基于案例的工业设计情境模型及其应用

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1、万方数据第42卷第12期机械工程学报V01．42No．122006年12月CHINESEJOURNALOFMECHANICALENGINEERINGDec．206基于案例的工业设计情境模型及其应用水谭浩1赵江洪1王巍2张军2(1．湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082；2．湖南大学设计艺术学院长沙410082)摘要：从基于案例推理和认知心理学的思想出发，提出包含问题情境、求解情境和解情境的设计情境概念，并建立基于案例的工业设计情境模型。该模型包含工业设计情境组织框架和情境推理模型。在此基础上以数控机床为对象，对该模型从情境三个方面进行知识表达，初步建立一个基

2、于案例的计算机辅助工业设计系统，并应用到设计实践中。关键词：工业设计基于案例推理设计情境设计认知设计知识数控机床中圈分类号：THl22TP391O前言以产品造型设计为核心的工业设计是创新设计和概念设计的核心技术，是振兴我国制造业，建立中国品牌的关键共性技术之一。工业设计涉及到艺术学、心理学、美学、人机工程学、工艺和制造领域的各种复杂问题，是一种典型的知识密集型创造活动【1-21。基于案例的推理(CBR)的核心思想是通过对过去案例的推理，来获得对于当前案例的解决方法[3．引。由于工业设计知识，特别是其与形象思维有关的知识具有很强的经验性和模糊性，因此很难运用一般性、规则性知识进行

3、表达；同时，根据先期进行的工业设计情境认知试验发现，工业设计过程是一个典型的包含从模糊问题开始的概念驱动过程和直接针对设计结果的数据驱动两种思维方式的基于案例设计的过程【6。7J。在这个过程中，案例和情境扮演了十分重要的角色。从基于案例推理的思想出发，以认知心理学中情境认知的研究为基础，结合基于案例的工业设计情境调研与认知试验和工业设计领域的特点，提出了“设计情境”的概念，并建立了～个基于案例的工业设计情境模型。以此为基础，构建了一个基于案例的计算机辅助工业设计系统，并利用此系统进行了具体的设计实践，对该模型和系统进行了验证。1工业设计情境研究1．1工业设计框架设计是一个从需求

4、到目标的问题求解过程。对·国家高技术研究发展计划(863计划，2004AA424530)和国家重点基础研究计划(973计划，2004CB719401)资助项目。20060105收到初稿，200607lO收到修改稿于设计知识而言，可以看作一个由行为域、功能域、物理域和过程域构成的设计框架【8】。工业设计关注于产品的用途、外观和信息传达等，是设计领域中以考虑人的使用、审美、情感等为主的设计[9】。工业设计关注用户域主要集中在用户对产品审美似)方面的需求，其功能域体现在美学功能(固和造型约束(o上。产品审美包括满足生理层面功能需要(乃和满足人的情感层面的需要㈣，前者表现为能用、易用、

5、好用等产品的物质功能，后者表现为风格、产品类别特征和品牌形象等情感功能。为了满足所表达的S和C，在物理域中创造了产品造型设计参数∞)。而过程域通过若干过程变量㈣将上述的映射过程及其内容进行表达。工业设计框架如图1所示。由于工业设计涉及到大量形象思维以及人的审美、情感等难以量化方面的需求和问题，其设计结果与形态、造型有密切关系，同时，其需求域和功能域描述以及到物理域的映射关系相对模糊和复杂，采用现有的功能域和物理域的关系来构建设计模型和进行知识表达具有一定的难度【10。111。因此，以过程域为基础构建的设计案例来表达前面三个域中反映的设计知识，进而构建适合工业设计需要的设计知识模

6、型。行为域、一一／功能域、，／物理域过程域图l工业设计框架万方数据152机械工程学报第42卷第12期1．2设计情境设计情境的概念源于认知心理学中的“情境认知”研究【12】。该研究认为，人的认知与某个特定时间和地点的个人经验有关，表现为对某个曾经经历的情境的认知。从基于案例的观点看，设计情境是一个知识载体，不仅包含与设计直接相关的知识，而且将一些难于直接表达的知识通过案例情境进行表达，表现为一种“过程域”或操作层面上的知识[13-14]。设计情境较好解决了工业设计域及其映射关系表达的问题，从而具有更大的知识容量。按照设计问题求解的过程，一个完整的设计情境包含三个子情境：问题情境、

7、求解情境和解情境。三个子情境中分别代表了设计问题求解过程中的三个主要阶段，包含了设计者在设计过程中对设计对象(产品)的不同关系，如图2所示。设计问题求解图2设计情境知识外在化(1)问题情境是对设计问题初始状态的描述，是设计者对设计信息的获取和收集以及对设计问题本身的分析和探索。在问题情境中，设计问题、设计条件及其他限制因素是情境表达的重点。(2)求解情境是设计者根据设计信息和设计问题，结合其设计经验，把设计问题转化为设计解的过程。求解情境是对设计过程的描述，是一个设计知识外在化为产品的过程。