房车家具CMF设计数据库研究应用

祁 倩 朱剑刚

（南京林业大学家居与工业设计学院，江苏 南京 210037）

近年来，房车旅游业发展迅速，给房车室内空间及家具设计与制造带来了更大的市场。家具作为房车内部重要的组成部分，其使用功能和装饰功能是构建房车内部空间环境的重要内容。目前，国内的房车制造技术还不成熟，箱体结构和内部工艺水平良莠不齐，没有统一的行业标准，企业规模较小，且没有较成熟的产业链系统。

随着社会的进步，消费者对设计的追求不再仅限于对功能层次的需求，他们对更高层次的审美诉求也日益增长[1]。CMF设计视角决定了房车家具的色彩、用料、表面工艺和情感表达，对CMF设计要素的转译和数据整理，进行房车家具CMF数据库的定位，不仅可以实现设计时CMF要素的快速获取和有效管理，还可以解决房车内部方案选择的复杂性和主观性问题，帮助房车企业合理规划房车高低配置产品线，为房车家具设计提供新的设计思路。

1 CMF设计概述

1.1 CMF设计

CMF表示的是Color（色彩）、Material（材质）、Finishing（工艺）相结合的一种设计方式，是设计从业人员在长期的设计实践工作中，总结出来影响产品质感的主要因素。用户首要接触的就是产品的色彩、材料、以及表面处理，CMF设计方法就是以视觉、触觉等感官体验为参考，融合美学、色彩、材料学、工程学、心理学等众多学科实现设计艺术和技术的融合，通过显性物理元素来满足用户的需求，赋予产品品质和价值[2-4]。色彩搭配和材料组合决定视觉感受和触觉特征，表面处理工艺决定色彩和材质能否达到其本身的设计理念，房车内部整体环境的表达影响用户对企业的理解[5]。

在CMF数据库应用方面，以CMF设计方法为理论依据，将色彩、材料、表面处理工艺以及情感表达作为评判标准，实现CMF的快速选择，帮助企业合理规划的设计方案[6]。

1.2 CMF设计要素分析解读

研究房车家具设计的CMF数据库，需要整理基础色彩、材料和表面处理工艺的相关资料，对其表达进行转译整理，为数据库的研究与应用提供理论基础。

1.2.1 色彩分析

色彩借助产品外观显现，市面上的各类产品都拥有不同的色彩搭配，不同的色彩赋予产品不同的情感特性，即用户对色彩的属性认知，如表1 所示。色彩的明度和纯度使人们有冷暖、轻重、软硬、动静、膨胀收缩等不同的感觉，同时给人带来华丽、可爱、温和、自然等不一样的风格特点,而色彩上给消费者带来的属性认知和风格特点，在很大程度上决定了消费者对产品的喜好程度[7-8]。

表1 色彩属性认知Tab.1 Cognition of color attributes

1.2.2 材料分析

材料是物质基础和前提，材料带来生理和物理双重属性。生理属性是由人通过接触产品表面产生的如粗糙、顺滑、坚硬、柔软等反馈信息；物理属性是产品本身固有的特征信息如表面的肌理、质地和光泽等[9-11]。为整个产品的骨架，不同材料选择给人带来不同的感觉意向，所赋予的情感作用也逐渐被强化。例如，实木家具给人稳重素雅感，玻璃给人洁净时尚感，金属则给人科技感。目前，国内房车内部家具材料主要有木质家具和铝合金家具两种。由于房车自身的特殊性，其内部材料主要可分为木质人造板、轻质铝型材、纤维制品、皮革等类别。另外表面处理工艺对改善和提高产品表面质量有着很大作用，合理选择表面处理工艺能够使材料特性有不同的体验感受。例如，金属经过抛光处理可以感受到洁净和流畅，玻璃通过磨砂和着色处理能带来温馨的感觉，材料通过凹凸纹理可以带来稳定的感觉，也使得材料拥有防腐、防水、抗氧化、抗腐蚀等附加功能，如表2所示。

表2 常见材料属性及处理工艺分析Tab.2 Analysis of common material properties

2 房车家具CMF数据库建立的关键技术

2.1 聚类算法

房车家具CMF数据库需要从色彩、材料、表面处理工艺进行样本的收集，进行特征提取，构建起语义库网络模型，为设计师在创作和开发的过程提供一定参考价值。通过分析企业销量的车型数据，以主打色彩和色彩配比、主要材料和辅助材料以及材料表面处理工艺之间的关系为研究对象，确定主色彩种类转换好CMYK，制订好材料和表面处理工艺的虚拟样本，利用K-means聚类算法对其进行聚类分析，以迭代思想将各个样本点按规则划分类别，得出色彩配比、材料和表面处理工艺的聚类结果，提升了配色和用材的科学性[12-15]。

2.2 数据库管理技术

房车家具CMF数据库系统通过对色彩、材料、表面处理工艺进行分类、组织、编码、储存、检索和维护，能有效的对色彩、材料和表面处理工艺资源进行分类、存储，还能保证色彩、材料、表面处理工艺的独立性。此外，还能利用相关数据进行三者间的有效结合，提高了企业资源的利用率[16]。

2.3 虚拟现实技术

通过Unity 3D、SketchUp等软件呈现虚拟的样板房车内部，虚拟仿真给用户提供视觉、听觉、触觉等多感官的场景体验，结合用户需求和体验感受，获取房车家具的各项指标需求。再利用AI技术模拟设计和制造的全过程，阐述产品性能、资源利用及设计理念[17-18]。

2.4 数字孪生

数字孪生系统下房车家具CMF数据库的建立，借助房车家具生产和制造的实际情况，通过虚拟体验下用户与家具的交互反馈、房车家具CMF数据融合分析、流行色彩和新型材料引进等优化手段，构建符合实际生产的房车家具CMF虚拟语义库。通过CMF语义库、业务数据、服务设计等信息数据进行整体设计评价和反馈，融合数字孪生实现数据的闭环流动，有效提高了知识获取效率、数据库快速管理和提取及资源数据的准确性[19-20]。

3 房车家具CMF数据库系统分析

3.1 总体架构

结合现有企业工程数据库系统、数据中心实施经验以及对CMF设计要素分析，总体架构包括用户层、数据资源层、数据管理层、数据应用层。

3.1.1 用户层

用户可按企业用户和利益相关用户分类。企业用户包括企业决策层、管理层以及设计执行者，进行数据的监管和调用；利益相关用户包括房车购买者、露营用户、房车家具生产厂家、户外家具制造企业等。

3.1.2 数据资源层

数据资源是房车家具CMF数据库的数据来源。企业内部资源数据包括色彩数据库、材料数据库、产品数据管理系统（PDM）、实验数据管理系统（TDM）、协同设计管理系统（CMD）。外部数据资源主要包括国家发布的流行色彩、新型材料和处理工艺、企业合作的家具材料供应商、相关企业例如户外家具的配色及用材等[21]。

3.1.3 数据管理层

数据管理利用数据库管理系统，主要进行数据采集、整合和存储。通过对市场数据的采集、企业内房车家具的风格、色调、用材及表面处理工艺的调研、户外家具和房车内饰以及房车中生活用具的调研进行数据采集。利用聚类算法对录入的数据进行分类重组，主要是实时数据库、关系数据库和CMF专用数据库进行整合和存储，实时数据库实现对今日样本查询和使用的实时数据存储；关系数据库包括CMF语义数据、业务数据 、索引数据、主题风格的存储；专用数据库实现房车家具CMF样本数据、预测数据、质量分析、使用状态数据的存储[22-23]。

3.1.4 软件系统管理层

软件系统管理主要进行数据的挖掘和应用、数据集成共享、数据运营监控提供管理和应用服务，支撑数据库的正常运转和应用，主要包含CMF基础样本的挖掘和预测、数据共享和对外接口管理，以及样本检索、样本数据质量管理、历史数据监控分析等[24]。

3.1.5 数据应用层

数据应用是基于数据库提供的实际应用，房车家具CMF数据库网站、分布式查询平台、AI应用等多形式应用，满足房车家具CMF数据库系统中数据、设计、样本、场景展示等数据需求。

3.2 数据库主要模块

房车家具CMF数据库的建立目的在于为企业设计提供方便的查询，为房车家具生产提供科学合理的数据和标准，为客户提供基本的CMF性能指南。如图1所示，其主要模块为房车家具CMF语义库的构成：1）CMF前期信息收集；2）根据设计要素提取语义元素形成相应的语义族；3）依据各类语义族制作样板且构成语义库。

图1 房车家具CMF数据库建立流程Fig.1 The process of establishing the RV furniture CMF database

通过对房车家具、目标人群、相关企业、竞品分析、市场调查等收集CMF资源信息收集，设计师和工程师根据收集到的信息提取设计要素并转化为语义元素，来研究未来房车家具CMF设计趋势、社会趋势和技术趋势，将提取到的语义元素通过K-means聚类算法以色彩、材料、工艺、零件、适合区域等分类方式形成产品语义族[25]，采用“样板+热门样板+新录入样板”方式形成静态样板和动态样板，形成房车家具CMF语义库和语义族编码信息，实现样本数据的统一规范管理，如图2所示。

图2 房车家具CMF语义库提取和分类Fig.2 RV furniture CMF semantic library extraction and classification

4 房车家具CMF数据库的应用策略分析

4.1 数据库平台快速查询

数据库平台提供服务窗口，由五个模块组成，分别是CMF语义库、业务数据 、索引数据、主题风格、质量数据。CMF语义库可采用多功能组合查询，以数据编号为查询内容对各个子库进行查询，也可采用内容查询，如图3所示。主题风格采用语义信息索引，以关键语义词进行相关性查询。业务数据、索引数据、样本质量数据采用可视化有效反应使用情况。

图3 数据库CMF语义库材料样本查询主界面和输出界面Fig.3 The main interface and output interface of material sample query in database CMF semantic database

4.2 CMF语义库通用配置方案

针对市场变化，对CMF语义库进行不断更新、补充和替换，保证设计师能够更准确的把握以及运用其带来的情感特性，模拟构建房车家具配置，如满足用户基本需求的基础款以及进一步满足用户成长需求的豪华款。建立简约系列、轻卡系列、风尚系列、宽大系列等不同系列风格，同时采用通用CMF模块方案。例如，简约风格可采暖木色为主色调，暖灰米为辅色调，再点缀黑色，大部分家具是温暖的木色，木板间链接、座椅垫、窗帘是饱和度较低的中灰米色。在材料上，内部使用桦木胶合板，亚麻和棉织品椅垫、人造板材制作的地板和床板、顶棚的花丝木支柱等。在工艺上，采用木质板材的镂空工艺、地板木材和金属的镶嵌工艺，金属磨砂工艺、纺织品编织工艺等。

4.3 建立线下CMF数据库样本体验馆

房车企业利用虚拟技术给用户体验房车内部场景样板的同时，可以建设房车家具CMF数据库线下体验馆，可分为语义库分区展示、用户交互接触、场景展示三个部分。语义库分区展示真实样品，用户交互接触利用感官、 UI控件、语音手势操控等交互方式帮助消费者获得全面的交互体验。场景展示区利用虚拟现实技术，通过DIY设计房车家具CMF方案、模型贴图、灯光贴图等建立三维虚拟场景[26]。

4.4 引入数字孪生技术完善数据库应用

引入数字孪生技术，以收集线下数据库样本体验馆的实际体验情况和三维虚拟场景方案，以及数据库运行过程中的大量数据信息为支撑，系统连接线下样本体验馆、虚拟模型和场景、服务系统等，不断更新优化实现虚拟孪生和线下实体之间的数据交互，形成信息数据反馈闭环。通过虚实结合将设计过程可视化，为实际生产提供CMF设计参数进行评价，展示设计效果图以及搭建数字模型，采用数字化内容构建房车家具内部模型，为用户提供由“物”到“境”的虚拟体验。

5 结语

考虑到房车家具所处环境的特殊，且目前国内箱体结构和内部制造工艺还不成熟，CMF设计运用色彩、材料以及表面处理工艺为房车家具提供了准确数据，既能增加消费者的体验感受，又能延长房车家具生命周期。建立和分析房车家具的CMF数据库，利用强大的数据处理和储存能力对房车家具CMF进行数据处理，可以实现虚拟世界和物理世界的信息交互，解决信息知识获取困难、样本管理制度不完善等问题。此外，还可以通过系统性、目标性来寻求合适的设计方案，为企业设计过程提供有效的辅助。