工业设计中面向客户的远程协同产品方案评价系统的构建

1、PAGE 1PAGE 6工业设计计中面向向客户的的远程协协同产品品方案评评价系统统的构建建 田田生彩 方方卫宁 郭北北苑 徐媛媛媛 北方交通通大学机机械与电电子控制制工程学学院 北北京 11000044摘要： 利用IInteerneet/IIntrraneet网络络平台，实现产产品用户户和设计计人员协协同完成成产品外外观方案案设计是是工业设设计领域域发展的的一个新新的概念念。本文文通过改改进层次次分析法法，在结结合多属属性多人人评价法法的基础础上，提提出了用用于面向向客户的的远程协协同产品品工业设设计方案案评价的的方法，并在此此基础上上研究和和开发了了一个适适用于工工业设计计的远程程协同方方案

2、设计计评价的的原型系系统。关键词：工业设设计方案案、协同同评价、三维模模型中图分类类号：TTH1222文献献标识码码：A引言 工业设计计作为产产品设计计的一个个特殊方方面，不不是简单单的“技术 + 艺艺术”，而是是工程技技术知识识、人机机工程学学、人文文社科知知识、艺艺术美学学知识、市场营营销知识识和消费费心理学学等知识识体系的的有机结结合11。这这决定了了工业设设计评价价的评价价标准具具有很宽宽的覆盖盖面，跨跨越了多多个学科科。同时时工业设设计又必必须迎合合客户的的需求，得到客客户的认认可。 对企业业而言，能否满满足客户户在多方方面的要要求将决决定企业业的市场场效益。 实际的工工业设计计活动

3、中中，一般般无法要要求设计计者和方方案评价价者具有有如此全全面的知知识，为为此一般般采用设设计评价再设计计再评价价这样循循序渐进进的方式式，通过过设计师师与大量量不同角角度的客客户之间间频繁的的交流沟沟通共同同完成整整个设计计过程。采用这这种方式式建立面面向客户户的分布布式协同同设计评评价系统统，能使使处于不不同地域域的设计计者和客客户能够够进行协协同的产产品方案案设计和和评价，从而提提高设计计效率和和用户的的满意度度。 本文通过过改进层层次分析析法，在在结合多多属性多多人评价价法的基基础上，提出了了用于面面向客户户的远程程协同产产品工业业设计方方案评价价的方法法，并在此此基础上上研究和和开发

4、了了一个适适用于工工业设计计的远程程协同方方案设计计评价的的原型系系统。基于远程程协同的的产品工工业设计计方案评评价方法法面向客户户的远程程协同产产品工业业设计方方案评价价体系是是以动态态客户为为主导施施行评价价行为，评价规规则的制制定人员员与评价价实施人人员相分分离。它它在本质质上要求求大量专专业设计计评价人人员和非非专业客客户的共共同参与与，并且且最终结结果的确确定要服服从多数数性原则则，体现现了多评评价者、多学科科评价的的特点。为满足足当今以以及未来来工业设设计评价价的新要要求，本本文在结结合层次次分析法法(AHHP) 1和多属属性多人人评价方方法(EEMAMME) 2的基础础上提出出了

5、用于于面向客客户的协协同评价价方法。方案评价价中基于于AHPP法的评评价权值值的确定定由于AHHP法可可以综合合处理定定性和定定量问题题并且适适用于多多学科多多目标评评价，在在工业设设计评价价中得到到了广泛泛应用，但AHHP法中中判断矩矩阵的构构造是针针对小范范围专家家评价提提出的，得出的的结果可可能具有有片面性性，不能能较好地地体现科科学性和和公平性性原则，因此，本文在在评价指指标的权权值确定定中对AAHP法法进行了了改进。基于AHHP法的的初步评评价权值值的确定定AHP法法是依据据分而治治之的思思想，把把评价目目标按层层次进行行分解，并在此此基础上上将所有有的评价价指标按按照一定定的规则则

6、和准则则组合和和排序，并通过过由上至至下的迭迭代来判判定各层层内元素素相对于于评价目目标的综综合权值值。运用用AHPP法确定定评价指指标综合合权值的的过程可可分为下下述2个个步骤:STEPP1：把把评价目目标分解解为包含含目标层层、准则则层(又又可包含含若干个个子准则则层)和和方案层层的层次次结构，结构图图参见文文献11。建建立各层层的判断断矩阵TT，其中中为本层层元素和和相对于于上一层层准则重重要性标标度的比比值，并并且有；重要性性标度采采用Saattyy提出的的199标度3。判断矩矩阵T表表征了各各层内元元素两两两之间重重要性的的比例关关系。STEPP2：从从第3层层起，从从上至下下迭代计

7、计算各层层的相对对权值和和综合权权值，具具体计算算参见文文献11。对AHPP法改进进后的最最终评价价权值的的确定为了消除除小范围围专家评评价带来来的片面面性，本本文进行行了改进进，采用用下述方方法综合合多组由由不同专专家得出出的权值值，经过过适当折折衷使工工业设计计方案评评价更具具有说服服力和代代表性。STEPP1：用用AHPP法进行行次评价价，结果果记为矩矩阵,其其中为第第次评价价结果的的维权值值向量，为评价价指标的的个数。STEPP2：规规定n维维向量，按下式式对多组组权值进进行聚合合即为综合合后的权权值向量量。STEPP3：按按式 对对进行归归一化处处理，所所得结果果即可作作为最终终的评

8、价价权值。基于多属属性多人人评价的的客户评评价评价指标标和评价价权值确确定后，面向客客户的协协同评价价过程要要求大量量客户的的参与，客户进进行的评评价行为为不可预预知，而而且客户户进行评评价的结结果也不不尽相同同，这要要求评价价方法能能够对评评价行为为的次数数不敏感感，同时时评价结结果应能能进行合合理的折折衷，以以体现多多数性原原则而不不失科学学性。多多属性多多人评价价方法研研究了对对多个评评价结果果和多个个评价属属性进行行聚合时时所要满满足的理理性化聚聚合准则则2，为面面向客户户的协同同评价提提供了理理论依据据。文献献2提出并并且证明明了一个个用于多多属性多多人评价价的准线线性权重重聚合函函

9、数，见见式(11)，这这可以满满足面向向客户协协同评价价的要求求。 (1)式中，nn为聚合合对象的的个数；和分别为为第个聚聚合对象象的偏好好值和第第个聚合合对象的的聚合权权值;，s取值值参见文文献22。在进行多多属性多多人评价价时，评评价步骤骤如下：SETPP1：分分别对多多人对同同一评价价指标的的偏好值值进行聚聚合评价价，此时时，i为评价价人数，和分别为为第个评评价指标标的偏好好值和第第个评价价客户的的信任等等级权值值;STEPP2：对对所有评评价指标标聚合后后的偏好好值进行行最终方方案评价价，此时时，i为评价价指标数数，和分别为为STEEP1中中对第个个评价指指标聚合合后的偏偏好值和和第个

10、评评价目标标权值;面向客户户的产品品方案评评价方法法的应用用根据面向向客户的的协同评评价的目目标和特特点，在在实际中中面向客客户的协协同评价价方案应应用如下下：对评价目目标进行行层次划划分，建建立层次次关系图图，并确确定评价价指标权权值；划分角色色角色是进进行评价价的基本本身份，表示了了客户的的信任等等级和进进行评价价的评价价指标。客户的的信任等等级代表表了在进进行多人人评价的的聚合时时所赋予予的评价价权重。角色的的数据结结构为struuct Rolle intt nnCreeditt ; int nTTarggetNNumbber ，其中nCCreddit为为信任等等级，nnTarrgett

11、Nummberr为评价价指标编编号。角色分配配客户可以以拥有多多个评价价角色，从而授授权该客客户可以以对多个个指标进进行评价价。客户户的数据据结构为为 struuct Cliientt CCVecctorr Rooless ; ; 其他他客户信信息,其中，RRolees为以以Rolle为元元素的向向量。单个指标标的多人人评价对同一指指标可以以由多个个人进行行评价，并且进进行评价价结果的的聚合，以体现现多数性性原则。调用函函数为ffloaat ( CMMap * ppEvaaluaatinng )，返回回值即为为评价结结果，为为式(11) 所所示聚合合函数的的实现，CMaap 映射类类型定义义了

12、针对对单个评评价指标标所进行行的评价价行为，映射的的键值为为客户指指针，而而映射值值为评价价的偏好好值。评价方案案的最终终评定通过对所所有评价价指标进进行多属属性聚合合，来获获得最终终评价结结果。调调用函数数为flloatt (CMaap * ppEvaaluaatinngIttemss )，返回回值即为为综合评评价结果果，为式式(1) 所示示聚合函函数的实实现，CCMapp 映射射类型定定义了所所有评价价指标及及其经过过多人聚聚合后的的偏好值值，映射射的键值值为innt类型型的评价价指标编编号，而而映射值值为该评评价指标标经过多多人聚合合后的偏偏好值。面向客户户的远程程协同产产品方案案评价系

13、系统的构构建系统开发发目标工业产品品种类繁繁多,设计评评价涉及及的领域域广、知知识依赖赖性强5，如果针针对各个个产品独独立地开开发自己己的各种种协同评评价系统统，重新新构建系系统的知知识框架架，将会会耗费大大量的人人力和物物力，延延长系统统的开发发时间。因此利利用合理理的评价价理论总总结产品品评价的的共性特特征，构构建一些些通用的的协同评评价应用用构件,利用这这些构件件快速的的生成自自己应用用系统,是协同同评价应应用系统统构建的的一种通通用方法法。根据据工业设设计及面面向客户户的协同同评价体体系的特特点，工工业设计计中的方方案设计计评价系系统不但但应满足足分布式式协同工工作环境境的要求求，而且

14、且对动态态客户服服务的伸伸缩配置置提出了了较高的的要求，因此，面向客客户的远远程协同同产品方方案评价价系统应应实现的的目标包包括：具有在WWeb客客户端进进行协同同方案设设计和方方案评价价的能力力。系统统面向分分布式客客户开放放，客户户进入系系统的最最佳方式式是通过过Webb登陆，这种方方式要求求系统具具有在WWeb客客户端进进行协同同方案设设计和方方案评价价的能力力。同时时，由于于系统用用户具有有多样性性和多变变性的特特点，传传统客户户端方式式无法有有效地解解决这个个问题，而在WWeb客客户端方方式下，可以由由Webb服务器器端动态态生成丰丰富的用用户界面面。具有在WWeb客客户端进进行产品

15、品设计方方案展示示的能力力。系统统能为时时空分布布的客户户提供三三维实体体远程交交互展示示，视频频会议、电子白白板、在在线交谈谈、电子子邮件等等，集声声音、图图象、图图形、文文字并茂茂的多媒媒体合作作界面和和信息交交互手段段，使用用户充分分了解设设计方案案。具有保证证产品信信息一致致性的能能力。产产品的设设计和展展示模块块之间不不可避免免的存在在着信息息流动，而两个个模块之之间的感感知和交交流必需需以产品品信息的的一致性性为基础础。为了了适应全全生命周周期的协协同环境境，系统统必须具具有产品品信息一一致性管管理功能能，以保保证整个个系统运运行通畅畅。具有动态态配置系系统功能能以及集集成异构构系

16、统的的能力。协同环环境本质质上要求求具有开开放性特特点，需需要系统统不但能能够管理理模块的的进入和和退出，还要能能够对运运行的模模块作出出动态配配置。同同时遗留留工作模模块必须须具有互互操作性性，因此此必须提提供相应应的功能能把遗留留模块无无缝地集集成到新新系统。基于Innterrnett/Innterrnatt的网络络环境。Intternnet/Intternnat层层提供了了协同工工作系统统的网络络平台，采用IInteerneet/IInteernaat作为为协作平平台的优优势在于于日益发发展的IInteerneet/IInteernaat用户户群体提提供了协协同工作作天然的的物质基基础，

17、它它的普及及使得用用户得到到最廉价价、方便便、实用用的网络络接入。系统体系系结构网络协同同评价系系统采用用Webb技术将将不同区区域的专专业技术术人员、客户和和设计资资源组织织在一起起，提供供一个协协同完成成产品评评价的网网络环境境，将产产品评价价及其相相关过程程延伸到到客户端端，以保保证设计计出的产产品真正正满足客客户需要要。系统统的结构构层次如如图1所所示。本文协同同评价系系统的网网络平台台构建是是基于JJ2EEE技术规规范的分分布式协协同环境境，J22EE规规范提供供了一个个企业级级的计算算模型和和运行环环境，用用于开发发和部署署企业级级的应用用程序。它通过过提供企企业计算算环境所所必需

18、的的各种服服务，使使得部署署在J22EE平平台上的的多层应应用可以以实现高高可用性性、安全全性、可可扩展性性和可靠靠性66。基基于J22EE技技术的系系统，其其内部各各层之间间松散耦耦合，具具有很好好的柔性性，所以以可以进进行大范范围内功功能的伸伸缩，并并且能够够充分满满足动态态客户服服务的要要求。因因此，这这种平台台环境可可以达到到协同评评价系统统的要求求。系统中间间件层提提供分布布式协同同作业的的数据通通道及其其数据的的持久性性管理，通过提提供对底底层网络络通讯和和数据库库操作的的封装，使底层层网络通通讯和数数据库管管理透明明化，本本文选用用J2EEE RRefeerennce作作为本系系

19、统的应应用程序序服务器器。框架层分分为两层层，其中中过程管管理、任任务管理理、资源源管理、协同工工具集、产品信信息模型型及其管管理等几几部分构构成框架架层的低低层。任任务管理理负责任任务的分分解、子子任务的的粒度控控制、子子任务的的调度等等功能。过程管管理提供供对评价价事物的的建立、维护，评价版版本的管管理等手手段。评评价资源源包括评评价过程程中占用用的网络络资源以以及参与与评价与与设计的的人员。产品信信息模型型的管理理负责产产品信息息模型的的建模、维持、信息抽抽象等工工作，产产品信息息模型表表达产品品设计过过程中使使用的各各种信息息，它包包含数据据库、文文件、图图形、图图象等多多种格式式的数

20、据据源。WWeb应应用程序序和数据据转换集集成器是是框架层层中的较较高层，负责定定义各种种数据的的客户端端表现和和数据接接口转换换的一致致性，同同时数据据转换集集成器还还要负责责与协同同工具集集的集成成。Webb客户端端和协同同工具集集为客户户和评价价者提供供交互手手段。它它处于系系统的最最外层，是系统统管理人人员、产产品设计计人员以以及其他他客户接接收、处处理和反反馈信息息的终端端。 图图1 协协同评价价系统的的结构层层次 图22 产品设设计者和和评价者者之间的的信息流流动形式式协同评价价方法在在系统中中的实现现协同设计计评价系系统的主主要目标标是在产产品设计计过程中中及时准准确地获获取评价

21、价者的反反馈信息息，并且且根据反反馈信息息对产品品设计及及时做出出修改。这个过过程中，产品设设计者和和评价者者之间的的信息流流动形式式如图22所示。产品评评价所需需的信息息来源于于产品的的信息库库和知识识库，产产品信息息库是一一个包含含产品设设计过程程中使用用的各种种信息如如文件、图形、图象等等多种格格式的数数据库。知识库库主要包包含了评评价指标标、评价价信息和和评价决决策的知知识支持持集。评评价管理理模块是是协同评评价过程程的核心心，主要要负责评评价信息息的发布布、产品品方案评评价、评评价结果果处理以以及结果果信息的的反馈。面向客客户的 SHAPE * MERGEFORMAT 信信息主要要包

22、括两两个部分分，一个个部分是是产品方方案信息息，它来来源于产产品信息息库，另另一部分分信息是是评价指指标信息息，来源源于知识识库，为为客户提提供方案案评价指指标和评评价的决决策支持持。设计者完完成的产产品设计计方案，经过数数据转换换集成器器形成统统一的产产品信息息格式，由设计计管理模模块进行行分类和和存储。评价管管理模块块根据客客户请求求提取相相关产品品方案信信息和评评价指标标，并对对评价结结果进行行处理。产品方方案信息息在Weeb应用用层以三三维实体体远程交交互展示示，同时时给客户户提供视视频会议议、电子子白板、在线交交谈、电电子邮件件等多种种远程交交互手段段，使用用户充分分了解设设计方案案

23、。产品品方案的的最终评评价结果果由评价价管理模模块反馈馈给设计计者并进进行进一一步方案案修改。基于远程程协同的的产品方方案评价价系统的的关键技技术产品方案案信息的的网络表表达方式式面向客户户的协同同评价必必须以远远程客户户获得足足够丰富富的产品品方案信信息为前前提，因因此网上上产品方方案信息息表达技技术对于于远程评评价系统统至关重重要。目目前，随随着虚拟拟现实技技术、网网络技术术的发展展，使客客户通过过因特网网在Weeb3DD技术构构建的虚虚拟环境境下获取取产品的的方案信信息成为为现实。本文采采用Cuult33D技术术作为产产品工业业设计方方案展示示的主要要方式，并通过过视频会会议、电电子白板

24、板、在线线交谈、电子邮邮件等多多种信息息交互手手段，使使用户充充分了解解设计方方案。 图3 基于CCultt3D产产品方案案设计界界面图4 面面向客户户的远程程协同产产品方案案评价系系统进行行客户评评价界面面Cultt3D是是瑞典CCycoore公公司的产产品，它它在三维维产品的的工业设设计方案案表达上上具有明明显的优优势，由由于它采采用了独独特的图图形渲染染方式，增强了了绘图中中透明度度和反光光程度的的肌理质质感，具具有较快快渲染速速度和实实时交互互性，因因此，使使网络图图像的品品质有很很大改善善，而图图象品质质对于工工业设计计中产品品外观的的色彩、材质等等美学要要素的表表现和评评价是至至关

25、重要要的。CCultt3D所所要求的的模型文文件格式式与大多多数工业业设计软软件相兼兼容，可可直接把把3DMMax、Mayya等33D模型型直接转转换为CCultt3D格格式；CCultt3D通通过内建建的事件件模型提提供了对对键盘、鼠标以以及动画画等事件件的支持持，由于于采用了了基于图图标拖动动方式的的事件设设置形式式，展示示产品交交互功能能的开发发非常简简便，进进一步提提高了开开发效率率。另外外，Cuult33D对三三维场景景模型和和动画进进行了优优化，大大幅优化化了文件件的压缩缩比，改改善了网网络传输输性能。在Cuult33D中通通过继承承Cullt3DD的Sccrippt类实实现Cuu

26、lt33D与JJavaaAppplett程序的的交互，通过实实时控制制虚拟场场景，在在进行产产品方案案展示的的同时甚甚至可以以定制产产品。图图3为本本文采用用的基于于Cullt3DD产品方方案设计计界面客户对产产品方案案的评价价，必须须依赖于于产品方方案的理理解，在在系统中中提供基基于Cuult33D技术术的产品品方案交交互展示示同时还还应考虑虑为远程程客户和和专业设设计者之之间提供供信息交交流的方方式，作作为协助助客户进进一步理理解方案案并进行行正确评评价必要要补充。因此，在本文文的产品品方案评评价系统统中还提提供了视视频会议议、电子子白板、在线交交谈、电电子邮件件等必要要的远程程信息交交互

27、协同同工具。客户评价价单元的的动态接接入和管管理 客户评评价单元元是动态态、随机机加入协协同评价价系统的的，因此此应该提提供一种种方便的的途径让让客户设设计者方方便的进进入系统统。Innterrnett上广泛泛使用的的Webb浏览器器提供了了通用一一致的操操作界面面，通过过客户远远程登录录协同系系统Weeb服务务器的方方式，可可以解决决客户评评价单元元动态接接入的问问题。为为了有效效管理动动态客户户，约束束客户单单元的行行为，在在协同系系统的框框架层加加入以划划分信用用等级为为特征的的客户管管理和项项目管理理应用程程序，由由相应的的客户管管理员和和项目管管理员根根据注册册客户的的资格信信息协同同向客户户颁发信信用等级级证书并并且指派派客户行行为的范范围和权权限。客户评价价单元的的协同界界面 协同评评价系统统拥有总总多的设设计和评评价客户户，而且且客户专专业类型型和信任任等级不不同，因因此客户户端界面面必须能能够根据据特定客客户灵活活配置和和生成，传统的的客户端端应用程程序无法法满足要要求。针针对这种种要求，利用WWeb瘦瘦客户端端技术，可以在在Webb服务器器端进行行各种数数据表示示界面（产品展展示、在在线评价价、评价价表格等等）的动动态定制制，而同同时利用用Webb服务器器的代理理功能进进行信息息查询和和信息发