复杂功能语义下的产品形态量化设计方法研究

作     者：覃忠志 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙利

授予年度：2023年

学科分类：1305[艺术学-设计学（可授艺术学、工学学位）] 13[艺术学] 

主      题：功能语义 共识模型 BP神经网络 量化设计 产品形态 

摘      要：本文旨在提升功能语义需求的代表性以及功能语义与产品形态匹配的一致性和均衡性,基于共识模型和感性工学理论,从功能语义提取层面、功能语义量化设计层面以及设计决策层面出发,提出一种复杂功能语义下的产品形态量化设计方法。首先,从产品语义理论的基础出发,分别对功能语义的定义、认知机制、特征、符号类型等进行分析归纳,从而完成功能语义体系解析并为后文中功能语义的提取分析提供理论依据。其次,在语义提取层面上构建功能语义提取模型,基于功能——结构——行为——语义的功能语义提取路径对目标产品进行映射求解,利用相关性分析和因子分析获得初始功能语义;采用群体共识模型对初始功能语义进行评价与决策,从而选取出代表性的目标功能语义。再次,在功能语义量化设计层面上构建功能语义感性工学模型,结合功能语义符号系统和形态分析法实现产品形态特征符号的获取与表征,并建立产品的形态特征符号库;通过编码处理构建产品形态特征符号数据集;通过SD法建立产品的功能语义评价数据集;结合K-fold交叉算法和BP神经网络构建感性工学模型,从而建立产品功能语义评价与产品形态特征符号之间的关联量化关系并进行设计输出。最后,在设计决策层面上构建复杂功能语义决策模型,基于不同功能语义需求之间的重要程度差异和多目标求解原理,提出熵权法与Topsis算法相结合的决策模型,并用于设计方案的决策排序。将该方法应用于家用呼吸机形态量化设计实践,最终完成了5款家用呼吸机的产品设计与评价测试。评价测试结果显示,5个设计方案的功能语义评价的评价值与预测值的平均均方误差为0.034,小于0.05,且实际评价值排序与预测值排序一致,同时认知负荷测试结果显示,5个设计方案的功能认知效果与预测排序一致。通过以上结果验证了该设计方法的合理性和可行性。