（机械设计及理论专业论文）基于cbd技术的坐便器感性意象研究.pdf

硕士学位论文 摘要 我国是一个陶瓷工业大国，陶瓷卫生器具产量居世界第一，但总体上存在产 品档次低、能耗高、资源消耗大、生产效率和综合利用率低等问题。随着国外， 特别是日本和德国卫浴产品生产技术的不断提高，国内陶瓷卫浴企业面临严峻挑 战，迫切需要引入现代设计技术和方法，缩短产品研发周期，降低研发成本，提 高产品的市场竞争力。 论文基于“一元四体 新型产品模型原理，通过研究“一元四体”中智能体 重用的功能和特征，提出了c b d 技术是实现系统重用的重要方法。 运用形态要素分析法将坐便器款式造型设计要素分解为7 个项目2 2 个类目， 并建立了坐便器款式造型设计要素表，在广泛搜集描述坐便器款式的形容词的基 础上，提取出了与坐便器款式造型相关的6 组感性意象语意词。 通过问卷调查的方式获得样本在各感性意象下的评价得分，运用数量化i 类 理论和多元回归分析方法，利用s p s s 数理统计软件对这些数据进行处理，建立 坐便器款式造型设计要素与感性意象之间的数学模型，并验证了这些模型的预测 精度和可信度，获得了各要素对坐便器最终感性意象的影响程度。 研究了c b d 技术在坐便器产品设计中的运用，尝试根据感性意象分析结果 来指导坐便器产品设计，设计了坐便器产品设计方案的感性评价流程和相似案例 检索流程，利用m i c r o s o ra c c e s s 作为后台数据库，在v i s u a lb a s i c6 0 平台上完 成了坐便器款式造型设计系统的开发，通过实例检验，该系统能较好地完成设计 方案的感性意象预测和检索出与设计方案相似的案例，具有一定的实际应用价值。 关键词：坐便器款式造型；一元四体；感性意象；c b d 技术 i i a b s t r a c t c e r a m i ci n d u s t r ) ，i nc h i n ah a sb e e nh i 曲1 yd e v e l o p e d ，w h e r ec e r a m i cs a n i t a r y p r o d u c t i o ni sm o s ti nt h ew o r l d h o w e v e r ，t h e r ea r em a n yp r o b l e m so v e r a l l ，s u c ha s l o wg r a d eo fp r o d u c t s ， h i g he n e r g yc o n s u m p t i o na n dr e s o u r c ec o n s u m p t i o n ，l o w p r o d u c t i o ne f f i c i e n c ya n du t i l i z a t i o n ，e t c a sp r o d u c t i o nt e c h n 0 1 0 9 yo fb a t h r o o m p f o d u c t sb e i n gi n l p r o v e da b r o a d ，e s p e c i a l l yi nj a p a na n dg e n n a n y ，c e r a m i cs a n i t a r y c o m p a n i e sa td o m e s t i ca r ef a c i n gm o r ea n dm o r ec h a l l e n g e s t h e yn e e dt oa b s o r b m o d e r nt e c h n 0 1 0 9 ya n dm e t h o d s u r g e n t l yt os h o r t e np r o d u c td e v e l o p m e n tc y c l e s ， r e d u c ec o s t sa n de n h a n c ec o m p e t i t i v e n e s so ft h ep r o d u c t s t h er e s e a r c h 、 氇sb a s e do nt h e am o d e lw i t hf o u rb o d i e s ，p r o d u c ti n f o r n l a t i o n m o d e l ( a m f bm o d e l ) b ys t u d y i n gt h er e u s ec h a r a c t e ra n df u n c t i o no fc i n t e l l i g e n t b o d y o f a m f b ，t h a tc b d t e c h n o l o g yi st h ek e ym e t h o df o rr e u s ew a sp r o p o s e d t b i l e ts t y l e & m o d e l i n gw a sd e c o m p o s e da s 7p r o j e c t sa n d2 2 c a t e g o r i e sb y e l e m e n t s ，a c c o r d i n gt of o r mf a c t o ra n a l y s i s ，t h e nt h et a b l eo ft o i l e ts t y l e & m o d e l i n g w a se s t 山l i s h e d b a s e do n ab r o a dc o l l e c t i o no fa d j e c t i v e s f o rd e s c r i b i n gt o i l e t s t y l e & m o d e l i n g ，6 萨o u p so fi m a g es e m a n t i cw o r d sr e l a t e dt ot o i l e ts t y l e & m o d e l i n g w e r ee x t r a c t e d e v a l u a t i o ns c o r e so f s a m p l e su n d e rd i f 绝r e n tp e r c e p t u a li m a g e sw e r e o b t a i n e dt h r o u 北t h eq u e s t i o n n a i r es u r 、，e y ，w h i c hw a s p r o c e s s e db ys p s s ，a c c o r d i n g t ot h e o r yo fq u a n t i t a t i v en u m b e ria n d m u l t i p l er e g r e s s i o na n a l y s i sm e t h o d t h e n ，t h e m a t h e m a t i c a lm o d e l sb 6 t w e e nt h ee l e m e n t so ft o i l e ts t y 】e & m o d e l i n ga n dp e r c e p t u a l l m a g ew e r eb u i l t ，w h o s ep r e d i c t i o na c c u r a c ya n dr e l i a b i l i t yw e r ea l s ov a l i d a t e d t h e i m p a c to fe l e m e n t so ft o i l e ts t y l e & m o d e l i n gt ot h ef i n a le m o t i o n a li m a g e sw a st h e n o b t a i n e d c b dt e c h n o l o g ya p p l i e di nt o i l e t d e s i g nw a ss t u d i e d t h er e s u l t so fk a n s e i e n g i n e e r i n gw a su s e dt og u i d et o i l e tp r o d u c td e s i g n t h ep e r c e p t u a le v a l u a t i o no f p r o c e s so ft h et o i l e tp r o d u c td e s i g np r o g r 锄a n ds i m i l a rc a s er e t r i e v a lp r o c e s sw e r e d e s i g n e d f i n a l l y ，t h et o i l e ts t y l e & m o d e l i n gd e s i g ns y s t e mw a sd e v e l o p e do nv i s u a l b a s i c6 0 p l a t f o r m ，u s i n gm i c r o s o ra c c e s sa st h eb a c k e n dd a t a b a s e ，w h i c hw a s p r o v e dt ob ep r a c t i c a l l yv a l u a b l et oc o m p l e t ed e s i g np r o g r a mp e r c e p t u a l i m a g e p r o j e c t i o n sa n dr e t r i e v eo u ts i m i l a rd e s i g nc a s e s k e yw o r d s ：t o i l e ts t y l e & m o d e l i n g ；a m f b ；k a n s e ii m a g e s ；c b d t e c h n o i o g y i i i 基于c b d 技术的坐便器感性意象研究 插图索引 1 1 坐便器产品传统开发流程一2 1 2 工作流程8 2 1 “一元四体”产品信息模型体系结构9 2 2 “一元四体”模型智能体的体系结构1 2 3 1 感性工学系统的基本框架1 7 3 2 实验框架流程1 8 3 3 经线k 类型图2 1 3 42 0 件样本的正等轴测图2 9 3 5 评价等级和评分表2 9 3 6 评价频率分布图3 0 3 7 “经济型一一豪华型 感性意象下各类目贡献分布4 0 4 1c b r 的4 r 推理流程4 2 4 2 坐便器款式造型数据库5 0 5 1 坐便器款式造型设计系统流程图5 8 5 2 管道设计流程图5 9 5 3 系统主界面5 9 5 4 坐便器款式造型设计6 0 5 5 管道设计6 1 5 6 分析结果6 1 5 7 管道案例详细信息6 2 5 8 坐便器h 0 10 9 详细信息6 2 5 9 ( a ) 坐便器相似案例列表6 3 5 1 0 添加坐便器案例6 4 5 1 1 删除坐便器案例：6 5 5 1 2 管道案例编程6 6 v 图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图 硕士学位论文 附表索引 表3 1 款式造型设计要素表2 4 表3 2 感性意象词组2 6 表3 3 感性评价得分表3 1 表3 4 回归方程的常数项和系数列表3 5 表3 5 统计分析结果3 7 表4 1 数据库信息4 8 v i 硕上学位论文 第1 章绪论 1 1 课题的研究背景和研究意义 1 1 1 研究背景 我国卫生器具市场需求量庞大，产量居世界第一，仅坐便器年产量就超过 3 0 0 0 万套。坐便器是人们日常生活中不可或缺的生活用品，也是重要的家居建材， 其使用过程大量耗水，生产过程大量耗能，对资源的占用和环境的影响都很大， 是典型量大面广的资源消耗型产品。 我国卫生器具行业一直面临日本、德国等国家在品牌、科技等方面已占有优 势的巨大压力，形成了国外品牌占据我国卫生器具高端产品市场，赚取高额利润 的“两高 局面。国产卫生器具存在品牌层次低、设计方法落后、制造工艺原始、 市场附加值低、生产能耗高、环境污染严重、技术链和产业链不完善等问题，这 些也是制约该产业发展的瓶颈。 随着我国经济的快速发展，卫生器具行业既面临市场需求旺盛带来的产业发 展的历史机遇，又面临产业可持续发展必须正视的环境和资源问题的严峻挑战。 然而，长期以来，我国卫生器具行业发展过度依赖能源、资源消耗和原始劳动力， 与机械工程领域借助于先进制造技术完善产业链所取得的成就相比，卫生器具行 业高新技术应用和服务严重滞后。( 1 ) 产品数字化设计技术在行业中使用不普遍。 多数企业仅能使用计算机进行产品简单外观设计，很少涉及功能和结构优化，产 品设计创新能力弱；( 2 ) 存在许多关键技术问题有待研究攻克。如国内企业普遍 不能使用数控技术加工卫生器具模具，只能依靠工人师傅的经验，用手工方法处 理坐便器模具等复杂问题，不仅形状和尺寸精度难以满足高品质产品要求，生产 效率和可靠性也很低，生产周期过长；( 3 ) 没有形成应有的科技创新气氛。卫生 器具行业面临越来越严格的环境与资源政策法规要求，但企业普遍对可以减少能 耗和环境污染的陶瓷替代材料缺乏研究与使用的热情，几乎没有研发投入。因而， 行业科技创新水平不高、发展动力不强，已经成为我国卫生器具行业资源消耗高、 核心竞争力不强、经济效益不高等一系列问题的主要原因。 在消费时代高度发展的今天，人们对商品感官感受的重视程度许多情况下已 经远远超过了其使用价值。在性能都达到消费者要求的基础上，产品的外形就成 了消费者选择的重要依据。依靠科技进步为老百姓提供性能先进、舒适安静、具 有特色和个性的优质坐便器等卫生器具产品，是一项十分重要的民生工程。 由此可见，卫生器具企业如何快速高效地开发外形美观、性能优质、令消费 基于c b d 技术的坐便器感性意象研究 者满意的坐便器产品，既是企业增强产品竞争力的要求，也是顺应时代潮流的必 然趋势。目前，我国只有少数几家卫浴生产厂商实现坐便器部分数字化生产，大 多数厂商仍停留在传统的生产模式。 据调研，目前国内几家大型坐便器厂商生产坐便器流程大致如图1 1 所示。 坐便器造型设计师根据市场需求和自己的经验进行产品外形设计，并最终形成一 套设计方案。模具工程师根据设计方案制作模胎，再根据模胎进行试制模制作。 试制模是坐便器模具的最原始状态，用来制作模准模胆制作。模准模胆与模胎一 样都是模具的反模型。以模准模胆为依据制作出来的就是标准模。经过这两轮以 上的模具试制后才能得到用于生产坐便器产品的模具。模具试制过程中需要大量 模具工程师的经验知识，对模具工程师的要求非常高。这种生产模式周期长，成 本高，并且不能从根本上对坐便器的影响流体性能的流道进行有针对性的改进。 图1 1 坐便器产品传统开发流程 可见，改善卫生器具生产的技术链和产业链，提升传统产业竞争力，创造明 显经济效益，是依靠科技进步推进我国卫生器具行业全面、协调、可持续发展当 务之急。针对现有卫浴行业目前所存在的问题，迫切需要开发一个卫浴器具外形 设计共性关键技术方法平台，来协助设计人员进行产品的设计开发。 1 1 2 课题的来源及研究意义 目前，国内坐便器产品的研发主要依靠工人的经验手工试制实现的，其缺点 是研发周期长、成本高、技术继承性差、产品开发成功率低。由于缺乏理论及技 术支持，企业研制的坐便器产品性能容易受生产工艺精度的影响，成品率不高。 卫生器具行业是我国的传统工业，如何提升其竞争力是当前卫生器具企业生 存发展的关键性问题。基于此，本项目组展开了一系列项目研究：国家自然科 学基金重点项目“工程与产品现代设计理论方法”( 项目编号：6 0 6 3 5 0 2 0 ) ；广 硕十学位论文 东省教育部产学研结合项目“卫生陶瓷先进设计与制造技术及其产业化研究”( 项 目编号：2 0 0 9 8 0 9 0 3 0 0 0 0 4 ) ；湖南省科技计划项目“基于现代设计方法的卫生 器具节能减排技术 ( 项目编号：2 0 0 9 s k 3 0 3 0 ) 。这些项目应用现代设计方法和科 学计算手段，解决企业迫在眉睫的产品研发问题，对提升企业坐便器产品研发的 核心竞争力具有重大意义，也为卫生器具行业引入现代设计方法，提高其科技含 量，提供了一种新的科学方法和开发模式，主要进行以下内容的研究。 ( 1 ) 产品结构数字化：通过逆向工程( r e ) 、计算机辅助设计( c a d ) 技术， 对坐便器产品进行参数化、结构化建模，建立产品三维模型数据库，为企业产品 技术的积累、产品的创新开发奠定数字化基础。 ( 2 ) 坐便器市场导向研究：运用感性意象研究方法，探寻影响坐便器产品市 场竞争力的因素，定性甚至定量分析这些因素的影响程度，以此指导产品设计， 开发出具有市场竞争力的产品，并为新产品的上市作市场预测。 ( 3 ) 坐便器计算流体力学仿真：运用计算流体动力学( c f d ) 技术，对坐便 器建立数学模型，对其水流通道和流场进行仿真分析，获取坐便器冲洗过程关键 流场信息。 ( 4 ) 坐便器虹吸模型研究：利用c f d 求解信息，对坐便器冲洗的虹吸过程 进行深入分析，求解其虹吸的工作机理与过程，建立坐便器的虹吸模型，为产品 的创新设计提供强大的技术支持，并以此降低产品开发成本，加速新产品的研制 过程。具体目标是研制大管径、低用水量的节水、低噪、高品位坐便器产品。 ( 5 ) 坐便器产品快速开发技术：在数字化基础上，利用快速原型制造技术 ( r p m ) 实现坐便器产品的快速开发，重用以往宝贵的设计经验，利用基于案例 的设计方法( c b d ) 指导坐便器产品设计，进一步缩短新产品开发周期，降低研 发成本。 ( 6 ) 坐便器优化仿真设计平台：在建立坐便器产品数据库的基础上，综合应 用逆向工程、计算机辅助设计、计算流体力学、虹吸模型、神经网络及遗传算法、 快速原型制造技术等多学科理论与分析优化技术，为企业的技术创新构建产品集 成优化开发平台。 项目将现代设计技术和科学计算方法系统地应用到企业坐便器开发过程，是 对传统卫生器具行业研发模式的革新，填补了国内在坐便器产品开发中应用现代 数字化数值求解手段的空白，是对传统卫生器具行业研发手段的一大发展。项目 的实施能够为坐便器生产企业的研发提供快速科学的设计手段，缩短开发周期， 提高产品成品率，进而为企业创造更大的产品附加值，提高企业的核心竞争能力。 本文的研究工作作为项目的重要组成部分，主要研究坐便器款式造型，尝试 在坐便器款式造型设计领域解决一些关键问题。 基于c b d 技术的坐便器感性意象研究 1 2 相关文献综述 1 2 1 坐便器造型研究现状 随着经济的快速发展和人们生活水平的大幅提升，2 1 世纪的消费形态已经由 过去以产品为主的“产品导向 转变为以消费者为主的“消费者导向”，消费者对 产品外形感觉的追求达到了前所未有的程度。对于一个设计师而言，若能深入探 索消费者的感觉及需求，把握消费者的内心想法，就能成功开发出好的产品f 1 】。 目前，国内外与坐便器产品相关的研究较少。国外品牌t o t o 、美标等企业 成功开发过多款坐便器，但相关研发技术始终处于保密状态，可见的报道仅有美 国的r e y e sm a t t h e wd a v i d 等对高水箱和低水箱坐便器的污物排放进行性能对比 研究【2 1 ，台湾云林大学的h e us e n w y 研究喷射概念在坐便器中的应用【3 】等。国内 有关坐便器的研究主要集中在生产工艺及相对简单的流体力学理论的探讨上【4 ，5 1 。 本项目组在前期工作中，尝试建立一个完整的、可实践的流体力学范畴的理 论体系，利用现代设计方法、优化技术构建可行的优化设计平台，综合运用多学 科理论对坐便器进行研究。这些研究一改以往通过对产品的试制试验来改进坐便 器的冲水性能的研究方式，克服了研究周期长、成本高等缺点，获得了较大的进 展【6 ，7 ，8 1 。 由此可见，国内外目前有关坐便器的研究主要集中坐便器电器控制系统设计、 节水减排和降噪除臭等方面，在坐便器造型设计方面的研究鲜有人涉及。 1 2 2 感性工学研究现状 感性工学( k a n s e ie n g i n e e r i n g ) ，是感性与工学相结合的技术，主要通过分析 人的感性来设计产品，依据人的喜好来制造产品，它属于工学的一个新分支。 近几年来，日本、美国、中国台湾等国家和地区的许多专家和学者从事感性 意象的研究工作。文献【9 】提出利用用户认知结构可视化的新技术，并通过一连串 图表来阐述产品属性与用户主观价值之间的关系；文献【1 0 】提出一种并列式设计 方法，将感性工学技术整合到概念设计程序中；文献 1 1 】提出一种能够符合用户 认知模型的产品设计体系，提供给设计师一个整合性的设计环境；文献【1 2 】利用 计算机网络系统，远距离遥控机械人技术观赏各国美术馆的艺术品，通过对整个 过程记录、分析与整理来建立观赏者其感性评价的心理机制；文献 1 3 】指出感性 工学是一种工学技术，运用此技术将人们模糊不明的感性需求及意义，具体转化 为细部设计的形态要素。文献 1 4 】针对自行车产品，以感性工学的手法，探讨车 架造型的形态要素对消费者意象认知的影响。文献【15 提出基于视觉、听觉、触 觉意象的产品造型设计理念，对汽车正面造型进行了感性意象研究。 可见，感性工学正越来越多的用于产品设计，但其理论和实践研究仍存在很 4 硕上学位论文 多尚待解决的问题：( 1 ) 如何提取人们对产品感性的差异性，使设计师更加了解 用户的感性需求。( 2 ) 如何预测用户或设计师对于感性工学系统结果的满意程度， 减少因设计师和用户之间的因认知差异造成语义模糊的误差。( 3 ) 如何运用人工 智能来改进基于感性工学的造型系统。 尽管如此，在以用户为主导的购物环境中，感性工学系统仍是一种最具人性、 最有效的产品造型设计方法。而将感性工学的方法运用到坐便器款式造型设计， 国内外尚处于空白。 1 2 3 重用技术的研究现状 重用技术是一种将过去的设计知识和成功经验应用到当前设计的现代设计方 法。产品设计可归纳为创新设计、变型设计和适应性设计。据有关资料显示，7 5 的设计活动包含基于事例的设计，即属于变型设计和适应性设计。在新产品的开 发中，约4 0 是重用过去的部件设计，约4 0 是对已有的部件稍作修改，而只有 2 0 是完全新的设计，由此可见设计重用在产品开发中的重要作用【1 6 】。 随着市场竞争的加剧，企业要求产品的设计周期越来越短。设计重用可充分 利用企业的设计资源，有效缩短设计周期，提高设计质量。设计重用，就是将过 去的设计及设计知识应用到当前的设计活动中，它是快速设计的重要手段。产品 设计的本质特征及市场竞争决定了产品设计重用的意义【1 7 】。 上个世纪五六十年代，随着零件分类系统的建立，对于设计重用的研究逐渐 发展起来，零件分类系统的建立鼓励设计人员更多地重用已有的产品设计【1 8 】。 2 0 世纪末，设计重用的研究逐渐形成高潮。19 9 8 年6 月，英国b r u n e l 大学 举行了工程设计会议( p r o c e e d i n g so fe n g i n e e r i n gd e s i g nc o n f e r e n c eo nd e s i g n r e u s e ) ，设计重用成为当时大会的主题，标志着设计重用研究达到了一个阶段性 高潮。从这次会议发表的论文分析，尽管工程设计重用的研究当时还处在一个凌 乱、非系统化的研究阶段，缺乏系统化的理论与方法，但设计重用的诱人前景是 毋庸置疑的。也是在此次会议基础上，s s i v a l o g a n a t h a n 和t m m s h a h i n 指出设 计重用将成为一种系统化的设计工具，并将设计重用的研究划为七类【1 9 l ：产品 开发中的创新研究。设计重用的认知研究。设计重用的计算机应用研究。 标准件的重用研究。设计重用的工具和方法研究。设计重用应用系统的研究。 设计重用理论研究。 文献 2 0 】通过对零件分类编码，采用零件级检索和特征级检索等两级检索， 利用相似性系数算法，以u n i g r a p h i c s 和v c + + 6 0 为开发平台，开发了面向轴类 零件的可重用设计系统，实现了轴类零件设计重用的功能。 文献【2 1 】将重用的范围扩展到产品的广义设计领域，用系统和集成的观点对 设计重用技术的理论体系及其系统的组成进行了研究，并将设计重用技术的研究 基于c b d 技术的坐便器感性意象研究 内容划分为3 个方面：可重用集成设计单元建模技术；可重用集成设计单元的重 用技术；设计重用技术实施策略和方法。介绍了设计重用涉及的技术领域及关键 因素，提出了新的适应设计重用的产品设计信息流程，从f t q c s e ( 分别代表功 能、寿命、质量、成本、服务与环境) 6 个企业竞争力要素方面分析了设计重用 技术对企业市场竞争力的影响。 文献【2 2 】认为基于计算机的设计重用可有效缩短设计周期，提高设计质量， 实现对市场的快速响应。基于对设计重用系统的分析研究，识别概括出设计重用 的概念、过程模型、重用层次和类型、关键技术及支持重用的设计历史建模等。 将计算机和软件开发技术结合到设计重用的研究，主要集中在应用计算机进 行知识的获取和重用。d u f f y 等人研究了信息的索引和检索、应用知识开发和白 适应修改的相关内容，提出了基于案例推理、基于模型推理和规划重用的知识建 模方法【2 3 ，2 4 1 。h e r b e r tp r a e h o f e r 和j o s e fk e r s c h b a u m m a y r 认为计算机辅助系统构 造的主要任务就是提高已有设计产品的可重用性，主要是通过基于案例推理的技 术来实现的。 s h a h i n 等认为重用既需要对设计的整体又需要对设计的部分进行存储和检 索。由此，他们所建立的设计重用系统涵盖了整个设计过程，并且通过数据库系 统进行设计信息的存储和检索。同时系统还与质量功能配置实现了无缝集成，便 于在不同项目之间的任意阶段实现重用。k i m p t o n 也指出过去成功的设计是经验 的最大积累，产品再设计需要对这些信息进行结构化存储。设计模型应该包括产 品概念、解决方案概念、方案设计和详细设计【25 1 。 l i n d e n j b a u 等指出设计重用由于先前设计知识的索引、检索、理解和修改 的困难而很难实现，因此提出了基于设计原理的方法，用于更好的表达和检索设 计信息【2 6 1 。y o n g s h e n gg a o a 提出了一个在基于实例机械设计中进行重用的设计规 划系统，系统有效地融合了设计过程和设计原理模型【2 7 l 。 文献【2 8 】研究了机械产品的重用策略，给出了机械产品设计重用层次与设计 重用空间的概念，总结概括了设计重用的使能技术，即c a d 技术、人工智能技 术接合w e b 技术，并且给出了基于这些使能技术的设计重用框架、模型和策略， 提出了基于重用的层次智能c b r 检索模型以及基于重用的新产品开发研究方法。 文献 2 9 】将面向对象的方法和特征技术应用到零件分类中，建立了一种新的分类 模型，实现了零件级的重用。 文献【3 0 】提出了集成的设计原理模型，系统提供智能信息检索、自释模拟示 范、基于约束网络的相关检查、多属性决策的功能。文献 3 l 】分析了协同设计中 产品模型信息传递技术存在的问题，提出了基于产品特征信息重用的设计仿真系 统技术。 文献【3 2 就可重用设计的产品设计和进化进行了研究，提出了基于多角度的 6 硕士学位论文 已有产品设计信息的协同理解，基于进化的产品设计信息的异构映射、基于网络 的产品设计信息共享等方法。另外，浙江大学生产所的余军合、祁国宁和吴昭同 对基于零件库标准的产品信息建模技术进行了研究【3 3 】。 相对于可重用技术理论上的诸多研究，目前国内将重用技术与坐便器造型设 计实际相结合的研究尚不多见。运用基于案例设计的方法进行坐便器造型设计， 就是将重用理论与坐便器设计的具体结合。这对于充分利用企业的设计资源，缩 短设计周期，提高设计质量都有十分重要的意义。 1 2 4 基于案例技术在造型领域的研究现状 基于案例的设计( c a s eb a s e dd e s i g n ，c b d ) 方法是通过研究以往相似设计问 题的解答，吸收、借鉴其中的有利因素，用于指导当前设计的系统方法。这种设 计方法源于对人们求解问题思维方式的研究，主要借助于过去的设计经验知识来 解决新的设计问题。 工业设计是一个复杂多解的问题求解过程，设计经验知识在这一过程中起着 决定性作用。由于案例知识中包涵着丰富的设计经验，基于案例的设计又符合设 计师的认知过程和设计思维习惯，所以特别适合揭示工业设计过程中形象思维和 逻辑思维并重，且与新方案产生有关的创新思维问题。 文献【3 4 】认为基于案例的设计方法符合人类心理认知求解问题的一般规律， 也是工业设计中一种有效的创造性系统方法。文章通过对工业设计知识和创新设 计思维的分析，阐明了案例知识是基于案例设计的重要知识载体，并建立了基于 案例的产品创新设计方法。 文献 3 5 】基于案例的设计思想和设计方法，通过综合其他几款打孔机的外观 设计优势，进行了一款数控激光打孔机的造型设计。但只是从外观造型上选取几 个案例作简单定性类比，没有形成案例库，也没有定量分析案例相似度等。 在基于案例的设计过程中，案例知识是产品创新设计的源泉，设计师有效利 用案例知识求解新的设计问题，是产品创新设计的捷径。基于案例的设计方法已 经成为解决设计问题的最佳途径，不少设计专家解决设计问题时都自觉或不自觉 地运用基于案例的方法。 c b d 技术运用到造型领域在国外较为普遍，但在国内尚不多见，而将c b d 技术运用于坐便器领域的研究，国内外均未见相关的系统报道。本文从坐便器感 性意象入手，尝试利用基于案例的设计方法进行坐便器造型设计。 1 3 论文主要研究内容与思路 本文运用感性工学方法分析坐便器款式造型设计要素，结合问卷调查和统计 分析，建立坐便器款式造型设计要素与感性意象之间的数学模型，获得各要素对 基于c b d 技术的坐便器感性意象研究 坐便器感性意象的影响程度，并以此为依据，运用基于案例设计技术，指导坐便 器造型设计，最后完成坐便器造型设计系统的开发。论文的主要结构如下： 第1 章：介绍国内外坐便器造型、重用理论、感性工学以及c b d 技术的研 究现状。 第2 章：引入“一元四体”模型理论，阐述智能体的主要研究内容，以及本 文研究工作在其中的作用。 第3 章：运用感性工学原理分解、提取坐便器造型设计要素，进行坐便器感 性意象分析，通过问卷调查获得消费者对坐便器样本的感性评价，运用数量化i 类理论和多元回归分析方法，建立坐便器造型设计要素与感性意象之间的数学模 型，获得各要素项目和类目对坐便器感性意象的影响程度。 第4 章：将c b d 技术运用到坐便器造型设计，进行案例库和数据库设计， 设计坐便器造型设计感性评价分析流程和相似案例的推理流程。 第5 章：利用m i c r o s o f t a c c e s s 建立系统数据库和案例库，在v i s u a lb a s i c 平 台完成系统的开发，通过实例分析本文设计方法的可行性和系统的实用价值。 本文的工作流程如图1 2 所示。 1 4 本章小结 图1 2 工作流程 本章论述了课题的研究背景、来源和研究意义，对领域内的国内外研究成果 进行了综述，给出了论文主要研究内容与思路。 8 硕j 二学位论文 第2 章“一元四体产品信息模型 本文的主要研究内容，属于“一元四体”产品信息模型的重要组成部分，智 能体范畴，其目的是结合坐便器产品c b d 设计，探讨具有多层多体结构的“一 元四体”模型在产品设计中发挥作用的关键技术。对于“一元四体 的研究背景 和意义，本项目组在前期研究中已经作了深入的探讨，这里不再赘述。本章不加 证明地直接引入“一元四体 的相关概念，详细的功能规划、结构设计、技术实 现等可参见本课题组的前期研究成果【3 6 - 3 引。 2 1 提出“一元四体”产品信息模型 本项目组经过论证，得出了产品数字化设计系统是耗散结构系统的结论，提 出了产品信息模型是数字化设计系统演化的重要序参量，分析了影响数字化设计 系统演化的因素，研究了产品信息模型与数字化设计系统演化之间的关系，提出 了一种新型产品模型构造原理一一“一元四体 产品信息模型，以实现产品信息 使用的一致性、集成和重用性，推动数字化设计系统向有序方向演化。 2 2 “一元四体”产品信息模型结构及相关定义 图2 1 “一元四体”产品信息模型体系结构 “一元四体”产品信息模型是以几何、拓扑信息为基础的产品信息集成、控 制、进化与重用的载体，表现为一种全新的结构与关系的集合。借助模型可以完 9 基于c b d 技术的举便器感性意象研究 成信息的检索，形成信息集成的主要途径和合理粒度；模型可以提示、引导用户 使用信息，主动为设计工作进程配置信息，保证信息利用的时效、便捷，实现信 息与模型的动态有效跟随；模型能够自我生长与进化，实现数据、结构、知识等 的继承与重用。“一元四体 产品模型结构如图2 1 所示。 定义2 1 ：“一元四体 产品信息模型 “一元四体”( am o d e lw i t hf o u rb o d i e s ，a m f b ) 产品信息模型，以下简称 a m f b 模型，是以描述几何拓扑信息的基本体为基础，集信息检索体、信息控制 体、信息进化与重用的智能体于同一模型结构的信息集合体。 a m f b 模型可以完备动态描述和定义产品生命周期的数字化设计过程所涉及 的所有信息( 包括产品设计、分析、制造、装配及维护、销售、服务到报废等环 节的所有信息) 以及这些信息之间的相互关系，是一种全新的具有智能功能的结 构、关系与机制的集合。 定义2 2 ：基本体( b a s i cb o d y ) 基本体是几何体( g e o m e t r ) r ) 和拓扑体( t o p o l o g y ) 的总称。几何体是指构 成模型的纯粹的几何元素，如点( p o i n t ) 、曲线( c u r v e ) 和曲面( s u r f a c e ) 等，这些元素可以独立存在。拓扑是指模型各几何体之间的空间关系，它描述了 几何实体之间的连接方式，如线( w i r e ) 、块( 1 u m p ) 、壳( s h e u ) 、子壳( s u b s h e l l ) 、 面( f a c e ) 、环( 1 0 0 p ) 、有向边( c o e d g e ) 、边( e d g e ) 和顶点( v e r t e x ) 等。几何 体及其拓扑关系构成了模型的基本空间结构。 定义2 3 ：检索体( r e t r i e v a lb o d y ) 检索体是指负责实现信息的检索与信息跟随模型的部分，它是信息局部集成 的主要途径，反映了a m f b 模型“吸附 产品生命周期各阶段所需信息及产品信 息动态跟随模型的能力。 检索体的设计包括产品生命周期各阶段独立单元信息的定义、产品生命周期 其它非独立单元信息与有关独立单元信息的关系，产品信息的数据空间描述、信 息的表示方法、检索接口的设计。 定义2 4 ：a m f b 模型的跟随性 a m f b 模型的跟随性是指其能“吸附”各类产品信息，使它们动态跟随产品 模型的能力，反映了模型发挥信息载体作用的程度。 定义2 5 ：控制体( c o n t r o lb o d y ) 控制体是指负责提示和引导用户使用信息，控制信息与模型动态有效配置的 部分，它保证信息利用的时效和便捷，反映了a m f b 模型对产品信息的配送性。 控制体的设计内容包括模型信息的存储和读取控制( 尤其是独立单元信息的 存取与配置) 、各种信息的管理控制( 包括与用户连接的相关操作控制) 、与外部 资源的数据交换控制( 尤其是相关数据库的设计以及数据资源的保存与恢复控制 1 0 硕士学位论文 等内容) ，是一个过程控制，体现模型的服务功能。另外还包含模型与外界的联系， 这种联系可能表现为一种“结果”，与智能体有关联。 定义2 6 ：a m f b 模型的配送性 a m f b 模型的配送性是指在产品设计各个阶段，模型为用户提供有效引导和 主动服务，从而为工作过程提供正确、及时的信息支持的能力，反映了a m f b 模 型服务用户的能力。 定义2 7 ：智能体( i n t e l l i g e n tb o d y ) 智能体是指a m f b 中实现模型自我生长与进化，从而实现结构重用、数据重 用、过程重用和知识重用的模型的部分，它与模型的领域需求密切相关，反映了 a m f b 模型信息的重用性。智能体基于问题求解需求约束的模型信息动态完备原 理，反映a m f b 模型信息在产品生命周期中能够被多次利用的能力，它以模型载 体形式为产品设计、分析、制造、装配以及管理等阶段提供领域需求密切相关的 智能化信息重用支持。 定义2 8 ：a m f b 模型的重用性 a m f b 模型的重用性是指与产品相关的信息在新产品开发过程中能够再次被 使用的能力。它对于新产品开发的效率、产品的可维护性以及产品的质量和标准 化都起到重要的作用。 定义2 9 ：a m f b 模型信息环境 a m f b 模型信息环境指在设计、分析、制造、装配以及管理等生命周期阶段， 各类产品标准、规范、管理机制、软件系统的总称。a m f b 模型及其软件系统可 以与信息环境进行数据交换，并在其中实现有效的产品信息集成与继承。 定义2 1 0 ：独立单元信息( i n d e p e n d e tu n i ti n f o r m a t i o n ，i u i ) 独立单元信息指产品在其生命周期某个阶段中必不可少的、具有确定语义的 数据或关于数据描述的信息，是相对独立的元信息。产品信息可以根据设计需求 借助于相关独立单元信息求取。本文定义的独立单元信息主要指产品非几何信息， 产品的几何拓扑信息不属于独立单元信息范畴。 2 3 “一元四体 模型特点 “一元四体”模型是基于信息理论和计算机技术，在现代设计方法学的指导 下，在产品的设计阶段就考虑产品整个生命周期各个阶段的信息需求，以一定的 数据结构定义和描述产品开发设计、分析、工艺规划、加工制造、检验装配、销 售维护以及管理等产品整个生命周期各阶段的数据、活动、数据联系及重用的产 品信息模型，实现产品生命周期各阶段信息的集成、共享与重用，实现产品数字 化设计的过程集成。a m f b 模型包括与产品有关的所有几何和非几何信息，为产 品生命周期各个阶段数字化设计过程提供服务。模型将整个产品数字化设计活动 基于c b d 技术的坐便器感性意象研究 和过程视为有机整体，所有的设计活动和过程都围绕统一的产品模型来协调进行。 a m f b 模型特性总结如下： ( 1 ) a m f b 模型具有可扩展性，对于制造业产品数字化设计活动的不断变 化发展，a m f b 模型能够扩展功能来适应设计活动的动态变化。 ( 2 ) a m f b 模型周期包含产品生命周期循环的整个过程，因此，模型描述 和定义的信息能满足产品全生命周期的数字化信息需求。 ( 3 ) 利用“独立单元信息，在清楚描述产品信息的同时，既能简化产品模 型，又能用一种统一方式描述产品所有信息。 ( 4 ) a m f b 模型是一种包含有足够信息“线索 的结构和关系的集合，可 以由模型提供的“线索 高效地找到有价值的信息，满足产品生命周期各阶段的 信息需求。a m f b 模型不但能对产品信息进行合理有效的描述，而且可以描述和 定义这些数字化信息之间的相互关系。 2 4 智能体研究 智能体是“一元四体 产品信息模型的重要组成部分，负责系统的自我生长 与进化，主要功能是实现模型信息的重用与继承，为产品生命周期各阶段提供智 能化信息重用支持，反映模型信息能够被重复利用的能力，其体系结构如图2 2 所示。 提供相 图2 2 “一元四体”模型智能体的体系结构 重用( r e u s e ) 是计算机领域的重要概念，也是系统开发过程中不可忽视的问 题。一个旧系统从开始应用到最终被新系统取代会产生大量的数据，有过程性和 历史性的数据，也有基础性的数据，这些数据是积累下来的宝贵资源。如果能有 效地、直接或间接地再利用这些数据，则可以节省企业的投资，加快新系统的开 1 2 硕十学位论文 发进度，甚至还可以通过数据挖掘等技术，发现企业管理中的规律、问题与不足。 因此研究数据重用问题具有实际应用意义。