劉 征 魯 娜

1.中國(guó)美術(shù)學(xué)院，杭州，310024 2.浙江財(cái)經(jīng)學(xué)院，杭州，310028

基于問(wèn)題方案共進(jìn)模型的設(shè)計(jì)知識(shí)獲取方法

劉 征1魯 娜2

1.中國(guó)美術(shù)學(xué)院，杭州，310024 2.浙江財(cái)經(jīng)學(xué)院，杭州，310028

為獲取工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域設(shè)計(jì)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)知識(shí)，提出一種基于問(wèn)題方案共進(jìn)模型轉(zhuǎn)化信息的方法。通過(guò)討論工業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)基本概念，指出了該領(lǐng)域存在大量隱性知識(shí)和創(chuàng)新知識(shí)空間不斷擴(kuò)張的特征。面向概念設(shè)計(jì)案例，通過(guò)口語(yǔ)報(bào)告采集過(guò)程信息。通過(guò)識(shí)別知識(shí)源，基于已有概念體系定義高價(jià)值信息。面向不良定義的設(shè)計(jì)問(wèn)題，通過(guò)劃分問(wèn)題空間和方案空間，形成了用于描述創(chuàng)新過(guò)程的問(wèn)題方案共進(jìn)模型，并構(gòu)建設(shè)計(jì)要求與方案本體的基本框架。利用該模型劃定設(shè)計(jì)過(guò)程中的重要節(jié)點(diǎn)，面向節(jié)點(diǎn)調(diào)用本體，并標(biāo)示本體之間的關(guān)系，進(jìn)而捕捉工業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)，采用框架層級(jí)結(jié)構(gòu)輸出。最后，通過(guò)應(yīng)用知識(shí)獲取管理系統(tǒng)，以閃存U盤(pán)的設(shè)計(jì)知識(shí)獲取、轉(zhuǎn)化為例，驗(yàn)證了該方法的正確性。

工業(yè)設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)要求；草圖；本體

0 引言

工業(yè)設(shè)計(jì)是知識(shí)密集型活動(dòng)：一方面，新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)需要大量信息資源，以支持設(shè)計(jì)方案的生成和完善；另一方面，概念設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生多種多樣的知識(shí)，從而推進(jìn)設(shè)計(jì)理論的演化。因此，面向過(guò)程的設(shè)計(jì)知識(shí)獲取成為知識(shí)資源管理的重要內(nèi)容之一，它既是知識(shí)更新、發(fā)現(xiàn)的必要環(huán)節(jié)，又是概念設(shè)計(jì)質(zhì)量提升的有效途徑。

在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，知識(shí)的獲取、轉(zhuǎn)化、表達(dá)已經(jīng)受到了學(xué)者的廣泛關(guān)注。已有研究建立了集成化知識(shí)平臺(tái)，用于整合用戶與設(shè)計(jì)師的相關(guān)知識(shí)，輔助設(shè)計(jì)師進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)［1］。還有研究提出了基于群體文化學(xué)的方法，研究用戶和設(shè)計(jì)師的隱性知識(shí)表達(dá)，推動(dòng)以用戶為中心的設(shè)計(jì)［2］。此外，還有學(xué)者提出了基于知識(shí)的工業(yè)設(shè)計(jì)輔助系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)師進(jìn)行口語(yǔ)分析，了解設(shè)計(jì)思維程序，構(gòu)建數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)知識(shí)表達(dá)和應(yīng)用模塊［3］。還有學(xué)者提出了利用工業(yè)設(shè)計(jì)情境求解問(wèn)題的方法，通過(guò)定義問(wèn)題情景，求解過(guò)程情景、方案情景，基于案例產(chǎn)生方案［4］。然而，以往研究存在兩個(gè)方面的不足：①僅從感性工學(xué)的研究方法出發(fā)，局限于用戶及設(shè)計(jì)師對(duì)產(chǎn)品外觀反饋進(jìn)行探索，知識(shí)范圍有待擴(kuò)展；②設(shè)計(jì)創(chuàng)新過(guò)程的認(rèn)識(shí)仍需進(jìn)一步深入，對(duì)設(shè)計(jì)創(chuàng)新的底層機(jī)制缺乏細(xì)致描述，捕捉方法有待完善。

本文通過(guò)探討工業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)的內(nèi)涵，指出該領(lǐng)域的知識(shí)特征，提出包括信息采集、知識(shí)識(shí)別和轉(zhuǎn)化的獲取原則?；趩?wèn)題方案共進(jìn)模型，對(duì)創(chuàng)新過(guò)程進(jìn)行劃分，通過(guò)構(gòu)建設(shè)計(jì)要求與方案本體，捕捉動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)知識(shí)。

1 工業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)特征

（1）工業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)中存在大量的隱性知識(shí)有待轉(zhuǎn)化。面臨特殊設(shè)計(jì)問(wèn)題時(shí)，設(shè)計(jì)師雖然可以根據(jù)情景作出反應(yīng)，利用以往的經(jīng)驗(yàn)和技巧，迅速地進(jìn)行識(shí)別、轉(zhuǎn)化，然而過(guò)程中采用的知識(shí)卻很難定義。這是由于直覺(jué)性決策活動(dòng)是設(shè)計(jì)過(guò)程的主導(dǎo)［5］。設(shè)計(jì)創(chuàng)新時(shí)，隱性知識(shí)具有內(nèi)在性、模糊性和偶然性的特點(diǎn)，難以被明確描述并進(jìn)行重用。因此，隱性知識(shí)有待從機(jī)制上入手進(jìn)行挖掘。

（2）設(shè)計(jì)知識(shí)空間不斷擴(kuò)張。創(chuàng)新是設(shè)計(jì)的生命力所在。由于設(shè)計(jì)思維的差異，新技術(shù)與新風(fēng)尚不斷地涌現(xiàn)，設(shè)計(jì)創(chuàng)新的內(nèi)容總是發(fā)生著廣泛而深刻的變化。設(shè)計(jì)知識(shí)空間也隨之突破原有局限，向未知領(lǐng)域擴(kuò)張，因此，有必要應(yīng)用知識(shí)管理系統(tǒng)對(duì)創(chuàng)新活動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)進(jìn)行捕捉，擴(kuò)充知識(shí)資源。

2 工業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)的獲取

2.1 設(shè)計(jì)信息的采集

從信息中提取知識(shí)，是向設(shè)計(jì)規(guī)則、方法以及系統(tǒng)理論轉(zhuǎn)化的前提。本文的信息來(lái)源取材于面向過(guò)程的設(shè)計(jì)案例，即設(shè)計(jì)任務(wù)過(guò)程中集合的各種信息，包含問(wèn)題初始狀態(tài)、問(wèn)題目標(biāo)狀態(tài)和求解策略［6］。完整的案例是存儲(chǔ)顯性和隱性設(shè)計(jì)知識(shí)的有效機(jī)制。本文采取草案分析，又稱口語(yǔ)報(bào)告方法［7］，獲取反映設(shè)計(jì)師思維的言語(yǔ)數(shù)據(jù)。

2.2 知識(shí)源的識(shí)別

案例包含的信息眾多，不是所有的信息都具有獲取價(jià)值。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)知識(shí)作用結(jié)果進(jìn)行初步判斷，能夠識(shí)別是否存在有效用價(jià)值的知識(shí)。主要包括以下兩種方法：

（1）通過(guò)比較最終方案與預(yù)想結(jié)果來(lái)判別知識(shí)源。新知識(shí)如果對(duì)設(shè)計(jì)活動(dòng)發(fā)生了作用，會(huì)導(dǎo)致最初預(yù)想結(jié)果和最終產(chǎn)生的方案存在差異，由此可以判斷知識(shí)源的存在。

定義：設(shè)計(jì)知識(shí)Kx產(chǎn)生方案S，S′為預(yù)設(shè)結(jié)果范圍，Kn為新設(shè)計(jì)知識(shí)，則有

（2）通過(guò)比較相同設(shè)計(jì)問(wèn)題產(chǎn)生的方案來(lái)判別知識(shí)源。針對(duì)同一個(gè)設(shè)計(jì)問(wèn)題，由于設(shè)定了不同的目標(biāo)和解決方法，常生成不同的方案。追溯產(chǎn)生差異的原因，有可能發(fā)現(xiàn)新知識(shí)的來(lái)源。

定義：Q為設(shè)計(jì)問(wèn)題，Sm、Sn為設(shè)計(jì)方案，Kn為新設(shè)計(jì)知識(shí)，則有

2.3 獲取信息向知識(shí)的轉(zhuǎn)化

在初步判斷信息獲取價(jià)值后，將信息轉(zhuǎn)化為知識(shí)。轉(zhuǎn)化知識(shí)的過(guò)程可以看作是預(yù)設(shè)概念對(duì)獲取信息的一種定義，即在原有理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，采用概念、參數(shù)描述設(shè)計(jì)活動(dòng)和對(duì)象的特征。本體是面向內(nèi)容的概念體系［8］，能夠以一種清晰的方式將信息分解為一組概念和它們之間的關(guān)系。這里基于本體對(duì)信息進(jìn)行定義并輸出知識(shí)，建立工業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)主題。工業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)獲取過(guò)程如圖1所示。

圖1 工業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)的獲取過(guò)程

定義：O為本體體系，I為案例中獲取的信息，Kn為新設(shè)計(jì)知識(shí)，信息向知識(shí)的轉(zhuǎn)化表示為

2.4 設(shè)計(jì)知識(shí)的本體輸出

本體具有樹(shù)狀層級(jí)結(jié)構(gòu)，分為類、子類、槽、側(cè)面以及實(shí)例等級(jí)。根據(jù)知識(shí)主題每一等級(jí)向下分解，下一等級(jí)都是對(duì)上級(jí)內(nèi)容的詳細(xì)解釋。復(fù)雜知識(shí)主題由多個(gè)本體構(gòu)成，形成網(wǎng)狀的關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)。采用本體將設(shè)計(jì)知識(shí)輸出的優(yōu)勢(shì)集中在以下兩個(gè)方面：

（1）采用本體有利于領(lǐng)域知識(shí)的規(guī)范化表達(dá)。本體術(shù)語(yǔ)具有公認(rèn)明確的含義，經(jīng)過(guò)本體轉(zhuǎn)化的領(lǐng)域知識(shí)具有一致性和確定性，便于共享和重用。

（2）采用本體有利于知識(shí)內(nèi)容的挖掘。一方面，本體將獲取的信息逐層分解，能夠說(shuō)明知識(shí)的構(gòu)成要素；另一方面，本體可以定義要素之間的關(guān)系，形成相互制約、維系的語(yǔ)義場(chǎng)［9］，便于知識(shí)的推理。

在內(nèi)容上，獲取的設(shè)計(jì)知識(shí)屬于下層附屬概念，即在特定情境下對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象細(xì)微特征的描述與設(shè)想，它們是上層要領(lǐng)性概念的深入和演化。在形式上，獲取的設(shè)計(jì)知識(shí)采用框架的層級(jí)形式輸出?？蚣芙Y(jié)構(gòu)頂層為固定的知識(shí)對(duì)象，下層逐層分解基于本體表達(dá)對(duì)象各個(gè)方面的屬性。

3 問(wèn)題方案共進(jìn)模型

3.1 問(wèn)題方案共進(jìn)模型的描述

設(shè)計(jì)面臨不良定義問(wèn)題（ill－defined problem）時(shí)，設(shè)計(jì)活動(dòng)是狀態(tài)性行為［10］。多種狀態(tài)構(gòu)成了求解的范圍空間，可劃分為問(wèn)題空間和方案空間。在認(rèn)知層面，設(shè)計(jì)被描述為定義設(shè)計(jì)問(wèn)題同產(chǎn)生方案在各自空間中平行發(fā)展，相互促進(jìn)，逐步完善的過(guò)程［11］。設(shè)計(jì)問(wèn)題提出目標(biāo)，驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生設(shè)計(jì)方案，根據(jù)生成的設(shè)計(jì)方案提出反饋信息，不斷修正和深化設(shè)計(jì)問(wèn)題，直至產(chǎn)生令人滿意的方案。因此，創(chuàng)新不是由問(wèn)題向方案的一種跳躍性突破，而是一個(gè)逐步探索發(fā)展的結(jié)果，如圖2所示。其中，P（t）指設(shè)計(jì)要求，S（t）指設(shè)計(jì)方案，State（n）指設(shè)計(jì)狀態(tài)。

圖2 問(wèn)題方案共進(jìn)模型

3.2 基于共進(jìn)模型知識(shí)轉(zhuǎn)化的優(yōu)勢(shì)

問(wèn)題方案共進(jìn)模型在本文主要用于設(shè)計(jì)信息的初步分類，其知識(shí)轉(zhuǎn)化優(yōu)勢(shì)在于：

（1）該模型有助于創(chuàng)新性設(shè)計(jì)知識(shí)的發(fā)現(xiàn)。設(shè)計(jì)活動(dòng)紛繁蕪雜，創(chuàng)新手段變化多樣，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)豐富多彩。共進(jìn)模型在認(rèn)知層面簡(jiǎn)潔地概括了設(shè)計(jì)活動(dòng)特征，提供了在較小抽象粒度下進(jìn)行信息轉(zhuǎn)化的方法。

（2）該模型有助于隱性知識(shí)的顯性化。由于隱性認(rèn)知是一個(gè)從細(xì)節(jié)附帶知覺(jué)向焦點(diǎn)知覺(jué)轉(zhuǎn)向的過(guò)程［12］，故獲取背景信息是否全面直接影響到隱性知識(shí)的顯性轉(zhuǎn)化。共進(jìn)模型面向個(gè)體經(jīng)驗(yàn)，全面展現(xiàn)了信息的類別和對(duì)應(yīng)關(guān)系，有利于知識(shí)的衍生。

3.3 基于共進(jìn)模型知識(shí)轉(zhuǎn)化的步驟

（1）執(zhí)行工業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)，利用口語(yǔ)報(bào)告的方法收集各類信息，形成一個(gè)設(shè)計(jì)案例。

（2）對(duì)案例進(jìn)行初步分析，識(shí)別其中是否存在具有價(jià)值的知識(shí)源。

（3）構(gòu)建設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)方案本體。

（4）利用問(wèn)題方案共進(jìn)模型，將設(shè)計(jì)過(guò)程分段，劃定設(shè)計(jì)狀態(tài)，即重要節(jié)點(diǎn)。

（5）針對(duì)重要節(jié)點(diǎn)，調(diào)用相應(yīng)本體，并標(biāo)示本體之間的關(guān)聯(lián)，由上而下定義信息，獲取設(shè)計(jì)知識(shí)。

3.4 基于共進(jìn)模型的節(jié)點(diǎn)劃分與轉(zhuǎn)化

由問(wèn)題方案共進(jìn)模型發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)是一個(gè)逐步演化的過(guò)程，因此，設(shè)計(jì)過(guò)程可以分成不同狀態(tài)。通過(guò)判斷狀態(tài)的轉(zhuǎn)移，即概念草圖的對(duì)象變化，完成狀態(tài)的劃分，這里稱為節(jié)點(diǎn)。多種多樣的設(shè)計(jì)活動(dòng)可以簡(jiǎn)化為若干彼此關(guān)聯(lián)的重要節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)由設(shè)定要求和繪制草圖方案兩類活動(dòng)組成。

因此，通過(guò)本體定義設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)方案、兩者之間的關(guān)系以及節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系，來(lái)產(chǎn)生對(duì)象性和程序性工業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)。這里主要包括5個(gè)方面，用以下表達(dá)式描述：

式中，P為Node（n）設(shè)計(jì)要求集合；節(jié)點(diǎn)Node（n）為設(shè)計(jì)過(guò)程中的重要狀態(tài)；S為Node（n）設(shè)計(jì)方案集合；M1、M2為P、S之間的映射；M3為Node（n）與Node（n＋1）之間的映射；O 為相關(guān)本體；K1、K2、K3、K4、K5為產(chǎn)生的工業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)。

基于共進(jìn)模型的信息轉(zhuǎn)化如圖3所示。其中，K1、K2來(lái)源于對(duì)于設(shè)計(jì)要求與方案本身的定義，而K3、K4、K5來(lái)源于對(duì)設(shè)計(jì)要求與方案之間關(guān)聯(lián)的定義。

圖3 基于共進(jìn)模型的信息轉(zhuǎn)化

4 知識(shí)本體的構(gòu)建

4.1 本體構(gòu)建的步驟

構(gòu)建知識(shí)本體是獲取知識(shí)的前提，大致分為以下5個(gè)步驟：

（1）劃定范疇。根據(jù)工業(yè)設(shè)計(jì)活動(dòng)，特別是概念設(shè)計(jì)過(guò)程所涉及的操作性和對(duì)象性領(lǐng)域，劃定知識(shí)范圍，列舉重要的術(shù)語(yǔ)概念。

（2）修訂概念。由于工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域廣泛，因此需要設(shè)計(jì)專家參與，建立領(lǐng)域內(nèi)共同認(rèn)可的術(shù)語(yǔ)概念體系，并對(duì)其進(jìn)行維護(hù)。

（3）描述本體。利用框架結(jié)構(gòu)將本體形式化［13］。一方面，通過(guò)分類、劃歸層次的方法，構(gòu)建概念類、子類、槽、側(cè)面以及實(shí)例等級(jí)結(jié)構(gòu)；另一方面，建立概念之間的關(guān)系。

（4）評(píng)價(jià)本體。對(duì)建立的本體進(jìn)行評(píng)價(jià)和修整，保障本體術(shù)語(yǔ)無(wú)歧義、邏輯一致、可擴(kuò)展。

（5）適應(yīng)案例。由于設(shè)計(jì)案例千差萬(wàn)別，故需通過(guò)本體操作，標(biāo)示本體之間的關(guān)系，達(dá)到本體適應(yīng)特定情境，精確描述對(duì)象的目標(biāo)。

4.2 設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)方案本體

設(shè)計(jì)要求是指待解決問(wèn)題所包含的內(nèi)容，預(yù)想設(shè)計(jì)對(duì)象應(yīng)具有的屬性［14］，是構(gòu)建設(shè)計(jì)問(wèn)題的重要步驟。通過(guò)羅列活動(dòng)中的多重目標(biāo)，設(shè)計(jì)要求本體規(guī)劃整個(gè)設(shè)計(jì)活動(dòng)的方向，促成設(shè)計(jì)方案的生成。草圖是一種具有動(dòng)態(tài)性、多義性、松散性和高度集成性的視覺(jué)符號(hào)系統(tǒng)［15］，是設(shè)計(jì)方案的載體?；谠O(shè)計(jì)方案本體可以說(shuō)明設(shè)計(jì)對(duì)象的色彩、材質(zhì)、形式風(fēng)格、整體感受，表達(dá)設(shè)計(jì)師的構(gòu)思，展現(xiàn)多樣化設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)要求與方案領(lǐng)域本體的總體框架如圖4所示。這里采用protégé完善本體基本框架。

圖4 設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)方案相關(guān)本體基本框架

在常用語(yǔ)義聯(lián)系的基礎(chǔ)上，根據(jù)工業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)領(lǐng)域具體情景，進(jìn)一步定義本體之間的關(guān)系，如表1所示。

表1 本體關(guān)系定義

4.3 知識(shí)本體的操作

為了適應(yīng)具體案例，通過(guò)知識(shí)本體操作和標(biāo)示本體來(lái)有效地獲取工業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)。以下主要對(duì)本體操作進(jìn)行規(guī)范：

（1）本體分裂。依照結(jié)構(gòu)將本體向下層分解，產(chǎn)生新的具有更小粒度的節(jié)點(diǎn)，并繼承上一層本體的特征。KN 為原始節(jié)點(diǎn)，KNi、KNj為分裂的新節(jié)點(diǎn)，分裂操作表示為

（2）本體合并。將兩個(gè)或多個(gè)本體向上層聚合，產(chǎn)生具有更大粒度的新節(jié)點(diǎn)，并綜合了下一層本體相關(guān)的特征。KNi、KNj為原始節(jié)點(diǎn)，KN 為合并的新節(jié)點(diǎn)，合并操作表示為

（3）本體插入。為準(zhǔn)確描述對(duì)象，調(diào)用插入相關(guān)的本體或子本體。KNi為相關(guān)本體，插入操作表示為

（4）本體刪減。為準(zhǔn)確描述對(duì)象，將無(wú)關(guān)的本體或子本體刪掉。KNi為無(wú)關(guān)本體，刪減操作表示為

4.4 本體關(guān)聯(lián)的操作

在設(shè)計(jì)要求與方案的本體框架式知識(shí)輸出后，需建立兩者之間多方面的關(guān)聯(lián)，以便知識(shí)的進(jìn)一步挖掘、解釋。

（1）節(jié)點(diǎn)中設(shè)計(jì)要求或設(shè)計(jì)方案自身以框架式表達(dá)，層級(jí)結(jié)構(gòu)中槽與槽之間的關(guān)聯(lián)可進(jìn)一步定義。

（2）節(jié)點(diǎn)中設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)方案之間的關(guān)聯(lián)定義。除了框架頂端的知識(shí)對(duì)象關(guān)聯(lián)外，兩個(gè)知識(shí)空間不同層次之間的槽也可以建立聯(lián)系。

（3）整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，兩個(gè)知識(shí)空間之間的要求與方案本體知識(shí)層級(jí)之間建立關(guān)聯(lián)。

5 應(yīng)用案例

筆者建立了面向工業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程的知識(shí)管理系統(tǒng)（KAMS），對(duì)前述的知識(shí)獲取方法進(jìn)行驗(yàn)證。移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備（如U盤(pán)）為典型的電子類產(chǎn)品，內(nèi)部主要由相對(duì)穩(wěn)定的pcb電路板構(gòu)成，外觀設(shè)計(jì)在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中占有重要地位。不同設(shè)計(jì)師根據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)，能夠產(chǎn)生多種多樣的方案。以往由于受到開(kāi)發(fā)流程反復(fù)、知識(shí)管理意識(shí)淡薄的影響，工業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)的收集常被忽略，導(dǎo)致創(chuàng)意資源的流失。KAMS系統(tǒng)配合知識(shí)工程師工作，可以彌補(bǔ)該方面的不足，獲取工業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)，供研發(fā)團(tuán)隊(duì)共享與重用。

5.1 設(shè)計(jì)知識(shí)獲取系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

KAMS系統(tǒng)由6個(gè)模塊組成，見(jiàn)圖5。①過(guò)程信息采集模塊，知識(shí)工程師利用口語(yǔ)報(bào)告方法收集設(shè)計(jì)過(guò)程中的信息；②本體構(gòu)建模塊，基于protégé建立設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)方案相關(guān)本體；③設(shè)計(jì)知識(shí)轉(zhuǎn)化模塊，知識(shí)工程師同系統(tǒng)交互，調(diào)用本體轉(zhuǎn)化獲取的信息；④設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)，將獲取的設(shè)計(jì)知識(shí)以XML形式存儲(chǔ)；⑤設(shè)計(jì)知識(shí)查詢模塊，設(shè)計(jì)師利用關(guān)鍵詞或本體查詢知識(shí)；⑥設(shè)計(jì)知識(shí)評(píng)價(jià)模塊，設(shè)計(jì)師對(duì)獲取知識(shí)的創(chuàng)新性、一致性、完整性進(jìn)行評(píng)價(jià)和補(bǔ)充。以下著重對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中信息采集、設(shè)計(jì)知識(shí)轉(zhuǎn)化兩個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行介紹。

圖5 KAMS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

5.2 設(shè)計(jì)信息的采集

設(shè)計(jì)信息采集活動(dòng)由知識(shí)工程師組織協(xié)調(diào)。設(shè)計(jì)師在接受移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備設(shè)計(jì)任務(wù)、收集相關(guān)信息后，進(jìn)入試驗(yàn)場(chǎng)地。試驗(yàn)場(chǎng)地設(shè)有兩架攝像機(jī)，分別記錄設(shè)計(jì)師活動(dòng)與草圖繪制內(nèi)容。

設(shè)計(jì)師要求在2h內(nèi)完成概念設(shè)計(jì)的同時(shí)，盡可能多地說(shuō)出當(dāng)時(shí)的想法。作為補(bǔ)充，在事后觀看視頻時(shí)，設(shè)計(jì)師需充分解釋活動(dòng)目的并作評(píng)價(jià)，知識(shí)工程師就設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行提問(wèn)。信息采集后，進(jìn)行初步分類：首先，根據(jù)草圖頁(yè)數(shù)劃分信息，同一頁(yè)草圖的信息劃分在一起；其次，根據(jù)草圖繪制對(duì)象的轉(zhuǎn)移劃分節(jié)點(diǎn)，將言語(yǔ)信息對(duì)應(yīng)；最后，初步標(biāo)記設(shè)計(jì)要求和方案。試驗(yàn)中，設(shè)計(jì)師共繪制了6張草圖，產(chǎn)生了2個(gè)較為完整的方案，收集的部分信息如表2所示。

5.3 設(shè)計(jì)知識(shí)的轉(zhuǎn)化

設(shè)計(jì)知識(shí)的轉(zhuǎn)化由知識(shí)工程師同KAMS系統(tǒng)交互完成。第2張草圖節(jié)點(diǎn)1是設(shè)計(jì)師在整理思路，規(guī)劃方向，是產(chǎn)生最終設(shè)計(jì)概念的重要階段。知識(shí)工程師選擇該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行深入挖掘。

首先，知識(shí)工程師根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)，設(shè)立“概念生成”知識(shí)主題進(jìn)行完善。KAMS系統(tǒng)支持拖曳操作。知識(shí)工程師從控件中選擇“設(shè)計(jì)過(guò)程”、“設(shè)計(jì)方法”、“設(shè)計(jì)概念”、“描述方法”等多個(gè)本體排布在操作界面上，初步形成知識(shí)主題框架。其次，對(duì)本體進(jìn)行操作，增加或刪減子本體，并標(biāo)示本體之間的關(guān)系，使知識(shí)主題充分表達(dá)案例情景。例如，將“設(shè)計(jì)概念”本體進(jìn)行分裂操作，分解為“外觀”、“用戶”、“功能”、“文化”等子本體，將“設(shè)計(jì)過(guò)程”與“概念生成”之間設(shè)置為擁有關(guān)系等。再次，以框架形式將“概念生成”知識(shí)主題進(jìn)行表達(dá)，建立案例中對(duì)應(yīng)信息關(guān)聯(lián)。將第2張草圖節(jié)點(diǎn)1中的言語(yǔ)和草圖信息放入該知識(shí)主題的實(shí)例中，以便信息回溯。最后，設(shè)計(jì)師重用設(shè)計(jì)知識(shí)，對(duì)知識(shí)輸出結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，完善知識(shí)內(nèi)容。

試驗(yàn)中的“概念生成”知識(shí)主題就是對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程早期概念生成活動(dòng)的方法、內(nèi)容和影響因素進(jìn)行闡述。一方面，該知識(shí)主題可以幫助設(shè)計(jì)師在接手設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，迅速進(jìn)入角色、建立概念，避免自身經(jīng)驗(yàn)的局限。另一方面，知識(shí)主題為形成復(fù)雜的語(yǔ)義網(wǎng)進(jìn)行知識(shí)推理奠定基礎(chǔ)。

5.4 對(duì)案例的討論

案例表明，通過(guò)該方法獲取設(shè)計(jì)知識(shí)，同設(shè)計(jì)師以及知識(shí)工程的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)有著直接的關(guān)系。經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)師在完成設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，運(yùn)用并產(chǎn)生的設(shè)計(jì)知識(shí)豐富，知識(shí)工程師獲取高價(jià)值知識(shí)的可能性比較大，反之亦然。而知識(shí)工程師由于領(lǐng)域的熟悉程度不同，常會(huì)產(chǎn)生不同的知識(shí)主題。此外，由粒度小的信息向粒度大的知識(shí)轉(zhuǎn)化過(guò)程中，知識(shí)工程師根據(jù)具體情景產(chǎn)生的知識(shí)并不完備，還需要進(jìn)行完善和修正。

表2 采集的部分設(shè)計(jì)信息分類

6 結(jié)論

（1）工業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)的獲取建立在預(yù)設(shè)概念對(duì)未知信息定義的基礎(chǔ)上。

（2）面向不良定義的設(shè)計(jì)問(wèn)題，設(shè)計(jì)過(guò)程可以概括為設(shè)計(jì)要求同設(shè)計(jì)方案相互促進(jìn)、共同演化的活動(dòng)?；谝陨夏Ｐ?，可以將過(guò)程中的信息結(jié)構(gòu)化，獲取知識(shí)。

（3）目前，知識(shí)轉(zhuǎn)化方法自動(dòng)化程度低，如何在保障獲取知識(shí)效用的前提下，進(jìn)行半自動(dòng)設(shè)計(jì)知識(shí)轉(zhuǎn)化，是下一步工作的重點(diǎn)。

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Method of Design Knowledge Acquisition Based on Co－evolution Model of Problem ＆Solution

Liu Zheng1Lu Na2
1.China Academy of Art，Hangzhou，310024
2.Zhejiang University of Finance and Economics，Hangzhou，310028

In the industrial design areas，a method for information translation based on the co－evolution model of problem ＆solution was put forward to acquire the dynamic knowledge from design process.The basic concepts of industrial design knowledge were discussed；the characteristics in this area were pointed out，which had a great deal of tacit knowledge and expanding spaces of innovation knowledge.The information of design process was collected by the oral report from the cases of concept design.After the knowledge resource was identified，the high value information was defined by the existing system of concepts.Facing the ill－defined design problems，a co－evolution model of problem＆solution was formed to describe the innovation process by distinguishing the problem space and solution space.At the same time，the general frameworks of ontology for design requirements and solutions were also built up.The important nodes were determined by the above model.And the industrial design knowledge of the nodes was captured by adopting the relevant ontology，and signing the relationships among the ontologies.The format of output was of level structure of frameworks.In the end，the system of knowledge acquisition ＆management was established to test the above methods by the cases of flash disc form design knowledge acquisition ＆translation.

industrial design；design requirement；sketch；ontology

TB472

1004—132X（2011）10—1207—07

2010—07—26

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51005203）

（編輯 袁興玲）

劉 征，男，1978年生。中國(guó)美術(shù)學(xué)院工業(yè)設(shè)計(jì)系講師。主要研究方向?yàn)樵O(shè)計(jì)過(guò)程、設(shè)計(jì)認(rèn)知、設(shè)計(jì)知識(shí)。發(fā)表論文10余篇。魯 娜，女，1981年生。浙江財(cái)經(jīng)學(xué)院藝術(shù)學(xué)院講師。