知識轉化的產品設計方法范文

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《電子機械工程雜志》2014年第三期

1基于案例的工業(yè)產品設計方法

工業(yè)設計是藝術與技術并重的學科，其行為活動是由感性思維與理性思維共同主導的，而造型設計的要求、結果、操作規(guī)則往往都是不確定的、模糊不清的。因此，產品造型設計行為沒有統(tǒng)一的法則，很難通過純粹的規(guī)則推理來解決，往往需要借助領域內的專家知識和設計經驗來完成。研究統(tǒng)計表明［5］，絕大多數新產品開發(fā)都是在原有產品基礎上做的產品改良設計。針對這類設計通常采取的策略就是在求同中創(chuàng)新，盡可能利用已有的設計知識，結合客戶需求解決設計問題。基于案例推理［6］(Case-basedReasoning，CBR)就是通過對已有案例的顯性和隱性知識的重用，結合現有設計項目中的客戶需求和設計約束，提出新的設計方案。將CBR理論運用到工業(yè)產品造型設計中，就產生了基于案例推理的工業(yè)產品造型設計方法(Case-basedIndustrialDesign，CBID)。

2知識工程在工業(yè)產品設計中的應用

將知識工程引入工業(yè)設計領域，一方面是為了有效對接結構設計、工藝設計、加工制造等企業(yè)運營環(huán)節(jié)，提高設計研發(fā)的速度和效率，另一方面是為了規(guī)范設計師顯性和隱性的設計知識，以便在后續(xù)設計中加以重用。工業(yè)設計知識通常以2類形式表達出來:一類是用于表達對象的陳述性知識，如設計概念、設計草圖、功能模型等，另一類是基于這些知識推理產生的過程性知識，如設計方法、設計經驗等。在產品造型設計過程中，知識的轉化是以客戶需求知識為目標，以設計案例知識庫為基礎，設計知識在設計委托者、設計者和客戶三者之間轉化的過程，如圖2所示。圖2產品造型設計知識轉化過程

3CBID產品創(chuàng)新設計方法

工業(yè)產品造型設計作為一項人類有目的地改造自然的活動，從意向認知角度體現了造型的價值功能。然而不同產品對象的各個價值因素及其權重取向是不同的，因此應建立與行業(yè)相適應的工業(yè)產品造型領域知識庫。CBID系統(tǒng)就是基于領域知識庫解決現有問題的一種創(chuàng)新設計方法，它是一種開放的基于案例的創(chuàng)新設計方法，不僅已有的設計方案會存儲在實例庫中，新產生的設計問題解也會自動錄入到實例庫中，另外重復冗余的案例及案例組件會在系統(tǒng)中刪除。CBID的關鍵技術是如何建立適應快速有效檢索的實例表達模型、如何實現實例的快速有效檢索、如何重用檢索到的設計實例，即實例表達、實例檢索、實例重用關鍵技術。利用基元模型及其可拓變換能有效重用已有設計案例中的領域知識、設計方法、設計經驗等設計知識。本文將可拓學知識用于CBID產品造型實例表達，用三元組物元表示產品造型實例:以客車造型設計為例，產品特征既包括“車型尺寸”、“車型軸距”、“驅動形式”、“乘員人數”、“最高車速”、“車廂內高”等關鍵產品信息，也包括“風格空間特征”、“材質特征”、“色彩特征”、“形態(tài)特征”等審美特征信息。這些特征信息組成的物元模型即表示這個設計實例。實例檢索就是要在實例庫中找到符合設計需求并與之最接近的實例。本文研究用隸屬度概念來表示設計解與實例的相似度，隸屬度L的取值區(qū)間為［0，1］。例如，在比較兩款汽車色彩相似度時，色彩完全一樣則記為隸屬度L=1，色彩截然不同則記為隸屬度L=0，其它隸屬度記為0＜L＜1。隸屬度的值越接近1，相似度就越大。實例檢索之前，還要綜合考慮并確定輸入檢索因子(評價目標)，這些檢索因子是由設計委托需求和設計者自身知識共同決定的。在計算隸屬度函數前應根據檢索因子的重要性分別確定它們的權重，隸屬度的計算式為通過對隸屬度閾值的設定可有效控制檢索到相似實例的數量。即使是檢索出來的最相似實例也不能完全滿足客戶的最新需求，因此設計師還需結合客戶的需求、現有約束條件對相似案例進行修改。可根據實例物元表達模型，通過置換、分解、增刪、擴縮等多種可拓變換手段實現實例的適應性修改，修改的結果還需要進行可用性測試與評價。

4結束語

本文在分析產品造型設計信息轉換過程的基礎上，提出了將知識工程運用到工業(yè)設計中的CBID理論方法，分析了產品造型設計過程中知識轉化與重用的關鍵技術，提出了基于物元模型及其可拓變換的設計實例知識重用解決方案。文中給出了基于物元的設計實例知識表達方法，對實例相似度進行了研究，建立了基于相似隸屬度的檢索機制，并基于物元模型的可拓變換，通過置換、分解、增刪、擴縮等多種變換手段，實現實例的適應性修改。在后期若利用CBID理論方法建立一套計算機輔助設計系統(tǒng)，就能夠更快速有效地實現知識的重用，為復雜產品的方案設計提供一條有效途徑。

作者：姚干勤薛澄岐單位：東南大學機械工程學院揚州職業(yè)大學