基于案例推理的包装设计系统建构

魏坤

摘  要： 针对包装设计的不确定性与复杂性，基于案例推理技术和应用的特点，实现包装设计系统的创建。在包装设计系统中，将对象设计知识分类理论作为基础，结合消费者感性意象此特点，创建知识库模型与案例造型，获得此模型指导案例各个知识特征，从而创建案例造型知识库。另外，对包装设计系统关键环节进行分析，主要包括案例表達、检索和学习。最后，对系统进行验证，验证结果表明所建包装设计系统具有高效性与可行性。

关键词： 包装设计; 系统构建; 案例推理; 知识库建模; 案例造型; 系统验证

中图分类号： TN911?34                             文献标识码： A                      文章编号： 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

在消费不断升级过程中，消费者的消费观念逐渐从理性消费朝着感性消费转变。另外，消费者对产品迭代需求在不断的增加，制造业生产模式逐渐从大批量生产模式向大规模定制生产模式转变。企业通过高效设计方法对产品创新设计进行指导，使产品设计开发朝着智能化、集成化与网络化模式方向的发展[1]。现代高效设计理论将案例推理、模块化、参数化与拓扑结构变型技术等作为基础。目前，案例推理技术为高效创新主要方法，主要应用于工程设计、机械结构设计等领域[2]。本文将案例推理技术与对象设计知识分类理论相互结合，创建产品造型知识库模型，从而得到造型知识特征，并且创建产品知识库，以便在实际产品造型设计中使用。

1  系统的功能结构

本系统要求收集各种类型的包装设计方案，对包装设计方案进行查询，并且对其进行修改，自动生成设计报告。系统的内部采用模块化设计，各个模块能够独立运行，还能够实现多层次包装的设计，每层的设计中心实现个性化设计方案的制定。在此，基于原有系统，实现案件推理子系统的设置，结合两者得出高效包装设计系统[3]。案例推理子系统的功能结构详见图1。

2  案例造型知识库模型

根据产品造型设计知识的面向受众不同，将其划分为实用性设计知识和对象设计知识。其中对象设计知识是基于用户角度对产品进行理解的，包括用户认知信息和产品功能信息两种。针对同类产品，在基本功能方面并没有区别，但是他们在用户认知信息方面存在不同，主要包括使用方式、形式、文化时尚三方面，具体为几何形态、交互方式、材质、色彩、产品风格等。另外，案例为知识载体，在案例中所需此设计知识，并且利用一定方式进行表达，从而创建案例造型知识库模型[4]，如图2所示。

3  包装设计系统的建构

3.1  包装设计知识库

3.1.1  包装设计知识分类

为了提高包装防护效果，在设计产品包装系统中需满足相应程序需求，包装设计流程详如图3所示。

1） 运输环境的确定。对目前物流运输环境监测和分析，掌握对产品包装系统所面临的环境危险因素。

2） 分析产品的特性。全面掌握产品的结构特性，实现产品的针对性校验，对产品抵御危险能力进行确定。

3） 改进产品。根据产品特征与试验结果改进产品。

4） 包装材料性能的确定。使用良好包裝材料满足设计的产品保护需求，降低产品的重量，使包装成本得到有效节约。

5） 包装设计。对包装材料性能、环境因素、产品脆值，针对物流与成本设计产品包装系统。

6） 试验验证。在实验室中对包装进行实验验证，确定设计满足产品对包装的需求[5]。

3.1.2  包装设计知识来源

在产品的生命周期设计中，涉及知识比较多。分析上述的设计包装流程，得出所有阶段中的设计都会对设计产品质量造成影响。本文基于设计知识密集实现包装的设计。设计人员在接收任务之后需查看设计审理、标准与图纸。设计过程的设计知识详如图4所示，主要包括产品包装设计的模型、设计规范文件、设计图片与包装设计手册[6]。

3.1.3  包装设计知识分类

通过分析包装设计的知识来源，对包装设计的知识进行有效的分类。其因为具有大量的知识类型，所以在存储过程中无法利用统一表示方法进行。本文将包装设计知识划分为三种：

1） 在设计产品包装过程中，包括大量的属性、公式知识，如不同纸箱材料包装吸水性、耐破强度等;

2） 设计标准、专利、原理、手册等文档类知识;

3） 设计实例类知识等。

图5为知识分类图，上述三种设计知识包括不确定知识与确定知识[7]。

3.2  案例组合检索的方法

在实现案例检索过程中，因为产品自身特点和流通环境对于产品包装设计方案具有较大的影响，并且大部分情况下无法使产品特征性归纳成为可供检索使用的决策树方式，所以可以单独使用最相邻策略无法得出优先案例。

因此，本文使用知识引导策略和最相邻策略相互结合的组合检索方法[8]，步骤为：

1） 产品特征分类。产品特征影响产品包装设计方案程度不同，使案例中产品特征划分成为一般特性与主要特性。假如P指的是产品特性集合，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） 排序产品重要特性。Pa中产品的重要特性对于产品包装设计方案具有一定的影响。根据影响程度排列Pa中特性，在检索过程中就能够使用已有设计知识。假如Pa中的元素根据产品设计方案影响程度排序之后，顺序表示为Pm，Pm-1，…，P1。

3） 先使用知识引导策略对案例搜索。从Pm对案例库中待设计包装产品重要特性一致案例进行检索，此案例集合表示为S。Pa中元素度量包括定量与定性，定性特性中的一致指的是要求待设计包装产品特性值和已有产品包装设计方案产品特征值是一样的。针对定量特性来说，可以表示为两者的差在一定范围中。因为只是检索案例库中的Pa元素，那么S并不是最后结果[9]。

4） 产品一般特性权重设置。S中产品主要特性与待设计包装重要特性是相同的，但是假如寻找合适设计案例，还要以产品一般特性实现检索。所以，以一般特性对于产品包装设计方案影响程度设置产品一般特性权重：Wm+1，Wm+2，…，Wn。

5） 使用最相邻策略搜索S中合适案例。利用最相邻策略与已经确定一般特性权重Wi对待设计包装产品一般特性和S中各个案例产品一般特性相似度进行计算，以相似度大小实现S案例排序，相似度最大案例为优先复用案例[10]。

3.3  案例表示环节

设计包装的过程包括：

1） 利用专家收集事前各类案例;

2） 以案例实现分析;

3） 使用处理措施。

步骤1）尤为重要，因为包装设计具有多种类别，如何对案例信息确定，使复杂信息整理成为一定结构记录成为重点。所以就要设计案例记录结构，收集案例记录，并且对其查询。以产品包装设计方案要求内容，充分考虑设计基本、主体、客体、设计等信息[11]，具体为：设计基本信息。

描述包装物自身的性质，客体信息包括以要求得到的包装，比如包装折页、尺寸、标签等;主体信息包括附属部分包装、运输的要求;特殊信息包括参数。每个设计方案都包括主体和基本的信息，本文分析是指系统和用户的交互，得到产品的运输和包装需求，对系统产品包装的设计知识进行案例推理，包括案例描述、名称、求解目标与解决方案[12]。本文系统基于框架表示法的案例设计表示为：

属性：数值、符号、文字、其他类型值;

案例名：字符型值、案例唯一标识;

设计案例：属性列表、案例名、设计过程、设计结果;

设计过程：文本信息;

属性列表：属性1，属性2，属性3…;

设计结果：分析审计事件结果，对意见进行处理。

3.4  案例检索过程

在案例推理过程中，案例检索和匹配作为主要环节，关系着设计系统提供的案例引用与改写，也决定设计质量。以产品自身特性设计产品包装，通过产品特性决定包装设计因素检索，根据产品特性依次检索产品特性，直到得到和此产品特性接近的产品包装设计方案。图6为案例检索的过程：

1） 分析设计需求。使其进行转化、拆分为造型关键词，以关键词实现检索。

2） 计算造型相似度。主要目的是利用造型知识相似度得到案例，从而得出高相似度的案例造型特征，并且实现变异、组合，从而创建新产品造型知识框架。计算造型知识相似度，利用六方面造型特征相似度加权平均数计算，利用熵处理法得出各方面权重系数，表1为权重系数值，计算公式为：

[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]指的是权重系数[13]。

4  案例分析

4.1  提取设计需要描述关键词

比如设计1台饮料机，用户设计需求要求造型成本低、能够变化、具有曲线感。利用调查确定饮水机主要设计模块包括灯箱显示、主机箱体等，使设计需求转变成为造型知识关键词中的灯箱显示、钣金材料、曲线等。

4.2  案例检索和匹配

以造型只是关键词检索，得到产品ID为A4，A15和A13的3款饮料机相似度[14]分别为0.81，0.71，0.74，图7为检索案例。

和检索案例结合分析造型知识，对本文设计饮料机造型特征描述进行确定，表2为造型特征描述。

4.3  方案设计

利用构思结构，设计方案如图8所示。通过模糊综合评价方法实现两个方案的综合评估，基于设计需求，邀请人员构成专家小组实现方案评估，评估内容包括制作成本、造型曲线感、品牌识别度、结构简单性、钣金材料、使用便捷性等，表3为AHP模糊综合评价方法的数据。利用计算得到方案a和方案b的综合分数[15]分别为0.391 1，0.608 9，所以使用方案b。

5  结  语

产品包装设计指的是设计条件与人员创造力和物化过程，其属于智能化的行为。在设计过程中包括多环节，要求设计人员发挥自身创造力，分析推理，综合评价与运筹决策，得到合理结果。在产品包装设计系统中使用案例推理技术，通过CBR的优势实现系统取证，创建高效产品设计系统。本文测试结果表明，系统使用良好。

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