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基于案例的产品造型设计情境知识模型构建与应用

作　者: 谭浩
导　师: 赵江洪
学　校: 湖南大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 产品造型设计情境情境知识基于案例的推理(CBR) 数控机床设计认知
分类号: TB472
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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引　用: 17次
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内容摘要

产品造型设计是关注于产品的形态、人机交互界面及其相关的人的审美、情感、体验等方面的以人为中心的创造性活动。由于产品造型设计涉及到工程科学、心理学、艺术学、人机工程等相关学科,包含形象思维和逻辑思维,因而一直是设计工程研究的难点之一。论文作为国家高技术研究发展“863”计划和国家“十五”攻关计划资助项目研究,以产品造型设计为研究对象,从基于案例推理和认知心理学的思想出发,提出了设计情境的概念。在此基础上,构建了基于案例的产品造型设计情境知识模型,并运用于具体的设计实践中。情境的概念最早出现在认知心理学及其相关领域,并在人工智能、产品设计与工程等领域得到一定发展。情境就是关于人在一定的环境和条件下进行某种活动的相关因素和信息的总和,是一种在人的记忆中实时构建的心理表征。从知识工程的角度看,情境知识是通过情境对知识进行表达和组织的知识形式,表现为一种情境化的知识表达和组织方式。论文在理论研究的基础上,以一种典型的工业产品——数控机床为对象,通过产品造型设计问题求解过程调研与实验研究,分析了产品造型设计问题求解的基本思路、情境和案例及其在产品造型设计中的地位和作用,初步验证了情境及其知识的表达和组织能够更加有效地辅助形象思维过程,特别适合辅助于产品造型设计。然后,论文在一个实例研究的基础上,提出了的产品造型设计情境知识框架。该框架包含案例情境、情境组织和情境转换三个部分,分别对应知识的表达、获取和应用。案例情境就是过去设计案例和经验的表达;情境组织则将案例通过索引按照设计者的需求进行组织;情境转换将情境和整个设计知识的运用过程结合起来,以合适的方式在合适的条件下给设计者提供知识辅助。基于产品造型设计情境知识框架,论文借鉴公理设计中“行为-功能-结构-过程”的映射关系和“以人为中心的产品开发”的方法,结合心理学和人机工程学对于人的行为、心理的研究方法,构建产品造型设计情境知识模型。该过程包括设计知识获取、案例情境构建、设计情境组织模型构建、情境转化模型构建和模型实现验证五个阶段,以形成一个需求标识、需求转化、模型建立、模型评估和验证的设计流程。设计知识获取按照以人为中心的设计原则,通过严格科学的实验、调研、行为分析等,获取设计者的设计行为、需求和知识。案例情境构建按照公理设计理论机制,将获取的设计知识进行表达,以构建案例情境。设计情境组织模型构建,以设计者的设计思维为基础,以设计者可能的知识辅助为目标,对案例情境按照其索引进行组织。在此基础上,从整个设计流程的角度,对情境转换模型进行构建。案例情境、设计情境组织框架、情境转换模型三个部分就构成了基于案例的产品造型设计情境知识模型。该模型事实上就是一个从功能域和过程域角度对设计行为的表达、建模和应用。由于基于案例的产品造型设计情境知识模型尚无先例可供借鉴,为了确保模型的合理性和科学性,论文从“结构域”的角度建立一个计算机辅助产品造型设计原型系统CBID,对该模型进行验证。理论和实践应用的经验均表明,基于案例的产品造型设计情境知识模型及其构建的CBID系统可以有效而科学对产品造型设计进行辅助,解决了产品造型设计知识辅助的相关问题,具有较高的理论和实用价值。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-24
  1.1 引言  12-13
  1.2 研究背景与文献综述  13-18
    1.2.1 设计研究的背景、现状与研究思路  13-16
    1.2.2 基于知识的设计研究  16-17
    1.2.3 基于案例推理的概念和研究  17-18
  1.3 论文项目背景和课题来源  18-19
  1.4 论文的方法论基础  19-20
  1.5 论文的研究内容、思路和组织  20-24
    1.5.1 论文研究的目标和需要解决的问题  20-21
    1.5.2 论文的研究思路  21-22
    1.5.3 论文的组织  22-24
第2章基于案例的情境研究  24-34
  2.1 情境研究的理论基础与背景  24-28
    2.1.1 心理学的情境研究  24-25
    2.1.2 基于案例推理的情境研究  25-27
    2.1.3 产品设计和工程的情境研究  27-28
  2.2 情境的概念  28-29
  2.3 情境知识及其特点  29-30
  2.4 情境知识的构成  30-34
    2.4.1 案例情境  30-32
    2.4.2 情境组织  32-33
    2.4.3 情境转换  33-34
第3章产品造型设计情境知识及其框架研究  34-57
  3.1 产品造型设计知识  34-36
    3.1.1 产品造型设计经验  35
    3.1.2 产品造型设计价值  35-36
  3.2 产品造型设计过程调研与认知实验研究  36-45
    3.2.1 数控机床造型设计过程调研与分析  36-39
    3.2.2 数控机床造型设计过程任务分析实验研究  39-45
  3.3 产品造型设计实例研究  45-52
    3.3.1 实例简介  46
    3.3.2 实例研究的思路  46-47
    3.3.3 设计背景研究  47-48
    3.3.4 设计状态研究  48-49
    3.3.5 设计问题求解过程和行为研究  49-52
  3.4 基于案例的产品造型设计情境知识框架  52-57
    3.4.1 案例情境框架  52-54
    3.4.2 情境组织框架  54-55
    3.4.3 情境转换框架  55-57
第4章基于案例的产品造型设计情境知识模型的构建  57-91
  4.1 产品造型设计情境知识模型构建机制  57-59
  4.2 案例情境知识模型构建  59-74
    4.2.1 案例情境的知识获取和转化  59-67
    4.2.2 产品造型设计案例情境的知识表达与构建  67-74
  4.3 产品造型设计案例情境组织知识模型构建  74-80
    4.3.1 案例情境的索引构建  75-79
    4.3.2 情境的组织  79-80
  4.4 产品造型设计案例情境转换知识模型构建  80-88
    4.4.1 基于案例的产品造型设计情境认知与口语分析实验  80-84
    4.4.2 基于案例的产品造型设计思维分析与过程建模  84-86
    4.4.3 基于案例的产品造型设计情境转换模型的构建  86-88
  4.5 基于案例的产品造型设计情境知识模型  88-91
第5章产品造型设计情境转换研究与知识模型构建  91-100
  5.1 CBID 系统构建背景  91-92
  5.2 CBID 系统的构建方法  92
  5.3 CBID 系统的结构与实现  92-99
    5.3.1 CBID 系统的结构  92-93
    5.3.2 CBID 系统功能模块实现  93-98
    5.3.3 CBID 系统数据库实现  98-99
  5.4 CBID 系统可用性评估  99
  5.5 CBID 系统的应用  99-100
结论  100-103
参考文献  103-112
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  112-113
附录B 攻读学位期间所完成的主要科研项目  113-114
附录C 数控机床造型设计调研问卷  114-116
附录D 数控机床造型设计任务分析数据  116-133
附录E 情境相似性评分结果  133-135
附录F 数控机床造型意象词表  135-137
附录G 主成分分析后各方案对应的意象分值  137-143
附录H 数控机床设计行为调查问卷（TH63638-第1 轮）  143-144
附录I 设计问题与索引的隶属度关系专家评分结果（均值）  144-147
附录J 数控机床设计策略与索引  147-156
附录K 数控机床关键轮廓线型数据  156-158
附录L 数控机床关键轮廓索引  158-159
附录M CBID 系统满意度评分问卷  159-161
附录N CBID 系统软件著作权登记信息  161-162
附录O 利用CBID 设计的数控机床造型方案  162-163
致谢  163-164

基于案例的产品造型设计情境知识模型构建与应用

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