美特征信息。这些特征信息组成的物元模型即表示这个设计实例。实例检索就是要在实例库中找到符合设计需求并与之最接近的实例。本文研究用隶属度概念来表示设计解与实例的相似度，隶属度L的取值区间为［0，1］。例如，在比较两款汽车色彩相似度时，色彩完全一样则记为隶属度L=1，色彩截然不同则记为隶属度L=0，其它隶属度记为0＜L＜1。隶属度的值越接近1，相似度就越大。实例检索之前，还要综合考虑并确定输入检索因子(评价目标)，这些检索因子是由设计委托需求和设计者自身知识共同决定的。在计算隶属度函数前应根据检索因子的重要性分别确定它们的权重，隶属度的计算式为通过对隶属度阈值的设定可有效控制检索到相似实例的数量。即使是检索出来的最相似实例也不能完全满足客户的最新需求，因此设计师还需结合客户的需求、现有约束条件对相似案例进行修改。可根据实例物元表达模型，通过置换、分解、增删、扩缩等多种可拓变换手段实现实例的适应性修改，修改的结果还需要进行可用性测试与评价。

4结束语

本文在分析产品造型设计信息转换过程的基础上，提出了将知识工程运用到工业设计中的CBID理论方法，分析了产品造型设计过程中知识转化与重用的关键技术，提出了基于物元模型及其可拓变换的设计实例知识重用解决方案。文中给出了基于物元的设计实例知识表达方法，对实例相似度进行了研究，建立了基于相似隶属度的检索机制，并基于物元模型的可拓变换，通过置换、分解、增删、扩缩等多种变换手段，实现实例的适应性修改。在后期若利用CBID理论方法建立一套计算机辅助设计系统，就能够更快速有效地实现知识的重用，为复杂产品的方案设计提供一条有效途径。

作者：姚干勤薛澄岐单位：东南大学机械工程学院扬州职业大学