陳 沛，徐 雷,劉 坤

(四川大學(xué) 制造科學(xué)與工程學(xué)院，成都 610065)

家電產(chǎn)品個(gè)性化定制實(shí)例檢索方法的研究*

陳 沛，徐 雷,劉 坤

(四川大學(xué) 制造科學(xué)與工程學(xué)院，成都 610065)

為了實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制的快速性與高效性，提出了一種基于實(shí)例檢索的個(gè)性化定制方法。給出了實(shí)例屬性值相似度的計(jì)算模型，并結(jié)合客戶賦予產(chǎn)品各類屬性權(quán)值，計(jì)算出實(shí)例相似度。以家電產(chǎn)品定制為研究對(duì)象，構(gòu)建了基于實(shí)例檢索的家電產(chǎn)品個(gè)性化定制服務(wù)流程。最后以冰箱為實(shí)例進(jìn)行了實(shí)例檢索驗(yàn)證。結(jié)果表明，所提出的基于實(shí)例檢索的定制方法更能提高個(gè)性化定制的快速性與高效性。

實(shí)例檢索；個(gè)性化定制；相似度；權(quán)重

0 引言

家電產(chǎn)品廣泛用于人們的生活中，而隨著個(gè)性化定制產(chǎn)品的興起，客戶對(duì)家電產(chǎn)品的個(gè)性需求越來(lái)越多。對(duì)于傳統(tǒng)的個(gè)性定制，產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)是復(fù)雜而繁瑣的過程，從而導(dǎo)致產(chǎn)品開發(fā)周期過長(zhǎng)。而借鑒以往的設(shè)計(jì)方案，對(duì)于快速、高效地實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制具有重要意義。實(shí)例檢索技術(shù)正是基于這種設(shè)計(jì)思想，通過檢索實(shí)例庫(kù)，利用已有相似實(shí)例和經(jīng)驗(yàn)來(lái)解決相似性問題[1]。該方法不需要完整的知識(shí)領(lǐng)域模型，只需在實(shí)例基礎(chǔ)上稍加修改就可作為新的設(shè)計(jì)方案，因此這種設(shè)計(jì)方法高效，適用于個(gè)性化定制中的快速方案設(shè)計(jì)。目前最常用的檢索方法有模板法、最近鄰法、歸納法和知識(shí)指引法[2-3]。袁偉等人在臥式加工中心模塊化系統(tǒng)基礎(chǔ)上，介紹了加工中心實(shí)例庫(kù)的建立方法與機(jī)床方案設(shè)計(jì)的具體過程[4]。駱敏舟等采用粗集理論判斷實(shí)例特征屬性的重要性，通過相似度量法完成汽車系統(tǒng)最相近實(shí)例檢索，度量結(jié)果客觀反映出實(shí)例和待解問題的相似度[5]。尚欣等給出了基于模塊特征屬性的實(shí)例相似度計(jì)算方法，通過相似度進(jìn)行匹配找出合適的模塊實(shí)例[6]。本文提出一種家電產(chǎn)品個(gè)性化定制的實(shí)例檢索方法，該方法結(jié)合區(qū)間相似度計(jì)算方法與最鄰近法，并將檢索出的實(shí)例應(yīng)用到新的方案設(shè)計(jì)中，以達(dá)到縮短了產(chǎn)品的生命周期，提高個(gè)性化定制效率的目的。

1 家電產(chǎn)品實(shí)例表示

實(shí)例表示是知識(shí)表達(dá)方式的一種，同時(shí)也是CBR實(shí)現(xiàn)的第一步，輸入的實(shí)例首先要以系統(tǒng)可以識(shí)別的方式加以描述，然后才能進(jìn)行檢索。本文以冰箱實(shí)例作為研究對(duì)象，冰箱實(shí)例主要由箱體和制冷信息兩大部分組成。

通過對(duì)冰箱個(gè)性化定制的實(shí)際調(diào)查情況，消費(fèi)者需求與產(chǎn)品提供解決方案如表1所示。而解決方案的確定對(duì)冰箱特征的選擇具有指導(dǎo)性作用。根據(jù)冰箱箱體的實(shí)際情況，可以將箱體特征表示為尺寸特征和結(jié)構(gòu)特征。其中尺寸特征表現(xiàn)為箱體三維，即高度、寬度與深度。結(jié)構(gòu)特征分為兩類：①外形特征，主要分為單門冰箱、雙門冰箱和三門冰箱；②放置特征，主要包括立式冰箱、臥式冰箱和臺(tái)式(車載)冰箱。制冷系統(tǒng)主要主要有壓縮機(jī)、蒸發(fā)器和冷凝器三部分組成。通過對(duì)冰箱特征的分類，用戶在后續(xù)的檢索中通過對(duì)上述特征進(jìn)行檢索，從而提高檢索精度。每項(xiàng)特征的參數(shù)都可以從實(shí)例屬性中方便獲得，例如冰箱外形、制冷方式、壓縮機(jī)工作原理等，并用表2存放。

表1 調(diào)查表

表2 特征表

2 實(shí)例檢索分析與技術(shù)方法

實(shí)例檢索是基于實(shí)例推理(Case-Based Reasoning,CBR)的中心環(huán)節(jié)[2]，CBR建立的基礎(chǔ)是“相似問題具有相似解”，實(shí)例相似度是通過實(shí)例屬性相似度的加權(quán)和來(lái)決定的，因此實(shí)例屬性相似度和屬性權(quán)重的確定是實(shí)例相似度計(jì)算的核心內(nèi)容。

2.1 相似度的計(jì)算方法

在家電產(chǎn)品定制過程中，客戶的需求描述并不全是確定值，往往存在不確定性和不精確性。結(jié)合家電產(chǎn)品的實(shí)際情況，相似度計(jì)算具體可以分為區(qū)間相似度、確定值相似度、模糊概念相似度、確定型符號(hào)相似度。針對(duì)相似度計(jì)算問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量研究。文獻(xiàn)[7]給出了確定值之間的相似度計(jì)算模型、確定值與模糊值之間的相似度計(jì)算模型，模糊值與模糊值之間的相似度計(jì)算模型。其中模糊值之間的相似度計(jì)算過程相對(duì)復(fù)雜，且計(jì)算結(jié)果并不完全滿足相似度性質(zhì)[2]。文獻(xiàn)[8]提出了一種加權(quán)的本體概念語(yǔ)義相似度計(jì)算方法。文獻(xiàn)[9]在概念層次樹中，用概念間最短距離來(lái)度量它們之間的相似度。文獻(xiàn)[2]給出了最近鄰實(shí)例區(qū)間值相似度計(jì)算方法，該方法計(jì)算簡(jiǎn)便，且較能真實(shí)反映實(shí)例特征相似度。本文實(shí)例檢索方法主要采取文獻(xiàn)[7]中給出的計(jì)算模型，其中區(qū)間值之間的相似度計(jì)算采用文獻(xiàn)[2]中的最近鄰實(shí)例相似度計(jì)算方法，具體如下：

(1)

式中,r取1和2分別為海明距離和歐式距離。實(shí)例中的某些確定性符號(hào)屬性按照公式計(jì)算已經(jīng)不適合實(shí)例檢索的過程，針對(duì)確定性符號(hào)屬性，當(dāng)實(shí)例中相應(yīng)屬性與定制產(chǎn)品屬性完全匹配時(shí)，賦值為1，否則為0。從而將其轉(zhuǎn)化為確定值之間的相似度計(jì)算。

2.2 屬性權(quán)重的確定

在家電產(chǎn)品定制過程中，不同用戶對(duì)產(chǎn)品各個(gè)屬性需求不同。目前關(guān)于權(quán)重確定的方法有很多種，總的來(lái)說主要是主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法兩種[4]，確定權(quán)重的方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合本文研究的家電產(chǎn)品個(gè)性化定制的檢索方式，本文的權(quán)重確定主要采取主觀賦權(quán)法，即客戶根據(jù)自己的需求，對(duì)產(chǎn)品各個(gè)屬性賦予權(quán)重，表示為：W={w1,w2,w3…,wi}。

3 面向家電產(chǎn)品個(gè)性定制總體檢索方案

家電產(chǎn)品個(gè)性化定制實(shí)例檢索的方法是要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的快速提取，以及設(shè)計(jì)需求的快速響應(yīng)，從而更加快速、敏捷地滿足客戶的個(gè)性化需求。由于家電產(chǎn)品種類繁多，針對(duì)不同的家電產(chǎn)品，首先建立實(shí)例模型庫(kù)，客戶可以通過模型庫(kù)檢索自己所需家電產(chǎn)品模型。本文研究的家電產(chǎn)品個(gè)性化定制實(shí)例檢索方法過程如圖1所示。客戶首先利用公共類型模型庫(kù)，檢索出最優(yōu)需求產(chǎn)品模型，然后在實(shí)例模型基礎(chǔ)上提出自己的個(gè)性化需求，調(diào)用個(gè)性化實(shí)例模型庫(kù)，匹配自己所需個(gè)性化實(shí)例模型，如果匹配結(jié)果滿意，直接展示三維模型，然后根據(jù)自己所需實(shí)際尺寸輸入?yún)?shù)。如果匹配不滿意，客戶在線與設(shè)計(jì)人員交互設(shè)計(jì)，提出自己的個(gè)性化需求，在線設(shè)計(jì)人員根據(jù)客戶需求，在原來(lái)匹配出的個(gè)性化實(shí)例產(chǎn)品基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，得到最終滿足客戶需求的實(shí)例產(chǎn)品。同時(shí)新的實(shí)例產(chǎn)品又存儲(chǔ)在實(shí)例庫(kù)中，作為以后設(shè)計(jì)的實(shí)例指導(dǎo)。企業(yè)根據(jù)客戶訂單數(shù)據(jù)，完成產(chǎn)品生產(chǎn)制造與配送。

圖1 基于實(shí)例檢索的個(gè)性化定制流程

4 冰箱實(shí)例定制

以冰箱的定制為例，將相似度計(jì)算方法和權(quán)重的賦值應(yīng)用到定制的過程中。表3為冰箱實(shí)例庫(kù)中的內(nèi)容，其中主要存在確定值屬性、區(qū)間值屬性以及確定性符號(hào)，因此相似度計(jì)算涉及到精確值之間，精確值和區(qū)間值之間，區(qū)間值之間以及確定值之間四類相似度計(jì)算。將本文中提出的相似度計(jì)算方法應(yīng)用到實(shí)例方案中，其中門式、制冷方式、壓縮機(jī)為確定性符號(hào)的值，將其轉(zhuǎn)化了數(shù)值1或0帶入計(jì)算。

續(xù)表

基于以上計(jì)算方法，通過計(jì)算得到以下相似度矩陣：

(2)

根據(jù)舉例中的數(shù)據(jù)以及各屬性的權(quán)值，通過加權(quán)求和求得需求實(shí)例與實(shí)例庫(kù)中各實(shí)例的相似度為:

sin(a,b)={0.8016,0.8523,0.5932,0.7058,0.6186,0.8430}

(3)

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以看出實(shí)例2的相似度最高，將該實(shí)例作為目標(biāo)實(shí)例的近似實(shí)例，并將客戶的個(gè)性需求融入到新的設(shè)計(jì)方案，從而達(dá)到快速方案設(shè)計(jì)的目的。

5 結(jié)論

產(chǎn)品的個(gè)性化定制是當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的大趨勢(shì)，對(duì)于不同客戶提出的個(gè)性設(shè)計(jì)需求，每完成一個(gè)設(shè)計(jì)方案都需要大量的復(fù)雜工作。為了提高個(gè)性定制的高效性，引入基于實(shí)例檢索的個(gè)性化定制思想，在實(shí)例庫(kù)中建立了大量產(chǎn)品實(shí)例為設(shè)計(jì)人員提供參考，并通過每次設(shè)計(jì)任務(wù)不斷完善、填充實(shí)例庫(kù)，使得新方案設(shè)計(jì)得到有效參考，大大縮短了產(chǎn)品定制的方案設(shè)計(jì)周期。該方法簡(jiǎn)單、實(shí)用、效率高，能有效提高個(gè)性化定制的效率。

[1] 王先發(fā)，顧建新，郭建峰,等.面向?qū)嵗评淼漠a(chǎn)品設(shè)計(jì)本體建模及應(yīng)用[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2007,43(3):112-117.

[2] 蔣占四,陳立平,羅年猛.最近鄰實(shí)例檢索相似度分析[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2007,13(6),1165-1168.

[3] 彭穎紅,胡潔.KBE技術(shù)及其在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2007.

[4] 袁偉,殷國(guó)富,米良. 基于相似度理論的加工中心設(shè)計(jì)方案實(shí)例檢索方法[J]. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2012(6):31-34.

[5] 駱敏舟,周美立.實(shí)例推理檢索中相似度量法的研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2001, 24(6):1091-1094.

[6] 尚欣,殷國(guó)富,楊佐衛(wèi),等.基于實(shí)例的網(wǎng)絡(luò)化可重構(gòu)模塊設(shè)計(jì)技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2010, 16(4):703-716.

[7]SLONIMTY,SCHNIDERM.Designissuesinfuzzycase-basedreasoning[J].FuzzySetsandsystems,2001,117(2):251-267.

[8] 李文清,孫新,張常有,等.一種本體概念的語(yǔ)義相似度計(jì)算方法[J].自動(dòng)化學(xué)報(bào),2012,38(2):229-235.

[9]EtzioniO,CafarellaM,DowneyD,PopescuAM.Unsupervisednamed-entityextractionformtheweb:anexperimentalstudy[J].ArtificialIntelligence,2005,165(1):91-134.

[10]LIW,LIP,RONGY.Case-basedagilefixturedesign[J].JoumalofMaterialsProcessingTechnology,2002,128:7-18.

[11] 史銀雪, 孫瑞志, 袁剛. 一種基于模式的服務(wù)工作流個(gè)性化定制方法[J]. 圖學(xué)學(xué)報(bào), 2014, 35(5): 23-28.

[12] 李慧芳, 董訓(xùn), 宋長(zhǎng)剛. 制造云服務(wù)智能搜索與匹配方法[J]. 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng), 2012, 18(7): 85-93.

[13] 朱李楠. 云制造環(huán)境下資源建模及其匹配方法[D]. 杭州:浙江工業(yè)大學(xué), 2014.

[14] 彭小波, 鄭先超, 胡琳. 基于WEB的鞋產(chǎn)品個(gè)性化定制系統(tǒng)[J]. 微計(jì)算機(jī)信息, 2007, 5(3): 29-31.

[15] 彭飛, 陳洪軍. 基于Web的個(gè)性化產(chǎn)品定制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)研究[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì), 2002，19(3): 3-5.

(編輯 李秀敏)

Research of Electrical Appliences Product Customization Case Retrieval Method

CHEN Pei，XU Lei，LIU Kun

(School of Manufacturing Science&Engineering,Sichuan University,Chengdu 610065,China)

In order to realize the personalized customization of rapidity and efficiency,this paper proposes a method of customization based on case retrieval.Gives the instance attributes similarity caculation model,combined with all kinds of attribute weights which given by coutomer,to caculate the instance similarity.Regard cutomization of electrical appliences as the research object,build the service process of electrical applience personalized customization based on case retrieval.Finaly by an example of the refrigerater for case retrieval verification.The results show that the method of customization based on case retrieval can be more improve the rapidity and efficiency of personalized customization.

case retrieval;personalized customization;similarity;weight

1001-2265(2017)02-0101-03

10.13462/j.cnki.mmtamt.2017.02.025

2016-05-13；

2016-06-15

四川省科技支撐計(jì)劃(2015GZ0025)

陳沛(1990—)，男，土家族，湖北恩施人，四川大學(xué)碩士研究生，研究方向?yàn)闄C(jī)械制造及其自動(dòng)化，(E-mail)731329737@qq.com。

TH162;TG506

A