（设计艺术学专业论文）基于网络的协同概念设计方案评价系统的研究与应用.pdf

北京聪装学院颂l ：研究生学位论史基于网络的协同概念设计方案评价系统的研究与应用摘要计算机支持的协同工作技术给人们带来了协作方式的变革，全球化计算机网络使得实时交互协同设计成为可能。产品的设计方案决定着产品的功能、性能和成本等重要因素，没有好的设计方案就不可能产生优秀的产品。因此，为了提高设计的效率和成功率，在产品进行详细设计之前或者在产品进入下一阶段设计之前，必须对设计方案进行评价和决策，以确定是否满足要求。本课题从工业设计的理论和方法出发，系统的研究了采用计算机辅助技术进行概念设计产品方案评价的理论和方法，建立了产品方案评价决策指标体系，实现了评价指标的动态构建；采用了先进的模糊综合评价法确定指标权重。在研究的基础上构建了基于网络的协同概念设计方案的评价系统。最后以实例来实现系统的主要功能并最终到达到产品方案评价的目的。关键词：协同设计，概念设计，方案评价，产品设计北京服装学院硪l ：研究生学位论文t h er e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no ne v a l u a t i o ns y s t e mo fc o l l a b o r a l t y ec o n c e p td e s i g nb a s e do nn e t w o r ka b s t r a c tn e w 妣t l n o l o g yo fc o m p u t e rs u p p o r t e dc o l l a b o r a t i v ed e s i g nt a k e sw i t h l en e ww a yo fc o o p e r a t i n ga l l dm ec o i n s t a i l t a l l e o u sc o l l a b o m t i v ew o r kb e c i d m e sp o s s i b l ew i t hm eg l o b a l i n t e n l e t t h ep 喇e c to f p r o d u c td o m i n a t et h e 向n c t i o na n dt h ec o s t ，n og o o dp r o j e c tn og o o dp 刚u c t s ow es h o u l de v a l u a t em ep r o j e c t sa i l dc h o o s et h eb e s to n eo f t h e mb e f o r et h en e x ts t 印t h ep a p c rs y s t e m a t i c a l l yr e s e a r c h c dm em e 0 巧a n dm e t h o d o l o g yo fc o n c 印t u a lp r o d u c td e s i g ne v a l u a t i o na n dd e c i s i o nw i mc o m p u t e ra i d e dt e c h n o l o g yb a s e do nt h ei n d u s t r i a ld e s i g n a nc v a l u a t i n gb r a n c h 矗a m e w o r ko fc o n c 印t u a lp r o d u c td e s i 弘e v a l u a t i o na n dd e c i s i o nw a sb u i hu p b a s e do nt h e南s e a r c h ，t h ee v a l u a t i o ns y s t e mo fp r o d u c tc o n c 印t u a ld e s i g np r o j e c t sw a ss e tu p k e yw o r d s ：c o l l a b o m t i v ed e s i g i l ，c o n c e p t u a ld e s i 班，p r o j e c te v a l u a t i o n ，p r o d u c td e s i g i lh原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：萑伦餐签字日期：埘7 年，1 月，。日学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解北京服装学院有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京服装学院。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅：学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：萑他雷导师躲勤像签字日期：坷年协月j 。日签字日期：川年伯月扣日学位论文作者毕业后去向：工作单位：通讯地址：电话：邮编：北京臌装学院颅l 研究生学位论文1 绪论目前市场竞争r 益激烈，客户对产品性能的要求越来越高，而购买产品时所愿付出的费用却越来越少，同时对产品的售后服务、质量要求也越来越严格，为了赢得市场，满足客户要求，企业迫使改变其设计、生产的方式，进一步缩短产品刀= 发的周期，提高产品质量，降低设计生产成本，加强售后服务。协同设计j 下是市场竞争推动下的产物，其中作为协同设计的重要组成部分的方案评价部分也显得越来越重要。1 1 课题研究的背景和意义1 1 1 课题研究的背景随着经济的发展，企业之间的竞争也变得越来越激烈，为使企业在激烈的市场竞争中处于有利地位，必须增强产品创新能力、缩短设计周期、提高顾客化程度，同时又要降低成本，保证质量及良好的售后服务。而产品概念设计正是满足这些要求的重要环节，被认为是产品设计中最能体现人类智能的、并且决定产品设计方案优劣的关键技术。因此，必须对概念设计阶段所产生的名个概念设计方案进行评价决策，选择出最好的概念设计方案，以其为基础进行产品的店续设计，这样生产出来的产品就可以适应市场激烈竞争的需求。设计评价在工业设计中是十分重要的，设计过程中总是伴随着大量的评价和决策，只是在许多情况下，人们是不自觉地进行评价和决策。设计评价决策贯穿产品歼发周期的始终。早期的决策决定着产品几乎7 0 的成本，对早期决策的变更可能导致一系列的产品丌发过程的重复，并随着产品j r 发过程的进行而导致成本大量增加，并导致丌发周期的延长。随着科学技术的发展和设计对象的复杂化，单凭经验、直觉的评价来进行设计愈来愈不能适应要求，有必要学习和采用先进的理论和方法使设计评价更客观、更科学的进行目前这方面的研究主要集中在利用模糊数学对形式美法则进行量化，缺乏必要的评价知识和辅助工具，使得工业设计的理论和方法难以在设计中有效的发挥作用。因此有必要对工业设计评价决策机制进行系统化的研究，辅助设计师更好的进行评价和决策，无论在理论上还是在应用上都具有重要的意义。11北京瑕装学院碗l ：研究生学位论文1 1 2 课题研究的意义工业产品设计是一个多因素，多环节循环复杂的决策过程。从横向设计流程来讲，产品设计涵盖产品的功能设计、结构设计、形态设计、色彩设计、材料设计以及人机工程等多个方面；从纵向设计流程来讲，产品设计包括设计立项、设计调研、概念设计、详细设计、样机试验、批量生产和销售支持等环节”儿”。在传统的产品设计方法中，整个设计流程由于缺少先进计算机平台的支持，无法满足协同化产品开发的要求，因而导致设计中信息流动的单向性，整个过程缺乏必要及时的信息反馈，这种信息共享障碍使得设计早期不能全面考虑产品生命周期中的各种因素，直到后期才发现设计问题，造成大量返工。同时，基于图纸的手工设计方式也导致了设计表达存在多义性，传统的产品草图、效果图乃至于计算机模型图都仅能从某个方面展现设计师意图，全方位的产品展示很难通过有效手段得以满足，设计意图难以获得共亭和良好的交流，设计概念也不能得到很好的完善。此外，传统的设计方式在设计资料和用户信息的获取上显得效率低下，第一手资料的获得往往耗费大量的人力物力，需要极长的时间，这就使得资料和信息的有效性急剧降低。基于网络的协同概念设计方案评价技术不同于传统的产品方案评价方法，它提升了产品设计能力、增强了产品生命力。它的应用为设计人员提供了具有高度真实感和交互性的虚拟模型，有别于传统的产品效果图和一般的数字化模型，采用这种技术，配合一定的硬件设备，可以为设计师营造出十分逼真的产品环境。在这种仿真环境下，可以通过让用户进行逼真的操作体验来获取相关的用户信息；可以便设计师在高度真实的环境下探讨设计方案，并可以迅速修改设计以观察和评估设计的优劣，比如色彩的变化、材料的选择等等；在网络协同的技术下，设计师还可以和工程师实时讨论产品的结构和加工工艺等问题，高交互性的虚拟技术可以使工程师观察到产品的各个结构细部，并可以检查产品功能能否证常实现；利用这种仿真环境还可以对产品进行预装配、物理实验和人机试验，以检测其性能和尺寸是否符合要求。另外，基于网络的协同概念设计方案评价系统的应用还增强了产品设计各环节的信息反馈速度和深度，让设计师在产品设计的早期阶段全面考虑产品生命周期中的各种因素，从而缩短产品开发周期，提高产品质量，降低产品成本，增强市场竞争能力。产品概念设计主要包含了功能、原理、形态、布局、人机工程学、感性工学和初步结北京糍袈学院硕1 研究生学位论文构等设计内容。然而由于用户个体、设计师个体都存在差异，使得不同人之间的侧重不同，因此在协同设计过程中必须纳入多种类型的用户和设计师及其他人群，提取更多种类型用户的需求特征，整合多种类型设计师的专业知识。一个良好的设计方案评价系统不仅给设计师带来良好的建议和更多类型的用户需求，设计出更符合人们需要的产品，对用户来说也可以参与到产品的设计中来，将用户引入产品概念设计的全过程。本课题研究的目的是为协同设计中的概念设计阶段的方案评价提供一个更好的平台。提供运用多方需求来进行产品概念设计方案评价决策的理论基础和详细步骤，对于概念设计方案评价决策技术方法在产品设计中的应用有实际的意义。1 2 国内外研究现状1 2 1 协同概念设计系统的研究现状美国爱荷华( l o w a ) 大学的i n t e r n e t 实验室基于i n t e r n e t 环境下协同设计的研究，提出了一个基于w w w 的协同设计系统总体结构，并加以实现，称为c y b e rv i 明。它采用v r m l 在浏览器下实现分布设计小组的协同浏览，产品模型采用s t e p 。主要是实现s t e p 到v r m l 的转换，s t e p 到0 0 d b 的存储以及v r m l 洌览器，缺点是c y b e rv i e w 只能实现协同浏览，不能实现协同造型的迸一步功能。瑚m i c r o s o f t 公司和u n i g r a g h i c ss 0 1 u t i o n s 公司联合研究丌发了面向产品全生命周期的基于知识的协同设计网络环境“d e s i g nk n 渊1 e d g en e t w o r k ”，减少设计时间，降低设计成本，在快速获取全球设计知识的基础上，进行产品创新设计。加州大学伯克利分校于1 9 9 8 年在c y b e r c u t 项目中在世界上首次实现了i n t e r n e t 下基于a g e n t 的网络设计制造环境，并集成了c 船、c a p p 、c 埘。在该项目中，用户在1 j f e b 下载伯克利分校r 丌发的设计 g e n t ( j a v aa p p l e t 形式) w e bc a d ，并选择不同的制造a g e n t ，在设计过程中动态的和服务器上的工艺a g e n t 通信，工艺a g e n t 从制造a g e n t 处获得相应的信息如工件尺寸约束、公差或者费用等，进行基于特征的设计，从而在设计过程中完成了工艺设计，实现并行设计。”k e n t u c k y 大学的z h a n g 和c h e n g 研究了基于w e b 构架的协同c a o 系统，通过讨论w e b协同系统的优点，认为w 1 | l 为协同c a d 应用提供了一个理想的支持环境。还具体的研究了协同界面、协同感知支持、同步与异步，以及安全性等技术。1北京服装学院颂i 研究生学位论文美国斯坦福大学的大型智能化网络化协同设计系统p a c t 项目，主要研究了大规模分布式并行工程系统和网络化协同设计的问题。此项目目前主要用于商用，不适合中小企业的使用。其次斯坦福大学的另外一个项目c o c o m i 可以支持网上的设计小组进行同步的产品设计，它的开放分布式环境可以支持异地的设计人员合作协商共同完成同一产品的设计制造。i 删在2 0 0 3 年推出了p i m e x p r e s s p i m e x p r e s s 主要有两个软件组件：c a t i a5 设计分析软件和s m r tt e 锄协同产品数据管理软件，还包括i b mw e b d p h e r es t u d i ow e b 的应用和开发，以便让用户可以在网络上分享设计信息。c o c r e a t 公司2 0 0 4 年在已有的商品化协同设计软件o n e s p a c e 基础上推出了新的产品c o c r e a t0 n e s p a ce n e t2 0 0 5 ，包括设计工具和一个用来评测产品设计的3 d 工具。但不能实现异构c a d 系统之问的协同。嗍国内对协同设计的研究开始于1 9 9 4 年。有的研究从并行工程的角度，对并行环境下的设计过程和设计策略以及面向并行工程的造型设计技术进行了深入探讨。有的学者对协同设计过程中的创新概念设计展开了研究。还有的从c s c w 的思想出发，分析了协同设计过程中的各种角色，提出了工程设计与工业设计的协同工作模型，同时分析了协同设计中人的作用。国内目自i 对协同设计的研究主要集中在中科院计算技术研究所、香港理工大学、清华大学、浙江大学9 “”1 、南京理工大学、西安交通大学等单位。中科院计算技术研究所的林宗楷对计算机支持的协同概念设计进行了深入研究。目前的研究成果主要有：中科院计算技术所的张志刚、林宗楷1 ，郭玉钗研究了协同设计中基于c o r b a 的通用组通信构件g g c c ( g e n e r a lg r o u pc o 咖u n i c a t i o nc 伽p o n e n t ) 的设计与实现，以期解决c s c l 】r系统开发中面临的组通信问题，由于c 0 r b a 为在分布式环境下开发可重用、可互操作的功能强大的软件构件提供了基本框架机制，它可以作为一个统一的集成中介把不同的应用和必要的信息包装为互相通信协作的对象集；使服务中的公共对象服务规范加强了面向多进程的事务处理和并发控制机制，而且为并发控制服务提供接口，帮助分布式环境下的客户方和服务方同步存取尹享资源“4北京北航海尔软件有限公司开发的支持产品创新协同管理的c a 】( a 创新设计x p 系列，全面集成了c a x 的曲面功能，在创新设计方法与三维智能图库方面有明显突破，同时支4北京涨袈学院顾i 研究生学位论义持协同概念与协同管理应用，支持与c a ) 【a 协同管理x p 的集成，支持与主流c a d p 嗍c p c软件的集成等。清华大学国家c i m s 工程技术研究中心组织开发的“网络化异地协同设计a s p 平台”通过该平台，可以将不同企业的优势设计资源有机集成起来，实现区域行业内企业问的协作，使协同设计开发过程变得简单、高效、进而提升中小企业的产品丌发能力。该系统实现的关键技术有：多人异地协同设计的同步机制；高效地负载的图像压缩与传输技术；基于关联关系的资源共享冲突消解技术。“”重庆大学制造工程研究所针对目前存在的设备资源不能很好利用和底层设备资源使用信息没有集成的问题，提出了一种基于a s p 模式的设备资源网络化共享模式。基于此模式，设计了相应的a s p 平台功能框架，该平台包括设备资源共享信息系统，设备资源共享合同与任务管理系统，设备资源共享监控与管理系统，提出了实现该平台的关键技术，包括平台网络架构。这个原型网络化资源共享系统的最大特点是集成的软插件，有了软插件设计，信息的数据库端就可以传送协议的格式。西安交通大学和多家企业和研究机构参与建设的中国现代产品设计与研究开发网络c m d n e t ，提供了互联网上的支持设计资源服务和支持设计资源信息等服务，旨在推进现代设计，研究重点在于现代设计中分布式知识资源的获取和异地设计中的知识资源远程调用，提供了一些计算程序。西安交大建立了支持产品协同设计的网站，主要提供产品设计知识的获取。但这套系统的缺点是对设计的整个流程支持还不够。“”香港中文大学s h i 等研究了支持分布应用之间通过i n t e r n e t 进行协同的代理a g e n t方法。为了能够有效地支持分白式应用之白j 的协同，该方法在分布式应用的代理a g e n t 之间定义了灵活的关系模型，允许用户在代理a g e n t 之自j 方便地定义工作流，包括数据流和控制流，从而使得分稚应用在一定层次上的协同能够通过i n t e r n e t 方便的实现。1 2 2 方案评价系统的研究现状目前国内外有许多的学者对概念设计方案评价决策技术的理论和方法进行研究。经过多年的研究发展已比较成熟，概念设计方案评价决策技术已取得丰硕成果，广泛应用于机械、电子、土木、水利等各个领域和社会生活的方方面面。目前有代表性的概念设计方案评价决策技术主要有价值工程法、系统分析法、物理规划法、层次分析法( a b p ) 与模糊综北京服装学院坝i 研究生学位论文合评价法等。( 1 ) 价值工程法：价值工程法是以提高产品实用价值为目的，以功能分析为核心，以开发集体智力资源为基础，以科学分析方法为工具，用最低的成本去实现产品的必要功能“”。采用价值工程法评价概念设计方案，其实质是进行功能评价。所谓功能评价，是以功能评价为对象，以金额为评价尺度，找出实现某一必要功能的最低成本即功能评价值。例如，近年来由于并行工程的发展与进步，可以利用产品生命周期来对概念设计方案进行评价决策“”，通常用于并行设计系统的典型生命周期包括可制造性、可集成性、适用性以及可循环性，这种方法的实质就是进行功能评价。但是，在处于整个产品设计阶段最初期的概念设计阶段，要得到处于下游的产品生命周期实际上是相当困难的。( 2 ) 系统分析法：对于任何一个概念设计方案来说，需要达到的目标往往很多，各目标的要求也不同，系统分析法就是将每一个概念设计方案作为一个系统，从整体上对概念设计方案的各个评价指标进行综合评价，以便从多个方案中客观、合理地选择最佳方案。上海交通大学的邹慧君“7 1 教授等人对机电一体化系统的概念设计进行了研究，并且使用了系统分析法对机电一体化系统的概念设计方案进行了评价决策。北京航天航空大学的赵向阳“”等在计算机技术的基础上运用了系统分析法对评价决策思维方式进行了研究，为系统分析法在产品概念设计方案评价决策中的应用提供了可信的理论基础。高级工程师徐登云“”将系统分析法应用到公路路线设计的评价决策与优化工作中，工作量较小，且定量分析的结果清晰明了。( 3 ) 物理规划法：物理规划法是由美国学者m e s s a c 博士于1 9 9 5 年提出的，它是一种新的处理多学科优化问题的有效方法。物理规划能从本质上把握设计者的偏好，大大减轻了大规模多目标设计问题的计算负担，并将整个设计过程最于一个更加灵活、自然的框架中。线性物理规划是对物理规划的进一步简化，是为优化问题而开发的，鉴于其在优化方面的优点，可将其用于概念设计的候选方案的评价与决策。通过计算综合目标的函数值来达到，候选方案评价与决策的目的，综合目标的函数值被看作各方案的总得分，然后按照总得分来比较方案。啪1物理规划自从提出以来受到了学术界的关注，并已经在许多方面得到成功应用。电子科技大学黄洪钟。”教授等采用线性物理规划决策模型用于对挖掘机概念设计方案进行评价和决策，在给定各个满意程度区间边界值的基础上，由线性物理规划权值算法自动计算权值，并通过计算综合目标函数值比较了各方案的优劣，从而有效避免了权值确定的主观性，证明了基于线性物理规划决策模型的有效性和实用性。他还与f 开志刚1 等也6北京暇装学院硕l t 群究生学位论文将模糊物理规划应用到工程结构设计等领域中。广西大学的袁旭等使用模糊物理规划的方法对直通旅客列车丌行方案进行了评价优化，节省了开支，取得了较好的效果。( 4 ) 层次分析法：层次分析法是由美国运筹学家、匹兹堡大学教授s a a t y 3 在2 0 世纪7 0 年代提出的，它将人的思维过程层次化、数量化，并运用数学方法为分析，决策、预报或控制提供定量的依据。层次分析法把相互关联的要素按照隶属关系分为若干层次，并对各层次、各因素的相对重要性给出定量指标，利用数学方法综合这些相对重要性的权值，作为综合分析的基础。利用层次分析法对产品概念设计方案进行评价决策的研究以及应用非常多。王健1 ，张琦，李焕良在基于层次分析法的理论与方法中，在工程机械管理效率评价指标体系的基础上，综合考虑评价过程中的定性指标以及定量指标，建立了合理的综合评价模型，为正确评价与决策提供了科学的方法与手段。姜慧啪1 ，高举红，徐燕申在机械产品设计方案的评价与决策中提出将层次分析法与有效价值法结合起来对机构产品的设计方案进行评价与决策，改变了过去那种仅凭经验确定目标权值的做法，使评价决策过程程序化与定量化。另外，姜华堋等以导弹系统设计方案评价决策问题为背景，从工程实现的角度，将层次分析法应用于决策支持系统中，对设计方案进行评价，并对评价结果进行综合与分析。( 5 ) 模糊综合评价法：模朔综合评价法是用模糊数学的理论方法将评价决策中的模糊信息数值化，再进行定量评价的方法。应用模糊数学理论建立方案评价决策的数学模型，可以使定性的评价指标定量化，定量的模糊评价指标向精确值逼近，使评价方法更具科学性、实用性。”1应用模糊综合评价法对产品概念设计方案进行评价决策的应用也相当多。翟晓燕汹1 在模糊权数与方案排序中讨论了由模糊权数导出方案排序的问题，给出了由模糊权数导出方案排序的方法。x u ed ，d o n gz 1 1 在c o d i n ga n dc l u s t e r i n go fd e s i g na n d 帕n u f a c t u r i n gf e a t u r e sf o rc o n c u r r e n td e s i g n 提出了一个基于模糊的设计功能编码系统，以设计功能来评价概念设计方案。成经平。”在机械系统概念设计的机构选型模糊综合评价) 一文中指出使用模糊综合评价法进行了机构选型的评价决策，通过科学的数学运算，做出了合理的判断，并且建立了机构选型综合评价指标体系以及模糊综合评价模型。北京服装学院坝i 研究生学位论文孙明华1 在关于模糊综合评判结果的等级划分与排序中主要针对在模糊综合评价方法中的等级参数评价方法进行了讨论。除了以上介绍的几种方法之外，人工神经网络技术在概念设计方案评价决策的应用中也非常活跃。v e n u g o p a l 和n a r e n g r a n 捌在u r a ln e t 宵o r k 啪d e lf o rd e s i g nr e t r i e v a li n 腿n u f a c t u r i n gs y s t e m s 论述了利用h o p f i e l d 神经网络来保存设计模式，并在概念设计阶段使用神经网络提取最合适的设计模式。k 锄e r t h i 等斛在n e u r a ln e t w o r k sa n dt h e i ra p p l i c a t i o n si nc o m p u t e rd e s i g nd a t ar e t r i e v a l 中在将功能要求和概念设计方案之间的关系模型化时，应用了多层前馈神经网络来从功能要求提取设计数据。b a h r 锄i 等赫1 在i n t e l l i g e n td e s i g nr e t r i e v a la n dp a c k i n gs y s t e m ：a p p l i c a t i o no fn e u r a ln e t w o r k si nd e s i g na n d 舱n u f a c t u r i n g 中使用模糊联想记忆( ( f 删) 、一个两层d i 馈神经网络来描述顾客需求与概念设计方案之白j 的关系。c h a n g 和t s a i 嘲在u s i n ga r t 王n e u r a ln e t w o r k s 胃i t hd e s t r u c t i v es o l i dg e o n l e t r yf o rd e s i g nr e t r i e v a ls y s t e m s 中使用了自适应共振理论( a r t ) 神经网络来评价决策相似的概念设计方案以便进一步进行后续的设计。此外，灰度评价法、数据包络法、模糊聚类分析法等各种方法也常用于对产品概念设计方案进行评价决策。综合以上国内外的研究，可以看出上述各种概念设计方案评价决策方法在工程领域己用很多应用，它们的共同点是：克服了传统方法中完全定性分析的弊端，而采用定性定量结合的评价技术，并将定性指标进行定量表示，力求使评价结果具有科学性和可信性。1 现有的研究重点还是集中在一些工程领域和机械产品这一方向，在工业设计这一领域内还没有一个很好的应用。无法满足概念设计阶段方案选择的要求。2 大多数研究都是存在于对评价方法的研究，而对评价系统并没有很好的分析探讨。3 主要的还是针对工业设计的研究并不多也不够全面。j王业设计不同与其它的设计，有着自己独特的特征，具体到每个产品，包括产品的形态，产品的功能，产品的色彩，产品的质感，产品的情感等。所以必须对各个方面都要进行评价而且在评价系统中单一的评价方法意义并不大。因此必须在基于网络之上，在协同设计之下，尽可能的达到广泛的评价。1 3 论文的主要研究内容在i n t e r n e t 技术只益发展的今天，基于w e b 的网络技术为人们提供了一个比较成熟8北京瑕袈学院硕i 研究生学位论文的设计环境，但日自日有关基于w e b 技术的设计方案评价系统并不多。用w e b 进行工业设计产品方案评价的研究在国外处于初步阶段，国内也比较少，还没有提出一个完整的理论基础。基于以上研究现状和需求，结合现在迅速发展的各种i n t e r n e t 新技术，将i 碉络技术应用到评价系统中，研究在i n t e r n e t 框架下的协同概念设计方案的评价系统具有重大的意义。工业设计协同概念设计方案评价决策系统就是在计算机辅助下将设计过程中的评价决策变的更加科学。系统在必要的数据库支持下，将复杂的评价决策问题分解为一系列的评价目标，按准则和目标构建评价指标体系，建立评价模型，采用模糊综合分析法确定系统的指标权重，根据相关工具实现评价结果的可视化显示，实现方案选择的辅助决策。主要包括以下几个方面：第一、评价决策指标体系的建立确定工业设计评价指标体系是实现工业设计评价决策的i ；i 提条件。论文将从评价内容、评价指标、评价方法等方面进行评价决策，确立评价决策的指标体系，设计和实现评价指标体系的动态构建。第二、评价决策方法评价决策涉及多个评价因素和评价准则，因而评价决策方法的选择将会直接影响评价结果的优劣和设计师的决策。这里在参考多种文献的基础上，引入模糊综合评价法来确定评价指标的权重来进行综合评价排序。结果显示工具是：饼块图工具、直方图工具、表格，等，目的是方便决策者根据不同的需要进行评价以及查看评价结果。第三、评价决策的支持系统评价决策的支持系统是综合利用大量数据，有机结合大量的模型( 数学模型和数据处理模型) ，通过人机交互，依据专家知识，辅助决策者进行决策的系统。在查阅相关的资料后，构建评价系统的总体框架，分为产品模型观测、评价决策指标体系、实时交流、评，价结果分析；再就是后台的支持，包括数据库、模型库等等。分步要求系统各个功能模块的实现。然后将各个功能模块之间的集成，形成个完整的软件系统。第四、关键技术数据库支持系统，程序语言如j a v a s c r i p t ，j s p a s p ，h t m l ，c s s 等，还有三维模型虚拟显示技术如e o n 等。9北京服装学院钡1 研究生学位论立=1 4 论文章节安排本论文共六章，组织结构如下：第一章：绪论。本章主要介绍了协同概念设计和评价决策方法的国内外研究状况和应用的领域，以及研究的目的和意义，总结出存在的不足和研究的必要性。第二章：评价决策方法研究。本章主要研究了现有的评价方法及他们各自的优缺点和适用的范围。第三章：评价指标体系的建立及评价决策方法的确立。本章建立了适用于工业设计产品方案的评价指标体系并分析确立了在工业设计领域适合的评价决策方法。第四章：基于网络的协同概念设计方案评价系统所涉及的关键技术。本章重点介绍了基于网络的协同概念设计方案评价系统用到的技术。第五章：基于网络的协同概念设计方案评价系统的构建。本章以手机的设计方案为实例来构建系统的各个模块及相互之间的关系实现各个模块的功能和评价决策的应用第六章：总结。主要是总结本课题的成果与问题以及继续研究的方向等o北京服裂学院顾l 耐f 究生学位论文2 1 评价决策的理论分析2 评价决策方法研究工业设计所要解决的是复杂、多解的问题。对于每个设计问题，一般都会有许多不同的解决方案。从这种意义上来说，设计是一种发散一收敛，搜索一筛选的过程。解决这种多解的问题，其通常的逻辑步骤为：分析一综合一评价一决策，即在分析设计对象的特点、要求及各种制约条件的的提下，综合搜索多种设计方案，然后从中筛选出符合设计目标要求的最佳设计方案。为了从众多的方案中选出拟采用的方案，首先要对设计方案进行评价，评价是决策的前提和基础。所谓评价就是指在设计过程中，对解决设计问题的方案进行比较、评定，以此确定各方案的价值，判断其优劣，以便从众多的设计方案中筛选出最佳设计方案。所谓决策就是对评价结果或所提供的一些情况，根据预定的目标做出选择或决定，决策结果是优的方案就是拟采用的方案。评价的依据是评价目标，评价目标是针对设计所要达到的目标而确定的。从产品的构成因素来看，设计的评价目标包括以下几个方面的内容阱“蚓：( 1 ) 技术方面，主要是以用户所要求的功能为依据，评价方案的必要功能和功能实现的制约条件以及实现过程、实现产品功能所需的装备、工艺、操作、资料等技术条件是否具备。具体来说，指在产品设计中技术上的可行性、先进性、工作性能指标，包括产品的可靠性、安全性、实用性、宜人性、可维护性、合理性等。( 2 ) 经济方面，在产品设计评价中包括成本、利润、投资、竞争潜力、市场前景、产品的附加价值、投资回收期等。( 3 ) 社会方面，在产品设计评价中主要有社会效益、推动技术进步和发展生产力的情况、环境因素、资源利用、对人们生活方式的影响、对人们身体健康的影响等。( 4 ) 审美方面，在产品设计评价中包括造型风格、形态、色彩、时代性、创造性、功能操作的简便性、审美价值、心理效果等。协同概念设计评价具有以下特点：( 1 ) 层次性：由于评价系统面向的是不同地区不同职业的人员，对于不同的设计师，北京服装学院坝i ：研究生学位论文用户和专家束说，都是从不同的层次上，不同的角度对产品进行评价。( 2 ) 适时性：设计过程的任意时刻部可以对产品模型进行评价分析。这在技术上是完全可行的，但是就经济而言要考虑的就比较多。( 3 ) 渐进性阶段性：产品的设计过程本身就是一个“渐进”的过程。设计的综合评价也是一个由表及罩，由浅入深，出粗到细的渐进过程。设计过程是阶段性的，设计的评价过程也是阶段性的。( 4 ) 模糊性不确定性：设计决策过程所需的信息往往是不完全的，产品的定型、定量评价在整个生命周期包括产品设计、制造、使用以及回收再利用等阶段中具有不确定性，设计方案往往是定性的判断，难以用定量分析支持决策过程。设计决策基于人们的判断，而人们的判断是不一致的，一个人的判断可能与其他人的判断恰恰相反，每个人的判断也会由于所依据的知识和对设计方案的欣赏水平不同而不同。2 2 评价系统的构建分析评价问题分析明确目的要求建立评价目标选择评价方法逐个目标评价评价结果处理得出结果处理得出判断结论评价结果反馈评价结果反馈给最初的评价目题闰l 评价流稃图要构建一个科学的评价系统，首先必须要了解设计评价的流程，评价的一般流程如图1 2北京服装学院黩i 。研究生学位论交l 所不。在具体的评价中，还应该视具体情况确定相应的评价程序。一般而言，首先要分析设计中提出的相关评价问题，认清其性质，明确对评价的要求及评价要实现的基本问题，以便有的放矢。其次，在此基础上，针对评价对象的特点，选择那些最能体现其特点、品质等的因素作为评价目标，建立科学的评价目标系统，并对这个系统进行分解，把问题归类，由此选择合适的评价方法。2 3 评价方法选择评价方法的选择是评价过程中很重要的因素。不同的方法适用的范围也不一样，要科学地选择评价方法，就要对各种评价方法的特点加以了解。经过多年的发展，目前已经得到比较广泛的应用的评价方法主要有如下几种：2 3 1 模糊推理理论模糊推理理论建立在模糊理论之上。1 9 6 5 年，模糊理论的创始人，著名的美国控制论专家，c a l i f o r n i a 大学的z a d e h 教授仔细地研究了复杂系统难以精确化、从而复杂性与精确性形成十分尖锐的矛盾这个问题，发表了模糊集合论这一论文，论文提出了“隶属函数”这个概念来描述现象差异的中间过渡，从此突破了古典集合论中属于或者不属于的绝对关系，并且提出了“模糊集合”的概念，给出了模糊性现象定量描述和分析运算的方法，从而诞生了模糊理论。模糊理论弥补了经典数学的“非此即彼”二值逻辑的缺陷。它所研究的是涉及事物本身所固有的不精确状况，反映了事物之间由于差异的中间过渡性所引起的划分上的不确定，从而使得概念的外延具有不分明性，也就是“办此办彼”这样一种模糊性质。z a d e h教授的这一j 丌创性工作，标志着数学的一个新的分支一模糊数学的诞生。模糊性与随机性都属于不确定性，但模糊性不同于随机性。模糊性通常是指对概念的定义以及语言意义的理解上的不确定性，例如，“老人”、“温度高”、“数量大”等所包含的不确定性即为模糊性。可见，模糊性主要是人为主观理解上的不确定性，而随机性则主要反映的是客观上的不确定性，或者是事件发生的偶然性模糊性是人们在社会交往和生产实践中经常使用的，它提供了定性与定量、主观与客观、模糊与清晰之间的一个人为的折衷。应当特别注意的一点是，不可以认为模糊数学是模糊的概念，它是完完全全精确的，北京服装学院钡i 研究生学位论文它是借助定量的方法研究模糊现象的工具。”“模糊理论的应用很多。1 9 7 4 年，英国的m 鲫d a n i 教授首先将模糊逻辑应用到蒸汽发电机的压力和速度控制中，取得了很好的结果；随后不久，丹麦的s m i t h 公司于1 9 8 0 年成功地将模糊控制应用到水泥窖的自动控制中，为模糊理论的实际应用开辟了崭新的前景；从此以后，模糊理论的应用，特别是在工程控制中的应用，得到了迅速的发展。模糊理论在应用中愈来愈受到人们的肯定，同时在学术界也受到不同专业学者的重视。1 9 8 4 年，国际模糊系统学会( i s f a ) 正式成立，并于1 9 8 5 年在西班牙召开了第一次国际年会目前，有关模糊理论的杂志、特刊以及应用实例都很多。模糊理论在产品概念设计方案评价决策中同样发挥着相当重要的作用，模糊综合评价法是解决产品概念设计方案评价决策问题的较为有效的方法。2 3 2 层次分析法层次分析法是一种应用较为广泛，适用于解决多层次，多目标评价决策的综合性决策方法，是由美国运筹学家t l s a a t y 于7 0 年代中期提出的。层次分析法是将决策问题的有关元素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础上进行定性分析和定量分析的一种决策方法。该方法的特点是在对复杂决策问题的本质、影响因素及其内在关系等进行深入分析研究之后，构建一个层次结构模型，然后利用较少的定量信息，把决策的思维过程数学化，从而为求解多目标、多准则或无结构特性的复杂决策问题，提供了一种简便的决策方法。因此，层次分析法的出现，立即引起了巨大的反响，迅速得到了深入的研究和广泛的应用。4 ”1 层次分析法通过分析问题、建立层次分析模型、构造判断矩阵、层次单排序和层次总排序等步骤来计算各层次评价指标对总目标的组合权重，从而得出不同方案的综合评价值。下面简单介绍层次分析法求解决策问题的基本过程。“”1l 、构建层次分析模型：层次分析法是将复杂的决策问题，按照决策过程，将各种因素按彼此间的层次关系和隶属关系进行分解，构建层次化的分析模型，包括目标层、准则层、方案层等，根据决策问题的复杂性，准则层还可分解为子准则层。2 、构建判断矩阵：从第二层开始，针对上一层某个指标，对下_ 层与之相关的指标，即层间有连线的指标，进行两两相比，并按其重要程度评定等级，设为指标q 比指标口，的重要性等级，据此构造判断r = ( 勺) 。一。判断矩阵满足如下关系： o ，吃= l 且北京暇装学院颁l 研究生学位论曼= i ，即r 是正负反矩阵。重要性等级及其赋值如表l 所示；( 指标两两比较时的重要性等级及其赋值)表1 等级赋值表序号重要性等级n 】赋值ll指标吩、指标乃同样重要32指标口f 比指标口稍重要53指标口f 比指标巳明显重要74指标口i 比指标吩强烈重要95指标口f 比指标巳极端重要l 36指标口i 比指标乃稍不重要l 57指标口f 比指标巳明显不重要l 78指标口f 比指标乃强烈不重要l 99指标q 比指标4 极端不重要3 、计算权重向量：为了从判断矩阵群中提炼出有用的信息，达到对事物的规律性认识，为决策提供科学的依据，就需计算每个判断矩阵的权重向量和全体判断矩阵的合成权重向量。2 3 3 基于人工神经网络的模糊推理方法人们公认，b p 神经网络对人工神经网络的第二次研究高潮的到来起到了很大的作用。b p 神经网络是指基于误差反向传播( b a c kp r o p a g a t i o n ，简称b p ) 算法的单向传播的多层前馈神经网络，其人工神经元的变换函数一般是八砖= l 揶+ 镊p ( 一m x ) m o ) 即s i g i d型函数，可以实现从输入到输出的任意的非线性映射。“删b p 算法的基本思想是将训练过程分为两个阶段，第一阶段正向传播，输入信息从输入层经过隐含层处理后传向输出层，每一层神经元的状态只影响下一层神经元的状态。若在输出层得不到期望的输出则转入第二阶段反向传播，将误差信号沿原来的神经元连接通路ls北京暇裴学院碘1 ：研究生学位论文返回。通过修改各层神经元的权值与闭值，逐次地向输入层传播进行计算。这样，反复地运用这两个过程，最后使得误差信号达到允许的范围之内，网络学习过程训练过程就结束。也就是说，在选定了b p 神经网络之后，可以利用输入输出训练样本对对网络的权值和阀值进行学习和调整，以使网络实现给定的输入输出映射关系。经过训练后的b p 神经网络，对于不是训练样本对中的输入，也能给出合适的输出。”“制在人工神经网络的实际应用中，接近9 0 的人工神经网络是采用b p 神经网络和它的变化形式。b p 神经网络是前馈神经网络的核心部分，体现了人工神经网络最精华的部分。2 ，3 4 点评价法和排队法l 、排队法用于多方案比较的时候，将方案两两比较，优者打1 分，劣者打零分，将每个方案的总得分求出后，总得分数高者为最佳方案。2 、点评价这种方法足以对各个比较方案按确定的设计目标项目逐点作粗略评价，并用符号“+ ”( 行) ，。一”( 不行) ，“? ”( 再研究一下) ，“! ”( 重新检查设计) 等表示出来，根据评价情况做出选择上述两种评价方法属于简单评价法，其特点是直观但精度差，适用定性定量的各种项目目标。2 3 5 名次计分法名次计分法是由一组专家对n 个待评价方案进行总评分，每个专家按方案的优劣捧出这n 个方案的名次，名次最高者给n 分，名次最低者给1 分，依次类推。最后把每个方案的得分相加，总分高者为最佳。为了提高设计评价的客观性和准确性，在用名次计分法进行设计评价时，最好是采用逐项评价的方式，即使不逐项评价，也应建立评价目标和评价项目，以便使评价者有一个基本的评价依据。在名次计分法中，涉及到多位专家，专家意见的一致性程度是确认评价结论是否准确可信的重要方面对于评分专家们的意见一致性0 m e ，可用一致性系数c 来表达一致性系数的计算公式为：击北糸瑕装学巯碘1 0 t 生擎证论亘：式中，c 为一致性系数：m 为参加评分的专家数：n 为特评价方案数：各方案中总分的差分和，计算式为：$ = _ 2 一( 而) 2 ，式( 2 也)x l 为第i 伞方案的总分。一致住系数c 越接近于l ，表示专家意见越一致，一般取值为o 7 一1 0 名次记分法一般需多人参加评价、精度较高，适用于定性定量的各种评价项目，多为综合性的评价，及方案数目不多的情况。2 3 6 技术经济评价法技术一经济评价法是求出方案的技术价一各技术性能评价指标的评分值和加权系数乘积之和与最高分值的比较，以及经济价一理想生产成本与实际生产成本之比值，然后经综合评价评选最佳方案。( 1 ) 技术评价一求技术价技术评价的目标是求方案的技术价，即各技术性能评价指标的评分值和加权系数乘积之和与最高分值的比值。技术价愈高，说明方案的技术性能越好。( 2 ) 经济评价一求经济价经济评价的目标是求方案的经济价，即理想生产成本与实际生产成本之比值。经济价越大，经济效果越好，比值为l 时是理想状念。此时，实际生产成本等于理想成本a( 3 ) 技术经济综合评价求出技术价和经济价后，可以采用直线法或双曲线法求出相对价，或者采用图示方法，进行综合评价相对价值越大，表明方案的技术经济综合性能越好-技术一经济评价法复杂，精度高，一般需多人参加评价，工作量大，而且需利用其它评价方法获得评分数据。适用于技术及经济性评价项目。本章主要研究的是评价方法，包括模 胡推理理论，层次分据法，基于人工神经网络的模糊推理方法，点评价法和排队法，名次计分法，技术经济评价法等。模糊理论在产品概念设计方案评价决策中应用比较多，是解决产品概念设计方案评价决