关键词:
工业设计
复杂产品再设计
多域系统
博弈论
认知摩擦
摘要:
随着创新驱动发展战略的深入实施,多领域、多粒度、多层级、多模态的“智造”信息快速进入设计领域,多认知主体协同已成为创新设计的新常态。作为工业设计研究中的重要内容之一,再设计已成为复杂产品在役再制造、提升产能及质量的新趋势。由此,如何从多域系统的视角建立一种以内在多主体需求为驱动、多层级模块化要素为基础、外在系统化设计知识为激励的复杂产品再设计新路径是值得探讨的问题。本研究通过探讨多主体参与的复杂产品再设计系统化方法,融合认知科学、多域系统、博弈论、计算机科学等思想,结合复杂网络、模糊评价、设计结构矩阵、层次分析、形状混合、眼动跟踪等方法及技术,构建多主体参与的需求决策、模块主从识别、知识推理、再设计方案智能生成与决策等模型,形成需求域、模块域、知识域,最终得到再设计优选方案。主要的研究内容及创新如下:(1)构建了多主体参与的复杂产品再设计需求决策模型。面对多主体交互的创新设计问题,提出基于共生理念的需求挖掘模式,采用情景分析、灰数评价、复杂网络及博弈论等思想方法,以用户及设计师为认知主体,建立灰色网络博弈模型进行再设计需求综合评价,形成包含内部功能需求及外在交互需求的复杂产品再设计需求决策模型,完成需求域的构建。该过程细分了产品创新设计需求获取粒度,丰富了复杂产品再设计过程中需求挖掘方法,形成了较为客观、全面的需求决策体系。(2)构建了多源信息融合博弈的再设计模块主从识别模型。完成复杂产品模块的划分与主从关系识别是在有限的资源与经济约束下,最大程度实现产品创新的有效路径。运用层次分析及谱系聚类进行模块划分,结合三角模糊评价开展各模块域间映射重要度评估。基于模糊设计结构及DEMATEL等方法完成各模块的域内相关重要度评估。结合博弈论思想建立融合域间及域内各模块重要度综合评价模型,完成模块域构建。该过程解决了现有研究中因缺失分析各模块关联关系而导致的评估不全面问题,保证了客观准确地获取各模块的主从关系,为后续复杂产品再设计知识推理及方案生成奠定基础。(3)构建了基于非合作-合作博弈并行的知识推理模型。产品快速的迭代升级促使了多学科、多维度知识的交叉与融合,进行知识的有效获取与运用是现代产品设计的核心之一。基于需求域及模块域,分别建立内在结构设计及外在形态设计两类知识的映射模式。结合TRIZ理论及双层灰色关联评价进行结构知识推理,并运用非合作博弈模型完成内在结构设计知识评价。结合层次分析及合作博弈模型,开展外在形态设计知识评价。由此,形成包含内在结构设计与外在形态设计的再设计知识域,建立了更为客观、全面的知识获取与表征体系。同时,从系统化的角度考虑了不同类别设计知识在多目标决策中的重要性,形成了知识重用策略空间的构建方法,为后续的方案生成与决策奠定基础。(4)提出了一种多域协同驱动的复杂产品再设计方案智能生成方法。高效进行方案的设计与生成对于提升产品创新设计效能具有重要意义。在构建的多域系统基础上,通过设计类比实验,获取再设计激励信息源。建立原型评估模型,获取造型、色彩及结构原型。运用形态融合技术,完成造型的再设计智能生成,并结合不同类别原型形成再设计初始方案集,为后续的方案决策奠定了基础。该方法能够面向复杂产品特征,形成突破原型的创意方案,对启发设计师灵感、生成多维度与多元化的创意结果具有重要意义。(5)构建了审美认知摩擦驱动的复杂产品再设计决策模型。在性能差异化逐渐缩小的趋势下,提升美学价值可有效增强产品的附加值。以美学评价为基础,运用犹豫模糊集评价、模糊锡尔熵值计算及博弈论等思想方法,构建面向用户及设计师审美认知摩擦度量及平衡模型,对比眼动实验结果验证模型的可行性。量化多主体审美认知差异的同时,平衡了利益双方对最优期望方案的追求,从而达到认知对称、审美认知差异平衡的目的,有效完成了再设计方案的决策优选,为设计认知研究提供了新思路。以数控机床为研究对象,通过构建多域系统,从域内博弈与域间协同的视角,形成面向复杂产品再设计研究新模式,探索内在约束与外在动力协同演进过程中复杂产品创新设计的新路径,为凸显在役复杂产品的再制造、相关制造业转型升级及创新发展战略实施进行了有益探索。