基于語義特征的復(fù)雜產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計系統(tǒng)研究.pdf

1、復(fù)雜產(chǎn)品的工業(yè)設(shè)計是振興制造業(yè)，提高產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)鍵技術(shù)之一。產(chǎn)品語義研究是構(gòu)建產(chǎn)品可理解信息模型和可分享數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。本論文選題源于國家科研課題和設(shè)計實踐活動，以復(fù)雜產(chǎn)品的造型設(shè)計為研究對象，通過產(chǎn)品語義類別和語義特征的認知研究，構(gòu)建有效的設(shè)計系統(tǒng)方法，支持和輔助工業(yè)設(shè)計的創(chuàng)新活動。研究從語義研究出發(fā)，結(jié)合復(fù)雜產(chǎn)品——數(shù)控機床的特點，以克里彭多夫(Krippendorff)產(chǎn)品語義框架為基礎(chǔ)，構(gòu)建了復(fù)雜產(chǎn)品語義認知與轉(zhuǎn)換模型。在進行理論探

2、討、實驗研究和實例驗證的基礎(chǔ)上，以用戶認知為主導(dǎo)，對數(shù)控機床樣本案例進行知識獲取與表達，初步建立了復(fù)雜產(chǎn)品多語義特征框架。然后，結(jié)合語義特征認知的任務(wù)實驗構(gòu)建不同設(shè)計師認知地圖，分析不同語義特征形成的情境和問題求解策略，構(gòu)建了基于語義特征的情境過程模型。最后建立了一個基于語義特征認知的機床造型輔助設(shè)計系統(tǒng)，驗證了本研究中語義特征知識模型和處理方法的可行性。
　　論文采用定性與定量相結(jié)合的研究方法，從三個層面展開理論和方法研究。宏觀

3、層面基于克里彭多夫(Krippendorff)產(chǎn)品語義理論框架，以數(shù)控機床為具體產(chǎn)品對象，定義產(chǎn)品意義的類別，提出以自然語義、動作語義和造型語義的共同編碼形式，實現(xiàn)產(chǎn)品語義的獲取與表達;中觀層面以案例分析為基礎(chǔ)，綜合研究“設(shè)計對象”和“設(shè)計過程”，采用特征識別、動素分析、感性工學(xué)、認知隱喻等方法，抽取復(fù)雜產(chǎn)品的語義特征，提出象征語義特征、指示語義特征向圖標語義特征的顯性轉(zhuǎn)換關(guān)系。繪制設(shè)計師認知地圖，分析語義特征情境及對應(yīng)策略，引入FBS

4、設(shè)計過程模型，構(gòu)建復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計的情境過程模型;微觀層面通過訪談法、問卷法、實驗法、口語分析等定性、定量的基礎(chǔ)方法，為中觀層面方法提供全面的底層數(shù)據(jù)信息，包括風(fēng)格語義特征抽取、人機語義特征抽取、文化語義特征抽取、語義特征認知鏈實驗共四個實驗。
　　具體研究內(nèi)容和成果包括:
　　首先:構(gòu)建復(fù)雜產(chǎn)品的語義類別及語義認知轉(zhuǎn)換框架。以數(shù)控機床為具體對象，研究產(chǎn)品語義的意義類別和表達方式，歸納產(chǎn)品使用、語言、發(fā)生、社會生態(tài)的意義類別。采

5、用調(diào)研和卡片歸類的方法，針對數(shù)控機床得到結(jié)構(gòu)、人機、審美、風(fēng)格、家族化、文化六類設(shè)計意義。研究認為，用戶使用動作語言和自然語言表達產(chǎn)品認知，設(shè)計師使用造型語言表達產(chǎn)品造型，通過共同編碼可以完整表達產(chǎn)品語義信息。復(fù)雜產(chǎn)品語義認知與轉(zhuǎn)換框架是指用戶認知語義轉(zhuǎn)換為與產(chǎn)品造型相關(guān)的象征語義、指示語義和圖標語義及語義特征，并通過設(shè)計師情境認知進行創(chuàng)新設(shè)計的路徑和方法。為后續(xù)復(fù)雜產(chǎn)品語義特征抽取提供了理論基礎(chǔ)。
　　再者:構(gòu)建了復(fù)雜產(chǎn)品語義特

6、征框架。采用實驗和特征抽取方法，提取數(shù)控機床造型的圖標語義特征、指示語義特征和象征語義特征，獲得圖標語義特征的體量、形面和圖案成分;指示語義特征的動作要素;以及象征語義特征的風(fēng)格要素、文化要素，構(gòu)建了系統(tǒng)的復(fù)雜產(chǎn)品語義特征框架。建立了不同語義特征間關(guān)聯(lián)，初步實現(xiàn)了產(chǎn)品語義從抽象到具體的轉(zhuǎn)換，同時為構(gòu)建情境過程模型和計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)。
　　然后:構(gòu)建了基于語義特征的情境過程模型。采用認知實驗方法，構(gòu)建設(shè)計師的設(shè)計過程認知

7、地圖，分析設(shè)計師的設(shè)計思維方式與語義特征的關(guān)系，確定不同語義特征對設(shè)計的知識輔助作用，獲取語義特征認知的情境結(jié)構(gòu)及問題求解策略，整合語義情境及策略的情境過程模型。
　　最后:開發(fā)SFC-ICAID原型系統(tǒng)。包括系統(tǒng)框架構(gòu)建、系統(tǒng)主要功能模塊以及平臺建設(shè)?；谇榫尺^程模型構(gòu)建了項目管理、案例檢索、案例分析、案例修改四大模塊，輔助支持數(shù)控機床造型設(shè)計。通過系統(tǒng)運用，完成機床造型設(shè)計獲得了良好的設(shè)計效果和市場評價，初步驗證了理論研究及系