基于形状文法的农机装备造型感性设计研究.pdf

第 卷 第 期 年 月山 东 理 工 大 学 学 报(自 然 科 学 版)().收稿日期:基金项目:山东省重点研发计划项目()第一作者:王莉女.通信作者:戚彬男 .文章编号:()基于形状文法的农机装备造型感性设计研究王莉 戚彬 赵树行 杨光辉 祝贺 李衍豪(山东理工大学 农业工程与食品科学学院 山东 淄博)摘要:为了提升农机产品造型的意向认可度在继承其传统特征的基础上进行农机造型的创新设计归纳总结出农业机械装备相关造型设计的共同点提出一种基于感性工学和形状文法的农机造型设计框架 构建了农机造型的感性词汇库采用形态分析法对农机产品造型要素进行提取并分析运用定性和定量相结合的方法探究感性意向和造型要素之间的关联根据其要素权重确定形状文法的演绎规则对初始形状进行形态融合推演筛选形成初步方案并应用语义差分法进行验证 拖拉机造型设计实例表明该方法能够很好地继承和发展产品造型特征在提升用户意向认可度的同时大大提高设计效率关键词:感性工学形状文法造型设计拖拉机中图分类号:文献标志码:():.:随着农机装备性能的提高与完善我国农业机械消费市场逐渐成熟农机产品造型设计的重要性逐步显现 目前市场上大都专注于传统功能属性的农机产品现状显然已经不足以满足日益发展创新的目标市场的需求 专注功能属性的农机产品造型日趋同质化没有形成产品的独特风格和品牌特征 如何让农机产品在激烈的市场竞争中缩短设计周期的同时满足更多消费者的感性需求成为我们需要解决的问题近些年来感性工学和形状文法在产品造型设计领域的广泛应用为农机装备造型领域提供了参考 曾栋等通过研究在汽车领域造型设计中感性工学的应用现状建立了关于汽车造型设计的基本框架并提出了一系列研究方法 程东燚等利用感性工学的相关知识为平衡车的设计提供了思路使得平衡车更好地满足于市场需求 王伟伟等应用形状文法在继承过往产品优质设计特征的基础上进行产品创新设计 苏建宁等为使机械装备的造型设计可以有效延续应用形状文法进行了创新设计 事实证明基于感性工学的产品设计在目标市场中具备更大的竞争力应用感性工学的方法将农机用户模糊的情感偏好量化为具体的设计意向弥补了造型设计时与用户实际需求相脱离的缺陷 基于形状文法的产品设计能够更好地继承和发展产品特征在继承农机产品品牌特征和优质特征的同时实现造型的创新设计解决市面上存在的产品品牌特征不明显、外观创新性不足等问题 模型的构建及推演形状文法是利用计算机软件将产品的造型特征、轮廓结构等根据人们的设计思想用一些图形符号来表示通过一系列图形变换最终生成新的造型方案的一种辅助设计方法 形状文法规则主要分为生成性规则和修改性规则基本语法规则有:置换、增删、缩放、错切、旋转、平移、贝塞尔曲线变换等 由于农机装备外观形态的复杂性、设计元素的丰富性使得其造型设计相对困难但形状文法能将复杂的三维立体形态转化成不同设计元素的平面图形为农机装备表面形态设计提供了更多可能性本文通过建立用户感性意向和产品形态要素之间的关系制定形状文法规则明确产品继承和发展的方向并利用语义差分法进行评价获取最终的设计方案 针对目前市面上农业机械装备造型中存在的创新性不足、品牌特征不明显以及同质化现象严重等问题建立基于感性工学和形状文法的造型设计框架研究流程如图 所示)网络搜集目标产品的图片以及对于该产品的评价数据获得代表性样本图片和目标产品的感图 研究流程性词汇库通过调查问卷方式获得目标产品的关键意向)对目标产品进行形态分析并对设计要素进行形态提取通过建立感性词汇与设计要素之间的关联关系获得设计要素的权重确定形状文法演绎规则并选择泛族群产品作为参考)应用形状文法规则对目标产品进行形态融合推演得到初步方案并利用语义差分法对方案进行验证得到最终方案.产品意向确定.确定目标产品选取农业机械装备领域具备代表性和普遍性的产品作为目标产品.获取评价数据及图片利用网络爬虫工具检索各大农机相关网站的目标产品图片以及对产品的评价数据对产品图片进行剔除筛选获得具有代表性的样本图片同时对获得的评价文本信息进行处理获取大量意向词汇建立目标产品的感性词汇库.获取关键意向词汇首先对样本图片进行预处理利用计算机软件对目标产品图片进行灰度处理排除颜色对用户的感性情感干扰通过制定调查问卷的方式调研用户对目标产品最关注的感性意向获取关键意向词汇.产品推演分析.获取设计要素利用形态分析法对目标产品的造型要素进行提取.确定演绎规则采取专家打分的方式根据产品的造型要素对用户感性意向的影响程度获得目标产品造型要素的权重并制定相应的形状文法演绎规则 对于权重高的造型要素在保持其原有形态或继承其品牌特山 东 理 工 大 学 学 报(自 然 科 学 版)年征的前提下应用修改性规则对于权重低的造型要素则可采用生成性规则.泛族群产品参考选取市面上畅销的同族产品作为形状文法修改性规则的参考利用头脑风暴选取符合目标产品意向的异族产品作为其生成性规则的参考并对相应的造型要素进行提取用以后续的形状文法推演.产品方案生成.造型推演分别对不同的设计要素应用相应的形状文法规则进行形态融合推演得到多个造型要素的多个设计方案对其进行排列组合经过一系列筛选最终得到目标产品的初步设计方案.方案验证采取专家打分的方式利用语义差分法对初步方案是否满足目标意向进行打分验证该方法的可行性并得到最终方案 实例验证.拖拉机意向确定.拖拉机产品选取拖拉机是农业生产中最重要的动力机械在农业机械化中占有举足轻重的地位因此本文以应用较为广泛的大中型轮式拖拉机为例进行验证.获取拖拉机评价数据及图片通过农机相关网站及各种途径利用网络爬虫工具检索并搜集感性词汇 整理相关感性词汇若干组同时邀请工业设计专业教师及学生将相似感性词汇进行筛选剔除得到感性词汇 组如表 所示利用 软件将搜集的样本图片中具有代表性的产品造型图片的颜色转化为黑白灰排除颜色本身对产品造型意向的干扰随后获得拖拉机调研样本 利用拖拉机样本与感性词汇制作调查问卷要求被测者依据样本选取不少于 个最能代表拖拉机造型感觉的意向词汇 调查范围人群包括工业设计、农业机械相关专业教师及学生农业劳动从事者以及拖拉机用户等共发放调查问卷 份回收有效问卷 份.获取关键意向词汇通过对调查问卷的统计分析统计每个被记录的感性词汇的被选择频率部分词云如图 所示根据统计可得词频最高的四个词分别为轻巧的、层次的、个性的、简约的将其定为拖拉机形态的意象约束词表 拖拉机造型感性词汇序号感性词汇序号感性词汇层次的流畅的坚硬的柔软的柔和的阳刚的复杂的简约的亲切的生硬的独特的雷同的稳重的轻便的仿生的创新的灵敏的迟钝的系统的零乱的多元的单一的前卫的保守的精细的粗糙的夸张的内敛的美观的丑陋的精巧的笨拙的轻巧的厚重的智能的古朴的豪华的朴素的小巧的大气的个性的传统的丰富的单调的生动的死板的多变的呆板的纤细的粗犷的常规的新颖的几何的无序的可靠的易损的紧凑的松散的模块的整体的图 词频词云.拖拉机造型推演分析.获取设计要素应用形态分析法明确拖拉机的主要造型要素并对拖拉机造型要素进行提取 由于轮式拖拉机的形态特征较为复杂为了更简练地说明问题研究仅以拖拉机前脸为例 拖拉机的前脸形态可分解为机罩整体、机罩通风格栅、前大灯、驾驶室骨架、驾驶室顶棚、驾驶室挡风玻璃、后视镜、驾驶室顶灯及车轮 个部分经专家讨论由于拖拉机前脸中驾驶室骨架、驾驶室挡风玻璃、后视镜以及车轮形态特征较为固定所以暂不考虑其影响本文选取样本为东方红 型拖拉机邀请工业设计专业学生进行典型产品造型特征的提第 期 王莉等:基于形状文法的农机装备造型感性设计研究取利用计算机软件绘制得出相应的形状轮廓作为初始形状用以后续的形状文法推演拖拉机造型要素提取如表 所示表 拖拉机造型要素形态提取拖拉机样本部件名称形态提取机罩整体通风格栅前大灯驾驶室顶棚驾驶室顶灯.确定演绎规则通过调查问卷有针对性地研究影响用户对于产品感性认知的主要造型设计要素邀请 名工业设计以及农业机械化及其自动化专业师生以 总分对 个拖拉机前脸造型要素的重要性进行权重分配求取平均值获得目标产品造型要素的权重并制定相应的形状文法演绎规则如表 所示 对于权重高的造型要素机罩整体、通风格栅、前大灯在保持其原有形态的前提下应用修改性规则对于权重低的造型要素驾驶室顶棚、驾驶室顶灯则采用生成性规则表 权重及规则确定部件名称得分权重/形状文法规则机罩整体.修改性规则通风格栅.修改性规则前大灯.修改性规则驾驶室顶棚.生成性规则驾驶室顶灯.生成性规则.泛族群产品参考根据产品意向定位经过样本筛选最终获得 款流行拖拉机同族产品参考样本通过头脑风暴轻巧的、层次的、个性的、简约的等意向词汇与无人机造型意向相似因此选取 款畅销无人机产品作为异族产品参考样本如表 所示 分别提取其代表性形态特征并用相应形状符号表示剔除其相似性特征最终得到 组同族产品参考形状以及 组异族产品参考形状(表)用以后续的形状文法推演表 产品参考样本同族产品异族产品表 样本特征提取同族产品异族产品.产品方案生成形状推演过程要以产品意向为目标产品造型的方向 首先选择典型品牌造型特征作为初始形状应用基本语法规则如置换()、增删()、缩放()、旋转()、微调()等执行形状文法以前大灯、通风格栅以及驾驶室顶灯为例进行形状推演如表 所示山 东 理 工 大 学 学 报(自 然 科 学 版)年表 拖拉机形状推演推演过程示意依据前大灯:根据产品层次、个性的意向特征参考、增加其直线与曲线结合部分对其进行缩放、旋转、微调等操作获得最终形状通风格栅:根据产品轻巧、简约的意向特征参考、尽量减小面块的体量感对其进行缩放、删减等操作根据其个性的意向特征对其进行微调等操作获得最终形状驾驶室顶灯:应用生成性规则参考 执行置换操作随后微调获得最终形状 形态融合推演完成后得到多个造型要素的设计方案对其进行排列组合经过一系列筛选最终得到目标产品的 个初步设计方案如图 所示()方案()方案()方案 图 拖拉机设计方案 邀请专家以打分的方式对拖拉机造型的初步方案进行评价判断其最终结果是否满足预期目标、能否体现产品的意向特征 运用感性工学的研究方法 语义差分法将上文中筛选出的 对感性意象形容词建立 级量表(表)对选定的拖拉机样本与产品感性意象的相关性进行评估表 七级量表意向词意向词厚重的轻巧的流畅的层次的传统的个性的复杂的简约的 邀请 名工业设计以及农业机械化及其自动化专业师生、拖拉机用户等对初步方案进行打分结果如表 所示 由表 可知 个方案均很好地体现出了产品的意向特征其中方案 更能体现产品个性的、层次的特征方案 则偏向于轻巧的、简约的意向 经过对最终得分结果的比较可得方案 更能满足用户对于拖拉机产品轻巧、层次、个性、简约的造型追求接着对方案 进行草图的绘制并进行方案的细化与完善表 设计方案评比结果方案评价指标厚重的轻巧的流畅的层次的传统的个性的复杂的简约的最终得分结果方案.方案.方案.结论与展望随着农业机械化水平的不断提高如今的农机造型设计已经不能满足更多消费者的需求如何在满足用户感性需求的前提下更好地继承和发展产品特征成为提升企业市场竞争力和品牌影响力的关键因素本文主要研究成果如下:()针对目前市场上拖拉机造型创新设计中所存在的问题提出了针对目标产品的基于感性工学和形状文法的拖拉机造型设计方案并应用感性工学、形状文法、语义差分法、形态分析法等方法进行深入研究()选择拖拉机进行研究提取其典型特征同时通过一系列调研生成关于拖拉机的感性词汇库 由于农业机械装备造型在意向特征方面存在着共同点因此可为相关的造型设计提供参考()采用定性和定量相结合的方式构建产品感性意向与产品造型特征之间的关联关系据此确定推演规则运用形状文法进行推演生成多个拖拉机造型设计方案完成初步方案的主体形态设计()采用调查问卷的方式利用语义差分法对多个拖拉机造型设计方案进行评价获得最终的设计方案并进行相应的生成与细化本研究旨在归纳总结农机相关造型设计的共性设计出符合市场需求的农机造型设计框架在提高设计效率的同时又可快速响应目标市场的需求以拖拉机为例进行的造型设计进一步验证了设计框架的可行性即满足本文的预期目标针对本文研究中存在的不足例如对于形状文法的推演效率不高、以及形状文法推演造型较多、筛选困难且具有主观性的缺点在后期的深入研究中可以补足第 期 王莉等:基于形状文法的农机装备造型感性设计研究参考文献:李阳许占民.产品造型创新设计的文法化推演研究.机械设计():.曾栋程海峰李坤刚等.感性工学在汽车造型设计中的应用现状与发展趋势.现代制造工程():.程东燚郑刚强易梓寒.基于感性工学的电动平衡车外观设计研究.艺术与设计(理论)():.王伟伟杨延璞杨晓燕等.基于形状文法的产品形态创新设计研究与实践.图学学报():.苏建宁李晓晓王鹏等.面向品牌风格的机械装备造型创新设计研究.包装工程():.苏建宁王鹏张书涛等.产品意象造型设计关键技术研究进展.机械设计():.伍琴吕健潘伟杰等.基于案例的文化创意产品设计方法研究.工程设计学报():.韩蕴晖沙强.基于形状文法的电动汽车设计研究.设计():.柳禄章永年丁为民等.多目标驱动的拖拉机产品族外形基因设计.农业工程学报():.郭惠萍.基于前脸特征的轮式拖拉机形态设计与感性评价方法研究.陕西杨凌:西北农林科技大学.(编辑:郝秀清)(上接第 页).:/:.():.():.:():.():.尚德生王政.一类退化尖点环附近 函数展开式.山东理工大学学报(自然科学版)():.(编辑:杜清玲)山 东 理 工 大 学 学 报(自 然 科 学 版)年