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西北工业大学硕士学位论文基于网络的工业设计信息系统的研究与实现 摘要 本文课题来源于国家科技部( 8 6 3 a 类) 项目“面向产品创新的计算机 辅助概念设计技术的研究”。论文以分析工业设计师在设计中所需要的信息辅 助为出发点，在深入研究信息系统原理，工业设计理论知识和网络数据库技术 的基础上，运用软件工程和结构化分析方法提出了种合理的面向工业设计的 信息系统框架。该系统采用b s 体系结构，运用i d e f 方法进行了功能建模， e r 方法和3 n f 方法设计了相关的数据库。通过系统原型的实现。验证了该系 统不仅具有提供基本信息查询的功能，而且能在知识转化、信息获取与交流等 更高层次上辅助设计师及其设计过程。这种面向工业设计领域的信息系统促进 了信息的交互和管理，提高了工业设计师的设计效率和设计质量。 关键词：工业设计信息系统网络数据库结构化分析方法 西北工业大学硕l ：学位论文基于网络的工业设计信息系统的研究与实现 a b s t r a c t t h i sp a p e rs t e m sf r o mt h er e s e a r c ho fi n n o v a t i o n o r i e n t e d c o m p u t e r - a i d e d c o n c e p t u a lp r o d u c td e s i g nt e c h n o l o g y , w h i c h i so n ec a s eo ft h en a t i o t l a l h i 曲 t e c h n o l o g yr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tp r o g r a mo f c h i n a ( 8 6 3 a ) a tf i r s t ，t h ep a p e ra n a l y z e st h ea i dn e e d e db yd e s i g n e r si nt h ed e s i g n i n g p r o c e s s ， t h e nar e a s o n a b l ei n f o r m a t i o ns y s t e mf r a m eo ni n d u s t r i a ld e s i g nf i e l di sa d v a n c e d o nt h eb a s i so fp r i n c i p l e so fi n f o r m a t i o ns y s t e m ，t h e o r i e so fi n d u s t r i a ld e s i g na n d n e t w o r k b a s e dd a t a b a s et e c h n o l o g y t h ei n d u s t r i a ld e s i g ni n f o r m a t i o ns y s t e mi s b a s e do nb ss t r u c t u r e t h ef u n c t i o nm o d e l i n gi se s t a b l i s h e db yi d e fm e t h o d t h e d a t a b a s ei sd e s i g n e dw i t he rm e t h o da n d3 n fm e t h o d w i t hr e a l i z i n gt h es y s t e m s p r o t o t y p e ，i th a sb e e np r o v e dt h a tt h i ss y s t e mc a na i dd e s i g n e r si nd i l t e r e i a tl e v e l s ， s u c ha s k n o w l e d g et r a n s f o r m a t i o n ，i n f o r m a t i o na c q u i r e m e n ta n dc o m m u n i c a t i o n t h er e s u l tc o l - m r n l st h a tt h ei n d u s t r i a l d e s i g ni n f o r m a t i o ns y s t e m c o u l da i d d e s i g n e r s i na h i g h e rl e v e l ，e n h a n c e t h et r a n s f o r m a t i o na n d m a n a g e m e n t o f i n f o r m a t i o na sw e l la si m p r o v et h ed e s i g ne f f i c i e n c ya n d q u a l i t y k e yw o r d s ：i n d u s t r i a ld e s i g ni n f o r m a t i o ns y s t e m n e t w o r k b a s e dd a t a b a s e s t r u c t u r a la n a l y s i s l l 西北工业大学硕 一学位论文基于网络的工业设计信息系统的研究与实现 第一章绪论 1 1 计算机辅助工业设计的发展现状 1 9 世纪下半叶英国的“工艺美术运动”中，威廉莫里斯( w i l lj a n m o r r i s ) 等提倡技术与艺术相结合，从此工业设计开始蓬勃的发展起来。现代工业设计， 在提倡艺术与技术的结合的基础上，更提出了艺术与科学相结合的新概念。网 络和信息技术的的飞速发展为艺术与科学的结合，提供了更广阔的天地。艺术 与科学开始在广阔的新天地里，创造出更加辉煌的新篇章。 - 工业设计的定义，目前被广泛采用的是国际工业设计协会联合会( i c s i d ) 在 1 9 8 0 年的巴黎年会上修正的：就批量生产的工业产品而言，凭借训练、技术知 识、经验及视觉感受而赋予材料、结构、形态、色彩、表面加工及装饰以新的 品质和资格，叫做工业设计。”通常来讲，所谓工业设计，又叫工业造型设计， 是科学技术与没学艺术相互渗透、交叉和结合而形成的，以现代化批量生产的 工业产品造型设计为主要研究对象的一门综合性边缘新兴学科。 计算机辅助工业设计( c o m p u t e ra i d e di n d u s t r i a ld e s i g n 简称c a i d ) ， 是计算机辅助技术( c a ) 与工业设计( i d ) 的有机结合而形成的一项新兴的技术。 它以成熟的计算机辅助设计( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n 简称c a d ) 技术为基础， 以提高工业设计的质量和效率为目的，将工业设计理论与c a d 技术有机结合起 来，是一种与工业设计的特点及工业设计师的设计方法和设计思维相适应的辅 助设计技术。c a i d 以工业设计理论知识为核心，借助计算机辅助技术，使设计 的全过程都在计算机上进行模拟和仿真，从而加速了技术与艺术的结合，缩短 了产品研发过程，提高了效率，更进一步的证实了艺术与科学的紧密结合给我 们带来的巨大效益。 信息时代是一个知识与信息爆炸的时代，准确、快速地获得技术知识与需 求信息是工业设计产品成功抢占市场的致胜要点。现代设计之不同于传统的设 计，是由于市场、竞争和技术进步形势的变化，它比过去任何时候都更加依赖 于新知识的获取。因此资源共享成为信息时代工业设计的一个重要特色，可以 共享的资源包括计算资源、信息资源、智力资源的共享以及部件重用( 高效利 用资源) 和以往的设计经验( 成功或失败) 与设计方案。我国存在着相当一批 可以支持在设计产品中获取新设计知识的资源或潜在资源。与工业发达国家的 企业不同，这些资源大多存在于科研院所、大专院校、国家和部门的重点实验 室、工程研究中心等等机构中。由于种种原因，这些资源没有能够转化成生产 西北工业大学倾士学位论文基于网络的工业设计信息系统的研究与实现 力，如不及时利用，很可能就永远失去了进入市场的机会。资源共享可以为解 决这一问题提供极大的便利。 目前，国外关于计算机辅助工业设计的研究主要体现在以下几个方面：设 计研究( 设计思维、设计理念、认知模式等) 、草图设计、产品建模( 建模方法、 效果渲染等) 、概念设计、系统集成( c a i dic a d c a e c a p p c a m p d m ) 等。 而国内对于c a i d 的研究主要是传统的工业设计运用、c a i d 技术研究以及支持 c a i d 的高新技术研究。( c a i d 系统开发，并行设计、协同设计、虚拟现实 等) 如：我们西北工业大学工业设计研究所承担的国家“九五”、“十五”攻 关课题典型机电产品现代造型设计技术及应用。 而对于网上的工业设计技术支持与服务在国内外都是刚刚起步。目前的一 些网上的工业设计业务大多是一些个人设计师的网站，业务范围也非常有限， 设计师在个人主页上展示作品，发布广告，承接网上业务。基于网络的工业设 计信息系统的内涵远远不止这些。 1 2 课题来源及主要研究内容 本文课题来源于国家科技部( 8 6 3 a 类) 项目“面向产品创新的计算机 辅助概念设计技术的研究”，是计算机辅助工业设计( c a i d ) 软件系统“中华 设计”软件的一个子系统。 “中华设计”计算机辅助工业设计软件系统( 简称“中华设计”) 是我们西 北工业大学工业设计研究所和c a dic a m 国家专业实验室合作研究开发的面向 机电产品工业设计的软件系统。“中华设计”软件系统包括形态设计、色彩设 计、人机操作部件设计及人机分析、评价、图库等模块。 原有的中华设计软件是作为单机版开发的。而工业设计信息系统是基于网 络的，可作为中华设计软件的有益补充。它可以作为中华设计软件的网络支撑 和信息平台，使得中华设计系统能在更高层次上对设计进行辅助。这一系统的 开发填补了国内行业空白，是一项具有原创意义的成果。 据了解，目前国内尚无同类问题的研究。因此，本课题处于基础与前沿的 原创性研究水平上。( 如：系统模块的规划与数据库的建立等) 论文工作以软 件工程为依据，研究并构建工业设计信息系统。主要经过了系统的可行性研究、 需求分析、总体构建、系统模块的详细设计，数据库的建立和网络环境下的系 统实现等阶段。 论文的主要内容如下： 1 ) 结合中华设计软件，归纳总结了工业设计领域内所需要的知识内 2 西北工业大学硕士学位论文基于嘲络的1 二业i 5 2 计信息系统的研究与实现 容。合理的分析、组织、分类使其能够以最简洁的方式表示出来 并建库。达到了初步实用要求。 2 ) 通过分析比较当前流行的各种w e b 数据库访问技术，设计了一种 适合于工业设计的b s 系统的网络数据库解决方案。采用o d b c 、 a s p a d o 技术实现数据库访问，并编程实现。 3 ) 在需求分析以及可行性研究的基础上建立了相对完整的系统构架。 提出了建立项目网站、丁业设计服务中心等思想。并合理划分模 块，使系统的开发与建模科学化、规范化。 4 ) 建立相对完善的数据库，适应现代工业设计的参数化、多信息要 求，并为今后开发建立相关工业设计知识库、专家库等奠定了基 础。 5 ) 在优选网络环境下的系统方案与实现技术的基础上编程。建立丌 放式工业设计信息系统原型。有利于今后进一步改进和充实系统 的内容。 1 3 基于网络的工业设计的信息系统 我们知道，产品的开发设计流程是这样的：第一步，市场调查及调研；第 二步，提出创意；第三步，方案设计；第四步，方案确定；第五步，模型制作； 第六步，方案实施；第七步，批量生产；第八步，投入市场；第九步，信息反 馈。这样一个循环往复的过程。 从产品开发流程及工业设计发展趋势来看，现代工业设计发展的动力与导 向主要来自三个方面：市场因素、技术因素、设计师的素质。越来越激烈的 市场竞争，使市场对于工业设计的需求也越来越迫切。新材料、新器件、新结 构、新工艺都会导致新产品的出现。另外，设计师的创造能力、审美能力、表 达能力等都影响着工业设计的方方面面。 设计是一个复杂的过程，要涉及到很多领域内的知识如：工业设计的基础 知识、美学法则、人机工程学、色彩学、市场信息、制造信息等。和许多新型 交叉学科一样，工业设计的特点是：牵涉到的知识领域广，需要借助和参考大 量的信息。如：涉及到了c a d 技术、人工智能技术、多媒体技术、虚拟现实技 术、优化技术、模糊技术、人机工程学等信息技术领域。“。当今社会是一个科 技高速发展的时代，瞬息万变的市场要求和个性化设计的兴起，使得工业设计 师每从事一项产品设计都要参考大量的信息和数据。而任何一个工业设计师都 不可能对各个领域内的知识都了如指掌。但是，到目前为止，国内致力于从信 西北工业大学硕士学位论文 基于网络的工业设计信息系统的研究与实现 息层面对t 业设计进行辅助的研究并“i 多。一般的c a i d 应用软仲多注重产品造 型、渲染等功能的实现，没有相应信息资源系统的支持。在以往的丌发- h 相 同的信息被不l 叫的j 1 ：发组生成多次并且有不同的数据结构。以致加大了j i ：发 的工作量，还未能收到应有的效果。另外，有些丁业设计信息是公共资源，比 如一些符合囡家标准的人机部件、人体参数等，是上业敬计行q k 共享的资源， 如何实现这些资源的合理0 享也足目前首要解决的问题。 综上所述，建立一个基于测络的工业设讣信息系统，实现设讣资源的完备 性和共享性并在一定层次一卜对改计进行辅助，这对于设计师了解和把握最新的 制造、市场等信息，参考设计桐关标准，以便做出实用、经济、荚观的设计， 都有着重人的意义。 所谓信息系统i s ( 1 n f o r m a t o ns y s t e m ) ，是指在某一环境i i i ，为完成某种 信息管理的特定目标而由若十硬件设备、软件及有关人员有机组合的系统，它 具有系统的整体性、层次性、有关性、目的性及环境适应性等特征，是对信息 进行收集、传输、存储、处理、维护和使用的系统。以计算机技术和现代通 信技术为手段的信息系统，称为计算机信息系统，通常简称信息系统。目前， 信息系统已被广泛的应用于很多领域，如用于制造系统的称为制造信息系统， 用于地理研究的称为地理信息系统，用于工业设汁领域的称为工业设计信息系 统。 信息系统，按其功能与要求的升i 同可以行很多的层次。一是信息检索 ( i n f o r m a t i o nr e t r i e v i n gs y s t e mi r s ) 系统。它是最低层次的信息系统， 仅供使用者学习和查询有关信息。二足管理信息系统m i s ( m a n a g e m e n t i n f o z l l l i ：l t i 0 1 s y sl e m ) 它是在i r s 基础上发展起来的较完备的信息系统。它1 i 仅用计算机高效处理数据，i n 且有数据库的支持，能够为企、i k 或组织的佾l k 、 管理和决策提供信息支持。三足决策支持系统d s s ( d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ) ， 比m i s 史高一层。它运用数据库、模型库、知识库、埘话库、图形库等信息技 术，支持改计决策者进行决策。d s s 主要是解决非结构化和半结构化的问题。四 足主管支持系统e s s ( e x e c u t i v es u p p o r ts y s t e m ) 足针对规模庞大的组织，专 门为企业的设计管理者或者经理构建的。 苍于j i ：发专门的上q k 设计信息系统在囡内还属首次，再加| j 人力、物力的 限制等凶索，工业设计信息系统作为一个原型，仍属丁探索阶段。凶此，我们 把研究的目标定f 讧于信息系统的第一二层，也就是管理信息系统的层次。我们的 目的是运用软件二程原理，把信息系统技术0 l 入到工q k 改汁领域提、规划 和建立起以工业设计理论知识为核心的信息系统原型。这一课题本身就是一个 4 西北工业大学坝l 二学位论文基于网络的工业设计信息系统的 昨究与实现 创新性的研究。 简而言之，本论文的研究意义主要有以下几点： 1 ) 选题面向国内急需，适合我国国情。工业设计在我国的发展只有短短几十 年的历史，与很多发达国家相比还有很大的差距。本系统的研究有助于快 速改善目前国内设计水平偏低、设计效率较差的局面。 2 ) 工业设计信息系统的框架建立具有定的普遍性。但研究重点是面向机电 产品的，又具有一定的针对性。提出了把信息系统技术引入工业设计这一 新兴交叉学科的理念。可以在信息辅助的层面上，给设计者提供更多的参 考。 3 ) 网络技术的成功应用增强了整个系统的开放性。使不同层次的设计人员、 决策人员甚至用户都能够快速普及设计知识、参与设计讨论、评价设计作 品等。使设计活动由一种封闭、单一的形式转为网络环境下的互动、共享 的形式。 4 ) 本课题的目标之一是建立工业设计信息系统原型及相关数据库等。为将来 进一步建立知识库、模型库、对话库、图形库，开发d s s 甚至e s s 打下了 基础。 西北工业大学硕士学位论文基于网络的工业设计信息系统的研究与实班 第二章工业设计信息系统的系统分析 2 1 可行性研究 迄今我国的软件开发仍然存在很多问题。不同程度的软件危机现象使得我 们不得不对以往的系统开发方式进行改进。引入软件工程来从事系统开发，就 是要合理重视开发前期的调查研究工作，不能盲目的急于编程。避免不必要的 重复工作和系统维护。工业设计信息系统的构建，就是首先应用软件工程和系 统工程方法来解决问题的。 1 9 8 3 年，i e e e 给出的软件工程定义为；软件工程是开发、运行、维护和修 复软件的系统方法。其中，软件的定义为：计算机程序、方法、规则、相关的 文档资料以及在计算机上运行时所必需的数据。软件丁枵包括三个要素：方 法、工具和过程。 软件工程方法为软件开发提供了“如何做”的技术。它包括了多方面的任 务，如项目计划与估算、软件系统需求分析、数据结构、系统总体结构的设计、 算法过程的设计、编码、测试以及维护等。软件方法常用某一种特殊的语言 或图形的表达方法及一套质量保证标准。软件工具为软件开发提供了自动的或 半自动的软件支撑环境。已经有人把诸多的软件工具结合起来，使得一种工具 产生的信息可以为其他的工具所使用，这样建立起一种被称之为计算机辅助软 件工程c a s e ( c o m p u t e ra i d e ds o f t w a r ee n g i n e e r i n g ) 的软件开发研制系统。 软件工程的过程则是将软件工程的方法和工具综合起来达到合理、及时的进行 计算机软件开发的目的。过程定义了方法使用的顺序、要求交付的文档资料、 为保证质量和协调变化所需要的管理，即软件开发各个阶段完成的里程碑。 软件工程就是包含上述方法工具及过程在内的一些步骤。总而言之，在软 件开发过程中实施软件工程的目的就是从技术上和管理上采取多项措施后，最 终希望得到软件开发项目的成功。也就是说：付出较低的开发成本：达到要求 的软件功能；取得较好的软件性能；开发的软件易于移植；需要较低的维护费 用：能按时完成开发工作，及时交付使用。 因此，工业设计信息系统在系统构建的初期，就全面把握系统的开发流程， 随时了解并调整用户需求，建立相对完备的文档资料。所有这些，都是开发一 个好的软件的必备条件。在工业设计信息系统开发中引入软件工程的方法，改 变了传统的作坊式开发所带来的一些弊病。如：重开发轻调研，系统总体性差， 返工率高，维护工作量大，不易扩展等问题。 西北工业大学硕士学位论文 基于网络的工业设计信息系统的研究与实现 按照软件工程学中软件生命周期理论，软件生存期有不同的模型，但大都 可以分为以下几个阶段，即：可行性研究和计划、需求分析、概要设计、详细 设计、实现、组装测试、确认测试、使用和维护。 在软件工程中，可行性研究的目的是用最小的代价在尽可能短的时间内确 定问题是否能够解决。也就是说，研究在当前具体条件下，开发这个系统是否 具备必要的资源和其他条件。 在当前情况下，开发工业设计信息系统，既符合时代与潮流的发展，又解 决了国内急需，可以进一步推动工业设计在我国的发展。西北工业大学工业设 计研究所近年来一直致力于c a i d 系统的研发工作。在八五、九五期间，开发了 典型机床机电产品造型设计项目中华设计r 1 0 。在机电产品造型方面，人 机工程分析方面、以及色彩、制造信息的收集整理方面都有很多的工作积累。 如：常用材质库、色彩库、典型产品实例库、灯光模板库、整机实例库等。其 中还有相当一部分是已经加工整理好的信息。都是工业设计信息系统的原始资 料，为我们开发工业设计信息系统奠定了基础，提供了参考。另外，我们还有 一批多年从事工业设计研究的专家、教授和研究生，强大的科研队伍是从事工 业设计信息系统开发工作的根本保证。 从技术方面来讲，把信息系统和工业设计结合起来研究还属探索阶段。但 是，国内现已开发了很多相关行业的信息系统，西工大通过完成国家8 6 3 项目， 已积累了很多的成熟经验。已有的成功案例可以作为我们参考的榜样。在技术 路线的选择上，我们采用较为成熟的结构化分析法、i d e f 分析法建模，选用相 对容易入门的a s p 语言编程，这些技术都已经成熟化，所有这些都证明从事工 业设计信息系统的开发已经具备了技术条件。 2 2 需求分析 需求分析是软件开发中很重要的一步，个软件是否能达到使用要求，是 否有实际意义就在于需求分析是否能够做到位。否则，所有的工作都将成为空 中楼阁，浪费人力和物力。为了开发出满意的软件系统，开发过程应该分为两 大阶段进行。第一阶段是正确的确定问题，第二阶段才是为问题寻找合适的解 答。 需求分析的过程是：问题识别、分析与综合、编制需求分析阶段的文档、 需求分析评审。需求分析的任务就是借助于当前系统的逻辑模型导出目标系统 的逻辑模型，解决目标系统“做什么”的问题。其实现步骤为：“ 1 ) 获得当前系统的物理模型 西北工业大学硕士学位论文基十蹦络的工业设计信息系统的训究与实现 2 ) 抽象出当前系统的逻辑模型 3 ) 建立目标系统的逻辑模型 4 ) 补充目标系统的逻辑模型 需求分析阶段研究的对象是软件项目的用户需求。要求是必须全面理解用 户的需求，但又不能全盘接受用户的需求。因为并非所有用户提出的全部要求 都是合理的，很多用户对计算机机数据库方面缺乏认识。所提需求中有些模糊 的要求还需要澄清，然后才能决定取舍。 准确的表达被接受的用户需求，是需求分析的一个重要方面。只有经过确 切描述的软件才能成为软件设计的基础。根据需求分析的这些原则，我们首先 从产品开发的全过程出发，研究了工业设计信息系统究竟应该“做什么”的问 题。 2 2 1 工业设计信息系统需求 要确定系统的需求，首先要从当前的工业设计行业现状及其所存在的问题 着手分析。由于工业设计在中国起步较晚这一众所周知的原因，目前的c a i d 主要停留在对计算机辅助设计工具的应用上，而对于设计师在创意、概念形成、 以及设计信息的获取、交流上进行的辅助研究的很少。 就产品设计而言，准确有效地提取知识和信息己成为成功开发产品的关键。 设计活动涉及到的信息和标准多而庞杂，且不易查找。据估计，设计者平均要 用3 0 4 0 的时间来寻找合适的信息而非从事具体的设计任务。因为，知识和 信息充斥到设计制造整个过程，包括早期概念设计、详细设计和制造等。事实 上，一个产品的创新并不等于构成这个产品的所有组成部分都是全新的。统计 表明，一个新系列的产品开发可能会承袭8 0 的老产品的成果，通过对产品信 息的有效管理和充分利用，将大大加快产品创新的速度，降低产品成本。因而 急需一个统一的知识平台，实现设计信息的资源共享。随着工业设计的不断发 展，日益复杂的设计活动涉及到不同领域的专业人才，而非一个人的能力所及。 它需要不同的设计师和不同方面的人员组成设计项目组合作进行。这些相关人 员又往往是分散在世界各地，而网络恰好是提供信息资源和交流沟通的便捷途 径。 经过研究，可以确定工业设计信息系统需求有如下几点： 1 )工业设计服务中心 主要包括与产品创新开发关系密切的专业技术服务中心，如： 现代产品开发相关知识：有关产品开发的基础知识、基本原理、方 法和技巧等的研究和应用。 西北工业大学硕士学位论文基于删络的工业设汁信息系统的研究与实现 技术发展动态：即使跟踪国内外产品造型方面的最新发展趋势，如 各种创新技术与开发工具发展情况，新材料、新工艺、新技术的应用， 优秀产品设计方案，风格时尚取向等。 学术交流园地：面向有关产品开发各方面的交流平台，包括工程师、 设计师、工艺师、市场营销人员、产品用户、专家、领导、教师、学生 等。通过不同方面的人员针对某一问题的研讨和交流，可以集思广益， 有利于问题的完美解决，也是学习培训的好途径。 网上服务平台：主要包括企业资源共享、市场需求信息、制造资源 信息等。 2 )项目网站 以特定的产品为对象，以产品的开发任务为网站动力，与产品丌发有关 的部门与人员以网站为中心，相互协作，共同参与到产品的各个开发过程中 去。选择若干产品或企业，进行应用示范，培育应用环境及服务公司。按照 项目网站的思想，针对服务对象分别建立相应网站，辅助客户的网上合作开 发。根据合作的深入程度，可以是紧密型的，也可以是松散型的。 3 ) 产品开发网上资源 产品开发资源：主要面向产品设计师，提供各种设计资源，包括各 种优秀的产品方案、可重用的模型数据、效果表现所用到的资源。如材 质、色彩配置、灯光等资源，有利于激发设计师的创新思维，加快开发 过程，实现资源的优化、共享与重用。主要包括以下几个方面的资源库： 部件库( 标准部件库、人机部件库、常用部件库、) 人机数据库 材质库 色彩库( 色彩配置方案库、重用色彩库、色卡库) 灯光模板库 产品图片库 装饰标志库 在线技术手册：交互式电子技术手册工具，便于用户在线查询和检 索，也是自学习的有力工具。主要包括以下几个方面： 造型设计手册人机数据手册 色彩设计手册常用材料手册 常用工艺手册国家标准手册 西北工业人学颁仁学位论文头于蹦络的工业设计信息系统的 i ) f 究与实现 2 2 2 信息资源角度的需求分析 要确定设计过程中所涉及到的信息，首先对设计过程做一个详细的分析。 我们知道，工业设计是一项综合性的规划活动，是一门技术与艺术相结合的学 科，是功能与形式、技术与艺术的统一，同时受环境、社会形态、文化观念以 及经济等多方面的制约和影响。工业设计是一个复杂的以设计师为主导而进行 的循环迭代过程。设计过程是一个互动的过程，要用到不同领域内的知识， 涉及较多的知识表现形式。 通过对一般产品进行c a i d 的过程的研究，可得工业设计过程中所需要的信 息。计算机辅助工业设计的流程如图2 - i 所示。 图2 - i 计算机辅助工业设计( c a i d ) 流程| 璺 由图中可知，设计过程是一个不断查询相关信息，获取相应知识，在参考 大量设计蚤料的基础上进行创新的活动。在设计活动进行之前，首先要做市场 调查，了解相应的市场动向。在概念设计形成阶段，参考相应的设计资料可以 西北工业夫学坝士学位论文基于网络的工业设计信息系统的研究与实现 开阔思路，得到启发。对机电产品而言 范更是保证设计质量的前提条件。因此 工业设计的全过程。 在结构设计阶段参考相关的标准、规 对信息资源的依赖贯穿于计算机辅助 除此之外，工业设计还有一些自身独有的特点，决定了其对信息的不同需 求。 1 )工业设计是以工程技术和美学、人机工程学等相结合为基础的设计。工 业设计首先要满足人们物质上的需求，即设计的产品是以满足人们使用功能 为最终目的。仅机电产品的设计而言，就涉及到工程材料、结构、加工工艺、 电路控制等机电工程领域内学科的知识。不同于一般的工程设计之处在于， 工业设计还必须满足使用者的精神需求，即充分考虑产品对人们的生理、心 理上的作用，考虑产品与使用者之间的相互关系。因而，在设计过程中，对 不同领域内的知识的整理和转换有较高的要求。 2 ) 工业设计是以现代化大生产为基础，以机械化、标准化、系列化生产为 条件，以满足多数人的需求为目的。因此，工业设计的对象不是手工业生产 或单件产品，而是具有一定批量的工业产品，必须符合机械化生产的要求。 即产品设计具有系列化与标准化的特点。 3 )工业设计的对象是实用产品，它必须通过市场流通来达到它的目的，必 然要受到市场的制约。因而，其设计的产品要具有强有力的市场竞争力，产 品的设计要易于改变和提高更新换代速度。所有成功的工业设计产品，都要 满足实用、经济、美观的原则，都与市场需求密切相关。 从以上分析中可知，设计师在整个设计过程中需要不断的查询、参考不同 领域内的知识。包括工业设计基础知识( 美学法则、工业设计史、形式美法则等) 、 市场信息( 企业资源信息、市场需求信息、制造资源信息等) 、制造信息( 工艺、 材料、技术等) 。这些知识大都在不同的领域内，有不同的表达方式和知识结构。 因此，将设计过程中所需参考的信息，即工业设计信息系统的数据域，归纳如 下： 工业设计基础知识 人机工程知识 市场信息 制造信息 在这几类信息中，既有基础知识，又有参考数据，还包括一些手册、实例 等。它们分属于工业设计信息系统的不同模块。 1 ) 工业设计基础知识对于那些初次参与工业设计的人员来讲，首先必 西北工业大学硕士学位论文基于网络的工业设计信息系统的 j | = 究j j 实现 须了解工业设计的基础知识。有利于他们更快的掌握工业设计的原则和思想方 法。这些知识，能使他们整体把握历史、文化、创新以及传统、地域、风俗等 和设计的关系。查看大师的优秀作品及其历史评价，可以得到启迪，有利于使 设计师在继承历史的前提下，开创新的设计思想和设计风格，领悟工业设计的 内涵。 这一部分的内容主要包括：工业设计史知识、美学原则、文化背景等。其 中，工业设计史知识主要包括时代特征、设计风格、著名设计师、设计史上有 一定影响的设计著作和设计作品等。而美学原则包括色彩、比例、尺度、均衡、 稳定、对比、变化等各种形式美法则。文化背景主要包括各个国家、地区的历 史文化背景和风俗习惯等内容。这一部分信息的形式主要是文本、图片等。 2 ) 人机工程知识用人机工程的原则进行设计是实现人性化设计的保 证。人机工程学可提供人体结构各方面的科学参数，力求达到产品设计的合理 性，同时它还注意产品的功能与人的生理、心理结构的协调，也为人的审美提 供可靠的基础。设计的目的是为人而设计，设计的原则是以人为本。如何使 产品更具人性化，更能适应人的要求，更好的为人服务，达到人机一环境的 协调统一，这都是人机工程学的内容。特别是机电产品的设计中，人体测量尺 度、肢体动作特征、作业空间范围等对于产品操纵部件、显示器件、以及工作 空间的设计都有着直接的影响。 这一部分的内容主要包括：人机工程基本理论、人体特征参数信息、产品 功能及结构信息、机床产品人机零部件信息、常用操作部件参考、人体活动范 围、人体感知范围等。这一部分信息的形式主要是表格数据等。 3 ) 市场信息面向工业设计师的市场信息使设计师能更快更准的把握市 场动向，了解最新设计元素，以便引导潮流，设计出既具有时代感又传承文化 传统的作品。 这一部分主要包括：整机实例、零部件信息、市场动向、材料及部件价格 等内容。 4 ) 制造信息制造信息在设计过程中占有重要地位，尤其是机电产品的 设计。只有在充分了解了产品的结构、材料、加工、制造等各方面的特性以及 价格等因素之后，才能根据具体情况设计出经济、美观、实用的产品来。否则， 只能做概念设计。设计出的产品必然无法推向市场，不能给研制和生产企业带 来效益。 这一部分是有关常用材料、常用工艺、加工方法、规范化、标准化等的信 息。这部分信息内容是多元化的，既有文本、图片又有表格数据，还有各利哟 ! 2 西北工业大学硕i 学位论文 基于网络的工业设计信息系统的 i j 究与实舭 束等。 根据上文提出的信息系统需求，按照以下方式对工业设计信息系统进行需 求分析。 首先，我们使用结构化分析方法s a ( s t r u c t u r e da n a l y s i s ) 来进行原型系统 的分析，在此基础上做出一个原型系统。然后，再根据需求分析的进一步完善， 对原型系统进行不断的修改。使其逐步满足用户的需求。 对应于系统需求分析的结果，建立相应的系统数据模块。也就是浣，把工 业设计信息系统划分成以下几个数据模块：工业设计基础知识模块、人机工程 模块、市场信息模块、制造信息模块、w e b 服务以及系统管理模块。具体的信息 资源的化分形式如图2 2 所示。 圈2 - 2工业设计信息系统信息资源图 2 2 3 功能特性角度的需求分析 工业设计信息系统所应具备的基本功能是对相关信息资源的管理和查询， 把不同知识平台内的信息以合理的形式组织起来，整个系统必须是开放性的、 可扩展的、可重用的。从功能特性来讲，主要有以下几点： 1 ) 启发性：通常，一个新系列的产品开发可能会承袭8 0 的老产品的成 果通过对产品信息的有效管理和充分利用，可以加快产品创新的速度， 西北工业人学坝f ：学位论文 基十网络的_ t 业设计信息系统的圳究与实现 降低产品成本。因而，丰富的资源对设计师产生创意是很有启发的。从信 息参考的角度来看，工业设计信息系统应备有产品图片库、灯光模板库、 装饰标志库、部件库、整机实例库等。以各设计人员查询参考。 2 )参考性：在设计中有效的利用已有的设计资源，参考最新的市场信息、 制造信息以及设计动态等。能够保证设计出的产品不仅在审美上有一定的 造诣而且在功能、市场以及宜人性等方面都有较好的性能。尤其是对机电 产品造型设计这样一项与制造紧密相关的设计活动来说，大量参考各种信 息和标准以及现有的成熟经验和方法是必要的也是必需的。 3 ) 开放性：在信息技术与网络技术飞速发展的当今社会，封闭就意味着 落后。设计更是一个必须紧跟潮流甚至引导潮流的活动。计算机与数据库 技术的飞速发展使得我们必须为工业设计信息系统留有一定的接口，以备 将来在此原型上进一步开发扩展。留言板、b b s 论坛、项目网站、文件上 传、数据维护、用户权限管理等都使得本系统能够不断丰富自己的内容。 另外，随着设计信息与经验的积累和补充，还可以进一步建立知识库、专 家库等专用库。 4 ) 安全性：i n t e r n e t 是一个开放的国际性网络，而系统中有大量的信息 通过网络来交流，所以应当采取适当的安全措施，既不影响正常的信息交 换的需求，又不至于引入一些不安全信息而导致系统崩溃。这就需要用户 认证、权限设置等功能。 5 ) 有效性：不同知识平台内的信息必须采用合理的组织、表示方式。信 息的组合必须实现集成化，信息建模应使信息有机的组织在一起，使信息 的查询与访问简便快捷，信息冗余小。只有这样，才能真正实现方便快捷 而且准确的查询，体现信息系统的优越性。 从网络信息交换角度来看。按照设计过程中对设计信息需要的深度不同， 可以将基于网络的设计活动信息交互分为互联、互换、半互操作与互操作四种 类型。互联是信息交互程度最低的一种，是指在网络上，依据一定的检索方法 对信息进行查询、浏览的过程。互换是指通过互联操作，在资源库中存入所需 的产品信息，当该信息恰好可以完全满足当前设计任务的要求时，通过一定指 令将其从网上下载至本地机，直接用于设计活动的过程。通过互换操作，可以 实现不同企业或不同设计人员之间设计资源的共享和使用。半互操作指查询到 的设计信息不能满足查询方当前设计任务的需要，这时需要将该信息下载到本 地机，经过修改和变型使之满足设计要求。( 此时，修改的前提是修改者必须有 修改权限) 将修改后的结果放入库中使之成为可重用设计资源，供设计人员用 两北 _ 业人学坝 学位论文 基十叫络的丁业设计f 占息系统的川艽。j 实脱 于设计活动的过程。互操作是信息交互的最高层次，指不同用户借助于先进的 计算机技术及网络环境，对同一信息实时进行修改和操作的过程。与前三种操 f 乍- 4 r i 比，互操作过程强调在共享、使用及其修改基础上的实时操作，能满足工 程的需要。 通过上述四个层次的信息交互方式，可以大体解决工业设计信息系统中信 息传递与共享的基本要求。 l5 西北工业大学硕士学位论文基于刚络的工业设计信息系统的 i 】| = 究与实现 第三章工业设计信息系统总体设计 3 1 信息系统的构建方法与开发流程 信息系统的建模方法很多，主要有生命周期法、快速原型法和面向对象的 方法。 生命周期法是一种传统的开发方法。它要求在软件开发之前就必须定义和 描述系统的需求。开发过程必须严格的按阶段进行，十分注重系统的整体性和 层次性需求。因而又被称为软件开发的瀑布模型，它的主要缺点是开发过程是 单向串行的，这使得需求分析难以把握。快速原型法则是设计者在初步了解应 用需求的基础上构造、设计、开发一个应用系统模型，即原型。用户和设计者 在原型的基础上共同探讨完善方案，设计者根据方案对原型进行修改，得到新 的原型，再向用户征求意见，直到取得满意的软件时为止。这种方法的优点是 用户可以直接参与。缺点是：构造最初的原型系统非常困难，开发进度、质量 和经费也难于控制。面向对象方法认为事务是相对独立的对象的集合，对象之 间通过消息相互通讯，对象通过消息而被激活。因此，面向对象是以数据为中 心的开发方法。这种方法清晰自然、便于扩充和代码重用，软件工具较多等优 点。缺点是在系统分析阶段用这种方法进行抽象比较困难，系统的整体观较弱， 往往导致所设计的系统对象个体性能突出，但系统整体综合性能不理想。 以上几种典型的开发方法各有优缺。我们在设计工业设计信息系统的开发 方法时，不拘泥于已有的形式。而是根据具体条件，找出适应工业设计行业自 己的设计方法。由需求分析可知，工业设计信息系统开发涉及到的信息量大， 信息结构复杂，需求难以确定，数据结构多，数据处理过程相对简单以及丌发 时间短、任务量大等特点，要建立一个比较完善的信息系统，可以把以上几种 方法有机的结合起来，相互补充，达到最优效果。具体做法如下：生命周期法 作为一种常用、有效的开发方法，可以保证系统的整体性，作为开发全过程实 行管理和控制的有力工具。快速原型法能够尽快的较精确的确定用户需求，用 来作为生命周期法需求分析阶段的补充。面向对象法支持基于构件的软件构造 技术，可使用很多的重用代码，丌发效率较高。因而可作为生命周期法中概要 设计、详细设计和实旌阶段的辅助方法。 这样，我们就可以把工业设计信息系统的构建方法与开发流程总结如图3 l 所示。 l6 西北工业人学坝卜学位论文基于网络的工业设计信息系统的 ! 究与实现 圈3 - i工业设计信息系统开发流程图 采用这样的系统构建方案，初看起来似乎整个系统很复杂，加大了工作量， 尤其是前期投入的工作量。其实，这正是强调了分析阶段的重要性。避免了开 发阶段和维护阶段的大量重复工作。对于首次引进信息系统技术的工业设计领 域而言，这样开发系统有利于把握全局，明确方向，随时调整系统结构从而最 大程度上适应需求。对整个系统开发而言，与单纯使用一种建模方法相比是利 大于弊的。 3 2 信息系统总体构建 软件分析阶段的主要工作是确定系统“做什么”。而软件设计阶段的任务就 是处理“如何做”的问题。设计要从一系列可能的解决方案中找出最好的解决 l7 西北工业大学硕1 ：学位论文 基于唰络的工业设计信息系统的究与实现 方案，所以软件设计是“选择和评价某些观点的过程”。软件设计的结果是得到 一系列的模型，使我们能够理解其结构。好的设计应该能做到： ( 1 ) 满足需求指定的功能规格说明( 可能是非形式的) ( 2 ) 符合明确或隐含的性能、资源等非功能性要求 ( 3 ) 符合明确或隐含的设计条件的限制 ( 4 ) 满足设计过程的限制( 如经费、时间及工具等) 在信息系统中，以计算机技术和现代通信技术为手段的信息系统，是当今 的主要形式，故又称为计算机信息系统。近年来，随着计算机技术以及 i n t e r n e t i n t r a n e t 的飞速发展，计算机信息系统用途越来越广泛。仅企业信息 系统就有：管理信息系统( m i s ) 、办公自动化系统( o a ) 、决策支持系统( d s s ) 、 专家系统( e s ) 等。 信息系统的总体设计指的是通过对用户和系统建设目标的调查了解，综合 考虑技术、经济和环境等各方面的可行性，规划设计出系统的总体方案。 这是一个技术和管理相结合的过程，需要对用户的需求重点、行业特点以及投 资概算等有一个完整的了解，并将这些信息有机的体现在系统方案中。系统总 体设计的任务包括系统功能结构的划分、系统环境的配置、确定系统的计算 机处理流程。 不同的信息系统有不同的总体布局。可以把信息系统分为以下3 个层次。 即：网络层、服务层和应用层。网络层指的是系统的硬件( 网络) 环境。服务 层的功能主要是充分利用现有的网络资源、服务器和各项设备，继承现有的信 息资源，与数据库管理系统一起通过软件技术达到充分衔接。而应用层则指的 是面向用户的应用功能的实现。 信息系统的层次关系如图3 - 2 所示。 应用层 服务层 网络层 图3 - 2 信息系统三层结构图 v 引b i , j k 大学坝十学位论文 娃十i 哪络的丁业啦计信息系统的圳究1j 实恍 但如果参照网络协议的七层结构，我们也可以把信息系统结构按照如表3 一 所示的方法自上而下地将其分成不同的层次。 表3 - 1信息系统的七层结构 层号 名称说明 i 川户层用户面向对象操作 2 业务层信息系统业务模型 3 功能层信息系统功能模型 4 数据层 信息系统数据模型 5 i ：具层信息系统开发：f ：具 6 o s 层网络操作系统 7 物理层网络与通信硬件 在信息系统的七层结构中，用户在第l 、2 层上工作，程序员在第3 层上工作， 信息系统分析员在第4 层上工作，数据库管理员与系统管理员在第5 、6 层上工 作，硬件安装与维护人员在第7 层上工作。上述七层的相互关系是：下一层是上 一层的基础，上一层是下一层的实现目标。由上向下是系统