基于虛擬感性工學的農業(yè)裝備形態(tài)設計

劉明遠，賀成柱，鄒建強

基于虛擬感性工學的農業(yè)裝備形態(tài)設計

劉明遠1,2，賀成柱1，鄒建強1

（1.甘肅省機械科學研究院有限責任公司，蘭州 730030；2.蘭州理工大學，蘭州 730050）

探究農業(yè)裝備形態(tài)設計中約束要素與虛擬現(xiàn)實技術結合進行創(chuàng)新設計的方法，旨在快速響應目標市場需求，提高設計對象研發(fā)成功率和設計質量，減少設計耗時。首先，采用虛擬體驗、訪問調研和統(tǒng)計詞頻的方法，以定性和定量相結合的方式來確定產(chǎn)品意象。其次，利用形態(tài)分析法提取目標產(chǎn)品品牌風格特征，邀請設計師在意象約束下設計意象幾何形態(tài)，二者組成混合原型庫。然后，利用形狀文法將混合原型庫中的品牌風格特征與意象幾何形態(tài)進行形態(tài)融合，以完成主體形態(tài)設計。最后，構建基于交互式虛擬體驗場景的設計環(huán)境，在空間約束下完成目標產(chǎn)品的整體形態(tài)設計與評審。以青貯飼料圓草捆打捆機為例，驗證了感性工學結合虛擬現(xiàn)實技術，在農業(yè)裝備形態(tài)設計中的有效性和實用性。從意象、品牌風格、空間約束和虛擬設計的角度，提出虛擬感性工學下的農業(yè)裝備形態(tài)設計方法。該方法可以有效提高農業(yè)裝備形態(tài)的設計進度和成功率，并為相關領域的產(chǎn)品形態(tài)設計提供思路。

感性工學；虛擬現(xiàn)實；形狀文法；農業(yè)裝備；形態(tài)設計

我國經(jīng)濟已步入以創(chuàng)新驅動和提質增效為重點的新階段，但制造業(yè)整體自主創(chuàng)新設計能力薄弱，傳統(tǒng)的制造業(yè)生產(chǎn)方式將被數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化設計所取代[1]。農業(yè)裝備生產(chǎn)商是否能以最快的速度發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)市場急需的產(chǎn)品，決定了其產(chǎn)品是否具有競爭力，并取決于是否有科學、高效的設計方法來支持研發(fā)過程[2]。當前，人們對虛擬現(xiàn)實技術在農業(yè)裝備領域的應用高度重視，同時也取得了一定的成績[3]。利用虛擬現(xiàn)實技術設計產(chǎn)品可以快速得到符合生產(chǎn)加工要求的模型，并使用優(yōu)化方法不斷對設計模型進行處理，最終得到生產(chǎn)加工的數(shù)字模型[4]。通過提取產(chǎn)品設計中人的感性認知要素，結合虛擬現(xiàn)實技術來完成產(chǎn)品的設計與評價，這對縮短產(chǎn)品設計周期和降低研發(fā)成本具有重要意義。

1 研究方法與流程

1.1 感性工學

感性工學（Kansei Engineering，KE）發(fā)源于日本，其目的是將人對產(chǎn)品感性的認識轉化為理性的設計元素，并將其運用到產(chǎn)品設計中的理論和技術[5]。目前主流的感性認知量化方法分為2個部分，一部分是心理層面的SD調查法[6]、專家訪談[7]等，另一部分是生理層面的眼動實驗[8]、腦電實驗[9]等。感性工學通過研究消費者情感認知及產(chǎn)品屬性間的關系來指導設計[10]，Quan等[11]將深度學習技術和感性工學相結合，以女性大衣設計為例，驗證了將用戶偏好映射到產(chǎn)品設計中的有效性和可行性。Ariyanti等[12]通過市場調研，利用感性工學知識和質量功能展開方法，設計出既能引起購買者興趣又低價、實用的調味料包裝。付成杰等[13]運用感性工學理論和灰關聯(lián)分析法，得到眼鏡框架造型要素和意象之間的相關程度并指導設計。蘇建寧等[14]通過研究產(chǎn)品品牌風格和流行趨勢，利用感性工學和形狀文法，提出了品牌風格下機械裝備造型創(chuàng)新設計方法。

將感性工學理論應用于產(chǎn)品設計中，體現(xiàn)了以人為本的設計理念，能有效滿足消費者對產(chǎn)品的審美需求，提高產(chǎn)品市場份額。

1.2 虛擬現(xiàn)實技術

虛擬現(xiàn)實[15]（Virtual reality，VR）是融合了計算機仿真、圖像處理、傳感器等多種科技成果的復合型技術，擁有虛擬體驗、人機交互和聯(lián)想性等特征，為產(chǎn)品形態(tài)設計提供了模擬現(xiàn)實場景的人機交互設計模式。根據(jù)使用對象交互方式和沉浸程度的不同[16]，將虛擬現(xiàn)實分為桌面式虛擬現(xiàn)實、沉浸式虛擬現(xiàn)實和增強型虛擬現(xiàn)實等。

孫遠波等[17]通過構建虛擬現(xiàn)實實驗系統(tǒng)，驗證了車輛人機交互設計方案虛擬評價系統(tǒng)的可用性。嚴褒[18]通過分析造型設計中的影響因素，總結提出產(chǎn)品虛擬交互設計的新方法。Kim等[19]通過ICIDO軟件構建的虛擬場景，提出了在沉浸式環(huán)境中的水下武器設計驗證方法。

數(shù)字化設計改變了傳統(tǒng)的農業(yè)裝備研發(fā)模式，開創(chuàng)了農業(yè)裝備研發(fā)設計新領域，有效解決了農業(yè)裝備研發(fā)的長周期性和高投入等難題。虛擬現(xiàn)實技術作為數(shù)字化設計的一部分，它的應用不僅節(jié)約了制作樣機的成本和生產(chǎn)時占用的空間資源，而且實現(xiàn)了結構設計師、形態(tài)設計師、用戶、行業(yè)專家之間的無障礙溝通與交流，打破了跨學科融合設計技術交流的壁壘，不僅縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期，而且保證了產(chǎn)品加工圖紙的精確性，能有效指導產(chǎn)品設計和生產(chǎn)，使企業(yè)生產(chǎn)效益得到最大化。

1.3 虛擬感性工學

虛擬感性工學（Virtual Kansei Engineering, VKE）[20]將虛擬現(xiàn)實技術融合到感性工學理論，通過虛擬仿真環(huán)境的構建，將人的感性認知在虛擬環(huán)境下表達到產(chǎn)品設計中，完成相關的設計及評審。隨著科技的不斷進步，虛擬現(xiàn)實技術在農業(yè)裝備設計研發(fā)中的應用得到進一步普及。虛擬產(chǎn)品設計將低保真模型和高保真模型轉換到虛擬環(huán)境中[21]，設計師通過計算機繪圖軟件建立一個低精度的模型，然后通過虛擬體驗的方式進行方案設計，在虛擬環(huán)境中不斷優(yōu)化產(chǎn)品細節(jié)，依據(jù)約束要素優(yōu)化改進模型直到得出最優(yōu)方案，最后生成高精度模型進行評價。

研究構建了在農業(yè)裝備形態(tài)設計過程中融合感性工學和虛擬現(xiàn)實技術進行創(chuàng)新設計的方法，通過感性工學理論和方法獲取圓草捆打捆機設計組成要素并完成主體形態(tài)設計，利用虛擬現(xiàn)實技術完成整體設計與評價，獲得最優(yōu)設計方案，在提高產(chǎn)品用戶認可度的同時，減少了研發(fā)時間和成本。

1.4 虛擬感性工學下的農業(yè)裝備形態(tài)設計方法

虛擬感性工學下的農業(yè)裝備形態(tài)設計方法，主要包含主體形態(tài)設計、整體形態(tài)設計、虛擬驗證與評價，見圖1。

首先，對暢銷目標裝備進行市場調研，提取設計要素，利用虛擬交互體驗、訪談調查法和熱詞詞頻分析法，對目標裝備形態(tài)意象約束明確定位，采用形態(tài)分析法提取品牌風格特征，邀請設計師根據(jù)意象定位完成幾何形態(tài)原型設計，獲得混合原型庫，采用形狀文法[22]進行形態(tài)融合設計，完成創(chuàng)新形態(tài)設計。然后，構建虛擬體驗研發(fā)系統(tǒng)，依靠產(chǎn)品結構部件，在形態(tài)空間約束下生成設計方案。最后，在虛擬交互環(huán)境中進行方案評審，對評審結果進行合理分析，獲得最佳形態(tài)設計方案。

2 主體形態(tài)設計

以青貯飼料打捆機作為案例進行研究，該產(chǎn)品結構復雜，自動化程度高，市場需求大，為提高在同類產(chǎn)品中的市場競爭力，現(xiàn)對其進行全新形態(tài)設計，充分提取設計要素，在繼承品牌風格的前提下，利用感性工學知識挖掘設計元素，增強產(chǎn)品識別性，進一步滿足人們對形態(tài)的美感要求。

2.1 提取設計要素

2.1.1 意象定位

意象定位是為了讓產(chǎn)品設計無限接近使用者的審美需要。首先從農機網(wǎng)站收集市場暢銷青貯飼料打捆機30款，并整理其產(chǎn)品簡介和客戶評語，獲取60個意象約束詞，邀請裝備制造相關專家將相似的打捆機樣本和約束詞進行剔除，獲得具有代表性的打捆機樣本10款，以及意象定位詞30個。然后收集這10款打捆機的等軸側圖各一張，使用CorelDRAW繪圖軟件將打捆機代表性樣本的等軸側圖背景統(tǒng)一調整為白色，灰度處理以消除涂裝色對實驗的干擾。圖片處理好后依次導入犀牛6軟件，通過遮罩工具將透明度項調整為5%，得到打捆機最終樣本，見圖2。30個意象定位詞構成情感知覺詞匯庫，見圖3。最后邀請20位專業(yè)人員（打捆機用戶10人，設計師5人，裝備制造專家5人）進行打捆機意象定位調研，受訪者在犀牛6軟件中對虛擬三維打捆機樣本進行觀察，之后從虛擬打捆機樣本中選出5～10款各自認為較好的產(chǎn)品，對照情感知覺詞匯庫，對選出的每款打捆機使用至少2個情感知覺詞進行描述，并將每位受訪者對不同打捆機的描述詞進行記錄。通過Python軟件開發(fā)詞頻統(tǒng)計程序，對所有記錄的描述詞進行統(tǒng)計分析，最后得到意象約束詞云圖及其出現(xiàn)頻率，見圖4。圖中字號越大代表詞頻越高，按照詞頻高低確定打捆機意象定位詞，即力量感和簡潔感。

圖2 打捆機樣本

圖3 情感知覺詞匯庫

2.1.2 品牌風格提取

品牌風格傳承著企業(yè)的文化與精神，影響著產(chǎn)品設計風格，在產(chǎn)品形態(tài)上主要表現(xiàn)為涂裝和局部細節(jié)特征造型設計等，設計過程中刻意保留部分特征延續(xù)到其他系列產(chǎn)品從而形成獨特的品牌風格。通過提取打捆機生產(chǎn)企業(yè)所有的產(chǎn)品特征，歸納出其品牌風格以具有力量感的直線為主，折線為輔，主體為綠色，輔色為灰色和黑色。采用形態(tài)分析法，通過CorelDRAW繪圖軟件提取打捆機品牌風格特征，得到打捆機設計原型，見圖5。由于進料口和料倉結構的限制，此次設計不對二者的形態(tài)進行重新設計。

圖4 意象約束詞云及被使用頻率

圖5 品牌風格設計原型

2.2 創(chuàng)新形態(tài)設計

2.2.1 幾何形態(tài)原型設計

邀請工作經(jīng)驗3年以上的機械行業(yè)設計師和工業(yè)設計師各3名，圍繞力量感、簡潔感意象定位進行關聯(lián)性二維幾何形態(tài)繪制。通過設計師內部篩選，最終確定了10款具有代表性的幾何形態(tài)組成創(chuàng)新幾何形態(tài)原型庫，見表1。

表1 幾何形態(tài)原型庫

2.2.2 形態(tài)融合

形態(tài)融合旨在快速、有效地完成產(chǎn)品的創(chuàng)新設計。采用形態(tài)融合設計方法，不僅能提高設計效率，而且能使產(chǎn)品設計方案無限接近使用者的意象認知，這有助于企業(yè)在市場競爭中獲取先機。利用形狀文法，將設計原型和創(chuàng)新幾何形態(tài)進行形態(tài)融合，由此獲得新形態(tài)。

運用7種形狀文法原則，對圓草捆打捆機進行形態(tài)融合設計，分別是置換（S1）、增刪（S2）、縮放（S3）、鏡像（S4）、復制（S5）、旋轉（S6）、坐標微調（S7）。出料口和打捆室形態(tài)融合流程，見表2。

3 整體形態(tài)設計

3.1 虛擬設計系統(tǒng)硬件配置

運用4臺投影儀、3臺圖形工作站、1套ART動態(tài)捕捉傳感器、1副O(jiān)ptitrack動態(tài)捕捉眼鏡、1個HTC無線遙控手柄、1塊投影顯示屏、2臺圖形融合機，以及15副3d眼鏡構建沉浸式虛擬現(xiàn)實環(huán)境。

表2 形態(tài)融合設計

Tab.2 Form fusion design

3.2 虛擬設計系統(tǒng)軟件配置

運用MotioninJoy Gamepad tool、Motive、ActiveVR、MakeReal3D這4款軟件構建虛擬設計評價系統(tǒng)，其中MakeReal3D及ActiveVR為北京朗迪鋒公司自主研發(fā)的工業(yè)虛擬現(xiàn)實仿真平臺，該軟件具有交互性、逼真性、精確性、兼容性等特點。

3.3 空間形態(tài)設計

空間約束旨在探索產(chǎn)品結構與形態(tài)設計的均衡點，既是形式追隨功能，也是功能迎合形式的設計表現(xiàn)，能最大限度降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

首先，機械工程師和產(chǎn)品設計師需要深度合作，對打捆機的功能需求進行分析并構建三維模型。然后，根據(jù)空間約束條件和主體形態(tài)設計方案進行虛擬設計，結合形態(tài)融合方案，對打捆機出料口和打捆室的形態(tài)進行組合，以打捆機三維結構模型為出發(fā)點劃分其空間布局。利用犀牛6軟件進行粗模搭建，利用Makereal3D的在線模式將粗模導入其內部，在已搭建好的交互式虛擬設計環(huán)境中對粗模進一步優(yōu)化，直到得到可用于生產(chǎn)的精細模型。最后，參照企業(yè)標準色進行涂裝效果展示，見圖6。

3.4 方案生成

設計方案直觀體現(xiàn)了產(chǎn)品設計的最終效果。由6位具有豐富設計工作經(jīng)驗的設計師在虛擬交互環(huán)境下，采用上述研究方法進行方案設計，最終得到多款打捆機設計方案，經(jīng)過裝備制造專家、生產(chǎn)代表、機械設計師、工業(yè)設計師、客戶對方案的初步挑選，最終獲得6款設計方案，見表3。

圖6 空間形態(tài)設計

表3 初步設計方案

Tab.3 Preliminary design scheme

4 虛擬驗證與評價

4.1 設計評分卡

為快速獲取裝備制造專家、生產(chǎn)代表、機械設計師、工業(yè)設計師、客戶對設計方案的評審結果，設計了專用評分卡，見圖7。每個方案效果圖對應一張評分卡，評分卡上有4個評價目標，每個評價目標后面有5個分數(shù)等級可選擇，分別對應1～5分，數(shù)值1代表最不符合，數(shù)值2代表不符合，數(shù)值3代表基本符合，數(shù)值4代表符合，數(shù)值5代表很符合，評價人員根據(jù)自身情況進行評價打分。

圖7 評分卡

4.2 方案評價

此次方案評價主要圍繞打捆機形態(tài)設計是否符合農機裝備形式追隨功能的設計原則，形態(tài)尺寸是否符合實際加工要求及有無結構干涉展開。邀請評價人員15人，其中機械行業(yè)專家4人，機械結構、電控、液壓、控制程序設計師各1人，形態(tài)設計師4人，企業(yè)代表1人，用戶2人，工作人員在虛擬環(huán)境下分別對6款方案進行展示。方案評價見圖8。展示內容包括：第1步，虛擬漫游，見圖8a，目的在于展示打捆機形態(tài)設計方案，檢驗整機形態(tài)是否協(xié)調；第2步，尺寸測量和關鍵點標記，見圖8b，尺寸測量用于檢驗形態(tài)設計是否符合人機尺寸設計要求，關鍵點標記的目的是標記打捆機形態(tài)設計中的主要特征，便于評審人員做出評價；第3步，拆分和虛擬剖視設計對象，見圖8c—8d，旨在驗證打捆機裝配關系是否正確，機械結構設計有無缺陷，運動部件之間有無干涉等，評價人員使用評分卡根據(jù)演示內容進行現(xiàn)場打分。

圖8 方案評價

4.3 評價結果分析

根據(jù)評審專家現(xiàn)場打分結果，共收集到有效評分卡90張，按產(chǎn)品方案分為6類，統(tǒng)計每張評分卡的數(shù)值并計算出平均值，獲得評審專家評價值。依次計算出每個方案15張評分卡專家評價值的平均值，得到每個方案綜合評價值。統(tǒng)計綜合評價值并制作柱狀圖，結果顯示6款方案的綜合評價值在3.9～4.5分，均大于評價中間值3分，見圖9。綜上，6款方案均符合設計定位，其中方案3評分排第1，其形態(tài)通過形狀文法演化而來，最為符合力量感、簡潔感的意象定位，驗證了此研究方法的有效性，最終虛擬樣機方案，見圖10。

圖9 評價結果

圖10 虛擬樣機效果

5 結語

從感性認知與虛擬設計的角度，提出虛擬感性工學下的農業(yè)裝備形態(tài)設計方法。通過感性工學理論提取設計要素，指導并完成主體形態(tài)設計。通過虛擬現(xiàn)實技術構建虛擬仿真實驗系統(tǒng)，實現(xiàn)了空間約束下的產(chǎn)品整體形態(tài)設計與評價，將兩者結合應用于圓草捆打捆機形態(tài)設計，在保證功能、結構合理的情況下，得到參評人員認可的設計方案。該方法不僅縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，而且減少了空間資源的占用和人力物力的投入，提高了企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)的進度和效率。

[1] 創(chuàng)新設計發(fā)展戰(zhàn)略研究項目組. 制造業(yè)創(chuàng)新設計[M]. 上海: 上海交通大學出版社, 2017: 3-16.

Innovative Design Development Strategy Research Project Team. Innovation Design of Manufacturing[M]. Shanghai: Shanghai Jiao Tong University Press, 2017: 9-10.

[2] 劉宏新, 王登宇, 郭麗峰, 等. 先進設計技術在農業(yè)裝備研究中的應用分析[J]. 農業(yè)機械學報, 2019, 50(7): 1-18.

LIU Hong-xin, WANG Deng-yu, GUO Li-feng, et al.Development of Advanced Design Technology and Its Application in Agricultural Equipment. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2019, 50(7): 1-18.

[3] 杜岳峰, 傅生輝, 毛恩榮, 等. 農業(yè)機械智能化設計技術發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J]. 農業(yè)機械學報, 2019, 50(9): 1-17.

DU Yue-feng, FU Sheng-hui, MAO En-rong, et al. Development Situation and Prospects of Intelligent Design for Agricultural Machinery[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2019, 50(9): 1-17.

[4] 張自敏, 樊艷英, 陳冠萍, 等. 農業(yè)數(shù)字化車間制造過程研究—基于物聯(lián)網(wǎng)和智能大數(shù)據(jù)云存儲[J]. 農業(yè)化研究, 2019, 41(10): 229-233.

ZHANG Zi-min, FAN Yan-ying, CHEN Guan-ping, et al. Research on the Manufacturing Process of Agricultural Machinery Digital Workshop: Based on the Internet of Things and Smart Large Data Cloud Storage[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2019, 41(10): 229-233.

[5] 林麗, 郭主恩, 陽明慶. 面向產(chǎn)品感性意象的造型優(yōu)化設計研究現(xiàn)狀及趨勢[J]. 包裝工程, 2020, 41(2): 65-79. LIN Li, GUO Zhu-en, YANG Ming-qing. Current Research Situation and Trend of Product Image-based Modeling Optimization[J]. Packaging Engineering, 2020, 41(2): 65-79.

[6] QIU K, SU J N, ZHANG X X, et al. Evaluation and Balance of Cognitive Friction: Evaluation of Product Target Image Form Combining Entropy and Game Theory[J]. Symmetry, 2020, 12(9): 1-19.

[7] 徐驍琪, 程永勝, 陳國強. 基于AHP法的房車造型評價方法及應用研究[J]. 機械設計, 2020, 37(6): 140- 144.

XU Xiao-qi, CHENG Yong-sheng, CHEN Guo-qiang. Evaluation Method and Application of RV Modeling Based on AHP Method[J]. Journal of Machine Design, 2020, 37(6): 140-144.

[8] K?HLER M, FALK B, SCHMITT R. Applying Eye- Tracking in Kansei Engineering Method for Design Evaluations in Product Development[J]. International Journal of Affective Engineering, 2015, 14(3): 241-251.

[9] DENG L, WANG G H. Application of EEG and Interactive Evolutionary Design Method in Cultural and Creative Product Design[J]. Computational Intelligence and Neuroscience, 2019(9): 1-16.

[10] 丁滿, 程語, 黃曉光, 等. 感性工學設計方法研究現(xiàn)狀與進展[J]. 機械設計, 2020, 37(1): 121-127.

DING Man, CHENG Yu, HUANG Xiao-guang, et al. Status and Progress of Kansei Engineering Design Method[J]. Journal of Machine Design, 2020, 37(1): 121-127.

[11] QUAN H F, LI S B, HU J J. Product Innovation Design Based on Deep Learning and Kansei Engineering[J]. Applied Sciences, 2018, 8(12): 1-17.

[12] ARIYANTI F D, CHAN S. Kansei Engineering, Manova and Quality Function Deployment to Design Bottle Packaging and Seasoning Quality[J]. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2020(26): 1-8.

[13] 付成杰, 畢延剛, 沈學會. 基于感性工學的框架眼鏡造型意象研究[J]. 包裝工程, 2020, 41(2): 269-275.

FU Cheng-jie, BI Yan-gang, SHEN Xue-hui. The Shape Image of Frame Glasses Based on Kansei Engineering[J]. Packaging Engineering, 2020, 41(2): 269-275.

[14] 蘇建寧, 李曉曉, 王鵬, 等. 面向品牌風格的機械裝備造型創(chuàng)新設計研究[J]. 包裝工程, 2019, 40(18): 28-34.

SU Jian-ning, LI Xiao-xiao, WANG Peng, et al. Innovative Design of Mechanical Equipment Form for Brand Style[J]. Packaging Engineering, 2019, 40(18): 28-34.

[15] 曹國忠, 賀蕾, 于晶晶. 虛擬交互輔助產(chǎn)品外觀設計流程研究[J]. 機械設計, 2019, 36(12): 134-139.

CAO Guo-zhong, HE Lei, YU Jing-jing.Study on Appearance Design Flow of Virtual Interactive Assistant Products[J]. Journal of Machine Design, 2019, 36(12): 134-139.

[16] 范文潔. 沉浸式虛擬現(xiàn)實技術下的產(chǎn)品設計評價研究[D]. 泉州: 華僑大學, 2016.

FAN Wen-jie. Research on Product Design Evaluation Based on Immersive Virtual Reality Technology[D]. Quanzhou:Huaqiao University, 2016.

[17] 孫遠波, 董一辰, 高若琳, 等. 車輛人機交互設計虛擬評價系統(tǒng)構建與應用[J]. 包裝工程, 2019, 40(2): 17-22.

SUN Yuan-bo, DONG Yi-chen, GAO Ruo-lin, et al. Construction and Application of Virtual Evaluation System for Vehicle Human-Machine Interaction Design[J]. Packaging Engineering, 2019, 40(2): 17-22.

[18] 嚴褒. 基于虛擬現(xiàn)實技術的工業(yè)產(chǎn)品造型設計[J]. 現(xiàn)代電子技術, 2019, 42(3): 184-186.

YAN Bao. Industrial Products Modeling Design Based on Virtual Reality Technology[J]. Modern Electronics Technique, 2019, 42(3): 184-186.

[19] KIM H, LEE H, LEE S, et al. A Case Study on Design Verification for Supportability of Weapon System Based on Virtual Reality[J]. Journal of the KIMST, 2016, 19(1): 76-83.

[20] 何燦群, 王松琴. 感性工學的方法與研究探討[J]. 裝飾, 2006(10): 16.

HE Can-qun, WANG Song-qin. Approach of Kansei Engineering and Academic Exploration[J]. Zhuangshi, 2006(10): 16.

[21] 代明遠, 王明江, 肖利偉, 等. 工程機械產(chǎn)品虛擬設計應用綜述[J]. 機械設計, 2020, 37(3): 128-134.

DAI Ming-yuan, WANG Ming-jiang, XIAO Li-wei, et al. Review on Virtual Design Applications of Engineering Machinery Products[J]. Journal of Machine Design, 2020, 37(3): 128-134.

[22] 王偉偉, 楊延璞, 楊曉燕, 等. 基于形狀文法的產(chǎn)品形態(tài)創(chuàng)新設計研究與實踐[J]. 圖學學報, 2014, 35(1): 68-73.

WANG Wei-wei, YANG Yan-pu, YANG Xiao-yan, et al. Method of Product Form Design Based on Shape Grammar[J]. Journal of Graphics, 2014, 35(1): 68-73.

Agricultural Equipment Form Design Based on Virtual Kansei Engineering

LIU Ming-yuan1,2, HE Cheng-zhu1, ZOU Jian-qiang1

(1.Gansu Academy of Mechanical Sciences Co., LTD, Lanzhou 730030, China; 2.Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, China)

This paper aims to explore the method of combining constraint elements in the form design of agricultural equipment with virtual reality technology to carry out innovative design, so as to quickly respond to the needs of the target market, improve the success rate of design objects and design quality, and reduce design time. Firstly, the methods of virtual experience, interview survey and word frequency statistics are used to determine the product image constraint positioning in a combination of qualitative and quantitative methods; secondly, the morphological analysis method is adopted to extract the brand style characteristics of the target product, designers are invited to design image geometric forms under the constraints of the image, and the two form a hybrid prototype library; then, the shape grammar is used to form the fusion of the brand style features and the image geometry in the mixed prototype library to complete the main form design; finally, a design environment is build based on interactive virtual experience scenes, and the overall form design and review of the target product under space constraints are completed. With the silage round baler as an example, the effectiveness and practicability of the perceptual engineering combined with virtual reality technology in the form design of agricultural equipment are verified. From the perspective of image, brand style, space constraints and virtual design, a method of agricultural equipment form design under virtual perceptual engineering is proposed. This method effectively improves the progress and success rate of agricultural equipment form design, and provides ideas for product form design in related fields.

kansei engineering; virtual reality; shape grammar; agricultural equipment; form design

TB472

A

1001-3563(2022)06-0041-08

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.06.005

2021-11-30

國家重點研發(fā)計劃（2017YFD0700105-3）

劉明遠（1991—），男，碩士，工程師，主要研究方向為產(chǎn)品設計。