（服装设计与工程专业论文）基于知识工程的鞋靴造型设计信息可重用性研究.pdf

s t u d yo nr e u s a b i l i t yo fd e s i g n i n f o 剐m a t i o nf o rs h o e s s h a p eb a s e do n k b e at h e s i ss u b m i t t e dt o s h a a n x iu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n tf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro f e 塾g i 堕皇竺! = i 望g b y ! 垒塾丛塑望j 婪塾望 t h e s i ss u p e r v i s o r ：p r o f e s s o r 壁望g 迎笠翌! i m a y , 2 0 1 0 基于知识工程的鞋靴造型设计信息可重用性研究 摘要 重用设计是一种基于知识工程的新型设计方法，通过对已有的设计信息 的重用，来进行新产品的设计，可以极大地缩短新设计所需要的时间，快速 响应市场，并降低设计成本。鞋靴造型设计是一项传统的、经验性很强的设 计活动，如果在新款鞋靴设计过程中能重用已有的设计信息和设计经验，设 计效率会大大提高。 首先，对知识工程的基本概念及理论进行介绍，讨论产品设计信息重用 技术的研究现状及其发展过程，分析可重用的产品设计信息建模技术、产品 设计信息获取技术、产品设计检索技术和产品设计管理技术的研究现状，给 出本文的研究背景、工作内容和意义。 其次，提出将产品设计重用技术应用到鞋靴造型设计活动中，针对鞋靴 造型设计重用技术开展研究，提出可重用鞋靴产品设计信息的内容，鞋靴设 计重用的特点，以及将基于实例的设计技术与鞋靴重用设计相结合的设计方 法。 再次，以鞋靴造型实例作为计算机建模原型，对鞋靴造型的多视图、多 粒度模型进行分析，同时提出层级分解树的b n f 描述法和知识模型建模方 法。另外本文还研究可重用鞋靴造型设计信息的获取技术和基于实例的可重 用设计信息数据库检索技术。 最后，在可重用鞋靴设计信息模型基础上，建立鞋靴造型设计信息重用 系统。结合传统鞋靴设计方法，分析鞋靴造型特点，研究鞋靴造型设计信息 重用系统的总体方案，同时构建鞋靴造型设计信息重用系统框架。以女式浅 口鞋的重用设计为例，对重用系统的界面和数据库进行设计。 本文将知识工程方法运用到鞋靴造型设计过程中，对鞋靴造型设计信息 的可重用性进行分析，探讨鞋靴造型设计信息的重用过程，对鞋靴造型设计 信息重用技术和鞋靴造型设计信息重用系统进行研究。通过鞋类造型设计信 息重用系统，可检索出满足新设计要求的鞋类款式备选造型，并按照相似度 大小进行排序，设计师参照系统提供的鞋类款式，做相应的修改，最终完成 新产品的设计，获得成功的新产品可以加入到该系统当中，使系统得以不断 更新。鞋靴造型设计信息重用设计可以极大提高设计效率，尤其是对于没有 经验的设计者。若能在此基础上进一步的研究和开发，可以为鞋靴设计提供 一个很好的设计平台。 关键词：知识工程，鞋靴造型，设计信息，可重用性 - _ 一 s t u d yo nr e u s a b i l i t yo fd e s i g ni n f o r m 【a t i o n f o rs h o e s s h a p eb a s e do nk b e a b s t r a c t r e u s a b l ed e s i g ni san e wd e s i g nm e t h o db a s e do nk n o w l e d g e b a s e d e n g i n e e r i n g ( k b e ) i nt h i sm e t h o d ，n e wp r o d u c t sa r ed e s i g n e da n dd e v e l o p e db y r e u s i n ge x i s t i n gd e s i g ni n f o r m a t i o no fs i m i l a rp r o d u c t s r e u s a b l ed e s i g nc a n g r e a t l ys h o r t e nt h et i m er e q u i r e df o rt h en e wd e s i g n ，s p e e dr e s p o n s et om a r k e t a n dr e d u c ed e s i g nc o s t s d e s i g no fs h o e s - s h a p ei sas t r o n ge m p i r i c a ld e s i g n a c t i v i t y i fe x i s t i n gd e s i g ni n f o r m a t i o na n dd e s i g ne x p e r i e n c eo fs h o e sc a nb e r e u s e di nt h en e w p r o d u c td e s i g np r o c e s s ，t h ed e s i g ne f f i c i e n c yw i l lb eg r e a t l y i n c r e a s e d f i r s t l y , t h ec o n c e p ta n dt h e o r yo fk b ew e r ei n t r o d u c e d ，a n dt h er e s e a r c h s t a t u sa n dd e v e l o p m e n tp r o c e s so fr e u s i n gt e c h n o l o g yf o rd e s i g ni n f o r m a t i o n w e r ed i s c u s s e d r e s e a r c hs t a t u so fr e u s a b l e m o d e l i n gt e c h n o l o g y , r e u s a b l e a c q u i r i n gt e c h n o l o g y , r e u s a b l er e t r i e v i n gt e c h n o l o g ya n dr e u s a b l er e p o s i t o r y m a n a g e m e n tt e c h n o l o g y f o r d e s i g n i n f o r m a t i o nw e r e i n t r o d u c e d s t u d y b a c k g r o u n d ，r e s e a r c hc o n t e n ta n ds i g n i f i c a n c eo ft h et h e s i sw e r ep r e s e n t e d s e c o n d l y r e u s i n gt e c h n o l o g yw a sa p p l i e di nt h ed e s i g no fs h o e s s h a p e t h e r e u s i n gt e c h n o l o g yf o rd e s i g no fs h o e s s h a p ew a ss t u d i e d t h ec o n t e n to f r e u s a b l ei n f o r m a t i o nn e e d e di nt h e r e u s a b l e d e s i g no fs h o e s s h a p e t h e c h a r a c t e r i s t i c so fr e u s a b l ed e s i g no fs h o e s s h a p e ，a n dt h e d e s i g nm e t h o do f c o m b i n i n gt e c h n o l o g yo fc a s e b a s e dd e s i g n ( c b d ) a n dr e u s a b l ed e s i g nw e r e b r o u g h t f o r w a r d t h i r d l y , m u l t i v i e wa n dm u l t i g r a n u l a r i t ym o d e lo fs h o e s s h a p ew e r e s t u d i e dt h r o u g hap r o t o t y p em o d e lo f d e s i g ne x a m p l eo fs h o e s s h a p e t h eb n f d e s c r i p t i o no ft r e e l e v e ld e c o m p o s i t i o na n dm o d e l i n gm e t h o do fk n o w l e d g e m o d e lw e r ep u tf o r w a r d i na d d i t i o n ，r e u s a b l ea c q u i r i n gt e c h n o l o g ya n dr e u s a b l e r e t r i e v i n gt e c h n o l o g yf o rr e u s a b l ei n f o r m a t i o no fs h o e s s h a p ew e r er e s e a r c h e d f i n a l l y , t h er e u s a b l es y s t e mo fs h o e s s h a p ed e s i g ni n f o r m a t i o nw a s e s t a b l i s h e db a s e do nt h er e u s a b l em o d e lo fs h o e s - s h a p ed e s i g ni n f o r m a t i o n 。ih e o v e r a l ls c h e m eo fr e u s a b l e s y s t e mf o rs h o e s - s h a p ed e s i g ni n f o r m a t i o nw a s s t u d i e da n dt h ef r a m e w o r ko fr e u s a b l e s y s t e m f o r s h o e s - s h a p ed e s i g n i n f o r m a t i o nw a sb u i l tu pa f t e rt h et r a d i t i o n a ld e s i g nm e t h o do fs h o e s s h a p ea n d c h a r a c t e r i s t i c so fs h o e s - s h a p ew e r ea n a l y z e d n ei n t e r f a c ea n dd a t a b a s eo ft h e r e u s a b l ed e s i g ns y s t e mw e r ed e s i g n e db yt a k i n gt h ee x a m p l eo fr e u s a b l ed e s i g n o fw o m e n ss h a l l o wm o u t hs h o e s i nt h et h e s i s ，k b et e c h n o l o g yw a s a p p l i e d i n t o d e s i g na c t i v i t y o f s h o e s s h a p e ，t h er e u s a b i l i t yo fs h o e s s h a p ed e s i g ni n f o r m a t i o nw a sd i s c u s s e d ， t h er e u s i n gd e s i g np r o c e s so fs h o e s h a p ew a ss t u d i e d ，a n dt h er e u s i n gt e c h n o l o g y o fs h o e s s h a p ed e s i g ni n f o r m a t i o na n dr e u s a b l ed e s i g ns y s t e mw e r er e s e a r c h e d s h o e s - s h a p ed e s i g ns c h e m e st h a tm e e tt h er e q u i r e m e n t so fn e wp r o d u c tc a nb e s e a r c h e do u ti nt h er e u s a b l ed e s i g ns y s t e m ，a r r a n g i n ga c c o r d i n gt os i m i l a r i t y d e s i g n e rc a nm a k ea p p r o p r i a t ec h a n g e st ot h em o s ts i m i l a rd e s i g ns c h e m e ，t o a c c o m p l i s ht h ed e s i g no fn e wp r o d u c t t h es u c c e s s f u ld e s i g ns c h e m eo fn e w p r o d u c tc a nb ea d d e d t ot h es y s t e ms ot h a tt h es y s t e mc a nb ec o n s t a n t l yu p d a t e d r e u s a b l ed e s i g nm e t h o do fs h o e s s h a p ei n f o r m a t i o nc a ng r e a t l yi m p r o v ed e s i g n e f f i c i e n c y , e s p e c i a l l yf o ri n e x p e r i e n c e dd e s i g n e r s a ne x c e l l e n td e s i g np l a t f o r m c a nb ep r o v i d e df o rs h o ed e s i g ni ff u r t h e rr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n ta r ed o n e b a s e do nt h ；st h e s i s k e yw o r d s ：k n o w l e d g e b a s e de n g i n e e r i n g ( k b e ) ，s h o e s - s h a p e ，d e s i g n i n f o r m a t i o n ，r e u s a b i l i t y i v 目录 摘要晕i a b s t r a c t i i i 1 绪论l 1 1 弓i 言1 1 2 知识工程概论l 1 2 1 知识的获取2 1 2 2 知识的表示2 1 2 3 知识的运用和处理2 1 3 产品设计信息重用技术的研究进展3 1 3 1 可重用产品设计信息建模技术3 1 3 2 可重用产品设计信息获取技术一3 1 3 3 可重用产品设计信息检索技术一- o o o m o o 0 0 4 1 3 4 可重用设计信息资源管理技术4 1 3 5 参数化特征造型技术一5 1 4 重用技术在服饰产品设计中的应用5 1 5 本文的研究背景和意义6 1 6 本文的主要内容7 2 知识工程与鞋靴造型设计信息重用的基础理论一9 2 1 知识工程9 2 1 1 知识的管理9 2 1 1 知识库系统lo 2 2 产品设计信息的可重用性1 l 2 2 1 重用的概念1 l 2 2 2 可重用性的概念1 2 2 2 3 可重用性的度量标准1 2 2 2 4 设计重用的层次和类型l2 2 3 鞋靴造型设计信息的可重用性1 3 2 3 1 鞋靴造型设计信息的内容1 3 2 3 2 鞋靴造型设计重用的特点1 5 2 3 3 鞋靴造型计信息的可重用性处理15 2 3 4 基于实例的鞋靴造型重用设计1 6 2 4 本章小结1 8 3 鞋靴造型设计信息的重用建模1 9 3 1 设计信息的建模1 9 3 2 多视图、多粒度的鞋靴造型设计信息模型一1 9 3 2 1 鞋靴造型设计信息的概念模型1 9 3 2 2 可重用鞋靴造型设计信息模型内容2 0 3 2 3 可重用鞋靴造型设计信息的匹配关系图2 l 3 3 鞋靴造型设计信息建模2 2 3 3 1 k a d s 建模方法的主要特点2 2 3 3 2 鞋靴造型设计信息知识模型研究一2 3 3 4 鞋靴造型设计实例的表示2 7 3 4 1 鞋靴设计实例层级分解树结构2 7 3 4 2 采用层级分解树的b n f 描述法2 8 3 4 3 鞋靴造型设计信息关系图2 9 3 5 本章小结2 9 4 可重用鞋靴造型设计信息获取与检索技术3 0 4 1 可重用产品设计信息获取技术3 0 4 1 1 离线式特征信息获取技术3 0 4 1 2 在线式功能信息获取技术3 0 4 1 3 可重用鞋靴造型设计信息获取基本思路3 l 4 2 可重用鞋靴设计信息检索技术一3 2 4 2 1 面向产品重用设计的检索技术3 2 4 2 2 鞋靴设计实例的检索算法3 3 4 3 本章小结一3 4 5 鞋靴造型设计信息重用系统3 5 5 1 鞋靴造型设计信息重用总体方案3 5 5 1 1 传统鞋靴设计思维方法分析3 5 5 1 2 鞋靴造型特点分析3 8 5 1 3 鞋靴设计任务分解一4 5 5 1 4 基于实例的鞋靴造型设计信息重用过程4 6 h 5 2 鞋靴造型设计信息重用系统框架。4 7 5 2 1 重用系统界面介绍4 7 5 2 2 重用系统数据库设计5 0 5 3 本章小结5 3 6 总结和展望5 4 6 1 全文总结5 4 6 2 展望5 5 至迂谢。5 6 参考文献5 7 攻读学位期间发表的学术论文目录6 0 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明6 l i i i 基于知识工程的鞋靴造型设计信息可重用性研究 1 绪论 1 1 引言 企业竞争的核心是企业的产品和产品对市场的响应能力，为了提高产品的市场响应 能力，就要缩短产品设计时间，提高设计效率。原有设计师的收集成果、设计经营、实 际方法是进行新产品开发的基础。通过对已有产品设计知识的积累和再利用，可以对新 产品进行快速设计【1 】，不必每次新设计都从头做起，大大提高设计效率。同时，在产品 设计过程中，重复使用已有的设计信息，可以降低产品成本，据统计，创新设计产生的 设计成本和生产成本远远高于变型设计和适应性设计i 羽。 ，随着市场个性化需求的发展，尤其在服饰穿着方面，大部分人都不希望跟别人和自 己穿一样的服饰，鞋靴也一样，这是社会对个体关注的必然结果，因此，出现了鞋靴产 品的小批量生产或大规模定制生产。大规模定制( m a s sc u s t o m i z a t i o n ，m c ) 是一种充 分利用企业已有的各种资源，在标准技术、现代设计方法、信息技术和先进制造技术的 支持下，根据客户的个性化需求，以大批量生产的低成本、高质量和效率提供定制产品 和服务的生产方式f 3 j 。大规模定制企业要以多样化、个性化的产品来满足多样化和个性 化的客户需求，必须具备敏捷的产品开发设计能力。 对于专业鞋类设计师来说，要设计出优秀的鞋款，就要有所创新，同时要保证同一 品牌鞋款风格的一致，于是就会很多重复性的设计工作，一来劳动强度高，二来设计速 度和质量也受到影响，从而限制了设计效率的提高；另外，设计师需要不断地积累丰富 的设计经验，吸收和学习其他优秀的设计理念和设计思维，因此，需要保存大量鞋类设 计方面优秀的素材和新颖的设计元素，在以后的设计中可以随时方便地取用，辅以设计。 制鞋行业是一个传统的行业，现代化程度不高，大多数的鞋靴设计以手工设计为主， 如今软件公司也开发出了很多专业的鞋靴设计软件，如d e l c a m ，s h o e m a s t e r ，鞋博士等， 大大缩短了鞋靴产品的设计时间，但是不能实现对已有设计信息的重用，新产品开发周 期还是很长。鞋靴在设计过程中存在着大量的重复劳动，相同款式的重复，设计的重复， 标准间和配件的重复，如果将重用技术应用于鞋靴设计领域，能大大缩短设计周期，所 以，对靴造型设计信息可重用性进行研究具有一定的创新性和实际指导意义。设计重用 就是在工程设计领域，利用已有的产品设计信息进行新产品设计的过程，重用技术包含 在知识工程范畴内，是知识工程的一项具体技术1 4 。 1 2 知识工程概论 基于知识的系统( k b s ，k n o w l e d g e b a s e ds y s t e m ) 技术始于2 0 世纪6 0 年代中期， 陕西科技大学硕士学位论文 后来工程设计c a d 专家们努力将灿技术应用于c a d 领域，形成了基于知识工程( k b e ， k n o w l e d g e b a s e de n g i n e e r i n g ) 的设计支持技术。 将知识工程运用到设计领域，它会对产品设计过程进行全面的智能化，使设计活动 有完备、统一的机制和环境的支持，实现设计决策自动化【5 】，它涉及到知识的获取、处 理、管理、存储、共享、重用等诸多相关活动。知识的获取、知识的表示和知识的运用 是知识工程的三大主要研究内容。 1 2 1 知识的获取 知识获取的任务是把专家对书本上的知识、对客观世界的认识和理解进行选择、抽 取、汇集、分类、组织【s l 。根据知识系统在知识获取中的作用，知识获取分为主动型知 识获取和被动型知识获取。主动型知识获取是知识处理系统利用归纳程序软件工具从信 息或资料中自动获取或产生知识；被动型知识获取要间接通过知识工程师或用户从专家 或相关资料中获取知识，然后采用知识编辑器将知识输入到知识处理系统。目前知识获 取方法的研究主要包括：粗糙集、遗传算法和神经网络。 1 2 2 知识的表示 知识表示就是将关于世界的事实、关系、过程等知识编码成一种合适的数据结构。 同一知识可以采用不同的表示方法，但在解决某一问题时不同的表示方法可能会产生完 全不同的效果。因此，合适的知识表示方法往往成为知识处理( 解题) 成败的关键，不 仅影响知识处理的效率，还会影响到知识获取和学习机制。 知识表示的方法有：谓词逻辑表示，关系表示，框架表示，产生式表示，规则表示， 语义网络表示等【7 】。对于比较简单的知识系统，可以采用一种或若干种表示方法以表示 知识就可以解决问题，但对于复杂的知识处理系统，仅用互不相干的知识表示方法难以 解决问题，需要采用新型的知识表示方法，如本体论、面向对象、概念格和可拓展标记 语言x m l 等。 1 2 3 知识的运用和处理 知识工程的目的就是通过利用知识，限制探索范围，使问题容易解决。知识处理学 研究的不是具体知识运用方法，而是各种知识运用过程中所用到的模式，包括推理、搜 索、知识的管理、匹配和识别。知识处理的核心是推理，推理是由一个或几个已知判断 推出新判断的思维方式。推理都由前提和结论两个部分组成。常用的推理方式包括归纳 推理、演绎推理、类比推理、正向推理、反向推理、混合推理、模糊推理等。 知识工程是很先进的知识管理技术，目前，在各行各业的信息管理都有涉及，如果 将它用于鞋靴造型设计信息的管理，对于提高鞋靴设计效率具有重要意义，同时鞋靴设 计加入了新的设计理念，提升了技术附加值，使传统的鞋靴设计变得具有很强现代性。 2 基于知识工程的鞋靴造型设计信息可重用性研究 1 3 产品设计信息重用技术的研究进展 在人类历史发展过程中，人们很早就学会了用经验来解决新问题，遇到新问题时， 首先要进行回顾，看以前是否出现并解决过此类问题，如果有，就采用以前的解决方法； 如果没有，就查找相似的解决过的问题，将其解决方法略加修正，用来解决新出现的问 题，这是产品设计信息重用思想的来源。产品设计信息的重用技术主要包括产品设计可 重用信息建模技术、可重用信息获取技术、可重用信息检索技术、可重用信息资源管理 技术和参数化特征造型技术。 1 3 1 可重用产品设计信息建模技术 产品模型是随着现代工业的发展和计算机技术的应用而逐步发展起来的，产品模型 的形式有多种，如二维模型、三维线框模型、表面模型、实体模型、特征模型、集成产 品信息模型等。这些产品模型的出现离不开建模技术的发展，建模方法有几何建模、特 征建模、集成建模、智能建模和生物型建模等t s 】。产品设计信息建模是产品重用设计研 究中的关键，产品设计信息建模方法的灵活性和高效性直接关系到产品设计重用系统的 应用和效率【9 】。 m i t c h e l l 【1 0 】在研究大批量定制设计时，提出了产品族模型，该产品族模型具有三个视 图：结构视图、功能视图和技术视图，能够同时反映一族产品的共同特性，可以通过变 量条件的选择形成不同的产品。同时，这样的产品模型包含了重用设计所需要的较全面 的信息，可以实现产品设计信息的重用。 c h i h h s i n gc h “】对三维模型的检索技术进行了研究，提出了基于实例的三维模型检 索的新方法，该方法可以解决特征继承等相关问题，使得三维模型检索这一棘手问题得 以解决。p j j a b d r e w s t 幢】对工程设计的重用方法进行研究，提出了两种可重用方法：一种 是采用交互特征识别和参数化c s g ( c o n s t r u c t i v es o l i dg e o m e t r y ) 树技术，对于一般的 工程设计可以采用这种方法；另一种是变量方法，更适合对产品族的表达。 在这些支持产品设计信息重用的建模方法中，还存在一些问题，其一，所建立的产 品信息模型没有覆盖到整个产品设计重用过程；其二，产品设计信息的组织模式不够完 善，没有包含设计重用所需要的全部信息c 】。 1 3 2 可重用产品设计信息获取技术 可重用产品设计信息的获取方法主要有离线式和在线式两种。离线式产品信息获取 是指对已有的产品设计知识进行分析，用一定的方法提取有用信息，建立新的模型，产 品信息的建立过程和获取过程相分离。在线式产品信息获取是指在产品设计的同时，采 用在线信息获取软件，对该产品设计细节进行记录并建立产品信息模型。 如果在产品设计信息建立过程中，没有考虑到信息的再使用情况，而以后又需要这 些设计信息以指导新产品的设计，就面临着大量的已有产品设计知识的处理，就出现了 陕西科技大学硕士学位论文 离线式的产品设计信息获取方法，获取的目的是为了重用产品设计信息。离线式产品设 计信息的获取方法有：基于工程图样的扫描输入和识别、工程图样理解、离线式参数化 盘莹 号手0 二维工程信息获取技术包括工程图纸扫描输入和矢量化、离线参数化、尺寸自动标 注、三维重建。这些技术结合工程图学、人工智能以及计算机技术，对已有的工程设计 信息进行智能理解和提取，获取对设计重用有用的设计信息。 三维特征信息获取技术是利用人工智能的方法获取产品实体模型的相关设计信息， 便于以后的信息重用，特征识别是三维特征信息获取最主要的方法之- - | 4 1 。 1 3 3 可重用产品设计信息检索技术 信息检索是对信息项进行表示、存储、组织和存取的一种技术。信息检索经历了手 工检索、计算机检索到目前网络化、智能化检索等多个发展阶段，如智能检索技术、知 识挖掘技术和异构信息整合检索和全息检索技术1 1 5 1 。对可重用产品设计信息进行检索是 为了在已有的产品设计方案中，找到与新产品设计需求相同或者相似的设计方案。基于 实例的推理是设计检索技术的一个研究方向。 在产品重用系统中，往往将重用设计方法和基于实例的推理技术结合起来。a a m o d t 和p l a z a 提出了基于实例设计的4 r 模型：检索( r e t r i e v a l ) 、重用( r e u s e ) 、修正( r e v i s e ) 和更新( r e t a i l ) d 6 。首先，确定设计问题关键词，在系统中进行检索，通过重用算法， 得到相似实例，然后对实例进行修正得到符合新设计要求的设计方案，最后将新方案加 入到实例库中，从而更新实例库。 f b s ( f u n c t i o n b e h a v i o r - s t a t e ) 框架描述方法是一种有利于基于实例推理的设计方 法，它将设计实例描述为三种类型的变量，即功能变量( 描述设计意图) 、行为变量( 描 述该设计与环境的相互作用) 和结构变量( 用于描述设计的物理特性和几何特性) 。 1 3 4 可重用设计信息资源管理技术 针对可重用设计信息这类特殊的信息资源要采用专门的管理技术，才能够有效地支 持产品设计信息的重用。产品设计资源管理d r m ( d e s i g nr e s o u r c em a n a g e m e n t ) 是一 项建立在p d m ( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ) 、设计原理获取、知识库技术之上的一种全 新的设计资源管理技术，其目的就是最大限度地实现对已有设计资源的重用旧。下面通 过对p d m 技术、设计原理获取技术和知识库技术的介绍，进而深入地了解支持设计信 息重用的产品设计资源管理d r m 技术。 ap d m 技术 p d m 是- f 3 用来管理所有与产品相关信息( 包括零件信息、配置、文档、c a d 文 件、结构、权限信息等) 和所有与产品相关过程( 包括过程定义和管理) 的技术o s 】。p d m 明确定位为面向制造企业，以产品为管理的核心，以数据、过程和资源为管理信息的三 4 基于知识工程的鞋靴造型设计信息可重用性研究 大要素。p d m 进行信息管理的两条主线是静态的产品结构和动态的产品设计流程，所有 的信息组织和资源管理都是围绕产品设计展开的，这也是p d m 系统有别于其它的信息 管理系统，如企业信息管理系统( m i s ) 、制造资源计划( m i 冲i i ) 、项目管理系统( p m ) 、 企业资源计划( e r p ) 的关键所在。p d m 为用户提供的主要功能模块包括：电子仓库与 文件管理、产品结构与配置管理、零部件分类管理、数据转换、工作流与过程管理、项 目管理、版本控制等。 b 设计原理获取技术 设计原理获取是指在相关计算机程序协助下，记录设计过程中的各种设计决策，从 而获取设计原理，其他设计人员通过学习设计原理来达到重用设计资源的目的。设计原 理获取可以为重用设计提供更好的设计支持和管理支持。j i n t e al e e 提出一种设计原理模 型，主要包括三个层：决策层、设计产品层和设计意图层f 1 9 】。 c 知识库技术 知识库是针对工程设计领域问题求解的需要，采用某种( 或若干) 知识表示方式在 计算机存储器中存储、组织、管理和使用的互相联系的知识片集合例。知识库中的知识 根据它们的应用领域特征、背景特征、使用特征、属性特征等而被构成便于利用的、有 结构的组织形式。知识库不同于传统的数据库，是具有人工智能的数据库，不仅包含某 个应用的全面信息，还具有学习的能力，同时还是实现知识共享。乜 1 3 5 参数化特征造型技术 参数化是智能化、集成化c a d 系统的核心技术之一。参数化设计的基础是基于尺 寸驱动几何图形，设计人员只需要往参数化设计系统内输入相应的参数，计算机就可以： 自动进行设计，同时生成设计图。参数化设计可以大大提高模型的生成和修改的速度， 在产品的系列设计、相似设计及专用c a d 系统开发方面都具有较大的应用价值。目前， 参数化技术可以分为三种方法：基于几何约束的数学方法；基于几何原理的人工智能方 法；基于特征模型的造型方法。 产品参数化设计将规律性( 事务性) 任务和非规律性( 创造性) 任务分开，非规律 性任务由设计者完成，规律性任务由计算机完成，设计者无须拘泥于琐碎的几何元素拼 凑操作，大大简化了产品设计过程，提高了设计效率【2 l l 。 1 4 重用技术在服饰产品设计中的应用 服饰行业属于传统行业，服饰产品的设计也都以手工为主，在设计过程中存在着大 量的重复劳动，相同款式的重复，设计的重复，标准间和配件的重复，如果将重用技术 应用于服饰产品设计领域，能大大缩短设计周期，提高设计效率。有些研究者已经开始 对服装设计进行可重用性研究 5 陕西科技大学硕士学位论文 陈柳明1 2 2 对服装设计管理信息系统的设计与开发进行了研究，应用v i s u a lf o x p m 关 系数据库编程语言以及o l e 技术，从开发管理信息系统( m i s ) 的角度出发，将服装设计 制作过程中所需要的信息按照设计过程分别建立数据库，同时跟服装c a d 用接口连接， 可以直接调用进行设计，大大减少了服装设计的时间。陆镭1 2 3 等研究了服装设计数字化， 将现代服装设计中的各类专业知识使用计算机可以接受和处理的信息方式表达出来，并 存储在数据库中，采用智能人机交互，设计者可以在设计系统的引导下，通过一系列款 式设计提示命令，调用系统中的资源和知识来完成服装设计，而无须详细了解其中更多 的专业设计细节。钱素梅、耿兆丰等1 2 4 1 研究了智能化服装款式设计系统，利用服装的结 构特点，把服装款式分割为几个部件的组合，款式与部件、部件与组成曲线、曲线与点 之间都形成对应关系，由此建立了一个四层结构的款式部件数据库，研究了款式知识的 形式化描述问题，设计了基于部件拼接规则的款式自动生成系统。这些研究都是重用设 计思想在服装设计过程中的体现，设计时可以重用服装部件和零件，而无需从头进行设 计。 孙明慧、唐明浩等1 2 5 1 系统研究了数字化服装产品设计可重用技术，运用智能化技术、 计算机技术，从数字化服装产品设计的实际需求出发，结合服装三维设计的要求，对面 向数字化服装领域的产品设计可重用技术( 服装产品设计可重用信息建模技术、服装产 品设计可重用信息获取技术、服装产品设计可重用数据库检索技术) 进行了研究，并给 出了一个服装产品设计可重用原型系统。这是真正意义上将可重用技术应用到服装设计 领域，为服饰产品重用设计思路和方法指定了一定的方向和方法。 鞋类造型设计知识可重用性在国内尚处于起步阶段，目前在国内的一些大学、研究 所也有一批科技人员从事相关方面的研究，如皮革制品设计信息管理系统的研究1 2 6 l 、鞋 类形态创新设计的研究唧、基于w e b 的皮革制品协同设计的研究【2 。】、鞋楦尺寸数据查询 系统的研究与开发 2 9 1 等。彭飘林1 3 0 1 的硕士毕业论文“鞋类造型仿真设计技术研究”把计 算机图像虚拟仿真设计技术与鞋类产品造型设计要求相结合，得到鞋类产品造型仿真设 计图，以p h o t o s h o p 平面设计软件为平台，建立各种仿真图库，如造型库、样式库、工 艺库、色彩库，这样进行鞋靴设计时，只需从库中调出自己需要的设计元素即可，然后 进行修改组合，大大缩短鞋靴的设计速度，这是重用思想在鞋靴设计中的应用，只是还 没有系统的研究鞋靴造型设计信息的可重用性。 1 5 本文的研究背景和意义 根据产业转移的规律，中国必然会由制鞋大国向制鞋强国转变，中国最初的鞋业大 多以为其他国家的品牌进行加工为主，赚取廉价的加工费，现在国内的品牌逐渐认识到 自主品牌的重要性，纷纷建立起自己的品牌，品牌的核心价值在于自主设计，有自主开 6 基于知识工程的鞋靴造型设计信息可重用性研究 发的能力。鞋靴属于服装服饰的一种，有一定的流行周期，随着生活节奏的加快，流行 周期越来越短，只有把握住鞋靴流行趋势，同时在最短的时间内设计出符合市场需要的 产品来，才能使企业在激烈的市场竞争中始终立于不败之地。本文受陕西省教育厅专项 科研计划资助( 项目编号0 8 胞3 0 ) ，研究了鞋靴造型设计信息的可重用性，具有一定的 创新性和现实意义。 制鞋企业实施设计知识重用技术j 可以全面提升企业的市场竞争力，对提高企业新 产品的开发能力、市场的响应能力、降低新产品的成本以及环境保护都有积极的影响【，l 】 ( 1 ) 新款鞋靴的开发能力和创新能力将得到提高。 。 鞋靴设计师在进行新产品开发时，由于设计知识重用系统的支持，设计师可以采用 或借鉴已有的鞋靴设计信息，有了过去的设计信息作基础，设计师经过发散思维可以形 成新的产品系列，自然产品的开发能力和创新能力将得到极大提高。 ( 2 ) 提高新款鞋靴的市场响应能力。 通过设计重用系统，大部分新款式的鞋靴，不需要从零开始设计，而是在已有的款 式设计基础上进行改进，大大减少了设计师的工作量和工作时间，新款式鞋靴的开发时 间变短了，进度快了，上市时间也提前了，当然新款鞋靴的市场响应能力也提高了。 ( 3 ) 降低了新款鞋靴的开发成本和生产成本。 在产品开发过程中，企业重复使用已有的鞋靴造型设计信息，自然减少了新款鞋靴 的设计成本；同时，由于设计信息的重用，企业最大限度地减少了新部件的出现，给企 业减少了制造成本，因此，产品的总成本会降低。 ( 4 ) 环境保护。 秽 通过对设计信息的重用，减少了信息资源的浪费，是绿色环保的一种体现。 1 6 本文的主要内容 本文基于知识工程，从