房車家具CMF設(shè)計數(shù)據(jù)庫研究應(yīng)用

祁 倩 朱劍剛

（南京林業(yè)大學(xué)家居與工業(yè)設(shè)計學(xué)院，江蘇 南京 210037）

近年來，房車旅游業(yè)發(fā)展迅速，給房車室內(nèi)空間及家具設(shè)計與制造帶來了更大的市場。家具作為房車內(nèi)部重要的組成部分，其使用功能和裝飾功能是構(gòu)建房車內(nèi)部空間環(huán)境的重要內(nèi)容。目前，國內(nèi)的房車制造技術(shù)還不成熟，箱體結(jié)構(gòu)和內(nèi)部工藝水平良莠不齊，沒有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)規(guī)模較小，且沒有較成熟的產(chǎn)業(yè)鏈系統(tǒng)。

隨著社會的進(jìn)步，消費者對設(shè)計的追求不再僅限于對功能層次的需求，他們對更高層次的審美訴求也日益增長[1]。CMF設(shè)計視角決定了房車家具的色彩、用料、表面工藝和情感表達(dá)，對CMF設(shè)計要素的轉(zhuǎn)譯和數(shù)據(jù)整理，進(jìn)行房車家具CMF數(shù)據(jù)庫的定位，不僅可以實現(xiàn)設(shè)計時CMF要素的快速獲取和有效管理，還可以解決房車內(nèi)部方案選擇的復(fù)雜性和主觀性問題，幫助房車企業(yè)合理規(guī)劃房車高低配置產(chǎn)品線，為房車家具設(shè)計提供新的設(shè)計思路。

1 CMF設(shè)計概述

1.1 CMF設(shè)計

CMF表示的是Color（色彩）、Material（材質(zhì)）、Finishing（工藝）相結(jié)合的一種設(shè)計方式，是設(shè)計從業(yè)人員在長期的設(shè)計實踐工作中，總結(jié)出來影響產(chǎn)品質(zhì)感的主要因素。用戶首要接觸的就是產(chǎn)品的色彩、材料、以及表面處理，CMF設(shè)計方法就是以視覺、觸覺等感官體驗為參考，融合美學(xué)、色彩、材料學(xué)、工程學(xué)、心理學(xué)等眾多學(xué)科實現(xiàn)設(shè)計藝術(shù)和技術(shù)的融合，通過顯性物理元素來滿足用戶的需求，賦予產(chǎn)品品質(zhì)和價值[2-4]。色彩搭配和材料組合決定視覺感受和觸覺特征，表面處理工藝決定色彩和材質(zhì)能否達(dá)到其本身的設(shè)計理念，房車內(nèi)部整體環(huán)境的表達(dá)影響用戶對企業(yè)的理解[5]。

在CMF數(shù)據(jù)庫應(yīng)用方面，以CMF設(shè)計方法為理論依據(jù)，將色彩、材料、表面處理工藝以及情感表達(dá)作為評判標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)CMF的快速選擇，幫助企業(yè)合理規(guī)劃的設(shè)計方案[6]。

1.2 CMF設(shè)計要素分析解讀

研究房車家具設(shè)計的CMF數(shù)據(jù)庫，需要整理基礎(chǔ)色彩、材料和表面處理工藝的相關(guān)資料，對其表達(dá)進(jìn)行轉(zhuǎn)譯整理，為數(shù)據(jù)庫的研究與應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1.2.1 色彩分析

色彩借助產(chǎn)品外觀顯現(xiàn)，市面上的各類產(chǎn)品都擁有不同的色彩搭配，不同的色彩賦予產(chǎn)品不同的情感特性，即用戶對色彩的屬性認(rèn)知，如表1 所示。色彩的明度和純度使人們有冷暖、輕重、軟硬、動靜、膨脹收縮等不同的感覺，同時給人帶來華麗、可愛、溫和、自然等不一樣的風(fēng)格特點,而色彩上給消費者帶來的屬性認(rèn)知和風(fēng)格特點，在很大程度上決定了消費者對產(chǎn)品的喜好程度[7-8]。

表1 色彩屬性認(rèn)知Tab.1 Cognition of color attributes

1.2.2 材料分析

材料是物質(zhì)基礎(chǔ)和前提，材料帶來生理和物理雙重屬性。生理屬性是由人通過接觸產(chǎn)品表面產(chǎn)生的如粗糙、順滑、堅硬、柔軟等反饋信息；物理屬性是產(chǎn)品本身固有的特征信息如表面的肌理、質(zhì)地和光澤等[9-11]。為整個產(chǎn)品的骨架，不同材料選擇給人帶來不同的感覺意向，所賦予的情感作用也逐漸被強化。例如，實木家具給人穩(wěn)重素雅感，玻璃給人潔凈時尚感，金屬則給人科技感。目前，國內(nèi)房車內(nèi)部家具材料主要有木質(zhì)家具和鋁合金家具兩種。由于房車自身的特殊性，其內(nèi)部材料主要可分為木質(zhì)人造板、輕質(zhì)鋁型材、纖維制品、皮革等類別。另外表面處理工藝對改善和提高產(chǎn)品表面質(zhì)量有著很大作用，合理選擇表面處理工藝能夠使材料特性有不同的體驗感受。例如，金屬經(jīng)過拋光處理可以感受到潔凈和流暢，玻璃通過磨砂和著色處理能帶來溫馨的感覺，材料通過凹凸紋理可以帶來穩(wěn)定的感覺，也使得材料擁有防腐、防水、抗氧化、抗腐蝕等附加功能，如表2所示。

表2 常見材料屬性及處理工藝分析Tab.2 Analysis of common material properties

2 房車家具CMF數(shù)據(jù)庫建立的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 聚類算法

房車家具CMF數(shù)據(jù)庫需要從色彩、材料、表面處理工藝進(jìn)行樣本的收集，進(jìn)行特征提取，構(gòu)建起語義庫網(wǎng)絡(luò)模型，為設(shè)計師在創(chuàng)作和開發(fā)的過程提供一定參考價值。通過分析企業(yè)銷量的車型數(shù)據(jù)，以主打色彩和色彩配比、主要材料和輔助材料以及材料表面處理工藝之間的關(guān)系為研究對象，確定主色彩種類轉(zhuǎn)換好CMYK，制訂好材料和表面處理工藝的虛擬樣本，利用K-means聚類算法對其進(jìn)行聚類分析，以迭代思想將各個樣本點按規(guī)則劃分類別，得出色彩配比、材料和表面處理工藝的聚類結(jié)果，提升了配色和用材的科學(xué)性[12-15]。

2.2 數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)

房車家具CMF數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通過對色彩、材料、表面處理工藝進(jìn)行分類、組織、編碼、儲存、檢索和維護，能有效的對色彩、材料和表面處理工藝資源進(jìn)行分類、存儲，還能保證色彩、材料、表面處理工藝的獨立性。此外，還能利用相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行三者間的有效結(jié)合，提高了企業(yè)資源的利用率[16]。

2.3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)

通過Unity 3D、SketchUp等軟件呈現(xiàn)虛擬的樣板房車內(nèi)部，虛擬仿真給用戶提供視覺、聽覺、觸覺等多感官的場景體驗，結(jié)合用戶需求和體驗感受，獲取房車家具的各項指標(biāo)需求。再利用AI技術(shù)模擬設(shè)計和制造的全過程，闡述產(chǎn)品性能、資源利用及設(shè)計理念[17-18]。

2.4 數(shù)字孿生

數(shù)字孿生系統(tǒng)下房車家具CMF數(shù)據(jù)庫的建立，借助房車家具生產(chǎn)和制造的實際情況，通過虛擬體驗下用戶與家具的交互反饋、房車家具CMF數(shù)據(jù)融合分析、流行色彩和新型材料引進(jìn)等優(yōu)化手段，構(gòu)建符合實際生產(chǎn)的房車家具CMF虛擬語義庫。通過CMF語義庫、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、服務(wù)設(shè)計等信息數(shù)據(jù)進(jìn)行整體設(shè)計評價和反饋，融合數(shù)字孿生實現(xiàn)數(shù)據(jù)的閉環(huán)流動，有效提高了知識獲取效率、數(shù)據(jù)庫快速管理和提取及資源數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[19-20]。

3 房車家具CMF數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分析

3.1 總體架構(gòu)

結(jié)合現(xiàn)有企業(yè)工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心實施經(jīng)驗以及對CMF設(shè)計要素分析，總體架構(gòu)包括用戶層、數(shù)據(jù)資源層、數(shù)據(jù)管理層、數(shù)據(jù)應(yīng)用層。

3.1.1 用戶層

用戶可按企業(yè)用戶和利益相關(guān)用戶分類。企業(yè)用戶包括企業(yè)決策層、管理層以及設(shè)計執(zhí)行者，進(jìn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)管和調(diào)用；利益相關(guān)用戶包括房車購買者、露營用戶、房車家具生產(chǎn)廠家、戶外家具制造企業(yè)等。

3.1.2 數(shù)據(jù)資源層

數(shù)據(jù)資源是房車家具CMF數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)來源。企業(yè)內(nèi)部資源數(shù)據(jù)包括色彩數(shù)據(jù)庫、材料數(shù)據(jù)庫、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（PDM）、實驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（TDM）、協(xié)同設(shè)計管理系統(tǒng)（CMD）。外部數(shù)據(jù)資源主要包括國家發(fā)布的流行色彩、新型材料和處理工藝、企業(yè)合作的家具材料供應(yīng)商、相關(guān)企業(yè)例如戶外家具的配色及用材等[21]。

3.1.3 數(shù)據(jù)管理層

數(shù)據(jù)管理利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，主要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、整合和存儲。通過對市場數(shù)據(jù)的采集、企業(yè)內(nèi)房車家具的風(fēng)格、色調(diào)、用材及表面處理工藝的調(diào)研、戶外家具和房車內(nèi)飾以及房車中生活用具的調(diào)研進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。利用聚類算法對錄入的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類重組，主要是實時數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫和CMF專用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行整合和存儲，實時數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)對今日樣本查詢和使用的實時數(shù)據(jù)存儲；關(guān)系數(shù)據(jù)庫包括CMF語義數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù) 、索引數(shù)據(jù)、主題風(fēng)格的存儲；專用數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)房車家具CMF樣本數(shù)據(jù)、預(yù)測數(shù)據(jù)、質(zhì)量分析、使用狀態(tài)數(shù)據(jù)的存儲[22-23]。

3.1.4 軟件系統(tǒng)管理層

軟件系統(tǒng)管理主要進(jìn)行數(shù)據(jù)的挖掘和應(yīng)用、數(shù)據(jù)集成共享、數(shù)據(jù)運營監(jiān)控提供管理和應(yīng)用服務(wù)，支撐數(shù)據(jù)庫的正常運轉(zhuǎn)和應(yīng)用，主要包含CMF基礎(chǔ)樣本的挖掘和預(yù)測、數(shù)據(jù)共享和對外接口管理，以及樣本檢索、樣本數(shù)據(jù)質(zhì)量管理、歷史數(shù)據(jù)監(jiān)控分析等[24]。

3.1.5 數(shù)據(jù)應(yīng)用層

數(shù)據(jù)應(yīng)用是基于數(shù)據(jù)庫提供的實際應(yīng)用，房車家具CMF數(shù)據(jù)庫網(wǎng)站、分布式查詢平臺、AI應(yīng)用等多形式應(yīng)用，滿足房車家具CMF數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中數(shù)據(jù)、設(shè)計、樣本、場景展示等數(shù)據(jù)需求。

3.2 數(shù)據(jù)庫主要模塊

房車家具CMF數(shù)據(jù)庫的建立目的在于為企業(yè)設(shè)計提供方便的查詢，為房車家具生產(chǎn)提供科學(xué)合理的數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)，為客戶提供基本的CMF性能指南。如圖1所示，其主要模塊為房車家具CMF語義庫的構(gòu)成：1）CMF前期信息收集；2）根據(jù)設(shè)計要素提取語義元素形成相應(yīng)的語義族；3）依據(jù)各類語義族制作樣板且構(gòu)成語義庫。

圖1 房車家具CMF數(shù)據(jù)庫建立流程Fig.1 The process of establishing the RV furniture CMF database

通過對房車家具、目標(biāo)人群、相關(guān)企業(yè)、競品分析、市場調(diào)查等收集CMF資源信息收集，設(shè)計師和工程師根據(jù)收集到的信息提取設(shè)計要素并轉(zhuǎn)化為語義元素，來研究未來房車家具CMF設(shè)計趨勢、社會趨勢和技術(shù)趨勢，將提取到的語義元素通過K-means聚類算法以色彩、材料、工藝、零件、適合區(qū)域等分類方式形成產(chǎn)品語義族[25]，采用“樣板+熱門樣板+新錄入樣板”方式形成靜態(tài)樣板和動態(tài)樣板，形成房車家具CMF語義庫和語義族編碼信息，實現(xiàn)樣本數(shù)據(jù)的統(tǒng)一規(guī)范管理，如圖2所示。

圖2 房車家具CMF語義庫提取和分類Fig.2 RV furniture CMF semantic library extraction and classification

4 房車家具CMF數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用策略分析

4.1 數(shù)據(jù)庫平臺快速查詢

數(shù)據(jù)庫平臺提供服務(wù)窗口，由五個模塊組成，分別是CMF語義庫、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù) 、索引數(shù)據(jù)、主題風(fēng)格、質(zhì)量數(shù)據(jù)。CMF語義庫可采用多功能組合查詢，以數(shù)據(jù)編號為查詢內(nèi)容對各個子庫進(jìn)行查詢，也可采用內(nèi)容查詢，如圖3所示。主題風(fēng)格采用語義信息索引，以關(guān)鍵語義詞進(jìn)行相關(guān)性查詢。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、索引數(shù)據(jù)、樣本質(zhì)量數(shù)據(jù)采用可視化有效反應(yīng)使用情況。

圖3 數(shù)據(jù)庫CMF語義庫材料樣本查詢主界面和輸出界面Fig.3 The main interface and output interface of material sample query in database CMF semantic database

4.2 CMF語義庫通用配置方案

針對市場變化，對CMF語義庫進(jìn)行不斷更新、補充和替換，保證設(shè)計師能夠更準(zhǔn)確的把握以及運用其帶來的情感特性，模擬構(gòu)建房車家具配置，如滿足用戶基本需求的基礎(chǔ)款以及進(jìn)一步滿足用戶成長需求的豪華款。建立簡約系列、輕卡系列、風(fēng)尚系列、寬大系列等不同系列風(fēng)格，同時采用通用CMF模塊方案。例如，簡約風(fēng)格可采暖木色為主色調(diào)，暖灰米為輔色調(diào)，再點綴黑色，大部分家具是溫暖的木色，木板間鏈接、座椅墊、窗簾是飽和度較低的中灰米色。在材料上，內(nèi)部使用樺木膠合板，亞麻和棉織品椅墊、人造板材制作的地板和床板、頂棚的花絲木支柱等。在工藝上，采用木質(zhì)板材的鏤空工藝、地板木材和金屬的鑲嵌工藝，金屬磨砂工藝、紡織品編織工藝等。

4.3 建立線下CMF數(shù)據(jù)庫樣本體驗館

房車企業(yè)利用虛擬技術(shù)給用戶體驗房車內(nèi)部場景樣板的同時，可以建設(shè)房車家具CMF數(shù)據(jù)庫線下體驗館，可分為語義庫分區(qū)展示、用戶交互接觸、場景展示三個部分。語義庫分區(qū)展示真實樣品，用戶交互接觸利用感官、 UI控件、語音手勢操控等交互方式幫助消費者獲得全面的交互體驗。場景展示區(qū)利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，通過DIY設(shè)計房車家具CMF方案、模型貼圖、燈光貼圖等建立三維虛擬場景[26]。

4.4 引入數(shù)字孿生技術(shù)完善數(shù)據(jù)庫應(yīng)用

引入數(shù)字孿生技術(shù)，以收集線下數(shù)據(jù)庫樣本體驗館的實際體驗情況和三維虛擬場景方案，以及數(shù)據(jù)庫運行過程中的大量數(shù)據(jù)信息為支撐，系統(tǒng)連接線下樣本體驗館、虛擬模型和場景、服務(wù)系統(tǒng)等，不斷更新優(yōu)化實現(xiàn)虛擬孿生和線下實體之間的數(shù)據(jù)交互，形成信息數(shù)據(jù)反饋閉環(huán)。通過虛實結(jié)合將設(shè)計過程可視化，為實際生產(chǎn)提供CMF設(shè)計參數(shù)進(jìn)行評價，展示設(shè)計效果圖以及搭建數(shù)字模型，采用數(shù)字化內(nèi)容構(gòu)建房車家具內(nèi)部模型，為用戶提供由“物”到“境”的虛擬體驗。

5 結(jié)語

考慮到房車家具所處環(huán)境的特殊，且目前國內(nèi)箱體結(jié)構(gòu)和內(nèi)部制造工藝還不成熟，CMF設(shè)計運用色彩、材料以及表面處理工藝為房車家具提供了準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，既能增加消費者的體驗感受，又能延長房車家具生命周期。建立和分析房車家具的CMF數(shù)據(jù)庫，利用強大的數(shù)據(jù)處理和儲存能力對房車家具CMF進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可以實現(xiàn)虛擬世界和物理世界的信息交互，解決信息知識獲取困難、樣本管理制度不完善等問題。此外，還可以通過系統(tǒng)性、目標(biāo)性來尋求合適的設(shè)計方案，為企業(yè)設(shè)計過程提供有效的輔助。