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一種多級楔形思維在智能cad中的應用

近年來,人工智能的研究主要基于演繹思維方式,該方法主要介紹人類的抽象邏輯活動。事實上,人類創(chuàng)造性思維在產(chǎn)品方案設(shè)計中的作用更為重要。筆者以加工中心刀庫為設(shè)計對象,采用菱形思維方法描述創(chuàng)造性思維進行產(chǎn)品方案設(shè)計。首先建立刀庫多級菱形思維模型,然后根據(jù)物元的可拓性進行發(fā)散性設(shè)計得出多種設(shè)計方案,并運用真?zhèn)涡畔⑴袆e方法及模糊意見集中法等評價方法進行收斂性思維,最終確定設(shè)計方案。1多級波形思維模型的建立利用物元的可拓性,對物元進行開拓,然后利用合適的評價方法進行篩選,從而收斂成少量物元的思維方式稱為菱形思維方法。菱形思維是一種先發(fā)散后收斂的思維方式。由于人們的創(chuàng)造性思維過程包括發(fā)散性思維和集中性思維,所以菱形思維能很好地描述人們的創(chuàng)造性思維過程。建立菱形思維模型,可將人們的創(chuàng)造性思維形式化,使最終用計算機模擬人的創(chuàng)造性思維過程成為可能。人們從事的許多活動,都可以用物元來描述。從某一物元出發(fā),利用物元的可拓方法,沿不同的途徑開拓出多個物元,從而獲得大量的信息,為分析問題和解決問題提供豐富的資料,這個過程稱為發(fā)散過程。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)客觀條件的限制和解決不同問題的不同需要,從可行性、優(yōu)劣性、真?zhèn)涡浴⑾嗳菪猿霭l(fā),對發(fā)散過程得到的大量物元進行評價,篩選出符合要求的少量物元,這個過程稱為收斂過程。最后,對選出的物元進行物元變換或綜合處理,可以得到超乎尋常的新觀點、新思想、新方案。這個過程就是一級菱形思維過程。在解決一些復雜問題時,采用一級菱形思維方法往往是不夠的,而是采用發(fā)散—收斂—再發(fā)散—再收斂……的思維方式。如此反復多次的菱形思維過程,正是人類創(chuàng)造性思維過程的真實反映。這種思維方法可以看成是一級菱形思維方法的多級串聯(lián)或并聯(lián),稱為多級菱形思維方法,其模型見圖1。圖中,n>m;p>m;R為待設(shè)計刀庫的物元。在上述模型中,發(fā)散過程為R——|{R1,R2,…,Rn}(1)式中,{R1,R2,…,Rn}為進行發(fā)散性思維得到的刀庫方案物元集。它根據(jù)物元的可拓方法進行發(fā)散。根據(jù)問題的需要和條件,可以利用發(fā)散樹、分合鏈、相關(guān)網(wǎng)、共軛對,或綜合其中若干個方法進行發(fā)散。而收斂的過程為{R1,R2,…,Rn}|——{R′1,R′2,…,R′m}(2)式中,{R′1,R′2,…,R′m}為{R1,R2,…,Rn}采用真?zhèn)涡畔⑴袆e法評價收斂后得到的方案物元集。根據(jù)評價方法如真?zhèn)涡畔⑴袆e方法、優(yōu)度評價方法、物元相容度判別法等,從真?zhèn)纬潭?、?yōu)劣程度或者相容程度去篩選發(fā)散出來的物元。根據(jù)加工中心刀庫設(shè)計要求,建立刀庫二級菱形思維模型(見圖2)。圖中,{R″1,R″2,…,R″p}為{R′1,R′2,…,R′m}再次發(fā)散后得到的方案物元集;R*為{R″1,R″2,…,R″p}使用模糊意見集中法收斂后得到的最佳設(shè)計方案;L1和L2分別為真?zhèn)涡畔⑴袆e法和模糊意見集中法2種評價方法。2刀庫物元模型設(shè)計要求如下:刀庫容量一般、結(jié)構(gòu)不復雜、轉(zhuǎn)動慣量適中、選刀時間越短越好,靈活性可以是一般、較靈活、靈活。假設(shè)機床主軸的布局形式可以是任意的。在加工中心刀庫方案設(shè)計過程中刀庫的容量、轉(zhuǎn)動慣量、選刀時間、刀庫結(jié)構(gòu)及其靈活性等因素起著主要的作用,因此在設(shè)計過程中將刀庫的容量、轉(zhuǎn)動慣量、選刀時間、刀庫結(jié)構(gòu)及靈活性作為刀庫物元模型的特征,這些特征的量值都是用模糊語言來定性描述的。將待設(shè)計刀庫用物元表示為R=(Ν,C,C(Ν))=[刀庫Ν容量c1一般轉(zhuǎn)動慣量c2中選刀時間c3c3(Ν)結(jié)構(gòu)c4c4(Ν)靈活性c5c5(Ν)](3)式中,c3(N)∈V′3;c4(N)∈V′4;c5(N)∈V′5;V′3={一般,較短,短};V′4={一般,較簡單,簡單};V′5={一般,較靈活,靈活}。根據(jù)刀庫的工作原理、布局配置、換刀方式等要求,利用物元的發(fā)散樹方法得刀庫物元式中,c3(N1)∈V′3;c4(N1)∈V′4;c5(N1)∈V′5。式中,c3(N2)∈V′3;c4(N2)∈V′4;c5(N2)∈V′5。式中,c3(N3)∈V′3;c4(N3)∈V′4;c5(N3)∈V′5。式中,c3(N4)∈V′3;c4(N4)∈V′4;c5(N4)∈V′5。3物元真?zhèn)涡畔⑴袆e在搜索和診斷等過程中,人們會得到各種各樣的信息,如何鑒別一各物元的真?zhèn)?就成為判斷過程中必須考慮的問題。給定多維物元若對一切i=1,2,…,n,ci(N)=vi,則稱R為真物元,記作R@;若有某一i0∈{1,2,…,n},使ci0(N)≠vi0,則稱R為偽物元,記作Rˉ@。給定物元和各量值的量值域V0i(i=1,2,…,n),稱Κ(R)=min1≤i≤nΚi(vi)為多維物元R的真?zhèn)味?其中Ki(vi)為分物元Ri關(guān)于V0i的真?zhèn)味取_\用物元真?zhèn)涡畔⑴袆e方法可以對上述發(fā)散過程進行收斂。對于刺猬式刀庫來說,其結(jié)構(gòu)十分緊湊,刀庫容量大,且刺猬式刀庫選刀和取刀的動作較復雜,選刀時間較長,而N2的容量為“一般”,選刀時間為c3(N2)∈V′3,與實際不符,所以根據(jù)多維物元真?zhèn)闻袆e法知R2為偽物元。對于鏈式刀庫來說,其容量較大,而R3中N3容量特征的量值為“一般”,與實際不符,所以R3為偽物元。對于多排鏈式刀庫,其容量大,且結(jié)構(gòu)復雜,而N4的容量特征為“一般”,結(jié)構(gòu)特征為c4(N4)∈V′4,與實際不符,所以R4也為偽物元。這樣經(jīng)過一次收斂后得到物元4量c2選取刀時間現(xiàn)在再次進行刀庫物元發(fā)散性思維。對于單鼓輪式刀庫,按其刀具軸線的不同方向配置,即刀具軸線與鼓輪軸線有平行、垂直、斜向3種形式,經(jīng)過發(fā)散設(shè)計后就得刀庫物元R?1=[單鼓輪式刀庫Ν11容量c1一般轉(zhuǎn)動慣量c2中選刀時間c3c3(Ν11)結(jié)構(gòu)c4c4(Ν11)靈活性c5c5(Ν11)](10)式中,c3(N11)∈V′3;c4(N11)∈V′4;c5(N11)∈V′5。R?2=[單鼓輪式刀庫Ν12容量c1一般轉(zhuǎn)動慣量c2中選刀時間c3c3(Ν12)結(jié)構(gòu)c4c4(Ν12)靈活性c5c5(Ν12)](11)式中,c3(N12)∈V′3;c4(N12)∈V′4;c5(N12)∈V′5。R?3=[單鼓輪式刀庫Ν13容量c1一般轉(zhuǎn)動慣量c2中選刀時間c3c3(Ν13)結(jié)構(gòu)c4c4(Ν13)靈活性c5c5(Ν13)](12)式中,c3(N13)∈V′3;c4(N13)∈V′4;c5(N13)∈V′5。5種加工中心刀庫設(shè)計方案borda數(shù)的確定用模糊意見集中法,對發(fā)散出的產(chǎn)品方案進行收斂。對論域U={u1,u2,…,un}中的元素進行排序,如果另有一個團體X,X內(nèi)成員個數(shù)為m,X中每個成員將U中元素排成線性序(或預序、偏序、線性預序等),稱為意見,于是有m種意見,現(xiàn)研究如何將m種意見集中成一個意見。設(shè)Li是U中的一個線性序,令x∈U,Bi(x)為序Li中后于x的元素個數(shù),如果序有m個L1,L2,…,Lm,令B(x)=m∑i=1Bi(x)(13)式中,B(x)為x的Borda數(shù)。U中的元素按Borda數(shù)的大小可以得到一個新的排序。一般地說,x是在Li中是第k名,則Bi(x)=n-k,因此,Bi(x)可看成x在序Li中的得分。Borda數(shù)B(x)就是x在各個序L1,L2,…,Ln中得分數(shù)總和。賦權(quán)Borda數(shù)為?B(x)=m∑i=1αiBi(x)(14)式中,αi為賦予Li的權(quán)重,一般由專家經(jīng)驗確定。比較U中的元素Borda數(shù)B(x)值的大小,就可以得出U中元素的優(yōu)劣排序。對于上面發(fā)散出的刀庫物元R″1、R″2、R″3,可以看作是3種加工中心刀庫設(shè)計方案,這3種方案構(gòu)成論域U,即U={A1,A2,A3}。刀庫物元的特征集合可以看作是評判因素(意見)集合(團體)V,即V={刀庫容量,轉(zhuǎn)動慣量,選刀時間,結(jié)構(gòu),靈活性}。對于刀庫容量,容量優(yōu)劣排序依次為大、較大、一般、較小、小;對于刀庫的轉(zhuǎn)動慣量,優(yōu)劣排序依次為小、較小、中、較大、大;對于選刀時間,優(yōu)劣排序依次為短、較短、一般、較長、長;對于刀庫結(jié)構(gòu),優(yōu)劣排序依次為簡單、較簡單、一般、較復雜、復雜;對于靈活性,優(yōu)劣排序依次為靈活、較靈活、一般、較笨重、笨重。若目前設(shè)計最關(guān)心刀庫的容量大小及結(jié)構(gòu)復雜程度,對各指標賦以權(quán)重α=(0.35,0.10,0.10,0.35,0.10)。由刀庫容量,對各方案的優(yōu)劣排序為(A1、A2、A3);由轉(zhuǎn)動慣量,對各方案的優(yōu)劣排序為(A1、A2、A3);由選刀時間,對各方案的優(yōu)劣排序為A1、A3、A2;由刀庫結(jié)構(gòu),

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