魏坤

摘? 要： 針對包裝設(shè)計的不確定性與復(fù)雜性，基于案例推理技術(shù)和應(yīng)用的特點，實現(xiàn)包裝設(shè)計系統(tǒng)的創(chuàng)建。在包裝設(shè)計系統(tǒng)中，將對象設(shè)計知識分類理論作為基礎(chǔ)，結(jié)合消費者感性意象此特點，創(chuàng)建知識庫模型與案例造型，獲得此模型指導(dǎo)案例各個知識特征，從而創(chuàng)建案例造型知識庫。另外，對包裝設(shè)計系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行分析，主要包括案例表達、檢索和學(xué)習(xí)。最后，對系統(tǒng)進行驗證，驗證結(jié)果表明所建包裝設(shè)計系統(tǒng)具有高效性與可行性。

關(guān)鍵詞： 包裝設(shè)計; 系統(tǒng)構(gòu)建; 案例推理; 知識庫建模; 案例造型; 系統(tǒng)驗證

中圖分類號： TN911?34? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號： 1004?373X（2020）20?0149?04

Construction of packaging design system based on case?based reasoning

WEI Kun

（Jianghan University， Wuhan 430056， China）

Abstract： In allusion to the indeterminacy and complexity of the packaging design， the establishment of packaging design system is realized based on the characteristics of case?based reasoning technology and its application. In the packaging design system， the knowledge base model and case modeling are created based on the classification theory of object design knowledge and combined with the characteristics of consumer perceptual imagery to obtain the each knowledge feature of guiding case of the model， so as to create the case modeling knowledge base. The key links of packaging design system are analyzed， including case representation， retrieval and learning. The system is verified， and the verification results show the constructed packaging design system has the high efficiency and feasibility.

Keywords： packaging design; system construction; case?based reasoning; knowledge modeling; case modeling; system verification

0? 引? 言

在消費不斷升級過程中，消費者的消費觀念逐漸從理性消費朝著感性消費轉(zhuǎn)變。另外，消費者對產(chǎn)品迭代需求在不斷的增加，制造業(yè)生產(chǎn)模式逐漸從大批量生產(chǎn)模式向大規(guī)模定制生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變。企業(yè)通過高效設(shè)計方法對產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計進行指導(dǎo)，使產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)朝著智能化、集成化與網(wǎng)絡(luò)化模式方向的發(fā)展[1]?，F(xiàn)代高效設(shè)計理論將案例推理、模塊化、參數(shù)化與拓撲結(jié)構(gòu)變型技術(shù)等作為基礎(chǔ)。目前，案例推理技術(shù)為高效創(chuàng)新主要方法，主要應(yīng)用于工程設(shè)計、機械結(jié)構(gòu)設(shè)計等領(lǐng)域[2]。本文將案例推理技術(shù)與對象設(shè)計知識分類理論相互結(jié)合，創(chuàng)建產(chǎn)品造型知識庫模型，從而得到造型知識特征，并且創(chuàng)建產(chǎn)品知識庫，以便在實際產(chǎn)品造型設(shè)計中使用。

1? 系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)要求收集各種類型的包裝設(shè)計方案，對包裝設(shè)計方案進行查詢，并且對其進行修改，自動生成設(shè)計報告。系統(tǒng)的內(nèi)部采用模塊化設(shè)計，各個模塊能夠獨立運行，還能夠?qū)崿F(xiàn)多層次包裝的設(shè)計，每層的設(shè)計中心實現(xiàn)個性化設(shè)計方案的制定。在此，基于原有系統(tǒng)，實現(xiàn)案件推理子系統(tǒng)的設(shè)置，結(jié)合兩者得出高效包裝設(shè)計系統(tǒng)[3]。案例推理子系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)詳見圖1。

2? 案例造型知識庫模型

根據(jù)產(chǎn)品造型設(shè)計知識的面向受眾不同，將其劃分為實用性設(shè)計知識和對象設(shè)計知識。其中對象設(shè)計知識是基于用戶角度對產(chǎn)品進行理解的，包括用戶認知信息和產(chǎn)品功能信息兩種。針對同類產(chǎn)品，在基本功能方面并沒有區(qū)別，但是他們在用戶認知信息方面存在不同，主要包括使用方式、形式、文化時尚三方面，具體為幾何形態(tài)、交互方式、材質(zhì)、色彩、產(chǎn)品風(fēng)格等。另外，案例為知識載體，在案例中所需此設(shè)計知識，并且利用一定方式進行表達，從而創(chuàng)建案例造型知識庫模型[4]，如圖2所示。

3? 包裝設(shè)計系統(tǒng)的建構(gòu)

3.1? 包裝設(shè)計知識庫

3.1.1? 包裝設(shè)計知識分類

為了提高包裝防護效果，在設(shè)計產(chǎn)品包裝系統(tǒng)中需滿足相應(yīng)程序需求，包裝設(shè)計流程詳如圖3所示。

1） 運輸環(huán)境的確定。對目前物流運輸環(huán)境監(jiān)測和分析，掌握對產(chǎn)品包裝系統(tǒng)所面臨的環(huán)境危險因素。

2） 分析產(chǎn)品的特性。全面掌握產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特性，實現(xiàn)產(chǎn)品的針對性校驗，對產(chǎn)品抵御危險能力進行確定。

3） 改進產(chǎn)品。根據(jù)產(chǎn)品特征與試驗結(jié)果改進產(chǎn)品。

4） 包裝材料性能的確定。使用良好包裝材料滿足設(shè)計的產(chǎn)品保護需求，降低產(chǎn)品的重量，使包裝成本得到有效節(jié)約。

5） 包裝設(shè)計。對包裝材料性能、環(huán)境因素、產(chǎn)品脆值，針對物流與成本設(shè)計產(chǎn)品包裝系統(tǒng)。

6） 試驗驗證。在實驗室中對包裝進行實驗驗證，確定設(shè)計滿足產(chǎn)品對包裝的需求[5]。

3.1.2? 包裝設(shè)計知識來源

在產(chǎn)品的生命周期設(shè)計中，涉及知識比較多。分析上述的設(shè)計包裝流程，得出所有階段中的設(shè)計都會對設(shè)計產(chǎn)品質(zhì)量造成影響。本文基于設(shè)計知識密集實現(xiàn)包裝的設(shè)計。設(shè)計人員在接收任務(wù)之后需查看設(shè)計審理、標(biāo)準(zhǔn)與圖紙。設(shè)計過程的設(shè)計知識詳如圖4所示，主要包括產(chǎn)品包裝設(shè)計的模型、設(shè)計規(guī)范文件、設(shè)計圖片與包裝設(shè)計手冊[6]。

3.1.3? 包裝設(shè)計知識分類

通過分析包裝設(shè)計的知識來源，對包裝設(shè)計的知識進行有效的分類。其因為具有大量的知識類型，所以在存儲過程中無法利用統(tǒng)一表示方法進行。本文將包裝設(shè)計知識劃分為三種：

1） 在設(shè)計產(chǎn)品包裝過程中，包括大量的屬性、公式知識，如不同紙箱材料包裝吸水性、耐破強度等;

2） 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、專利、原理、手冊等文檔類知識;

3） 設(shè)計實例類知識等。

圖5為知識分類圖，上述三種設(shè)計知識包括不確定知識與確定知識[7]。

3.2? 案例組合檢索的方法

在實現(xiàn)案例檢索過程中，因為產(chǎn)品自身特點和流通環(huán)境對于產(chǎn)品包裝設(shè)計方案具有較大的影響，并且大部分情況下無法使產(chǎn)品特征性歸納成為可供檢索使用的決策樹方式，所以可以單獨使用最相鄰策略無法得出優(yōu)先案例。

因此，本文使用知識引導(dǎo)策略和最相鄰策略相互結(jié)合的組合檢索方法[8]，步驟為：

1） 產(chǎn)品特征分類。產(chǎn)品特征影響產(chǎn)品包裝設(shè)計方案程度不同，使案例中產(chǎn)品特征劃分成為一般特性與主要特性。假如P指的是產(chǎn)品特性集合，P1（i=1，2，…，n）指的是P中的元素，Pa和Pb指的是重要特征集和一般特征集，那么：

[P={p1，p2，…，pn}Pa={p1，p2，…，pm}，? 1≤m≤nPb={pm+1，pm+2，…，pm}，? 1≤m≤nP=Pa?Pb]

2） 排序產(chǎn)品重要特性。Pa中產(chǎn)品的重要特性對于產(chǎn)品包裝設(shè)計方案具有一定的影響。根據(jù)影響程度排列Pa中特性，在檢索過程中就能夠使用已有設(shè)計知識。假如Pa中的元素根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計方案影響程度排序之后，順序表示為Pm，Pm-1，…，P1。

3） 先使用知識引導(dǎo)策略對案例搜索。從Pm對案例庫中待設(shè)計包裝產(chǎn)品重要特性一致案例進行檢索，此案例集合表示為S。Pa中元素度量包括定量與定性，定性特性中的一致指的是要求待設(shè)計包裝產(chǎn)品特性值和已有產(chǎn)品包裝設(shè)計方案產(chǎn)品特征值是一樣的。針對定量特性來說，可以表示為兩者的差在一定范圍中。因為只是檢索案例庫中的Pa元素，那么S并不是最后結(jié)果[9]。

4） 產(chǎn)品一般特性權(quán)重設(shè)置。S中產(chǎn)品主要特性與待設(shè)計包裝重要特性是相同的，但是假如尋找合適設(shè)計案例，還要以產(chǎn)品一般特性實現(xiàn)檢索。所以，以一般特性對于產(chǎn)品包裝設(shè)計方案影響程度設(shè)置產(chǎn)品一般特性權(quán)重：Wm+1，Wm+2，…，Wn。

5） 使用最相鄰策略搜索S中合適案例。利用最相鄰策略與已經(jīng)確定一般特性權(quán)重Wi對待設(shè)計包裝產(chǎn)品一般特性和S中各個案例產(chǎn)品一般特性相似度進行計算，以相似度大小實現(xiàn)S案例排序，相似度最大案例為優(yōu)先復(fù)用案例[10]。

3.3? 案例表示環(huán)節(jié)

設(shè)計包裝的過程包括：

1） 利用專家收集事前各類案例;

2） 以案例實現(xiàn)分析;

3） 使用處理措施。

步驟1）尤為重要，因為包裝設(shè)計具有多種類別，如何對案例信息確定，使復(fù)雜信息整理成為一定結(jié)構(gòu)記錄成為重點。所以就要設(shè)計案例記錄結(jié)構(gòu)，收集案例記錄，并且對其查詢。以產(chǎn)品包裝設(shè)計方案要求內(nèi)容，充分考慮設(shè)計基本、主體、客體、設(shè)計等信息[11]，具體為：設(shè)計基本信息。

描述包裝物自身的性質(zhì)，客體信息包括以要求得到的包裝，比如包裝折頁、尺寸、標(biāo)簽等;主體信息包括附屬部分包裝、運輸?shù)囊?特殊信息包括參數(shù)。每個設(shè)計方案都包括主體和基本的信息，本文分析是指系統(tǒng)和用戶的交互，得到產(chǎn)品的運輸和包裝需求，對系統(tǒng)產(chǎn)品包裝的設(shè)計知識進行案例推理，包括案例描述、名稱、求解目標(biāo)與解決方案[12]。本文系統(tǒng)基于框架表示法的案例設(shè)計表示為：

屬性：數(shù)值、符號、文字、其他類型值;

案例名：字符型值、案例唯一標(biāo)識;

設(shè)計案例：屬性列表、案例名、設(shè)計過程、設(shè)計結(jié)果;

設(shè)計過程：文本信息;

屬性列表：屬性1，屬性2，屬性3…;

設(shè)計結(jié)果：分析審計事件結(jié)果，對意見進行處理。

3.4? 案例檢索過程

在案例推理過程中，案例檢索和匹配作為主要環(huán)節(jié)，關(guān)系著設(shè)計系統(tǒng)提供的案例引用與改寫，也決定設(shè)計質(zhì)量。以產(chǎn)品自身特性設(shè)計產(chǎn)品包裝，通過產(chǎn)品特性決定包裝設(shè)計因素檢索，根據(jù)產(chǎn)品特性依次檢索產(chǎn)品特性，直到得到和此產(chǎn)品特性接近的產(chǎn)品包裝設(shè)計方案。圖6為案例檢索的過程：

1） 分析設(shè)計需求。使其進行轉(zhuǎn)化、拆分為造型關(guān)鍵詞，以關(guān)鍵詞實現(xiàn)檢索。

2） 計算造型相似度。主要目的是利用造型知識相似度得到案例，從而得出高相似度的案例造型特征，并且實現(xiàn)變異、組合，從而創(chuàng)建新產(chǎn)品造型知識框架。計算造型知識相似度，利用六方面造型特征相似度加權(quán)平均數(shù)計算，利用熵處理法得出各方面權(quán)重系數(shù)，表1為權(quán)重系數(shù)值，計算公式為：

[S′a，b=ω1·S′1a，b+…+ωn·S′na，b]

式中：[S′na，b] 指的是a，b相似度;a，b指的是某特征下相似度;[ωn]指的是權(quán)重系數(shù)[13]。

4? 案例分析

4.1? 提取設(shè)計需要描述關(guān)鍵詞

比如設(shè)計1臺飲料機，用戶設(shè)計需求要求造型成本低、能夠變化、具有曲線感。利用調(diào)查確定飲水機主要設(shè)計模塊包括燈箱顯示、主機箱體等，使設(shè)計需求轉(zhuǎn)變成為造型知識關(guān)鍵詞中的燈箱顯示、鈑金材料、曲線等。

4.2? 案例檢索和匹配

以造型只是關(guān)鍵詞檢索，得到產(chǎn)品ID為A4，A15和A13的3款飲料機相似度[14]分別為0.81，0.71，0.74，圖7為檢索案例。

和檢索案例結(jié)合分析造型知識，對本文設(shè)計飲料機造型特征描述進行確定，表2為造型特征描述。

4.3? 方案設(shè)計

利用構(gòu)思結(jié)構(gòu)，設(shè)計方案如圖8所示。通過模糊綜合評價方法實現(xiàn)兩個方案的綜合評估，基于設(shè)計需求，邀請人員構(gòu)成專家小組實現(xiàn)方案評估，評估內(nèi)容包括制作成本、造型曲線感、品牌識別度、結(jié)構(gòu)簡單性、鈑金材料、使用便捷性等，表3為AHP模糊綜合評價方法的數(shù)據(jù)。利用計算得到方案a和方案b的綜合分數(shù)[15]分別為0.391 1，0.608 9，所以使用方案b。

5? 結(jié)? 語

產(chǎn)品包裝設(shè)計指的是設(shè)計條件與人員創(chuàng)造力和物化過程，其屬于智能化的行為。在設(shè)計過程中包括多環(huán)節(jié)，要求設(shè)計人員發(fā)揮自身創(chuàng)造力，分析推理，綜合評價與運籌決策，得到合理結(jié)果。在產(chǎn)品包裝設(shè)計系統(tǒng)中使用案例推理技術(shù)，通過CBR的優(yōu)勢實現(xiàn)系統(tǒng)取證，創(chuàng)建高效產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)。本文測試結(jié)果表明，系統(tǒng)使用良好。

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