基于定性定量轉(zhuǎn)換模型的設(shè)計(jì)問題求解方法

1、基于定性定量轉(zhuǎn)換模型的設(shè)計(jì)問題求解方法摘要本面向重點(diǎn)研究 973 計(jì)劃項(xiàng)目現(xiàn)代設(shè)計(jì)大型應(yīng)用軟件的共性基礎(chǔ)，為其中湖南大學(xué)負(fù)責(zé)的子課題工業(yè)（造型）設(shè)計(jì)專門知識輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)提供理論和方法支持。的主要研究目標(biāo)是建立設(shè)計(jì)問題求解中的定性定量轉(zhuǎn)換模型，將其作為定性定量問題求解機(jī)制，構(gòu)建基于案例的汽車造型設(shè)計(jì)系統(tǒng)原型CBAS（Case-based Automotive Styling）系統(tǒng)。的主要內(nèi)容是：首先研究定性定量方法在設(shè)計(jì)問題求解中的應(yīng)用。在定性定量分析的基礎(chǔ)上，討論設(shè)計(jì)問題求解的本質(zhì)和過程。然后建立理性與感性結(jié)合的設(shè)計(jì)問題求解模型，并討論定性定量分析與理性設(shè)計(jì)問題求解的關(guān)系。其次，設(shè)計(jì)問題求解的

2、不確定性建立定性定量轉(zhuǎn)換模型，引入云模型作為定性定量求解機(jī)制。最后，將設(shè)計(jì)問題求解的本質(zhì)的定量描述和定性定量求解機(jī)制整合的應(yīng)用到 CBAS 系統(tǒng)的構(gòu)建中。提出了將問題域 D 和解域 S 組合設(shè)計(jì)問題求解的綜合論域空間 U。基于案例的汽車造型設(shè)計(jì)系統(tǒng)中論域空間 U 也是由案例組成的案例空間，每一個(gè)案例都既對應(yīng)著定性概念也對應(yīng)著定量的特征或?qū)傩灾?。設(shè)計(jì)問題求解中問題域D 到解域 S 的求解機(jī)制即是對 U 上用云的疊加的泛概念樹的爬升和降落。：定性分析；定量分析；設(shè)計(jì)問題求解；定性定量求解機(jī)制；云模型；泛概念樹IIAbstractBy researching the 973 National Res

3、earch Project, the Basis of the Similarity of Modern Design Application Software, this thesis provides theoretical and technical support towards the sub-project which was taken charge by Hunan University, known as the Aid System for Professional Industrial Design Knowledge. The thesis mainly focuses

4、 on the settlement of qualitatively and quantitatively transforming mamong the process of solving the design problems, then uses it as a problem solving mechanism to build an automobile design prototype system based on present casesCBAS（Case-based Automotive Styling）systerm.The content of this thesi

5、s is firstly researching the application of the qualitativeand quantitative method in the process of solving the design problems. Bases on the analysis of qualitative and quantitative method and by discussing the process and essence of design problems solving, the thesis establishes a rationally and

6、 sensiblyintegrated design problem solving mand discusses the relationship with theanalysis of qualitative and quantitative method. Towards the uncertainty of thesettlement of qualitative and quantitative m, this thesis secondly uses the cloudmas a qualitative and quantitative mechanism to solve the

7、 design problems.Finally, the thesis also gives some advices of how to integrate the mechanism with the CBAS system.In addition, the thesis also provides an integration of problem domain D andsolving domain S in order to find the integrated domain U space of design problemsolving. The integrated dom

8、ain U space which based on the automobile mdesignalso composes by different design cases. Each case not only has the corresponding conception, but also has the corresponding features and attributes. The solving mechanism from problem domain D to solving domain S in design problem solving is climbing

9、 or dropping of the Extensive Concept Tree which constituted by CloudM s piling.Key Words : Qualitative Analysis; Quantitative Analysis; Design Problem Solving;Qualitative and Quantitative Solving Mechanism; Cloud MTree; Extensive ConceptIII湖 南 大 學(xué)性本人鄭重：所呈交的是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注的內(nèi)容外，本不包含任何其

10、他個(gè)人或集體已經(jīng)或撰寫的成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全由本人承擔(dān)。本的法律后果作者簽名：日期：年月日使用書本校保留并向 閱和借閱。本人作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用的規(guī)定，同意學(xué)有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交湖南大學(xué)可以將本的復(fù)印件和，被查的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等。保存和匯編本學(xué)位本屬于1、2、不，在年。后適用本書。（請?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“”）作者簽名：導(dǎo)師簽名：日期：日期：年年月月日日I第 1 章緒論1.1 研究背景與理論基礎(chǔ)1.1.1 研究背景1.1.1.1 現(xiàn)代設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)是一門古老而年輕的學(xué)科，是人類為了實(shí)現(xiàn)某種

11、特定的目的而進(jìn)行的一項(xiàng)創(chuàng)造性活動(dòng)1 。人類的設(shè)計(jì)活動(dòng)與人類的生存和發(fā)展一樣歷史久遠(yuǎn)2 。設(shè)計(jì)的意義，在人類文明不同的歷史階段，具有不同的內(nèi)涵和標(biāo)準(zhǔn)，面對不一樣的問題和。20 世紀(jì) 80 年代以來，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的普及，人類進(jìn)入了一個(gè)信息的。不僅改寫了人類的技術(shù)特征，而且對生產(chǎn)、生活的各個(gè)方面都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。是 “夢想”（Rolf Jensen，1999），未來的現(xiàn)代將取決于公司講述并銷售“故事”的能力，設(shè)計(jì)者的任務(wù)是為用戶創(chuàng)造對他們來說“有用的、好用的并且希望擁有的”，使用戶在使用的過程中獲得可享受的消費(fèi)體驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)其生活形態(tài)中的某種夢想3；現(xiàn)代的是一種“體驗(yàn)” （B.J

12、oseph Pine,James Glmore，1999），即一種能夠通過創(chuàng)造和支持用戶體驗(yàn)而使公司獲得的。隨著人類從以機(jī)械化為特征的工業(yè)化以信息化為特色的后工業(yè)社會(huì)，工業(yè)設(shè)計(jì)的對象從原來大批量、標(biāo)準(zhǔn)化逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾∨俊⒍鄻踊姆直娛袌觯≧alph Nader, 1970）；工業(yè)設(shè)計(jì)的范疇由先前主要為工業(yè)企業(yè)服務(wù)擴(kuò)大到金融、商業(yè)、旅游等第三產(chǎn)業(yè)；的形式從單一的實(shí)物逐漸變?yōu)榘藢?shí)物、虛擬和服務(wù)等非物質(zhì)形式；設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則由傳統(tǒng)的“功能合理、造型美觀、3 ?！肮I(yè)設(shè)價(jià)格低廉”的以物轉(zhuǎn)變?yōu)椤靶问胶凸δ芄餐瑢?shí)現(xiàn)夢想”的以人計(jì)”的概念逐步被內(nèi)涵更加豐富的“設(shè)計(jì)”概念所取代4?，F(xiàn)代經(jīng)不像傳統(tǒng)也著前所未有的問

13、題：隨著科技的飛速發(fā)展，人與自然關(guān)系已那樣和諧；人與人之間的接觸和交流越來越少，人際關(guān)系被巨大生存和快速的生活節(jié)奏沖淡甚至變得冷漠；用戶對那些日常生活中復(fù)雜、難以使用或者缺少個(gè)性的變得厭倦和沒有耐心。人們開始傳統(tǒng)反思現(xiàn)在，“審美”、“和諧”、“情感”、“簡潔”、“易用”、“創(chuàng)新”被統(tǒng)一在“以人為中心”的設(shè)計(jì)理念中，得到了空前的關(guān)注。任何有價(jià)值的學(xué)術(shù)研究也不能回避這些設(shè)計(jì)的特性， 而應(yīng)把它們作為設(shè)計(jì)問題中的重要方面來考慮。因?yàn)樵O(shè)計(jì)的本質(zhì)，是人類對更美好明天的追求。1基于定性定量轉(zhuǎn)換模型的設(shè)計(jì)問題求解方法1.1.1.2 現(xiàn)代設(shè)計(jì)研究現(xiàn)代設(shè)計(jì)研究主要分為定性研究和定量研究兩大類。定性研究很早就已應(yīng)用

14、于設(shè)計(jì)領(lǐng)域，是設(shè)計(jì)藝術(shù)化研究的重要方法；定量研究是現(xiàn)代設(shè)計(jì)研究的標(biāo)志，廣泛的存在于設(shè)計(jì)的、評價(jià)與決策等各個(gè)階段，是設(shè)計(jì)科學(xué)化研究的關(guān)鍵；根據(jù)其各自的特點(diǎn)將定性定量研究相結(jié)合，是現(xiàn)代設(shè)計(jì)研究的趨勢。這就意味著要在定性定量指標(biāo)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)化，對于定量指標(biāo)可以通過數(shù)學(xué)模型或公式進(jìn)行嚴(yán)格的計(jì)算，而定性指標(biāo)往往包含著不確定性（模糊性和隨機(jī)性等），而且涉及到心理因素，一般只能采用觀察分析、量化描述。目前對設(shè)計(jì)的定性定量研究較等方法，進(jìn)行粗略估算或分等級半定的理論體系是產(chǎn)生于 20 世紀(jì) 80 年代的日本的感性工學(xué)（Kansei Engineering），它在 90 年代運(yùn)用于產(chǎn)業(yè)界, 隨后許多模式5。感性工

15、學(xué)中應(yīng)用定性發(fā)達(dá)開始紛紛制定感性工學(xué)的研究計(jì)劃和研究方法的一類稱為前向定論式感性工學(xué)，也稱范疇區(qū)分式感性工學(xué)，與其他感性工學(xué)的最大不同在于不使用電腦進(jìn)行分析，而是以劃分層次的方法，逐次將人對物之期望轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)要素；應(yīng)用定量研究方法的一類稱為前向定量推論式感性工學(xué)，利用形容詞語所的意象(image)空間來表現(xiàn)人對的感性，通過意象的設(shè)計(jì)要素6。實(shí)驗(yàn)搜集意象數(shù)據(jù)值，再分析這些數(shù)據(jù)其中應(yīng)用得最普遍的方法是意象尺度法，它是以語義差異法為基礎(chǔ)，借助語言描述來表達(dá)對設(shè)計(jì)的理解（定性），通過嚴(yán)格的心理學(xué)實(shí)驗(yàn)獲得大量描述感覺的原始數(shù)據(jù)（定量）。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析整理則必須借助于數(shù)理統(tǒng)計(jì)的定量分析方法，如因素分析法（

16、Factors Analysis）、主成分分析法（Principal ComponentAnalysis）、階層分析法（ Analytic Hietarchy Process）、聚類分析法（ ClusteringAnalysis）等。簡而言之，就是將由多種因素（意象語匯）組成的意象空間，通過統(tǒng)計(jì)意義上的降維，找到能最大程度地反映總體意象傾向的盡可能少的意象維度的描述，以及各維度之間的相關(guān)性，將造型和色彩設(shè)計(jì)中模糊的、感性的問題量化和具體化，并最終構(gòu)建關(guān)于造型或者色彩的意象尺度圖?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)理論主要由四部分流理論和多利益方協(xié)調(diào)理論7，但是：設(shè)計(jì)過程理論、性能需求驅(qū)動(dòng)理論，知識定性定量結(jié)合的設(shè)計(jì)研究

17、還缺乏完整的理論體系。1950 年的林知己夫教授提出了數(shù)量化理論，它是集定性與定量變量于一體的多變量分析方法。所謂數(shù)量化方法，就是把沒有用數(shù)值表示出來的、和評價(jià)的數(shù)據(jù)資料，從量上探索和處理的的總稱。1984 年多田淳三教授提出，將模糊數(shù)學(xué)中模糊數(shù)據(jù)及模糊的處理方法引入數(shù)量化理論，定義目標(biāo)變量為模糊數(shù)，而與類相對應(yīng)的反映性變量則采用它對該類的隸屬度來表示。這些理論為定性與定量轉(zhuǎn)化研究提供了重要的工具。21.1.2 理論基礎(chǔ)1.1.2.1 人工智能與設(shè)計(jì)從遠(yuǎn)古時(shí)期一直到工業(yè)，人們發(fā)明創(chuàng)造工具或輔助或代替體力勞動(dòng)；而從 20 世紀(jì)的開始，研究怎樣輔助或代替人的各種智能行為和各類腦力勞動(dòng)成為科技進(jìn)步的

18、關(guān)鍵。人們的生產(chǎn)、生活中，人工智能的成果已經(jīng)所處可見。設(shè)計(jì)活動(dòng)作為其中最富創(chuàng)造力和影響力的腦力勞動(dòng)，理所當(dāng)然地成為人工智能的一個(gè)重要應(yīng)用方向。人工智能（Artificial Intelligence,簡稱 AI）是在計(jì)算機(jī)科學(xué)、論、信息論、神經(jīng)生理學(xué)、心理學(xué)、哲學(xué)、語言學(xué)等多種學(xué)科相互滲透的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新興邊緣學(xué)科。人工智能和設(shè)計(jì)一樣可以從“能力”和“學(xué)科”兩個(gè)方面進(jìn)行定義。從能力的角度來看，人工智能是相對于人的自然智能而言的，所謂人工智能是指用人工的方法在（計(jì)算機(jī)）上實(shí)現(xiàn)的智能；從學(xué)科的角度來看，人工智能是作為一個(gè)學(xué)科名稱來使用的，所謂人工智能是一門研究如何構(gòu)造智能或智能系統(tǒng)，使它能

19、模擬、延伸和擴(kuò)展人類智能的學(xué)科8。人工智能誕生于 1956 年夏以麥卡錫（John McCarthy）為主的達(dá)特茅斯（Dartmoth）會(huì)議的召開。從早期的通用問題求解（General Problem Solving）程序,到以知識為中心、面向應(yīng)用開發(fā)工程，再到逐步面向多技術(shù)、多方法的綜合集成與多學(xué)科、多領(lǐng)域的綜合應(yīng)用型系統(tǒng)，人工智能經(jīng)歷了一條熱鬧但不平坦的道路。特別是在問題求解方面，由于過去研究的多是良結(jié)構(gòu)的問題，而現(xiàn)實(shí)世界中的問題大多是屬于不良結(jié)構(gòu)或非結(jié)構(gòu)化的問題。對于這些問題，一般很難獲得其全部信息，更沒有現(xiàn)成的算法可供求解使用。因此，只能依靠經(jīng)驗(yàn)，利用已有知識逐步摸索求解9。本中要研究

20、的設(shè)計(jì)問題就是現(xiàn)實(shí)世界中典型的不良結(jié)構(gòu)問題，一直是領(lǐng)域研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。人工智能的主要應(yīng)用有模式識別、自然語言理解、學(xué)習(xí)、知識發(fā)現(xiàn)和數(shù)據(jù)挖掘、智能決策支持系統(tǒng)、系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等，這些方法都可以為智能化的設(shè)計(jì)問題求解研究提供幫助。1.1.2.2 設(shè)計(jì)智能設(shè)計(jì)智能是一種認(rèn)識設(shè)計(jì)環(huán)境，運(yùn)用多種相關(guān)知識解決設(shè)計(jì)問題，并進(jìn)行創(chuàng)造的綜合能力。信息是由數(shù)據(jù)所表達(dá)的客觀事實(shí)；知識是信息經(jīng)過智能后的產(chǎn)物；智能是用來對信息和知識進(jìn)行的器。因此本文要建立的基于定性系統(tǒng)的效用不僅取決于數(shù)據(jù)、信息、知識，還取決于系統(tǒng)的“設(shè)定量轉(zhuǎn)換模型的計(jì)智能”。設(shè)計(jì)智能所包含的能力有： 感知能力，是指設(shè)計(jì)者通過感覺級能力

21、。感知外部世界的能力，是設(shè)計(jì)智能的初記憶與思維能力，記憶是對感知到的外界信息、有思維產(chǎn)生的內(nèi)部知識，及3基于定性定量轉(zhuǎn)換模型的設(shè)計(jì)問題求解方法過去案例等的過程；思維是對所的信息或知識的本質(zhì)屬性、內(nèi)部規(guī)律等的認(rèn)識及創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)問題求解過程。設(shè)計(jì)的思維方式有抽象思維、形象思維和靈感思維，是設(shè)計(jì)智能的能力。抽象思維也稱邏輯思維，是一種基于抽象概念，根據(jù)邏輯規(guī)則對信息或知識進(jìn)行處理的理性思維形式。如，推理、證明、思考等活動(dòng)。神經(jīng)生理學(xué)認(rèn)為，抽象思維是由左半腦實(shí)現(xiàn)的。抽象思維在設(shè)計(jì)活動(dòng)中起著引導(dǎo)和的重要作用。形象思維也稱直感思維，是一種基于形象概念，根據(jù)感性形象認(rèn)識材料對客觀現(xiàn)象進(jìn)行處理的思維方式。如，

22、視覺信息、圖像或景物識別等。神經(jīng)生理學(xué)認(rèn)為，形象思維是由右半腦實(shí)現(xiàn)的。形象思維是設(shè)計(jì)活動(dòng)中重要的發(fā)散性思維方式。靈感思維也稱頓悟思維，是一種顯意識與潛意識相互作用的思維方式。靈感思維也是設(shè)計(jì)活動(dòng)中非常重要的跳躍性思維方式，經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)師在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，95%是潛意識在起作用，而能被感覺到的顯意識只占其余 5%。抽象思維已在人工智能領(lǐng)域廣為實(shí)現(xiàn)，而形象思維和靈感思維較為復(fù)雜，是設(shè)計(jì)智能實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)。學(xué)習(xí)和適應(yīng)能力，學(xué)習(xí)是一個(gè)具有特定目的的知識獲取過程。學(xué)習(xí)和適應(yīng)是設(shè)計(jì)智能的一種高級能力，面對隨時(shí)間和發(fā)展不斷變化的設(shè)計(jì)環(huán)境，只有通過學(xué)習(xí)才能增加設(shè)計(jì)知識、提高設(shè)計(jì)能力、適應(yīng)設(shè)計(jì)環(huán)境。行為能力，是指設(shè)計(jì)

23、者對感知到的外界信息做出反應(yīng)，和將設(shè)計(jì)方案最終實(shí)現(xiàn)的能力。本建立的設(shè)計(jì)問題求解系統(tǒng)所具有的設(shè)計(jì)能力包括：對設(shè)計(jì)知識、案例、情境、求解路徑等的記憶能力，對設(shè)計(jì)方案及其屬性、特征的求解思維能力，對隨時(shí)間變化的設(shè)計(jì)知識的學(xué)習(xí)和對環(huán)境的適應(yīng)能力，對用戶操作和反饋?zhàn)龀龌貞?yīng)的行為能力。1.1.2.3 認(rèn)知心理學(xué)與設(shè)計(jì)認(rèn)知心理學(xué)是一門以信息范式（把心理過程計(jì)算機(jī)處理信息進(jìn)行類比）為主的學(xué)科。所謂信息范式就是把心理看成是一個(gè)容量有限且具一般目的的符號系統(tǒng)。它有四種主要的研究方法：實(shí)驗(yàn)認(rèn)知心理學(xué)（Experimental Cognitive Psychology）：它繼承了認(rèn)知心理學(xué)的實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)且不涉及計(jì)算建模（

24、Computational Ming）方面的內(nèi)容。認(rèn)知科學(xué)（Cognitive Science）：它開發(fā)各種計(jì)算模型（Computational M來理解人類認(rèn)知。）認(rèn)知神經(jīng)心理學(xué)（Cognitive Neuropsychology）：它通過研究腦損傷患者的認(rèn)知損害（Cognitive impairments）來為正常人類認(rèn)知研究提供有價(jià)值的資料。4認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)（Cognitive Neuroscience）：它通過運(yùn)用一些技術(shù)能成像）研究大腦功能以理解人類認(rèn)知12。（如腦功本主要應(yīng)用認(rèn)知科學(xué)的方法來研究設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)活動(dòng)中的心理過程。認(rèn)知科學(xué)是從認(rèn)知心理學(xué)發(fā)展起來的。1979 年在加利福尼亞大

25、學(xué)亞哥分校召開了第一屆認(rèn)知科學(xué)會(huì)議，比人工智能的達(dá)特茅斯會(huì)議晚了 23 年。在上，諾曼（D.A.Norman）所做的報(bào)告認(rèn)知科學(xué)的 12 個(gè)主題為認(rèn)知科學(xué)的性文獻(xiàn)10。認(rèn)知科學(xué)也稱思維科學(xué)，研究選擇了戰(zhàn)略目標(biāo)，成為認(rèn)知科學(xué)的是研究人類感知和人類思維信息處理過程的學(xué)科，它包括從感覺的輸入到復(fù)雜問題的求解，從人類智能到人類智能的活動(dòng)，以及人類智能和智能的性質(zhì)；其主要研究目的就是要說明和解釋人類在完成認(rèn)知活動(dòng)時(shí)是如何進(jìn)行信息的11。1.1.2.4 認(rèn)知建模認(rèn)知建模是指運(yùn)用認(rèn)知科學(xué)的方法建立計(jì)算模型（computation m理想的計(jì)算模型能引導(dǎo)人們?nèi)ソ忉屢环N現(xiàn)象，規(guī)范一個(gè)理論并）。一個(gè)在新情境中的行

26、為 10。建立計(jì)算模型是認(rèn)知科學(xué)方法的標(biāo)志，它的主要方法是把心理和計(jì)算機(jī)進(jìn)行類比的信息方法（information-processing approach）。計(jì)算建模有三個(gè)描述層次。一是語言表述，比較模糊；二是用流程圖 （ flowchat）作為設(shè)計(jì)圖或工作計(jì)劃，比文字表述更具體化和專門化，但如果不同具體程序配合使用，還是顯得不夠精確；三是程序語言，即直接的計(jì)算機(jī)模擬。Cooper 等（1996）認(rèn)為心理學(xué)理論根本就不應(yīng)該用自然語言來描述，而是應(yīng)該用特定的形式語言。這種語言應(yīng)該是相當(dāng)精確的，就像邏輯一樣，可以直接作為程序而運(yùn)行。本進(jìn)行設(shè)計(jì)和中對設(shè)計(jì)問題求解的建模，主要是用語言表述和流程圖的方法

27、對系統(tǒng)。其中計(jì)算建模的主要技術(shù)有：語義網(wǎng)絡(luò)（semantic network），又稱聯(lián)想網(wǎng)絡(luò)（associative network）或陳述性網(wǎng)絡(luò)（declarative network）。語義網(wǎng)絡(luò)具有以下一些基本特征：概念由相連的節(jié)點(diǎn)來表征，這些節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)；建點(diǎn)間的連線多種多樣，可以表示多種多樣的關(guān)系；這些結(jié)點(diǎn)本身以及結(jié)點(diǎn)之間連線的興奮強(qiáng)度代表各概念間的相似程度。語義網(wǎng)絡(luò)可以用于對案例、屬性或特征間的關(guān)系進(jìn)行定量表示。產(chǎn)生式系統(tǒng)（production system），即基于規(guī)則的人工智能系統(tǒng)。這一系統(tǒng)由各種產(chǎn)生式規(guī)則（production rule 也稱產(chǎn)生式）組成，表示為：“PQ”或

28、“IF P THEN Q”，式中，P 稱為前件，Q 稱為后件；表示由 P 為真導(dǎo)致 Q 為真。產(chǎn)生式系統(tǒng)具有如下一些特征：系統(tǒng)具有大量的“PQ”規(guī)則；一個(gè)典型產(chǎn)生式系統(tǒng)模型通產(chǎn)包含一個(gè)這些規(guī)則的長時(shí)記憶單元和一個(gè)處理當(dāng)前信息的工作記憶單元5基于定性定量轉(zhuǎn)換模型的設(shè)計(jì)問題求解方法（working memory）；系統(tǒng)的工作模式是把工作記憶內(nèi)容與規(guī)則中的“如果”部分相匹配進(jìn)而執(zhí)行“那么”部分；如果工作記憶內(nèi)容有多個(gè)可配規(guī)則，系統(tǒng)則采用一種“解決策略”（-resolution strategy），從這些規(guī)則中選擇一個(gè)最優(yōu)的加以執(zhí)行12。產(chǎn)生式系統(tǒng)是構(gòu)建設(shè)計(jì)問題求解系統(tǒng)中常識知識庫的重要方法，可以表示

29、定性知識之間的因果關(guān)系。1.1.2.5 形式化描述形式化描述（formal describe）是指通過數(shù)學(xué)和邏輯符號對系統(tǒng)及行為進(jìn)行簡潔、準(zhǔn)確的抽象描述。形式化是在與人腦這兩種載體之間建立的。數(shù)理邏輯最早提出“形式化”，是把前提和結(jié)論，以及前提得到結(jié)論這個(gè)推理過程都“符號化”為一個(gè)系統(tǒng)，即形式系統(tǒng)。形式化避免了非形式化，如自然語言、圖、表等，它們存在、多義性、含糊性，以及描述規(guī)格的整性，抽象層次混雜等情況。形式化運(yùn)用的是數(shù)理邏輯語言，它的優(yōu)點(diǎn)是：能夠?qū)κ挛锘颥F(xiàn)象進(jìn)行簡潔、準(zhǔn)確的描述；以一種有組織的方式來表示系統(tǒng)規(guī)格中的抽象層次；使事物或現(xiàn)象的本質(zhì)可以被規(guī)范的展示出來；并且可以在把握了系統(tǒng)的確定

30、性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究系統(tǒng)的不確定性。本中“形式化”主要是對設(shè)計(jì)領(lǐng)域知識本體的研究和表示，是建立認(rèn)知模型與人工智能系統(tǒng)的前提13。知識本體是領(lǐng)域概念及概念之間關(guān)系的規(guī)范化描述， 這種描述是明確的、形式化的，可共享的?！懊鞔_”意味著對所采用概念的類型和對它們應(yīng)用的約束實(shí)行明確的定義；“形式化”指知識本體是計(jì)算機(jī)可讀的（即能被計(jì)算機(jī)處理）；“共享”反映知識本體應(yīng)捕捉該領(lǐng)域中一致公認(rèn)的知識，反映的是的共識14。知識本相關(guān)領(lǐng)域中公認(rèn)的概念集，即知識本體的是團(tuán)體而非體的目標(biāo)是捕獲相關(guān)領(lǐng)域的知識，提供對該領(lǐng)域知識的共同理解，確定該領(lǐng)域內(nèi)共同認(rèn)可的詞匯，并從不同層次的形式化模式上給出這些詞匯和詞匯間相互關(guān)系

31、的明確定義15。1.3 研究意義21 世紀(jì)以來，以關(guān)注人造事物發(fā)展規(guī)律，揭示和人與事物關(guān)系為的設(shè)計(jì)學(xué)科得到了前所未有的重視和發(fā)展契機(jī)7?，F(xiàn)在制造業(yè)競爭的焦點(diǎn)，是設(shè)計(jì)的競爭。完成一項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)所涉及的知識領(lǐng)域，比任何時(shí)期都更為復(fù)雜，更為廣泛。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論和方法已經(jīng)不能適應(yīng)指導(dǎo)這樣一種設(shè)計(jì)活動(dòng)的要求，市場的變化和結(jié)構(gòu)的變化對設(shè)計(jì)理論和方法提出了新題。工業(yè)設(shè)計(jì)越來越強(qiáng)調(diào)多學(xué)科整合和多種研究方法的綜合運(yùn)用，設(shè)計(jì)組織的結(jié)構(gòu)和形式也更為復(fù)雜?！霸O(shè)計(jì)師”這一概念往往不是一個(gè)人，而是由許多學(xué)科組成的設(shè)計(jì)隊(duì)伍，個(gè)人風(fēng)格影響一代設(shè)計(jì)的已經(jīng)過去。6現(xiàn)代設(shè)計(jì)的意義就是藝術(shù)和科學(xué)的結(jié)合，但不等于藝術(shù)加科學(xué)的簡單“混合物

32、” 1，而是相互的融合、互補(bǔ)和統(tǒng)一。科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范，易于精確的定量分析；藝術(shù)總表現(xiàn)為一種“只可意會(huì)，不可言傳”的模糊境界，難以量化，常以定性描述的形式表達(dá)和分析，但人們會(huì)調(diào)動(dòng)全部的想象力與理解力去欣賞和領(lǐng)悟，從而產(chǎn)生美的愉悅。其實(shí)科學(xué)和藝術(shù)是相通的，都需要智能和智慧，都追求真和美9。藝術(shù)的科學(xué)化研究和科學(xué)的藝術(shù)化表達(dá)都非常重要。因此，在復(fù)雜的設(shè)計(jì)問題求解過程中，單一的定性研究方法或者定量研究方法都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。目前非常多的的設(shè)計(jì)案例中，都表明其特色是應(yīng)用了定性定量相結(jié)合的方法，但專門定性定量相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法的研究還很缺乏。在對設(shè)計(jì)深刻理解的基礎(chǔ)上，研究基于定性定量轉(zhuǎn)換模型的設(shè)計(jì)問題求解方法，以達(dá)到

33、定性定量在設(shè)計(jì)中的結(jié)合更加合理、有效，就顯得非常關(guān)鍵，也彌補(bǔ)了設(shè)計(jì)研究的空白。1.4 研究方法科學(xué)發(fā)展到今天，一方面是高度分化，學(xué)科不斷細(xì)分，新學(xué)科、新領(lǐng)域不斷產(chǎn)生；另一方面是學(xué)科的高度融合，地呈現(xiàn)交叉和綜合的趨勢，新興學(xué)科和交叉學(xué)科不斷涌現(xiàn)。對于設(shè)計(jì)問題求解的研究要有所，單靠設(shè)計(jì)學(xué)科發(fā)展是很難實(shí)現(xiàn)的，需要多個(gè)學(xué)科合作協(xié)同，每一個(gè)學(xué)科的研究成果都可以成為設(shè)計(jì)研究的基礎(chǔ)或輔助。本面向課題工業(yè)（造型）設(shè)計(jì)專門知識輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng),在研究組已完成的“十五” 科技攻關(guān)、863 計(jì)劃項(xiàng)目的重要成果的基礎(chǔ)上，采用“整合的方法”：以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，綜合應(yīng)用多種新興的學(xué)科及其方法，如人工智能與認(rèn)知心理學(xué)等，把它們統(tǒng)一

34、地應(yīng)用到設(shè)計(jì)問題求解的研究上來。圖 1.1研究方法1.5 課題來源本研究來源于由主持的重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃，973 計(jì)劃項(xiàng)目現(xiàn)代設(shè)計(jì)大型應(yīng)用軟件的共性基礎(chǔ)（項(xiàng)目編號：2004CB719400），其中湖南大學(xué)負(fù)7基于定性定量轉(zhuǎn)換模型的設(shè)計(jì)問題求解方法責(zé)子課題工業(yè)（造型）設(shè)計(jì)專門知識輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)（課題編號：2004CB719401）。在此之前，由湖南大學(xué)完成的兩個(gè)密切相關(guān)的研究項(xiàng)目：“十五”科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目基于設(shè)計(jì)知識和用戶知識的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控機(jī)床造型設(shè)計(jì)與人性化界面技術(shù)及運(yùn)用研究（項(xiàng)目編號： 2001BA203B13-03）和高技術(shù)研究發(fā)展863 計(jì)劃項(xiàng)目基于案例的工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)與輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)及應(yīng)用研究（

35、項(xiàng)目編號：2004AA424530），為現(xiàn)在的研究奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，并積累了許多寶貴的研究經(jīng)驗(yàn)。工業(yè)（造型）設(shè)計(jì)專門知識輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)項(xiàng)目的主要研究內(nèi)容和目標(biāo)如下：造型專門知識的獲取、表達(dá)；情境知識框架模型及案例情境模塊； 基于案例的汽車造型設(shè)計(jì)系統(tǒng)原型。項(xiàng)目研究以計(jì)算機(jī)科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)和設(shè)計(jì)科學(xué)等相關(guān)學(xué)科為基礎(chǔ)，以開發(fā)大型工程應(yīng)用軟件化支撐平臺為目的，以現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)的實(shí)踐作為具體知識的來源和載體，研究基于案例的汽車造型設(shè)計(jì)系統(tǒng)原型。到 2007 年初課題組已完成了100 個(gè)汽車造型設(shè)計(jì)案例（造型特征集）的獲取、20 個(gè)汽車造型設(shè)計(jì)情境的構(gòu)建、相關(guān)汽車造型意象機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)。算法，并在此基礎(chǔ)上

36、建立了基于案例情境的汽車造型計(jì)算1.6 研究目的和1.6.1 研究目的相對于大多數(shù)自然科學(xué)領(lǐng)域而言，設(shè)計(jì)學(xué)科至今尚未形成完整的理論體系， 正如 Dixon 指出的“設(shè)計(jì)理論的研究仍處于探索階段”。設(shè)計(jì)問題按研究內(nèi)容和層面可分為兩條思路：以設(shè)計(jì)者為中心，研究設(shè)計(jì)者的思維與問題求解方式；以設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)（企業(yè)）為中心，從隊(duì)的設(shè)計(jì)過程和方法 16。設(shè)計(jì)和開發(fā)的流程的角度，研究整個(gè)設(shè)計(jì)團(tuán)本研究致力于應(yīng)用多學(xué)科融合的辦法，在設(shè)計(jì)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對設(shè)計(jì)本身及設(shè)計(jì)求解過程深入剖析，建立基于定性定量轉(zhuǎn)換模型的設(shè)計(jì)問題求解方法，并將其應(yīng)用在工業(yè)（造型）設(shè)計(jì)專門知識輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)中。研究有兩個(gè)主要的目的：一是對設(shè)計(jì)知識本體

37、進(jìn)行探討，建模人在設(shè)計(jì)過程中的學(xué)習(xí)、思維、推理，為設(shè)計(jì)者提供指導(dǎo)性的參考；二是為開發(fā)更有效的智能設(shè)計(jì)問題求解系統(tǒng)做理論鋪墊和初步設(shè)計(jì)，從系統(tǒng)層面為整個(gè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)過程提供參考和輔助。8圖 1.2 設(shè)計(jì)研究的兩條思路1.6.2李政道博士說過：“科學(xué)家抽象的敘述越簡單，應(yīng)用越廣泛，科學(xué)創(chuàng)造也就越深刻”。因此，的組織和語言表達(dá)遵循將復(fù)雜的設(shè)計(jì)問題結(jié)合實(shí)際的原則，將抽象的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)算法通過對其意義的解釋和分析它們在設(shè)計(jì)上的應(yīng)用， 使其變得實(shí)用易懂。具體各章內(nèi)容如下：第一章，緒論。在文獻(xiàn)探討的基礎(chǔ)上，綜述究意義、研究方法、課題來源、研究目的和的研究背景及理論基礎(chǔ)、研。第二章，用定性定量方法分析設(shè)

38、計(jì)問題求解的本質(zhì)及過程，在此基礎(chǔ)上建立性結(jié)合的設(shè)計(jì)問題求解的形式化模型，是整個(gè)研究的理論鋪墊。理設(shè)計(jì)問題求解的關(guān)鍵特性不確定性，建立定性定量的轉(zhuǎn)換第三章，模型；引入云模型作為定性定量問題的求解機(jī)制，并討論它在設(shè)計(jì)上的意義和應(yīng)用。第四章，基于以上兩章的思想和方法，以開發(fā)大型工程應(yīng)用軟件化支撐平臺為目的，以現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)的實(shí)踐作為具體知識的來源和載體，把云模型作為定性定量求解機(jī)制嵌套在設(shè)計(jì)問題求解系統(tǒng)中，研究基于案例的汽車造型設(shè)計(jì)系統(tǒng)原型。9基于定性定量轉(zhuǎn)換模型的設(shè)計(jì)問題求解方法第 2 章設(shè)計(jì)問題求解的定性定量分析2.1 定性定量分析2.1.1 定性定量分析的定義任何事物都具有質(zhì)（Quality）的

39、規(guī)定性與量（Quantity）的規(guī)定性兩個(gè)方面， 都是質(zhì)與量的統(tǒng)一體。事物的質(zhì)是區(qū)別于其他事物的內(nèi)在規(guī)定性，是由該事物內(nèi)部所具有的各種所決定的，并且要通過它與其他事物的關(guān)系，通過事物之間的區(qū)別表現(xiàn)出來；事物的量是事物存在和發(fā)展的規(guī)模、水平、程度、速度、結(jié)構(gòu)和比例關(guān)系等可以用數(shù)量表示的規(guī)定性17。例如圖 2.1，A、B、C 代表三類事物， 它們之間存在質(zhì)的差別，每一類中質(zhì)相同的事物又有量的差別，B、C 可以作為 A 的環(huán)境。將事物放在時(shí)間變化中考慮就稱之為現(xiàn)象，對現(xiàn)象的研究是將多個(gè)靜態(tài)的時(shí)間片段連接起來討論事物的質(zhì)與量的變化?？茖W(xué)研究中根據(jù)兩種規(guī)定性的不同側(cè)重，可以劃分為定性方法（Qualita

40、tive Methods）對事物或現(xiàn)象的質(zhì)的方 面的分析和研究，及定量方法（Quantitative Methods）對事物或現(xiàn)象的量的方面的分析和研究兩大類。圖 2.1 事物的質(zhì)與量，以及現(xiàn)象之間的關(guān)系定性分析（Qualitative Analysis）定義 2.1：主要運(yùn)用歸納和演繹、分析與綜合以及抽象與概括等方法，對獲得的各種材料進(jìn)行思維，從而能去粗取精、去偽存真、由此及彼、由表及里，達(dá)到認(rèn)識事物或現(xiàn)象的本質(zhì)、揭示其內(nèi)在規(guī)律的目的，是對事物或現(xiàn)象的質(zhì)的方面的分析。定性分析常被用于對事物性質(zhì)、成分以及事物之間相互關(guān)系、作用的研究中， 通常用描述性語句表達(dá)有關(guān)的分析結(jié)果。我們要認(rèn)識某種事物或

41、現(xiàn)象，首先就要認(rèn)識這個(gè)對象所具有的性質(zhì)特征，以便把它與其他的對象區(qū)別開來。所以，定性分析是一種最根本的分析研究過程。定性分析以常識、經(jīng)驗(yàn)、感覺等定性材料為對象，研究的結(jié)果只是定性的描述，具有不確定性。10定量分析（Quantitative Analysis） 定義 2.2：主要運(yùn)用數(shù)學(xué)和符號化的方法， 有目的收集研究對象或其某種屬性的量化信息，對其進(jìn)行抽象的分析或精確的計(jì)算、分析和比較，達(dá)到認(rèn)識事物或現(xiàn)象的數(shù)量特征、揭示其內(nèi)在規(guī)律的目的，是對事物或現(xiàn)象的量的方面的分析。定量分析又稱量化分析?！傲炕币辉~最早出現(xiàn)于邏輯學(xué)，意思是把“量”的符號加給命題的謂詞或主詞，" 是全稱量詞，表示討

42、論的性質(zhì)涉及“所有”、“全部”被研究的對象；$ 是存在量詞， 表示討論的性質(zhì)只涉及“部分”被研究的對象 18。隨著數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展， 量化的內(nèi)涵已經(jīng)與邏輯學(xué)的界定有本質(zhì)的區(qū)別，量化分析作為一門學(xué)科迅速發(fā)展成熟?？陀^世界的一切事物，小至粒子，大至天體，都可以用數(shù)學(xué)方法抽象成變量和由變量表示的函數(shù)。同樣，在設(shè)計(jì)領(lǐng)域我們也可以把的造型抽象成變量和變量表示的函數(shù)。汽車的造型是復(fù)雜的，但可以把整個(gè)汽車造型進(jìn)行定性分解或定性描述，獲得對汽車造型形面的本質(zhì)屬性的描述，即任何造型都是由點(diǎn)、線、面。然后，進(jìn)行定量分析，即對這些基本的幾何要素進(jìn)行量化并用抽象的變量函數(shù)來描述。描述可以是幾何要素本身的性質(zhì)，如

43、連續(xù)、平滑、光順、曲折等；間的關(guān)系，如拓?fù)?、包含、交叉、重合?9。量化研究的結(jié)也可以是幾何要果是定量的描述，具有確定性。圖 2.2 汽車造型的分解和量化2.1.2 定性定量分析的比較定性分析與定量分析實(shí)質(zhì)上是同一認(rèn)識過程的兩個(gè)方面，在實(shí)際應(yīng)用中密不可分、相互交織，需要時(shí)還可以相互轉(zhuǎn)換20。圖 2.2 中，通過汽車造型的定性分析，歸納汽車對象所具有的性質(zhì)特征，獲得三廂車、兩廂車、跑車、SUV 和 MPV 五種基本車型，以便把一類造型與其他類造型對象區(qū)別開來，認(rèn)識汽車造型的車型本質(zhì)屬性，但這種描述和分類并不是絕對的和唯一的，具有不確定性；而對控制點(diǎn)和特征線的定量描述和表征，則通過數(shù)量特征揭示其造

44、型的內(nèi)在規(guī)律，量化本身具有確定性。定性分析中，汽車的基本車型取決于汽車底盤、懸掛和內(nèi)部布11基于定性定量轉(zhuǎn)換模型的設(shè)計(jì)問題求解方法置等基本功能和基本性能特征，是汽車設(shè)計(jì)總概念的依據(jù)和目的，因此，研究汽車造型首先是從研究其質(zhì)的差別開始，然后再研究其量的描述。如果從科學(xué)認(rèn)識的過程看，任何研究或分析一般都是從研究事物的質(zhì)的差別開始，然后再去研究它們的量的規(guī)定，在量的分析的基礎(chǔ)上，再作最后的定性分析，得出更加可靠的分析。定性分析主要是通過“理解解釋”，來把握問題的整體意義、性質(zhì)、類型和關(guān)系。定量分析研究的是事物的量化特征（存在）或量變過程（發(fā)展），并通過研究事物所具有的度，即事物保持質(zhì)的限度和范圍，來

45、把握事物的相對穩(wěn)定的本質(zhì)特征。具體將它們進(jìn)行比較描述如下：表 2.1 定性分析與定量分析的比較第一，由于事物質(zhì)的差別是最根本的差別，區(qū)分事物的質(zhì)是認(rèn)識事物的開始， 是認(rèn)識量的前提，定性研究先于定量研究，定性是定量的基礎(chǔ)；同時(shí)，由于質(zhì)總是一定的量上的質(zhì)，質(zhì)變乃是量變積累到一定程度的飛躍過程，那么由質(zhì)變到量變就會(huì)導(dǎo)致對事物認(rèn)識的深化，定量是定性的精確化。如果沒有對事物進(jìn)行定量研究，弄清數(shù)量關(guān)系，在找到?jīng)Q定事物質(zhì)的數(shù)量界限前，我們對事物性質(zhì)的認(rèn)識就只是初步的、膚淺的，就難以對實(shí)踐提出十分明確而具體的指導(dǎo)。因此，只有將定性分析和定量分析結(jié)合起來，在定性分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行定量分析，才能真正認(rèn)識事物的本質(zhì)。

46、以馬自達(dá) 6 為代表的所謂“轎跑車”車型就是轎車和跑車的一個(gè)量變到質(zhì)變的過程，在轎車底盤和基本車型上引入跑車的造型要素，并適當(dāng)將轎車底盤調(diào)較得具有跑車的某些特質(zhì)也具有異曲同工之妙。本田的 CRV 設(shè)計(jì)在“城市越野車”概念上12定 性 分 析定 量 分 析分析標(biāo)準(zhǔn)初級、普遍、整體深入、專業(yè)、具體適用對象簡單問題求解系統(tǒng)復(fù)雜問題求解系統(tǒng)分析個(gè)人或群體的經(jīng)驗(yàn)和嘗試歸納和演繹、分析與綜合以及抽象與概括數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等科學(xué)抽象的分析或精確的計(jì)算、分析和比較關(guān)系是定量分析的基礎(chǔ)建立量化標(biāo)準(zhǔn)后可轉(zhuǎn)化為定量分析是定性分析的深化對結(jié)果綜合和概括后可轉(zhuǎn)化為定性分析優(yōu)點(diǎn)直觀、形象、易懂，適用范圍普遍，適用人群廣，

47、不需專門知識就可以理解客觀、可靠、較少隨意性，可將結(jié)果圖形化表示，需要較強(qiáng)的專門知識和領(lǐng)域知識缺點(diǎn)依賴個(gè)人或群體的經(jīng)驗(yàn)、能力和水平， 因人而異，帶有隨意性受客觀條件限制，信息不容易收集，工作量大、投入大結(jié)果特征具有不確定，較模糊具有確定性，較精確圖 2.3 馬自達(dá) 6 和本田的 CRV圖片來源：第二，從定性認(rèn)識發(fā)展到定量認(rèn)識是人類認(rèn)識發(fā)展的規(guī)律21。人類在遠(yuǎn)古時(shí)期最先形成的是對周圍事物和現(xiàn)象的定性的認(rèn)識，并沒有數(shù)量的概念。然后在漫長的生活和勞動(dòng)實(shí)踐中，人類大腦的進(jìn)化使人類對客觀世界的認(rèn)識變得更加理性和抽象，人類在生產(chǎn)和了量化的符號和數(shù)字。交往中的需要一種不同于定性的認(rèn)識工具，于是發(fā)明對設(shè)計(jì)的認(rèn)

48、識也經(jīng)歷了一個(gè)由感性到理性、由定性到定量的發(fā)展過程。人們最初對設(shè)計(jì)的研究，首先要解決什么是設(shè)計(jì)，也就是關(guān)于設(shè)計(jì)的本質(zhì)的問題。在不同的歷史時(shí)期，不同的設(shè)計(jì)學(xué)者在對設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上做出了許多不同的定義。如 1980 年國際工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)會(huì)的工業(yè)設(shè)計(jì)定義：工業(yè)設(shè)計(jì)是就批量生產(chǎn)的工業(yè)會(huì)第 11 次年會(huì)公布了修改后而言，憑借訓(xùn)練、技術(shù)知識、經(jīng)驗(yàn)及視覺感受而賦予材料、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、形態(tài)、色彩、表面以及裝飾以新的品質(zhì)和資格。1996 年謝友柏提出：現(xiàn)代設(shè)計(jì)是以知識為基礎(chǔ)，以知識獲取為中心，設(shè)計(jì)是知識的物化，新設(shè)計(jì)是新知識的物化22。已經(jīng)可以看出對設(shè)計(jì)的定義中以定量分析為代表的科學(xué)方法成分的增加。第三

49、，定性分析具有初始性、普遍性，對設(shè)計(jì)問題都可以做定性分析。但由于定性分析往往以經(jīng)驗(yàn)等感性材料為分析對象，所以具有性，用單純的定性分析研究結(jié)果作為實(shí)踐的指導(dǎo)往往容易出錯(cuò)。定量分析要受到一定主客觀條件的限制，不僅要以理論分析為先導(dǎo)，還必須以對客觀對象的定量描述為前提，但定量分析專業(yè)、深入，結(jié)果有很強(qiáng)的說服力。隨著對設(shè)計(jì)認(rèn)識能力的提高，定量分析的范圍必然是越來越廣泛。傳統(tǒng)汽車造型設(shè)計(jì)往往是以設(shè)計(jì)自身的經(jīng)驗(yàn)和小范圍訪談的得到的感性材料為基礎(chǔ)，一個(gè)新車型的推出往往要經(jīng)過幾次的市場挫敗，再經(jīng)過漫長的改進(jìn)才能取得定，以大樣本的用戶訪談和市場。而現(xiàn)代汽車造型設(shè)計(jì)有著嚴(yán)格的流程規(guī)為基礎(chǔ)，將獲取的海量的原始數(shù)據(jù)進(jìn)

50、行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩糠治觯源藖碇笇?dǎo)后期的造型設(shè)計(jì)。這樣不僅縮短了開發(fā)時(shí)間，也保證了率，奔馳 E 系列轎車車型的演變就是一個(gè)很好的證明。新車型上市的13基于定性定量轉(zhuǎn)換模型的設(shè)計(jì)問題求解方法圖 2.4 奔馳 E 系列轎車的車型演變2.2 設(shè)計(jì)問題求解的定性定量分析2.2.1 設(shè)計(jì)問題求解的本質(zhì)問題求解（problem solving）是由一定的情景引起的，按照一定的目標(biāo)，應(yīng)用各種認(rèn)知活動(dòng)、技能等，經(jīng)過一系列的思維操作，使問題得以解決的過程。Newell 和 Simon（1972）提出了問題空間（problem space）的概念說明問題求解過程。問題空間是指問題解決者對所要解決的問題的一切可能的認(rèn)識狀

51、態(tài)，包括對問題的初始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)的認(rèn)識，以及如何由初始狀態(tài)轉(zhuǎn)化為目標(biāo)狀態(tài)的認(rèn)識等。他們認(rèn)為問題求解就是對問題空間進(jìn)行搜索，以找到一條從問題的初始狀態(tài)到達(dá)目標(biāo)狀態(tài)的通路23。目標(biāo)的問題求解活動(dòng)24。對于設(shè)計(jì)問題求解的一種普遍觀點(diǎn)是認(rèn)設(shè)計(jì)是”實(shí)現(xiàn)的創(chuàng)造活動(dòng)1，是不可知的“神為設(shè)計(jì)是用靈感、直覺等“富有想象力的秘的”黑箱系統(tǒng)。優(yōu)秀的設(shè)計(jì)者往往被看成是具有天賦、不可模擬的特殊，并且“設(shè)計(jì)智能”的提高只有通過設(shè)計(jì)者的大量訓(xùn)練和經(jīng)驗(yàn)的積累、技能的完善來實(shí)現(xiàn)。但這并沒有人們對于設(shè)計(jì)問題求解的研究和探索，因?yàn)樵絹碓蕉嗟淖C據(jù)已經(jīng)表明設(shè)計(jì)問題求解是可以被解讀和有效的。關(guān)鍵是認(rèn)清設(shè)計(jì)問題的本質(zhì)，并運(yùn)用系統(tǒng)的思想、

52、觀點(diǎn)和方法，設(shè)計(jì)問題的特點(diǎn)進(jìn)行定性和定量分析。2.2.1.1 設(shè)計(jì)問題求解的定性分析設(shè)計(jì)是“人為事物的科學(xué)（the science of artificial）” 25。設(shè)計(jì)問題的研究有別于自然科學(xué)的研究方法，是一個(gè)隨人類的發(fā)展而不斷深化的動(dòng)態(tài)過程。首先對設(shè)計(jì)問題求解進(jìn)行定性分析，即分析設(shè)計(jì)問題求解的性質(zhì)特征： 創(chuàng)造性創(chuàng)造性是設(shè)計(jì)問題求解的本質(zhì)屬性。“設(shè)計(jì)是從無到有的創(chuàng)造，創(chuàng)造新的、有用的事物”（Reswick）。自然科學(xué)關(guān)心事物的本來面貌，科學(xué)研究已有的東西，設(shè)計(jì)要?jiǎng)?chuàng)造新的東西。科學(xué)要研究已有的東西，設(shè)計(jì)要?jiǎng)?chuàng)造新的東西1。任何問題求解活動(dòng)均離不開創(chuàng)造性。之一是問題求解26。創(chuàng)造設(shè)計(jì)活動(dòng)也是一

53、種思維活動(dòng)，人類思維活動(dòng)的14性思維是一個(gè)可以在“問題求解”思維水平上得到解釋和研究的問題，是設(shè)計(jì)者將給定的問題情境轉(zhuǎn)化為目標(biāo)情境的認(rèn)知過程表現(xiàn)出的質(zhì)的屬性。從設(shè)計(jì)問題定性定量分析的角度講，定性分析和定量分析及兩者之間的轉(zhuǎn)換上最能體現(xiàn)創(chuàng)造性。復(fù)雜性（綜合性）設(shè)計(jì)是一種包含多種專門知識和豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn), 需要分析、綜合、全面運(yùn)籌, 直到合理正確的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的創(chuàng)造性活動(dòng), 也是一個(gè)面向目標(biāo)的、不斷探索的學(xué)習(xí)活動(dòng)。設(shè)計(jì)問題求解的復(fù)雜性表現(xiàn)為設(shè)計(jì)問題定性分析的不確定性和定量表征的準(zhǔn)確性、時(shí)變性性以及兩者之間轉(zhuǎn)換的多目標(biāo)性。是人類根據(jù)科技和的需要?jiǎng)?chuàng)造的，不僅受客觀自然界眾多因素的影響，還發(fā)展和人們審美觀的變

54、化而發(fā)展、變化。因此時(shí)間因素隨著人類必然成為設(shè)計(jì)問題求解的關(guān)鍵因素。設(shè)計(jì)問題求解的時(shí)變性表現(xiàn)在：問題求解必須是時(shí)間響應(yīng)的過程，沒有一成不變的解。圖 2.5 設(shè)計(jì)問題求解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以將設(shè)計(jì)問題求解系統(tǒng)從較高的抽象層面描述為結(jié)構(gòu)：知識維、操作維（邏輯、聯(lián)想、想象、直覺等）、特征維、時(shí)間維。定量分析最能把握時(shí)變性，系統(tǒng)中加入時(shí)間變量定量地研究設(shè)計(jì)的變化規(guī)律即設(shè)計(jì)現(xiàn)象，并將設(shè)計(jì)方案描述成為時(shí)間函數(shù)，可以研究約束性造型發(fā)展的趨勢，并進(jìn)行。設(shè)計(jì)是在多種因素的限制和約束下進(jìn)行的，其中包括科學(xué)、技術(shù)等發(fā)展?fàn)顩r和水平的限制，也包括生產(chǎn)廠家提出的特定要求和條件，同時(shí)還涉及環(huán)境、法律、了設(shè)計(jì)就要心理、地域等因素。這些限制和要求了一組邊界條件，形成進(jìn)行構(gòu)思或謀劃的“設(shè)計(jì)空間”。設(shè)計(jì)要想高水平的完成設(shè)計(jì)工作，協(xié)調(diào)各種關(guān)系，靈活處置，合理取舍，精心構(gòu)思，而這只有充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造力才能做到。設(shè)計(jì)問題求解的約束性表現(xiàn)在對設(shè)計(jì)問題的定性要求進(jìn)行定量解讀的多目標(biāo)綜合、多約束求解的屬性上。多解性（多樣性）15基于定性定量轉(zhuǎn)換模型的設(shè)計(jì)問題求解方法工業(yè)設(shè)計(jì)是一種多方案的問題求解活動(dòng)。從設(shè)計(jì)的知識維（問題域）到特征維（解域），是一對多的關(guān)系，每一次求解活動(dòng)只是其中的一次。最后得到的解