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基于本体论的家具产品协同设计研究

吴俊华  
【摘要】: 中国家具在近二十几年的发展中取得了举世瞩目的成绩,无论是行业规模还是生产总值都居世界前列,但不可否认的是中国家具的设计创新能力仍然很弱,企业信息化水平比较落后。家具企业的现代化建设有两项核心内容,其一是管理模式的不断更新,使企业永远保持活力;其二是提高产品设计效率,使生产制造高效运行,以提高企业市场竞争能力。因而,对家具先进设计方法和技术的研究无疑将在战略上促进企业的发展,增强企业核心竞争力。 根据这种背景本课题提出一种新的设计方法——基于本体论的家具产品协同设计。家具企业在现代信息化的进程中提高了生产效率,加快了信息的传递,但同时也带来了诸如企业管理混乱、知识分散,系统之间冲突等问题。现代家具产品的设计过程涉及多方面的知识,多方专业人员参与,协同是设计出优秀的现代产品的现实需求。起源于哲学的本体论是描述事物的本质和对概念化的精确描述,其最终目标是精确地表示那些隐含(或不明确的)信息。基于本体论的家具产品协同设计研究的提出正好能解决家具企业内部以及企业间的知识概念表示和知识组织体系方面的问题,并能解决企业间的系统异构问题,从而有力支持家具产品协同设计。 针对家具产品设计的特点,本文主要从以下三方面对基于本体论的家具产品协同设计进行了研究: (1)家具产品概念设计。概念设计是对设计问题进行描述,并以方案的形式提出众多解的设计阶段,是家具产品开发的重要阶段。目前大多数的产品设计知识分布在不同的地域和不同的设计系统里,借助本体论对概念设计的研究正好能解决设计阶段不同知识的表达,并能解决不同系统间知识的检索、共享和重用问题。本文首先提出了家具产品设计的信息建模框架,该信息建模框架由三部分组成:功能模型、原理模型和结构模型。然后分别定义功能模型、原理模型和结构模型中的类和属性,用OWL语言描述模型中的类和属性。最后使用本体开发工具Protege开发了一个概念设计系统。该系统允许设计师访问产品模型中的功能、物理和结构的信息,并能管理大量的信息,允许家具设计师在不同的抽象层上以不同的视角访问设计信息。 (2)家具产品包装设计。家具产品的包装设计特别是出口包装设计要考虑到一些国家的环境规则和政策方针,如联合国环境方案,这种情况只能在特殊的包装设计项目中才能反映出来。本文提出一种基于本体论的解决方案,由于本体可以对商业规则涉及到的规范或者客户的特殊需求作明确的定义,所以利用开发的家具包装本体可以检索家具包装设计项目中的有用数据和隐含信息。本研究选择了Methontology方法开发家具包装本体,这种方法能够对后续的步骤进行客观地描述,而且它基于原型的演变提出了一种生命周期的概念。利用Methontology法构建本体分为管理、规范说明、概念化、形式化、执行和维护几个阶段。利用开发的家具包装本体不仅能有效组织家具企业的包装设计过程,而且通过它能明确表达家具包装设计中所涉及到的有用商业规则和客户的特殊要求,从而提高设计效率。 (3)基于知识本体的家具协同设计。本文提出一种面向家具设计领域,匹配家具产品设计知识情景的知识管理方法。通过分析家具设计知识的基本概念和特性,建立家具设计知识本体框架和算法机制,利用家具设计案例为载体向设计师提供包括显性和隐性在内的设计知识,以利于家具设计师之间的协同设计。该管理方法分为概念化、检索和知识重用3个阶段,以提升设计方案的质量和生成效率为目标。利用PHP与XML技术构建了家具案例设计管理系统,设计师利用该系统能够获取家具产品案例的知识,并能够对设计案例进行评价,从而促进设计师之间更好地协同工作。最后,根据家具产品协同设计的特点,利用PHP和MySQL等技术开发了家具产品协同设计系统,该系统包括用户注册、设计资源查询、在线交流、案例投票等功能,利用该系统能够确保设计师与用户间、企业间进行及时交流和互动,共同高效完成产品的开发设计,从而缩短产品的开发时间,为企业赢得了市场。


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