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隨著商品競爭程度不斷加強，這就要求企業不但要提高產品性能，而且要盡可能縮短產品供應周期。傳統的產品設計方法將設計對象分解為許多獨立部件分別進行研究，孤立靜止的分析問題，因此使得設計結論帶有片面性和局限性，難以滿足需要。隨著現代設計理論、方法不斷完善，特別是基于知識的專家系統設計方法的產生和發展，使利用計算機求解工業產品設計過程中大量數值和非數值性問題成為可能。通過引入專家系統對設計過程進行控制，對設計結果進行評價，減少了設計過程中的盲目性，節省了設計時間。然而考慮到產品設計過程存在著大量的非理性的因素，可定位該專家系統為一個輔助工具，為充分發揮設計者的能力，可將系統意見作為設計參考，而把最后的決策權交給設計者。

1專家系統與工業產品設計

1.1專家系統及其發展狀況

專家系統是人工智能的一個重要研究分支。它是一種具有大量知識和經驗的計算機程序。專家系統從領域專家那里獲得知識，用一定的方法進行表達、存儲、管理和維護，通過對專家知識和經驗的綜合運用，進行推理和判斷，從而解決現實世界中的復雜問題。[1]目前已有多種類型的專家系統被廣泛應用于國民經濟的各個領域，包括解釋型、診斷型、設計型等多種不同的類型。雖然它們的功能不同，但是它們具有下列共同的特點：

1)以足夠復雜的問題為對象；

2)從某個問題領域的專家處獲取專業知識；

3)能對知識進行推理或控制；

4)具有與專家同等程度的解決該專業領域內問題的能力。不同領域的專家系統，其功能和結構也不盡相同。但一個完整的專家系統有以下六個主要部件:即知識庫、推理機、綜合數據庫、知識獲取、解釋機制和人機接口。現在流行的專家系統的一般結構如圖1所示。其中，知識庫和推理機是主要部件。

1.2工業產品設計與專家系統

通過上面的闡述，知道一個專家系統能利用專家的知識進行啟發式推理，能解釋其推理過程，對用戶的詢問做出回答，并且能夠不斷地、靈活地增加新的知識。專家系統把許多事實和有關專業內的經驗法則結合在一起，通過系統地應用這些事實和啟發規則，不斷地縮小搜索范圍，引導問題的解決。[2]對于工業設計來講，目前工業設計被廣泛采用的定義為：“就批量生產的工業產品而言，憑借訓練、技術知識、經驗及視覺感受而賦予材料、結構、形態、色彩、表面加工及裝飾以新的品質和資格，叫做工業設計。”通常工業產品設計具有以下兩個特點：第一，在設計過程中，很多工作是非數值計算性的，更多問題要通過思考、推理和判斷來解決。設計過程不能追求唯一解，往往是在多個設計可行解中進行優化決策，且設計結果具有模糊性；第二，由于大多數設計模型不是簡單的數學模型，而是建立在大量知識基礎上的知識模型，因而，設計結果的優劣大多取決于設計者的知識、經驗和思考問題的方法。工業產品設計也是一項系統工程，在總體設計過程中，要對大量的信息進行處理，需要運用多學科的專門知識與豐富的設計經驗，并要通過多次反復的綜合分析才能得到一個好的設計結果。通過上面的定義和分析我們可以看出，一個工業設計師的能力是通過訓練，學習相關的技術知識和經驗得來。設計過程是在綜合大量的知識基礎上推理、思考和判斷。由此工業設計專家系統的知識庫即包含產品的主要組成要素——材料、結構、形態、色彩、表面加工及裝飾的相關知識，以及基本的設計理論，其推理過程則是對相關的信息作出比較、篩選、判斷，用專家的設計經驗結合在一起進行而得出能夠解決問題的方案。

2專家系統在工業產品設計過程中的應用

工業設計的宗旨就是創造更為合理的生存方式，一個新產品的誕生不是一蹴而就的事，而是一個不斷發展、漸進和系統的過程。設計的起點首先是從生活中發現問題，收集各種信息，然后是分析問題。通過前期設計調研和分析，對收集的各種信息進行分析使之概念化，也就是確定一個可開展的方向。接下進入創意設計階段，即把產品概念轉換成可視化的具體若干形態方案。形成形態方案后，必須通過設計評估，以選擇最優設計方案，最后實現設計的商品化。基本的產品設計過程可以抽象成圖2所示。在工業產品設計的這幾個流程中，用專家系統來解決相關的設計問題，將對設計時間的縮短和設計質量的提高有著實際的作用。

2.1信息搜集與整理

信息的獲取將是整個系統最首要的工作。建立智能信息采集系統，根據事先的設定目標，自動在一些信息載體上采集相關的設計信息和資料，在獲取包含所需信息后，能夠有效的提取出所需信息和數據，將這些數據下載到本地進行分類整理，以特定的形式存入數據庫，為設計人員檢索資料奠定基礎。當然如果能從已有的設計資料中直接獲取所需要得資料信息是最理想得，通過市場調查，獲得需要設計的產品的相關信息，主要有文字的描述信息，產品的尺寸信息以及產品的圖形圖像信息，一般以圖形圖像信息居多。于是就要求系統能夠自動從圖片中提取產品的一些關鍵要素，如色彩，線型等信息，并能按照一定的規則，如時間得順序，線型得相似性等等進行歸類排列，整理出具有一定規律性和邏輯性的信息，并能求解設計風格變化趨勢，做出預測，以為后面創意設計階段所用。

2.2產品創意設計

創意設計的主要內容體現在產品的外觀形態設計上。由于產品形態千變萬化，因此產品形態設計方法具有較大的靈活性。設計師在長期的設計實踐中總結出一些較為實用的設計方法，如比例設計方法、線型設計方法等。所謂比例設計方法即產品形態比例設計應遵循和符合美學法則的常用比例關系，如黃金分割比。這些典型的比例不僅自身有良好的比例美效果，而且它們之間又存在多種形式的轉換與變化關系以及內在的數學關系，種種比例性質及變化為產品造型設計提供了多種多樣形態間的比例關系和豐富多彩的構成形式。產品形態中的線條是形態要素的內容之一，而線的形式和風格往往是整體形態風格和特征的重要表現形式。因此產品形態設計可以首先從線型的風格定位及總體協調的角度出發，建立整體的產品形態，這就是形態設計中常用的線型設計方法。進行產品形態的線型設計時，首先確定產品的形態線型風格，如流暢、柔和、堅硬、剛毅等，然后確定線型的組織方式，即形成產品的基本形態。以上形態設計基本原理知識已經成熟并為設計師所公認，任何形態的設計都需遵循這些原則。這樣就為產品形態設計提供了一個成熟的知識庫，輸入產品的風格特征，通過推理機的運算，可以得出適合需要的形態設計方案。此模塊的專家系統的基本方法是把產品的特性進行分解，排列，最后檢測它們之間的相互關系和可能的組合方式。首先定義基本信息特征，是指從不同角度反映產品整體信息的基本構成要素，如產品的功能特征、形態特征、結構特征等等，從這些角度對產品信息特征進行切割，使這些產品信息特征成為相對獨立的形態特征。通過專家系統的對獨立的產品形態信息特征的輔助設計，形成若干設計形態。最后進行組合，將分別來自專家系統的輸出的形態特征進行合并，生成一個新產品。此過程的流程如圖3所示。

2.3設計評價決策模塊專家系統

對于設計方案的評定涉及到很多領域的知識，包括美學、人機工程學、社會心理學、加工制造工藝學、市場營銷學等等，而且具有隨機性和模糊性，單獨一名設計師很難掌握如此廣泛的知識，因而也就很難獨立完成產品的方案評定。要想全面對產品的各方面進行綜合評定，而又在缺乏相關領域專家的情況下，可以采用專家系統來輔助完成工作。

2.3.1確定設計方案的評價準則評價準則制定得是否合理是保證評價科學性的關鍵問題之一。評價準則來自產品所追求的目標，也即對產品提出的要求、愿望和通常的約束條件。評價準則應該全面包括主要的目標和約束，包括整個產品生命周期中的不同方面，如技術、經濟、安全、外觀、環境等。這些方面具有不同的重要性。因此，評價準則不止一個，其重要程度也不相同，它們組成了一個評價指標系統。評價指標系統的制定必須遵循科學性與實用性、完整性與可操作性、不相容性與系統性、定性指標與定量指標結合、靜態指標與動態指標相統一的原則。[3]一般采用多層次的結構模型，水平方向各項是評價指標項目，垂直方向表示指標的分級層次。一般來說，垂直方向的分級不宜多于4級，水平方向的指標項目不宜多于10個。對于某個具體產品來說，垂直方向分幾級，每一級的指標項目是多少，應就問題的復雜程度而有所取舍。

2.3.2確定各評價目標所占的權重由于各評價指標對設計總目標的重要程度不同，首先必須確定各個項目的權重。針對評價主體的不同，同一個產品相同的項目所給的權重有可能不一樣，對于一般企業而言，可以通過市場調查，從某個產品以往的用戶的各種評價中得出各項指標的評價權重，然而這種數據及其難以獲得，而且不具有通用性。更多的情況下，是對每個產品詳細劃分的評價指標進行優劣判斷，分別代表優、良、中、差、劣五個等級來判斷。其優點在于不僅保持了這種經驗知識的模糊性，同時可采用軟件方法處理，易于產生對比標度值。相對而言，評價的專家系統方面的研究較多，較為成熟，很多其他的各種評價的專家系統的都可以為工業產品設計的專家系統所用。

3結語

專家系統經過多年的發展，各種理論都越來越趨近于成熟，應用面也越來越廣，將專家系統的相關理論知識引入到工業產品設計中，既是對工業設計理論的一種擴展嘗試，也是對專家系統應用的一種擴展嘗試，本文只是討論了專家系統在工業產品設計中的應用的基本理論層面，沒有進行實際的建立專家系統模型。這也是隨著以后研究需要進一步深入的研究和探索的內容。