1、汽车品牌基因研究小组成员：施胜荣 胡君博 郭鹏超 A 产品设计中遗传算法与生成设计(1)设计方案或设计策略编码为基因串，形成设计样本的基因种群；(2)设计方案评价函数决定种群中样本的优劣和进化方向；(3)进化过程就是样本的繁殖、交叉和变异等过程。从遗传算法，生成设计拓展到智能设计，其研究思路的基本特点是：A 产品设计中遗传算法与生成设计1996年MARosenman提出了设计中的形态生成模型M1M2M4M3形态单元 形态单元按特定规则生长 不同的规则A1 产品造型基因理论研究(1)在产品基因领域，周生祥将基因工程的思想用于产品的结构设计，将“特征”看作是产品的“DNA”(2)冯培恩通过对生物基
2、因工程与产品原理方案设计的系统类比，引出产品原理方案设计中的信息遗传基础“产品基因”的概念。提出“产品基因”的“转录”、“翻译”及“复制”机理，揭示了产品基因在功能设计与原理方案设计之间的桥梁作(3)顾兴建等是通过对产品信息的分类和系统化，提取产品信息中的“遗传基因”B 品牌造型基因2.1 形态生成与进化 设计的产生和演变可以看作是一个造型基因的遗传过程。设计是多方案、多轮次的一个问题的可能解的不断寻找，选择，评价的过程。多轮次设计是设计活动的本质特点.生物基因信息设计基因环境设计情境context生存形态产品形态/形状自然界 人造物（设计界）自然界和设计界的形态产生过程B 品牌造型基因2.2
3、 造型设计循环 设计的轮次数即作为“设计人口”（population）的代数（generation），每一轮的设计方案即设计师通过造型基因的操作产生的一代设计人口，满足设计要求的人口即选中的方案可以进入下一代设计人口的产生，这样上一代好的形态通过造型基因遗传到了下一代,。整个设计循环过程直到出现一个完全满足设计目标的设计人口的出现，即设计的最终方案。ii+1i评价设计人口代设计人口代设计目标符合不符合设计知识造型设计循环过程B1 造型基因的概念 对于在形态生成过程中的“基本造型”的反复应用，从生物学角度可以被解释成为一种遗传，而这些基本造型被认为是“基本造型词汇”（vocabulary of
4、designelements），对基本造型词汇的遗传性质的描述则是造型基因。B1 造型基因的概念 造型基因是对形态的形状的具体表达和约束的最基本的遗传性元素。类比生物学，遗传算法和设计中的一些术语，如图，可以发现，设计中的造型基因和自然中的DNA 都是用来构造的基本元素.生物学 遗传算法 产品设计基因蛋白质基因型表型特征串型编码结构解码结构元素产品造型设计规划设计状态类比生物学，遗传算法和设计术语B1 造型基因的概念 正如自然界里，相同基因由于组成规则的不同而发生同质异构现象一样；由于设计造型过程规则的多样性，相同的造型基因产生的形态可能是完全不一样的相同基因不同造型相同造型不同基因B2 造型
5、基因的进化 在自然界的造型产生过程中，存在发散（divergent）和收敛（convergent）两种类型的进化活动发散（divergent）收敛（convergent）老形态新形态两种进化活动B2 造型基因的进化 CrossCross N.Engineering Design MethodsStrategies for Product Design.UK,1994提出：一个完整的设计过程是一个不断求精、不断汇聚的问题求解过程，如图2.9，通过对设计师注意力轨迹的分析，设计方案的产生是一个发散与收敛反复过程。设计师注意力轨迹设计方案B2 造型基因的进化 同样，Pugh42认为将概念的生成和评价
6、作为一种前进的、规则化的方式能够产生出更好的设计方案，而这种前进的、规则化的方式在概念生成过程中是一种设计概念的反复迭代的发散和收敛过程，并且在这个过程中设计方案的数量是逐渐减少的。Pugh 过程模型B3 品牌的造型基因表达 品牌（PI）是Product Identity的缩写，直译为“产品的识别形象”。一个产品正如一个人一样，在社会上的人与人的交往过程中，必然给人们留下一个特定的外形印象，或英俊，或潇洒，或幽默，或彪悍，这些印象是由这个人内在的基因和外在的外形特征、行为特征等多方面构成。品牌造型基因就是造型基因中与品牌相关的那些基因，是产生那些“印象”的独特“特征”的最小知识粒度的表达。B3
7、 品牌的造型基因表达 产品的品牌基因的形成是产品造型特征中的一个或者数个造型基因得到了强调，彼此之间有权重的变化所得到的。这一个或者数个造型基因形成的特征成为了品牌造型特征。品牌1特征品牌2特征产品造型特征造型基因B3 品牌的造型基因表达 构成汽车的造型基因有很多：车灯造型基因，侧面轮廓造型基因，前通风口造型基因等等。当车灯和通风口造型基因得到强化，形成了鱼眼型车灯和圆角矩形通风口，就形成了保时捷的品牌造型基因，给消费者以保时捷的认知，如图a；而具有圆润，空气动力学性质特点的侧面轮廓基因则一直是奥迪的品牌的造型基因表现之一，如图babB4 品牌造型基因的重组和变异 如图c，将品牌造型特征变化看
8、作在品牌空间内一个随时间横轴不断衍生发展的连续体，且品牌特征在时间段T到T内发生了变化，即该时间段内品牌空间体积发生改变，那么在这个两个时间T和T的品牌空间切片中品牌造型特征基因是不同的。从图上可以看出，在相邻的两个时间切片上，前一时间T切片上的品牌造型基因通过重组和变异两个基因操作手段（算子）变成下一个时间T切片上的品牌造型基因，而正是这无数个时间切片共同组成了品牌造型基因的进化的乐章。品牌时间B4 品牌造型基因的重组和变异 品 牌 造 型 基 因 的 重 组，如 图 d所示，是设计师在进行创新设计的时候受到其他造型特征的影响，将有着新造型特征B的基因和原有的品牌特征A的基因进行重组，实现品
9、牌造型特征的衍生，生成具有品牌特征的新设计方案A和B，其中A，B都保留了部分原品牌造型的特征，属于设计师的诱导型创新。造型特征A 造型特征B造型特征A 造型特征BdB4 品牌造型基因的重组和变异 对于品牌造型基因的变异，如图e所示，是该品牌造型特征A，即图中中间位置的造型基因，产生明显变异或突变，使得该品牌的局部造型特征属性发生变化，产生了新的基于品牌造型特征A，这类操作多数属于设计师的灵感突现或新知识的导入导致的创新.造型特征A 造型特征A C 汽车品牌造型基因 汽车造型基因的获取研究是建立在造型特征研究之上的汽车造型 研究的重要领域.3.1 汽车造型基因的获取汽车品牌造型基因获取与表达 汽
10、车车身事实上就是美学、结构力学、空气动力学等多学科约束的一个综合性设计问题。汽车车身由自由曲面构成，造型本身包含了复杂的形态信息、材质信息和色彩信息。C 汽车品牌造型基因 3.1 汽车造型基因的获取汽车品牌造型基因获取与表达 通过造型基因，可以形成汽车造型的特征属性（Feature Attributes），构成多个汽车造型的特征（Feature），由造型特征形成汽车的整车造型。汽车造型基因的提取意味着对汽车造型特征属性描述和特征实体区分，是一个解构汽车造型特征的过程，同时为造型基因的获得以及重构和差异化设计提供基础。C 汽车品牌造型基因 3.1 汽车造型基因的获取汽车品牌造型基因获取与表达 对
11、于汽车特征线的属性表述就是对汽车造型基因的获取过程。汽车特征线分为：主特征线，过渡特征线和附加特征线。其中主特征线是构成汽车主要型面的特征表达，如侧面轮廓线，窗线，腰线等；过渡特征线表达的则是主要型面之间过渡特征，如引擎盖折线，AC 柱截面线等；附加特征线则描述的是在原有车体型面上通过裁剪，切割形成的特征，如前后灯型线，通风口型线等等。C 汽车品牌造型基因汽车品牌造型基因获取与表达20 条汽车造型特征线主特征线过度特征线附加特征线C 汽车品牌造型基因 3.1 汽车造型基因的获取汽车品牌造型基因获取与表达 通过造型基因，可以形成汽车造型的特征属性（Feature Attributes），构成多个
12、汽车造型的特征（Feature），由造型特征形成汽车的整车造型。汽车造型基因的提取意味着对汽车造型特征属性描述和特征实体区分，是一个解构汽车造型特征的过程，同时为造型基因的获得以及重构和差异化设计提供基础。C 汽车品牌造型基因 3.2 汽车品牌造型基因的表达汽车品牌造型基因获取与表达 汽车品牌造型基因是特殊的品牌造型基因。一方面，他是这个品牌的汽车进行造型设计时的“基因”信息，属于造型基因中的一部分；另一方面，由于汽车造型的特殊性，汽车品牌造型基因更多的是关于形状特征的描述。如果要形成具有统一的品牌认知的造型特征，这就需要获取不同款汽车的相同的主要造型特征，并将其造型基因通过重组或者变异，使汽
13、车的主要造型特征相同或者相似，形成统一的风格给人留下“印象”，即品牌；这些经过重组变化后的造型基因成为了这个品牌的造型基因。C 汽车品牌造型基因汽车品牌造型基因获取与表达造型基因汽车造型特征品牌造型特征汽车品牌造型基因D 奥迪A6 品牌造型基因 4.1 轮廓线 对于造型相对复杂的汽车来说，以线作为研究基础比以点和面作为研究基础具有更强的可操控性.侧面轮廓造型基因遗传图前悬逐渐下沉、加长，后悬逐渐上升、缩短，但是特征变化的程度不是很大，同时汽车整体造型特征线还出现了圆润过渡的趋势。D 奥迪A6 品牌造型基因这所有的造型基因的变异和遗传最终导致了2002 款A6 侧面轮廓造型的出现，造型几乎是空气
14、动力学和汽车制造的完美结合.D 奥迪A6 品牌造型基因4.2 窗线和腰线窗线和腰线造型基因遗传图D 奥迪A6 品牌造型基因作为车窗和侧翼子板的特征表达，窗线和腰线在很大程度上受到了侧轮廓线的约束，也就是说，车窗造型基因和侧翼子板造型基因的几何属性基本上是随着侧轮廓基因变化而变化。因此，也表现出和侧轮廓线一样的阶段遗传性和变异性的特性.腰线截面图D 奥迪A6 品牌造型基因4.3 前脸造型特征线组前脸主要造型基因遗传图 A6 的前脸造型基因也具有遗传性和阶段性，主要反映在一定时间段内汽车正面的前脸造型中，灯型线和通风口型线（进气隔栅线）的位置比例关系在一定时间段内也是基本保持一致。D 奥迪A6 品
15、牌造型基因奥迪 A6 造型特征线提取过程D 奥迪A6 品牌造型基因通过上述奥迪 A6 的侧面轮廓线、窗线和腰线、前脸造型特征线组的研究，可以初步得出：(1).奥迪A6 的造型演变具有遗传性和变异性；(2).奥迪A6 品牌造型基因表达为基因串，形成样本的基因种群；(3).奥迪A6 设计情景（评价函数）决定种群中样本的进化方向；(4).奥迪A6 品牌造型基因的进化过程就是样本的繁殖和变异等过程。D1 奥迪品牌造型基因谱系表达 对于汽车品牌造型基因的遗传性表达，可以分为以下两个方面：第一，同平台下不同代之间的品牌的造型基因的遗传，也就是说在同一汽车底盘上，不论时间变迁，每款汽车造型的特征都体现品牌基因的现象，即造型基因遗传的“直向同源性”；第二，跨平台下不同车型在相同代之间的品牌造型基因的遗传性，也就是说在具体的一个时间段内，不同类型的车的特征体现品牌基因的现象；即造型基因遗传的“横向同源性”D1 奥迪品牌造型基因谱系表达奥迪品牌造型车型的组系图谱奥迪品牌造型车型的组系图谱D1 奥迪品牌造型基因谱系表达奥迪品牌造型车型的组系图谱奥迪品牌造型车型的组系图谱看累了吧，好吧 不看了
