基于案例推理的包裝設(shè)計(jì)系統(tǒng)建構(gòu)

魏坤

摘? 要： 針對(duì)包裝設(shè)計(jì)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(diǎn)，實(shí)現(xiàn)包裝設(shè)計(jì)系統(tǒng)的創(chuàng)建。在包裝設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，將對(duì)象設(shè)計(jì)知識(shí)分類(lèi)理論作為基礎(chǔ)，結(jié)合消費(fèi)者感性意象此特點(diǎn)，創(chuàng)建知識(shí)庫(kù)模型與案例造型，獲得此模型指導(dǎo)案例各個(gè)知識(shí)特征，從而創(chuàng)建案例造型知識(shí)庫(kù)。另外，對(duì)包裝設(shè)計(jì)系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，主要包括案例表達(dá)、檢索和學(xué)習(xí)。最后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明所建包裝設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有高效性與可行性。

關(guān)鍵詞： 包裝設(shè)計(jì); 系統(tǒng)構(gòu)建; 案例推理; 知識(shí)庫(kù)建模; 案例造型; 系統(tǒng)驗(yàn)證

中圖分類(lèi)號(hào)： TN911?34? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)： 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(fèi)不斷升級(jí)過(guò)程中，消費(fèi)者的消費(fèi)觀念逐漸從理性消費(fèi)朝著感性消費(fèi)轉(zhuǎn)變。另外，消費(fèi)者對(duì)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(guò)高效設(shè)計(jì)方法對(duì)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)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(jì)理論將案例推理、模塊化、參數(shù)化與拓?fù)浣Y(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(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域[2]。本文將案例推理技術(shù)與對(duì)象設(shè)計(jì)知識(shí)分類(lèi)理論相互結(jié)合，創(chuàng)建產(chǎn)品造型知識(shí)庫(kù)模型，從而得到造型知識(shí)特征，并且創(chuàng)建產(chǎn)品知識(shí)庫(kù)，以便在實(shí)際產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)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(lèi)型的包裝設(shè)計(jì)方案，對(duì)包裝設(shè)計(jì)方案進(jìn)行查詢(xún)，并且對(duì)其進(jìn)行修改，自動(dòng)生成設(shè)計(jì)報(bào)告。系統(tǒng)的內(nèi)部采用模塊化設(shè)計(jì)，各個(gè)模塊能夠獨(dú)立運(yùn)行，還能夠?qū)崿F(xiàn)多層次包裝的設(shè)計(jì)，每層的設(shè)計(jì)中心實(shí)現(xiàn)個(gè)性化設(shè)計(jì)方案的制定。在此，基于原有系統(tǒng)，實(shí)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(jì)系統(tǒng)[3]。案例推理子系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)圖1。

2? 案例造型知識(shí)庫(kù)模型

根據(jù)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)知識(shí)的面向受眾不同，將其劃分為實(shí)用性設(shè)計(jì)知識(shí)和對(duì)象設(shè)計(jì)知識(shí)。其中對(duì)象設(shè)計(jì)知識(shí)是基于用戶(hù)角度對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行理解的，包括用戶(hù)認(rèn)知信息和產(chǎn)品功能信息兩種。針對(duì)同類(lèi)產(chǎn)品，在基本功能方面并沒(méi)有區(qū)別，但是他們?cè)谟脩?hù)認(rèn)知信息方面存在不同，主要包括使用方式、形式、文化時(shí)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(shí)載體，在案例中所需此設(shè)計(jì)知識(shí)，并且利用一定方式進(jìn)行表達(dá)，從而創(chuàng)建案例造型知識(shí)庫(kù)模型[4]，如圖2所示。

3? 包裝設(shè)計(jì)系統(tǒng)的建構(gòu)

3.1? 包裝設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)

3.1.1? 包裝設(shè)計(jì)知識(shí)分類(lèi)

為了提高包裝防護(hù)效果，在設(shè)計(jì)產(chǎn)品包裝系統(tǒng)中需滿(mǎn)足相應(yīng)程序需求，包裝設(shè)計(jì)流程詳如圖3所示。

1） 運(yùn)輸環(huán)境的確定。對(duì)目前物流運(yùn)輸環(huán)境監(jiān)測(cè)和分析，掌握對(duì)產(chǎn)品包裝系統(tǒng)所面臨的環(huán)境危險(xiǎn)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(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的針對(duì)性校驗(yàn)，對(duì)產(chǎn)品抵御危險(xiǎn)能力進(jìn)行確定。

3） 改進(jìn)產(chǎn)品。根據(jù)產(chǎn)品特征與試驗(yàn)結(jié)果改進(jìn)產(chǎn)品。

4） 包裝材料性能的確定。使用良好包裝材料滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的產(chǎn)品保護(hù)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(jì)。對(duì)包裝材料性能、環(huán)境因素、產(chǎn)品脆值，針對(duì)物流與成本設(shè)計(jì)產(chǎn)品包裝系統(tǒng)。

6） 試驗(yàn)驗(yàn)證。在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)包裝進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確定設(shè)計(jì)滿(mǎn)足產(chǎn)品對(duì)包裝的需求[5]。

3.1.2? 包裝設(shè)計(jì)知識(shí)來(lái)源

在產(chǎn)品的生命周期設(shè)計(jì)中，涉及知識(shí)比較多。分析上述的設(shè)計(jì)包裝流程，得出所有階段中的設(shè)計(jì)都會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品質(zhì)量造成影響。本文基于設(shè)計(jì)知識(shí)密集實(shí)現(xiàn)包裝的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員在接收任務(wù)之后需查看設(shè)計(jì)審理、標(biāo)準(zhǔn)與圖紙。設(shè)計(jì)過(guò)程的設(shè)計(jì)知識(shí)詳如圖4所示，主要包括產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)的模型、設(shè)計(jì)規(guī)范文件、設(shè)計(jì)圖片與包裝設(shè)計(jì)手冊(cè)[6]。

3.1.3? 包裝設(shè)計(jì)知識(shí)分類(lèi)

通過(guò)分析包裝設(shè)計(jì)的知識(shí)來(lái)源，對(duì)包裝設(shè)計(jì)的知識(shí)進(jìn)行有效的分類(lèi)。其因?yàn)榫哂写罅康闹R(shí)類(lèi)型，所以在存儲(chǔ)過(guò)程中無(wú)法利用統(tǒng)一表示方法進(jìn)行。本文將包裝設(shè)計(jì)知識(shí)劃分為三種：

1） 在設(shè)計(jì)產(chǎn)品包裝過(guò)程中，包括大量的屬性、公式知識(shí)，如不同紙箱材料包裝吸水性、耐破強(qiáng)度等;

2） 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、專(zhuān)利、原理、手冊(cè)等文檔類(lèi)知識(shí);

3） 設(shè)計(jì)實(shí)例類(lèi)知識(shí)等。

圖5為知識(shí)分類(lèi)圖，上述三種設(shè)計(jì)知識(shí)包括不確定知識(shí)與確定知識(shí)[7]。

3.2? 案例組合檢索的方法

在實(shí)現(xiàn)案例檢索過(guò)程中，因?yàn)楫a(chǎn)品自身特點(diǎn)和流通環(huán)境對(duì)于產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)方案具有較大的影響，并且大部分情況下無(wú)法使產(chǎn)品特征性歸納成為可供檢索使用的決策樹(shù)方式，所以可以單獨(dú)使用最相鄰策略無(wú)法得出優(yōu)先案例。

因此，本文使用知識(shí)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(lèi)。產(chǎn)品特征影響產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)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(duì)于產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)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(guò)程中就能夠使用已有設(shè)計(jì)知識(shí)。假如Pa中的元素根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(shí)引導(dǎo)策略對(duì)案例搜索。從Pm對(duì)案例庫(kù)中待設(shè)計(jì)包裝產(chǎn)品重要特性一致案例進(jìn)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(jì)包裝產(chǎn)品特性值和已有產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)方案產(chǎn)品特征值是一樣的。針對(duì)定量特性來(lái)說(shuō)，可以表示為兩者的差在一定范圍中。因?yàn)橹皇菣z索案例庫(kù)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(jì)包裝重要特性是相同的，但是假如尋找合適設(shè)計(jì)案例，還要以產(chǎn)品一般特性實(shí)現(xiàn)檢索。所以，以一般特性對(duì)于產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)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(duì)待設(shè)計(jì)包裝產(chǎn)品一般特性和S中各個(gè)案例產(chǎn)品一般特性相似度進(jìn)行計(jì)算，以相似度大小實(shí)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(jì)包裝的過(guò)程包括：

1） 利用專(zhuān)家收集事前各類(lèi)案例;

2） 以案例實(shí)現(xiàn)分析;

3） 使用處理措施。

步驟1）尤為重要，因?yàn)榘b設(shè)計(jì)具有多種類(lèi)別，如何對(duì)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(diǎn)。所以就要設(shè)計(jì)案例記錄結(jié)構(gòu)，收集案例記錄，并且對(duì)其查詢(xún)。以產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)方案要求內(nèi)容，充分考慮設(shè)計(jì)基本、主體、客體、設(shè)計(jì)等信息[11]，具體為：設(shè)計(jì)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(yè)、尺寸、標(biāo)簽等;主體信息包括附屬部分包裝、運(yùn)輸?shù)囊?特殊信息包括參數(shù)。每個(gè)設(shè)計(jì)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(hù)的交互，得到產(chǎn)品的運(yùn)輸和包裝需求，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)品包裝的設(shè)計(jì)知識(shí)進(jìn)行案例推理，包括案例描述、名稱(chēng)、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(jì)表示為：

屬性：數(shù)值、符號(hào)、文字、其他類(lèi)型值;

案例名：字符型值、案例唯一標(biāo)識(shí);

設(shè)計(jì)案例：屬性列表、案例名、設(shè)計(jì)過(guò)程、設(shè)計(jì)結(jié)果;

設(shè)計(jì)過(guò)程：文本信息;

屬性列表：屬性1，屬性2，屬性3…;

設(shè)計(jì)結(jié)果：分析審計(jì)事件結(jié)果，對(duì)意見(jiàn)進(jìn)行處理。

3.4? 案例檢索過(guò)程

在案例推理過(guò)程中，案例檢索和匹配作為主要環(huán)節(jié)，關(guān)系著設(shè)計(jì)系統(tǒng)提供的案例引用與改寫(xiě)，也決定設(shè)計(jì)質(zhì)量。以產(chǎn)品自身特性設(shè)計(jì)產(chǎn)品包裝，通過(guò)產(chǎn)品特性決定包裝設(shè)計(jì)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(jì)方案。圖6為案例檢索的過(guò)程：

1） 分析設(shè)計(jì)需求。使其進(jìn)行轉(zhuǎn)化、拆分為造型關(guān)鍵詞，以關(guān)鍵詞實(shí)現(xiàn)檢索。

2） 計(jì)算造型相似度。主要目的是利用造型知識(shí)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(shí)現(xiàn)變異、組合，從而創(chuàng)建新產(chǎn)品造型知識(shí)框架。計(jì)算造型知識(shí)相似度，利用六方面造型特征相似度加權(quán)平均數(shù)計(jì)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(jì)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(jì)需要描述關(guān)鍵詞

比如設(shè)計(jì)1臺(tái)飲料機(jī)，用戶(hù)設(shè)計(jì)需求要求造型成本低、能夠變化、具有曲線(xiàn)感。利用調(diào)查確定飲水機(jī)主要設(shè)計(jì)模塊包括燈箱顯示、主機(jī)箱體等，使設(shè)計(jì)需求轉(zhuǎn)變成為造型知識(shí)關(guān)鍵詞中的燈箱顯示、鈑金材料、曲線(xiàn)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(jī)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(shí)，對(duì)本文設(shè)計(jì)飲料機(jī)造型特征描述進(jìn)行確定，表2為造型特征描述。

4.3? 方案設(shè)計(jì)

利用構(gòu)思結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)方案如圖8所示。通過(guò)模糊綜合評(píng)價(jià)方法實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方案的綜合評(píng)估，基于設(shè)計(jì)需求，邀請(qǐng)人員構(gòu)成專(zhuān)家小組實(shí)現(xiàn)方案評(píng)估，評(píng)估內(nèi)容包括制作成本、造型曲線(xiàn)感、品牌識(shí)別度、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單性、鈑金材料、使用便捷性等，表3為AHP模糊綜合評(píng)價(jià)方法的數(shù)據(jù)。利用計(jì)算得到方案a和方案b的綜合分?jǐn)?shù)[15]分別為0.391 1，0.608 9，所以使用方案b。

5? 結(jié)? 語(yǔ)

產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)指的是設(shè)計(jì)條件與人員創(chuàng)造力和物化過(guò)程，其屬于智能化的行為。在設(shè)計(jì)過(guò)程中包括多環(huán)節(jié)，要求設(shè)計(jì)人員發(fā)揮自身創(chuàng)造力，分析推理，綜合評(píng)價(jià)與運(yùn)籌決策，得到合理結(jié)果。在產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)系統(tǒng)中使用案例推理技術(shù)，通過(guò)CBR的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)取證，創(chuàng)建高效產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)。本文測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)使用良好。

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