汽车造型的领域知识描述与应用

论文摘要

产品造型设计关注于产品的形态及其相关的人的审美、情感、体验等方面,是一种以人为中心的创造性活动,其产生条件是批量生产的现代化制造业和物质充足后的多样化人性需求。汽车产业作为现代制造业的典型代表,是相关领域先进制造技术和设计水平的集中体现。现代设计的共性特点是以知识的获取和应用为核心,是一个由离散知识到知识聚合的过程。设计思维和设计问题求解的复杂性和综合性决定了产品造型设计过程是一个知识密集和经验推理的创造性活动。其复杂性和不确定性决定了产品造型设计领域的知识与工程设计等其他领域相比,缺乏明确的知识界定和内涵。汽车造型设计尤其典型,其产品造型具有美学需求多样、外形曲面复杂、多学科知识交叉、多方案选择与迭代的特点,是一个典型的“高技术-高情感”设计领域。这对于产品造型设计领域的知识集成和知识共享提出了挑战。论文作为国家重点基础研究发展“973”计划项目和国家高技术研究发展“863”计划项目资助项目研究,以汽车造型为典型研究对象和应用领域,对于产品造型知识和设计中的知识转化进行领域性的系统研究,提出了面向领域知识描述与应用的产品造型领域概念模型。在此基础上,构建了汽车造型知识处理框架,并运用于具体的知识处理实践中,建立了一套与汽车造型领域特点相适应的知识获取、表达与应用等技术。论文的基本研究思路包括理论基础研究、理论模型构建、基于理论模型的应用技术研究、应用系统实现四个主要阶段,这四个阶段构成了一个完整的“理论探索—理论模型构建—技术研究—技术应用”的科学研究过程。在理论基础研究阶段,论文以设计学、工业设计领域中的产品造型设计研究,人工智能、知识工程领域中的知识与辅助设计研究和心理学、认知科学领域中的问题求解与意象认知研究为基础,进行产品造型知识与知识转化的理论分析,提出产品造型领域概念模型的定义。在理论模型构建阶段,根据上述背景和文献研究的基础,从意象认知与问题求解两方面研究汽车造型的领域特点,并采用实验心理学的相关方法,针对汽车造型概念设计阶段,对造型设计的问题求解过程、认知评价和外部知识辅助的作用进行实验研究;以此基础上,抽象出汽车造型的领域概念模型的内容,并结合基于案例的推理（CBR）理论,构建汽车造型知识处理框架。在应用技术研究阶段,论文基于汽车造型知识处理框架,将知识处理过程分为知识获取、知识表达和知识应用三个步骤分别进行研究。在知识获取部分,采用设计研究中如语义差异法等研究方法,面向汽车造型案例资源,进行不同粒度的知识获取;在知识表达部分,根据汽车造型案例的特点和可能的知识应用形式,重点研究案例索引层的元数据（Metadata）表达形式;在知识应用部分,根据汽车造型问题求解的定性定量特点,基于人工智能、知识工程领域中处理不确定问题的定性定量转化模型,提出基于案例的汽车造型知识定性定量转化机制和具体的技术实现形式。在应用系统实现阶段,论文根据应用技术研究的基础,经过功能定位、系统设计和技术实现三个关键任务,构建了一个基于案例的汽车造型概念设计原型系统——CBAS。这个过程事实上也是对理论模型的评估和验证。理论研究和应用实践均表明,基于产品造型领域特点的汽车造型知识描述与应用系统可以有效而科学地解决汽车造型设计知识辅助的相关问题,对于其他产品领域的知识处理也具有一定的借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景与文献综述
• 1.2.1 设计的领域本体性研究
• 1.2.2 智能化辅助设计的研究
• 1.2.3 汽车造型领域的研究
• 1.3 论文课题来源
• 1.4 论文的研究内容与组织
• 1.4.1 论文研究的目标
• 1.4.2 论文的研究思路与方法
• 1.4.3 论文的组织
• 第2章 产品造型知识与领域概念模型
• 2.1 产品造型知识
• 2.1.1 产品造型知识的概念
• 2.1.2 产品造型知识的领域本体性
• 2.1.3 产品造型知识的领域工具性
• 2.2 产品造型的知识转化
• 2.2.1 产品造型的信息传递过程
• 2.2.2 产品造型知识的转化过程
• 2.2.3 基于案例的产品造型知识表达
• 2.3 产品造型知识处理中的领域概念模型
• 2.3.1 领域概念模型的作用
• 2.3.2 产品造型的领域概念模型
• 2.3.3 不同产品对象的概念模型差异
• 第3章 汽车造型的领域知识抽象
• 3.1 汽车造型的意象认知特点及其概念模型
• 3.1.1 汽车造型的认知过程
• 3.1.2 汽车造型的特征分析
• 3.1.3 物理域与功能域映射的汽车造型概念模型
• 3.2 汽车造型的问题求解特点及其概念模型
• 3.2.1 汽车造型的商业开发过程
• 3.2.2 汽车造型问题求解实例分析
• 3.2.3 问题域与解域映射的汽车造型概念模型
• 3.3 面向知识转化的汽车造型问题求解实验
• 3.3.1 实验设计与方法
• 3.3.2 实验内容
• 3.3.3 实验结果分析
• 3.4 面向意象认知的汽车造型评价实验
• 3.4.1 实验设计与方法
• 3.4.2 实验内容
• 3.4.3 实验结果分析
• 3.5 汽车造型领域概念模型与知识处理框架
• 3.5.1 汽车造型设计的知识辅助定位
• 3.5.2 面向知识应用的汽车造型领域概念模型
• 3.5.3 基于领域概念模型的汽车造型知识处理框架
• 第4章 基于案例的汽车造型知识获取与表达
• 4.1 汽车造型案例的知识获取与表达规划
• 4.1.1 汽车造型的知识描述空间
• 4.1.2 汽车造型案例知识获取与表达的技术路线
• 4.1.3 汽车造型的样本案例构成
• 4.2 汽车造型几何特征获取
• 4.2.1 汽车造型几何特征的定义
• 4.2.2 汽车造型特征线获取实验
• 4.2.3 汽车造型特征线认知实验
• 4.3 汽车造型语义语义映射获取
• 4.3.1 汽车造型语义特征要素集的构成
• 4.3.2 汽车造型语义映射实验
• 4.4 汽车造型案例的知识表达
• 4.4.1 汽车造型案例知识的表达框架
• 4.4.2 基于知识表达框架的汽车造型案例Metadata
• 第5章 基于定性定量转化的汽车造型案例知识应用
• 5.1 汽车造型案例知识的定性定量转换
• 5.1.1 汽车造型问题求解的定性定量特点
• 5.1.2 定性定量的转化模型
• 5.1.3 基于案例的汽车造型知识定性定量转化机制
• 5.2 汽车造型案例的相似性检索
• 5.2.1 基于汽车造型意象映射的案例检索形式
• 5.2.2 汽车造型案例的语义相似性检索
• 5.2.3 汽车造型案例的几何和其他信息相似性检索
• 5.2.4 汽车造型案例相似性检索的冲突解决机制
• 5.3 汽车造型案例的特征进化
• 5.3.1 造型基因的概念
• 5.3.2 基于造型基因的汽车造型进化
• 5.3.3 汽车造型案例的基因表达
• 5.3.4 基于遗传算法的造型特征线进化
• 第6章 CBAS原型系统设计与实现
• 6.1 CBAS 原型系统的设计
• 6.1.1 CBAS 原型系统的数字化设计模式定位
• 6.1.2 CBAS 原型系统的体系结构设计
• 6.1.3 CBAS 原型系统的模块化功能分解
• 6.1.4 CBAS 原型系统的用户交互规划
• 6.2 CBAS 原型系统的实现与扩展
• 6.2.1 CBAS 原型系统的技术路线与实现
• 6.2.2 CBAS 原型系统的扩展
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 附录B 攻读学位期间所完成的主要科研项目
• 附录C 汽车造型问题求解与评价实验材料
• 附录D 汽车造型知识获取的样本案例分布
• 附录E 汽车造型特征线获取实验材料
• 附录F 汽车造型语义映射实验材料
• 附录G 汽车造型案例的特征进化材料