第二章-智能設(shè)計(jì)技術(shù)

第2章智能設(shè)計(jì)技術(shù)1.概述2.設(shè)計(jì)方案的智能映射與決策本章要點(diǎn)3.智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)4.智能CAD系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法5.智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)實(shí)例概述概述01智能設(shè)計(jì)的產(chǎn)生、發(fā)展02智能設(shè)計(jì)的特點(diǎn)01智能設(shè)計(jì)的產(chǎn)生與發(fā)展智能設(shè)計(jì)：指應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)，采用計(jì)算機(jī)模擬人類的思維活動(dòng)，提高計(jì)算機(jī)的智能水平，從而使計(jì)算機(jī)能夠更多、更好地承擔(dān)設(shè)計(jì)過程中各種復(fù)雜任務(wù)，成為設(shè)計(jì)人員的重要輔助工具。智能設(shè)計(jì)在ICAD階段，是以設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)的形式出現(xiàn)，僅僅是為解決設(shè)計(jì)中某些困難問題的需要而產(chǎn)生的。在I2CAD階段，表現(xiàn)形式是人機(jī)智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，順應(yīng)了制造業(yè)的柔性、多樣性、低成本、高質(zhì)量的市場需求。01智能設(shè)計(jì)的產(chǎn)生與發(fā)展智能設(shè)計(jì)的產(chǎn)生：

可以追溯到專家系統(tǒng)技術(shù)最初應(yīng)用的時(shí)期，其初始形態(tài)都采用了單一知識(shí)領(lǐng)域的符號(hào)推理技術(shù)——設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)，這對(duì)于設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)從信息處理自動(dòng)化走向知識(shí)處理自動(dòng)化有著重要意義，但設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)僅僅是為解決設(shè)計(jì)中某些困難問題的局部需要而產(chǎn)生的，只是智能設(shè)計(jì)的初級(jí)階段。01智能設(shè)計(jì)的產(chǎn)生與發(fā)展近10年來，CIMS的迅速發(fā)展向智能設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)，在計(jì)算機(jī)提供知識(shí)處理自動(dòng)化(這可由設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)完成)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)決策自動(dòng)化，即幫助人類設(shè)計(jì)專家在設(shè)計(jì)活動(dòng)中進(jìn)行決策。在大規(guī)模的集成環(huán)境下，人在系統(tǒng)中扮演的角色將更加重要。人類專家將永遠(yuǎn)是系統(tǒng)中最有創(chuàng)造性的知識(shí)源和關(guān)鍵性的決策者。

因此，CIMS這樣的復(fù)雜巨系統(tǒng)必定是人機(jī)結(jié)合的集成化智能系統(tǒng)。與此相適應(yīng)，面向CIMS的智能設(shè)計(jì)走向了智能設(shè)計(jì)的高級(jí)階段——人機(jī)智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。01智能設(shè)計(jì)的產(chǎn)生與發(fā)展設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)解決的核心問題是模式設(shè)計(jì)，方案設(shè)計(jì)可作為其典型代表。與設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)不同，人機(jī)智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)要解決的核心問題是創(chuàng)新設(shè)計(jì)，這是因?yàn)樵贑IMS這樣的大規(guī)模知識(shí)集成環(huán)境中，設(shè)計(jì)活動(dòng)涉及多領(lǐng)域和多學(xué)科的知識(shí)，其影響因素錯(cuò)綜復(fù)雜。創(chuàng)新設(shè)計(jì)是人機(jī)智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的核心所在。設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)與人機(jī)智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)在內(nèi)核上存在差異，由此可派生出兩者在其他方面的不同點(diǎn)，例如，設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)一般只解決某一領(lǐng)域的特定問題，比較孤立和封閉，難以與其他知識(shí)系統(tǒng)集成，而人機(jī)智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)面向整個(gè)設(shè)計(jì)過程，是一種開放的體系結(jié)構(gòu)。01智能設(shè)計(jì)的產(chǎn)生與發(fā)展智能設(shè)計(jì)的發(fā)展與CAD的發(fā)展聯(lián)系在一起，在CAD發(fā)展的不同階段，設(shè)計(jì)活動(dòng)中智能部分的承擔(dān)者是不同的。傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)只能處理計(jì)算型工作，設(shè)計(jì)智能活動(dòng)是由人類專家完成的。在ICAD階段，智能活動(dòng)由設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)完成，但由于采用單一領(lǐng)域符號(hào)推理技術(shù)的專家系統(tǒng)求解問題能力的局限，設(shè)計(jì)對(duì)象(產(chǎn)品)的規(guī)模和復(fù)雜性都受到限制，這樣ICAD系統(tǒng)完成的產(chǎn)品設(shè)計(jì)主要還是常規(guī)設(shè)計(jì)，不過借助于計(jì)算機(jī)機(jī)支持，設(shè)計(jì)的效率大大提高。

在I2CAD階段，由于集成化和開放性的要求，智能活動(dòng)由人機(jī)共同承擔(dān)，這就是人機(jī)智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它不僅可以勝任常規(guī)設(shè)計(jì)，而且還可支持創(chuàng)新設(shè)計(jì)。因此，人機(jī)智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)是針對(duì)大規(guī)模復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)，它是面向集成的決策自動(dòng)化，是高級(jí)的設(shè)計(jì)自動(dòng)化。智能設(shè)計(jì)技術(shù)及其說明01智能設(shè)計(jì)的產(chǎn)生與發(fā)展02智能設(shè)計(jì)的特點(diǎn)由于CIM技術(shù)的發(fā)展和推動(dòng)，智能設(shè)計(jì)由最初的設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)發(fā)展到人機(jī)智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。雖然人機(jī)智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)也需要采用專家系統(tǒng)技術(shù)，但它只是將其作為自己的技術(shù)基礎(chǔ)之一。針對(duì)像CIMS這樣大規(guī)模集成化、自動(dòng)化的復(fù)雜系統(tǒng)，自80年代來人們開展了大量的研究，并在以往的計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算技術(shù)和人工智能科學(xué)及專家系統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上逐漸形成了一門新的學(xué)科，這就是智能工程。智能工程是適應(yīng)決策自動(dòng)化的一門新技術(shù)，它研究知識(shí)的自動(dòng)化處理及應(yīng)用的理論和方法，以及面對(duì)復(fù)雜問題建立集成化智能軟件系統(tǒng)的技術(shù)。02智能設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

智能工程是智能設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)，而智能設(shè)計(jì)則是智能工程的重要應(yīng)用領(lǐng)域。在未來的高度自動(dòng)化、集成化復(fù)雜系統(tǒng)中，只要計(jì)算機(jī)能做的，做得比人好的，就要盡量由計(jì)算機(jī)做。智能工程的主要任務(wù)就是要研究把哪些事情交給計(jì)算機(jī)做，如何去做，人的智能如何與計(jì)算機(jī)的智能相配合。隨著智能工程的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在決策自動(dòng)化的集成系統(tǒng)中所能承擔(dān)的工作會(huì)越來越多，人所承擔(dān)的繁雜的腦力勞動(dòng)會(huì)越來越少。

這種自動(dòng)化真正最大限度地把人從簡單勞動(dòng)中解放出來，只集中在最有創(chuàng)造力的腦力勞動(dòng)上。決策自動(dòng)化將使人類生產(chǎn)力發(fā)展到一個(gè)前所未有的高度，智能工程則是達(dá)到這樣一個(gè)高度的云梯02智能設(shè)計(jì)的特點(diǎn)智能設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：(1)以設(shè)計(jì)方法學(xué)為指導(dǎo)。智能設(shè)計(jì)的發(fā)展,從根本上取決于對(duì)設(shè)計(jì)本質(zhì)的理解。設(shè)計(jì)方法學(xué)對(duì)設(shè)計(jì)本質(zhì)、過程設(shè)計(jì)思維特征及其方法學(xué)的深入研究是智能設(shè)計(jì)模擬人工設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。(2)以人工智能技術(shù)為實(shí)現(xiàn)手段。借助專家系統(tǒng)技術(shù)在知識(shí)處理上的強(qiáng)大功能,結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù),較好的支持設(shè)計(jì)過程自動(dòng)化。(3)以傳統(tǒng)CAD技術(shù)為數(shù)值計(jì)算和圖形處理工具,提供對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析和圖形顯示輸出上的支持。(4)面向集成智能化。不但支持設(shè)計(jì)的全過程,而且考慮到與CAM的集成,提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)交換接口。(5)提供強(qiáng)大的人機(jī)交互功能。使設(shè)計(jì)師對(duì)智能設(shè)計(jì)過程的干預(yù),即與人工智能融合成為可能。設(shè)計(jì)方案的智能映射與決策設(shè)計(jì)方案的智能映射與決策01智能映射02智能決策03智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)智能CAD系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方案的智能映射與決策04智能CAD系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法05智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)實(shí)例01智能映射如圖2.1所示的計(jì)算機(jī)世界是一個(gè)由人和計(jì)算機(jī)構(gòu)成的有機(jī)的智能系統(tǒng)，它體現(xiàn)了新的生產(chǎn)方式，代表新的生產(chǎn)力水平，應(yīng)當(dāng)具有新的技術(shù)、生產(chǎn)組織和管理方式。它既要把現(xiàn)實(shí)世界作為一個(gè)服務(wù)對(duì)象，解決現(xiàn)實(shí)世界中存在的問題，以改造現(xiàn)實(shí)世界；同時(shí)它也要把現(xiàn)實(shí)世界作為自己發(fā)展的基礎(chǔ)和源泉。01智能制造模式要使智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)在更高水平承擔(dān)現(xiàn)實(shí)世界中提出的設(shè)計(jì)任務(wù)，首先還要經(jīng)過建模階段。設(shè)計(jì)知識(shí)模型實(shí)際上是從現(xiàn)實(shí)世界到邏輯世界的映射，它的建立最終是在邏輯世界完成的。而要進(jìn)一步利用和實(shí)施設(shè)計(jì)知識(shí)模型以完成設(shè)計(jì)任務(wù)，則要將邏輯世界中的設(shè)計(jì)知識(shí)模型映射到計(jì)算機(jī)世界中去。因此，三個(gè)世界之間有兩種映射關(guān)系存在，分別對(duì)應(yīng)前面所說的智能設(shè)計(jì)的兩大任務(wù)。01智能制造模式01智能制造模式通過映射依次顯現(xiàn)的三個(gè)世界構(gòu)成了一個(gè)隱含著知識(shí)處理各個(gè)環(huán)節(jié)的過程，如圖2.2所示?，F(xiàn)實(shí)世界包括了知識(shí)源，因此現(xiàn)實(shí)世界到邏輯世界的映射對(duì)應(yīng)著知識(shí)的獲??；在邏輯世界建立設(shè)計(jì)知識(shí)模型實(shí)質(zhì)上是知識(shí)的組織環(huán)節(jié)；由邏輯世界向計(jì)算機(jī)世界的映射則是將邏輯世界中的知識(shí)表達(dá)為計(jì)算機(jī)世界可處理和性的形式；在計(jì)算機(jī)世界要實(shí)施知識(shí)的集成，也包括集成引起的協(xié)調(diào)管理；最后則是利用經(jīng)過處理的知識(shí)以解決現(xiàn)實(shí)世界中的問題。因此，無論是從智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)建立的角度，還是從知識(shí)處理技術(shù)的角度來看，智能設(shè)計(jì)的研究內(nèi)容都是一致的。01智能制造模式01智能制造模式許多智能設(shè)計(jì)通過對(duì)設(shè)計(jì)師抽象思維的模擬，以邏輯推理的方式達(dá)到設(shè)計(jì)方案的創(chuàng)新。但在原理確定和基本不變下的許多創(chuàng)新設(shè)計(jì)往往是借助形象思維加以實(shí)現(xiàn)的，進(jìn)化設(shè)計(jì)目標(biāo)正是要加強(qiáng)設(shè)計(jì)師的形象思維和靈感思維能力來突破設(shè)計(jì)思維的屏障。智能設(shè)計(jì)為了更好的解決復(fù)雜的工程問題，應(yīng)用基于符合知識(shí)推理的方法來求解。對(duì)于基于符號(hào)知識(shí)的推理求解來說,初始設(shè)計(jì)通過專家知識(shí)的推理得到初步方案,再進(jìn)一步分析推理結(jié)果，然后評(píng)價(jià)其結(jié)果是否滿意。如果結(jié)果滿意,輸出結(jié)果;如果結(jié)果不滿意,修改相關(guān)參數(shù),重新確定新的方案,重復(fù)以上步驟直到結(jié)果滿意為止。基于符號(hào)知識(shí)的推理求解符號(hào)性知識(shí)和過程性知識(shí)，屬于邏輯思維。如圖2.3所示。01智能制造模式圖2.3智能設(shè)計(jì)的集成推理策略02智能決策現(xiàn)代設(shè)計(jì)方案的決策現(xiàn)代設(shè)計(jì)建立了許多自動(dòng)化設(shè)計(jì)方式，但是自動(dòng)化并不就意味著設(shè)計(jì)的智能化。當(dāng)前許多設(shè)計(jì)自動(dòng)化機(jī)制沒有采用人工智能原理，只是對(duì)遵循邏輯和物理規(guī)律的約束方程組的求解，如：借助人工干預(yù)的半自動(dòng)化設(shè)計(jì)、基于能量傳遞與轉(zhuǎn)化的能量鏈通過選擇合適的作用形式完成自動(dòng)設(shè)計(jì)、基于廣義映射原理的自動(dòng)設(shè)計(jì)創(chuàng)新、基于超變量的自動(dòng)設(shè)計(jì)、基于幾何約束的方案擇優(yōu)。02智能決策智能設(shè)計(jì)智能工程緊密相連。智能工程是適于工業(yè)決策自動(dòng)化的技術(shù)。而設(shè)計(jì)是復(fù)雜的分析、綜合與決策活動(dòng)。因此，可以認(rèn)為智能設(shè)計(jì)是智能工程這一決策自動(dòng)化技術(shù)在設(shè)計(jì)域中應(yīng)用的結(jié)果。02智能決策人類在生產(chǎn)、工作和日常生活中有大量的決策活動(dòng)。人們根據(jù)知識(shí)做決策。如果想用計(jì)算機(jī)來輔助決策，就必須要設(shè)法用計(jì)算機(jī)來自動(dòng)化地處理各種各樣的知識(shí)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)決策的自動(dòng)化（或決策的部分自動(dòng)化)。這就是智能工程要研究的問題，即如何用復(fù)合的知識(shí)模型代表人類社會(huì)各種決策活動(dòng)，如何使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來自動(dòng)化地處理這樣的復(fù)合知識(shí)模型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)決策自動(dòng)化?！霸O(shè)計(jì)"是人類生產(chǎn)和生活普遍存在而又非常重要的活動(dòng)，其中包括大量廣泛的依據(jù)知識(shí)做決策的過程。02智能決策利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的決策自動(dòng)化，其程度要受兩個(gè)因素的制約：①我們能在何種水平上建立起代表決策過程的識(shí)模型；②計(jì)算機(jī)處理這種知識(shí)模型的能力。第二個(gè)因素暫且不論，第一個(gè)因素涉及領(lǐng)域知識(shí)的獲取與組織。隨著智能工程理論與技術(shù)的發(fā)展，隨著人們對(duì)設(shè)計(jì)過程規(guī)律認(rèn)識(shí)的深入和提高，我們建立知識(shí)模型和利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來處理知識(shí)模型的能力將會(huì)越來越強(qiáng)，具體到設(shè)計(jì)領(lǐng)域，它標(biāo)志著我們?cè)谥悄茉O(shè)計(jì)方面的水平會(huì)越來越高。03關(guān)于設(shè)計(jì)決策的分析說明通過建模產(chǎn)生的設(shè)計(jì)方案往往多種多樣，并不唯一，這就需要在設(shè)計(jì)結(jié)果中進(jìn)行合理的選擇；另一方面，模型作為實(shí)際系統(tǒng)的抽象和簡化，往往難以一步到位，即難以一次性建立就能滿足要求，而需要不斷修正完善，這就表現(xiàn)為設(shè)計(jì)的迭代性。

設(shè)計(jì)選擇和迭代的基礎(chǔ)是評(píng)價(jià)，它們都與設(shè)計(jì)決策密切相關(guān)。事實(shí)上，設(shè)計(jì)工作的核心是在設(shè)計(jì)過程中的不斷綜合和反復(fù)決策。這種決策主要分為三種類型：①設(shè)計(jì)過程決策；②技術(shù)方案決策；③可接受性決策。03關(guān)于設(shè)計(jì)決策的分析說明設(shè)計(jì)過程決策是規(guī)劃決策，它決定設(shè)計(jì)的下一步做什么，怎樣進(jìn)行下一步的工作，是否進(jìn)行分析，利用什么樣的資源等。技術(shù)方案決策是安排具體的技術(shù)問題，例如，材料選擇、幾何形狀、結(jié)構(gòu)尺寸、技術(shù)要求、加工工藝等?？山邮苄詻Q策確定候選設(shè)計(jì)方案是否充分滿足目標(biāo)要求，并在多個(gè)滿足目標(biāo)要求的方案中擇優(yōu)采用一個(gè)方案。03關(guān)于設(shè)計(jì)決策的分析說明決策：

應(yīng)當(dāng)是具有設(shè)計(jì)專家水平的決策。也就是說，能夠用較少的迭代設(shè)計(jì)次數(shù)，獲得最佳的設(shè)計(jì)方案。

從總體上說，設(shè)計(jì)專家在決策中需要用到兩類知識(shí)：一類是專家在長期實(shí)踐中積累的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，另一類是各種決策數(shù)據(jù)，后者是由支持資源提供的。

這些支持資源包括：規(guī)劃資源、設(shè)計(jì)資源、數(shù)據(jù)資源、分析資源、評(píng)價(jià)資源以及圖形資源等。在設(shè)計(jì)過程中，智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)能請(qǐng)求不同資源的決策支持，如圖2.4所示。03關(guān)于設(shè)計(jì)決策的分析說明由于有支持資源為依據(jù)，可以減少?zèng)Q策的盲目性，提高決策的可靠性和有效性。建造智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)，正是要把各種資源和決策結(jié)合起來，這是智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)的一個(gè)顯著特點(diǎn)。將從智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體控制結(jié)構(gòu)出發(fā)，根據(jù)智能設(shè)計(jì)決策的實(shí)際需求，圍繞可接受性決策展開討論?？山邮苄詻Q策的核心內(nèi)容和關(guān)鍵問題是對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，而這種評(píng)價(jià)要綜合考慮所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和社會(huì)指標(biāo)等諸多方面的情況。04產(chǎn)品設(shè)計(jì)綜合評(píng)價(jià)的概念如圖2.5所示的再設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是一種適合于智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體控制結(jié)構(gòu)，它正確地反映了設(shè)計(jì)問題的求解思路。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的特征，在此基本控制結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上加以擴(kuò)展和完善。這種結(jié)構(gòu)在許多智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)中得到應(yīng)用，效果良好。其工作流程是：首先，系統(tǒng)根據(jù)用戶提出的技術(shù)要求，產(chǎn)生一個(gè)初始設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，再做出可接受性決策。如果方案被否定，則進(jìn)行再設(shè)計(jì)。04產(chǎn)品設(shè)計(jì)綜合評(píng)價(jià)的概念04產(chǎn)品設(shè)計(jì)綜合評(píng)價(jià)的概念這種“設(shè)計(jì)-分析-評(píng)價(jià)-可接受性決策-再設(shè)計(jì)”的循環(huán)一直進(jìn)行到得出可以接受的設(shè)計(jì)方案為止。當(dāng)然，可行的結(jié)果并不一定總是能夠得到的，如果迭代設(shè)計(jì)的次數(shù)太多，或者迭代設(shè)計(jì)的時(shí)間太長，可認(rèn)為再設(shè)計(jì)失敗。這時(shí)系統(tǒng)可以要求用戶降低可接受性指標(biāo)或修改技術(shù)要求，這種妥協(xié)調(diào)合的方式是符合真實(shí)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的實(shí)際情況的。當(dāng)然，系統(tǒng)應(yīng)能給出并解釋設(shè)計(jì)失敗的原因，同時(shí)推薦修改措施。04產(chǎn)品設(shè)計(jì)綜合評(píng)價(jià)的概念由于設(shè)計(jì)過程的可分性和設(shè)計(jì)狀態(tài)的多樣性，產(chǎn)品設(shè)計(jì)往往存在多個(gè)設(shè)計(jì)方案，即使對(duì)于同一個(gè)設(shè)計(jì)方案也會(huì)有不同的看法，故存在著設(shè)計(jì)方案優(yōu)選的問題；又由于設(shè)計(jì)過程的層次性和迭代性，使得設(shè)計(jì)方案可能會(huì)因?yàn)槠渌O(shè)計(jì)方面的修改或解決而需要重新考慮，因此，存在著產(chǎn)品整體設(shè)計(jì)目標(biāo)與局部設(shè)計(jì)目標(biāo)之間的協(xié)調(diào)和統(tǒng)一的問題。這些問題的解決都有賴于進(jìn)行科學(xué)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)。從圖2.5中也可看出，評(píng)價(jià)是可接受性決策的基礎(chǔ)，而產(chǎn)品設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)應(yīng)綜合考慮產(chǎn)品生命周期各個(gè)階段的諸多方面，才能保證其有效性，因此必然是一種綜合。04產(chǎn)品設(shè)計(jì)綜合評(píng)價(jià)的概念

綜合評(píng)價(jià)是指對(duì)被評(píng)價(jià)對(duì)象所進(jìn)行的客觀、公正、合理的全面評(píng)價(jià)。如果將對(duì)象（如產(chǎn)品設(shè)計(jì)）視為系統(tǒng)的話，上述問題可抽象地表述為：在若干個(gè)同類系統(tǒng)中，如何確認(rèn)哪個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行（或發(fā)展）狀況好，哪個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行（或發(fā)展）狀況差，這是一類常見的所謂綜合判斷問題，即綜合評(píng)價(jià)問題（comprehensiveevaluationproblem)。對(duì)于有限多個(gè)方案的決策問題來說，綜合評(píng)價(jià)是決策的前提，而正確的決策源于科學(xué)的綜合評(píng)價(jià)。04產(chǎn)品設(shè)計(jì)綜合評(píng)價(jià)的概念產(chǎn)品設(shè)計(jì)綜合評(píng)價(jià)應(yīng)圍繞設(shè)計(jì)方案展開，其主要工作是對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。為了在設(shè)計(jì)過程中對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較，及時(shí)向設(shè)計(jì)人員提供產(chǎn)品質(zhì)量、成本和時(shí)間等方面的信息，并做出經(jīng)濟(jì)、有效的決策，產(chǎn)品評(píng)價(jià)過程必須集成到設(shè)計(jì)決策過程中來。05產(chǎn)品設(shè)計(jì)綜合評(píng)價(jià)的特點(diǎn)（1）時(shí)域性。在不同的時(shí)代，市場和用戶對(duì)產(chǎn)品的要求不同；在產(chǎn)品開發(fā)的不同階段，設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)的內(nèi)容和重點(diǎn)不同；這種時(shí)間性反映出產(chǎn)品設(shè)計(jì)綜合評(píng)價(jià)具有動(dòng)態(tài)特性。同時(shí)，不同的人員對(duì)產(chǎn)品的評(píng)價(jià)要求不同；不同的地域和文化背景對(duì)產(chǎn)品的評(píng)價(jià)要求也不相同；這種地域性說明產(chǎn)品設(shè)計(jì)綜合評(píng)價(jià)具有相對(duì)性。（2）適時(shí)性。雖然設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)可以在設(shè)計(jì)過程的任何階段進(jìn)行，但如果能在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)Ξa(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行有重點(diǎn)的評(píng)價(jià)，這樣就會(huì)用較少的精力產(chǎn)生及時(shí)、有效的評(píng)價(jià)效果。（3）漸進(jìn)性。由于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程是一個(gè)漸進(jìn)的過程，設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)信息是隨著設(shè)計(jì)的進(jìn)程逐步完善和充實(shí)的，所以，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的綜合評(píng)價(jià)也是一個(gè)由表及里、由淺人深、由粗到細(xì)的漸進(jìn)過程。（4）模糊性/不確定性。設(shè)計(jì)決策過程所需的信息往往是不完全的，帶有模糊性；同時(shí)產(chǎn)品的定性和定量評(píng)價(jià)在設(shè)計(jì)、制造、使用以及回收再利用等產(chǎn)品整個(gè)生命周期中的各個(gè)階段都具有不確定性。（5）綜合性、多目標(biāo)性。產(chǎn)品設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)要圍繞整個(gè)產(chǎn)品生命周期，從產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、性能、可靠性等各個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，是一個(gè)多目標(biāo)決策問題，具有明顯的綜合特點(diǎn)。05產(chǎn)品設(shè)計(jì)綜合評(píng)價(jià)的特點(diǎn)06層次分析法在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，存在著多種形式的設(shè)計(jì)決策，有的比較簡單，而有些決策則相當(dāng)復(fù)雜，處理起來頗為困難。針對(duì)復(fù)雜而困難的決策問題，常常要將其分解成各個(gè)因素，把這些因素按支配關(guān)系分組形成有序的遞階層次結(jié)構(gòu)，并權(quán)衡其各方面的影響，然后綜合人的判斷，來決定諸因素相對(duì)重要性的先后優(yōu)劣次序。

層次分析法（analytichierarchyprocess，AHP）就是按這種“分解-判斷-綜合"的基本思路建立起來的，它是指將決策問題的有關(guān)因素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行定性判斷和定量分析的一種綜合評(píng)價(jià)方法。這一方法的特點(diǎn)，是在對(duì)復(fù)雜決策問題的本質(zhì)、影響因素其內(nèi)在關(guān)系等進(jìn)行深人分析之后，構(gòu)建一個(gè)層次結(jié)構(gòu)模型，然后利用較少的定量信息，把決策的思維過程數(shù)學(xué)化，從而為求解無結(jié)構(gòu)化的復(fù)雜決策問題，提供了一種簡便而實(shí)用的有效工具。當(dāng)你要進(jìn)行一次旅游時(shí)，如何選擇旅游地點(diǎn)呢？

假定有3個(gè)旅游地點(diǎn)可供你選擇，你大概會(huì)用景色、費(fèi)用、旅途條件等因素去衡量這些地點(diǎn)。

如果你對(duì)秀麗的水光山色特別偏愛，那么你可能會(huì)選擇風(fēng)景如畫的地方；如果費(fèi)用的節(jié)省在你的心目中占據(jù)很大的比重，那么你可能選擇距離較近的地方；如果你想享受現(xiàn)代交通工具、高級(jí)旅館的舒適，那么你可能選擇旅途條件優(yōu)越的地方等。

不妨把人們對(duì)這個(gè)問題的一般決策過程分解一下，大致有以下幾步：首先是確定景色、費(fèi)用、旅途條件等因素在影響你選擇旅游地點(diǎn)這個(gè)總目標(biāo)中各占有多大比重；然后是比較3個(gè)旅游地點(diǎn)的景色、費(fèi)用、旅途條件及其他條件如何；最后是綜合以上結(jié)果得到3個(gè)旅游地點(diǎn)在總目標(biāo)中所占的比重，一般應(yīng)該選擇比重最大的那個(gè)地點(diǎn)。這就是層次分析法的基本思想。06層次分析法運(yùn)用層次分析法解決問題，大致可以分為以下5個(gè)主要步驟：①明確問題，建立遞階層次結(jié)構(gòu)；②構(gòu)造判斷矩陣；③層次單排序；④判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)；⑤層次總排序及總體一致性檢驗(yàn)。06層次分析法07抽象層次模型根據(jù)智能設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，總結(jié)出智能設(shè)計(jì)抽象層次模型。如2.6圖所示，有目標(biāo)層、決策層、結(jié)構(gòu)層、算法層、邏輯層、傳輸層、物理層組成。目標(biāo)層主要是整個(gè)設(shè)計(jì)的總目標(biāo)，根據(jù)市場的需要和調(diào)查、用戶要求。決策層把要實(shí)現(xiàn)的總目標(biāo)分解成子目標(biāo),并采用相應(yīng)的求解方法與策略,表現(xiàn)為任務(wù)的分解與進(jìn)一步的決策。如智能設(shè)計(jì)中包含方案設(shè)計(jì)與布置設(shè)計(jì),針對(duì)不同的設(shè)計(jì)要求,確定采用什么樣的知識(shí)表達(dá)方法與求解策略。07抽象層次模型

結(jié)構(gòu)層提供問題組織與表達(dá)的方法。結(jié)構(gòu)層的合理確定,是保證系統(tǒng)統(tǒng)一和完整的先決條件。如目前廣泛采用的面向?qū)ο蟮慕M織方式,可以為問題的描述提供有力的支持,結(jié)構(gòu)層是實(shí)現(xiàn)集成的基礎(chǔ)。算法層是概念設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的一層,為決策層提供強(qiáng)有力的支持工具。算法層包所有可用的算法與方法。知識(shí)工程中的專家系統(tǒng)技術(shù)與基于實(shí)例的推理技術(shù)以及計(jì)算智能的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),遺傳算法都可以為決策層提供支持,是求解問題的關(guān)鍵所在。07抽象層次模型

邏輯層為算法層的協(xié)調(diào)、協(xié)作提供保障,邏輯層通過關(guān)系與約束把算法層溝通起來,使系統(tǒng)融合為一體。傳輸層保證信息的交換,數(shù)據(jù)的管理,是以上各層信息交流的平臺(tái)。物理層提供系統(tǒng)運(yùn)行的硬件環(huán)境,包括信息的存儲(chǔ)以及與其它外部設(shè)備的聯(lián)通。07抽象層次模型

圖2.6智能設(shè)計(jì)的抽象設(shè)計(jì)模型智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)*智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)01智能設(shè)計(jì)技術(shù)研究重點(diǎn)02智能設(shè)計(jì)的分類03基于實(shí)例的推理04專家系統(tǒng)01智能設(shè)計(jì)技術(shù)研究重點(diǎn)智能設(shè)計(jì)技術(shù)研究重點(diǎn)：(1)智能方案設(shè)計(jì)。方案設(shè)計(jì)是方案的產(chǎn)生和決策階段,是最能體現(xiàn)設(shè)計(jì)智能化的階段,是設(shè)計(jì)全過程智能化必須突破的難點(diǎn)。(2)知識(shí)獲取和處理技術(shù)?；诜植己筒⑿兴枷氲慕Y(jié)構(gòu)體系和機(jī)器學(xué)習(xí)模式的研究,基于基因遺傳和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理的研究,其重點(diǎn)均在非歸納及非單調(diào)推理技術(shù)的深化等方面。(3)面向CAD的設(shè)計(jì)理論。包括概念設(shè)計(jì)和虛擬現(xiàn)實(shí),并行工程,健壯設(shè)計(jì),集成化產(chǎn)品性能分類學(xué)及目錄學(xué),反向工程設(shè)計(jì)法及產(chǎn)品生命周期設(shè)計(jì)法等。(4)面向制造的設(shè)計(jì)。以計(jì)算機(jī)為工具,建立用虛擬方法形成的趨近于實(shí)際的設(shè)計(jì)和制造環(huán)境。01智能設(shè)計(jì)技術(shù)研究重點(diǎn)具體研究CAD集成、虛擬現(xiàn)實(shí)、并行及分布式CAD/CAM系統(tǒng)及其應(yīng)用、多學(xué)科協(xié)同、快速原型生成和生產(chǎn)的設(shè)計(jì)等人機(jī)智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)(I2CAD)。

智能設(shè)計(jì)是智能工程與設(shè)計(jì)理論相結(jié)合的產(chǎn)物,它的發(fā)展必然與智能工程和設(shè)計(jì)理論的發(fā)展密切相關(guān),相輔相成。設(shè)計(jì)理論和智能工程技術(shù)是智能設(shè)計(jì)的知識(shí)基礎(chǔ)。智能設(shè)計(jì)的發(fā)展和實(shí)踐,既證明和鞏固了設(shè)計(jì)理論研究的成果,又不斷提出新的問題,產(chǎn)生新的研究方向;反過來還會(huì)推動(dòng)設(shè)計(jì)理論和智能工程研究的進(jìn)一步發(fā)展。智能設(shè)計(jì)作為面向應(yīng)用的技術(shù)其研究成果最后還要體現(xiàn)在系統(tǒng)建模和支撐軟件開發(fā)及應(yīng)用上。01智能設(shè)計(jì)技術(shù)研究重點(diǎn)智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括：設(shè)計(jì)過程的再認(rèn)識(shí)、設(shè)計(jì)知識(shí)表示、多專家系統(tǒng)協(xié)同技術(shù)、再設(shè)計(jì)與自學(xué)習(xí)機(jī)制、多種推理機(jī)制的綜合應(yīng)用、智能化人機(jī)接口等。1)設(shè)計(jì)過程的再認(rèn)識(shí)2)設(shè)計(jì)知識(shí)表示3)多專家系統(tǒng)協(xié)同技術(shù)4)再設(shè)計(jì)與自學(xué)習(xí)機(jī)制5)多種推理機(jī)制的綜合應(yīng)用智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，除了演繹推理外，還應(yīng)該包括歸納推理、基于實(shí)例的類比推理、各種基于不完全知識(shí)的模糊邏輯推理方式等。上述推理方式的綜合應(yīng)用，可以博采眾長，更好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的智能化。如圖2.7所示。6)智能化人機(jī)接口01智能設(shè)計(jì)技術(shù)研究重點(diǎn)02智能設(shè)計(jì)的分類原理方案智能設(shè)計(jì)：方案設(shè)計(jì)的結(jié)果將影響設(shè)計(jì)的全過程，對(duì)于降低成、提高質(zhì)量和縮短設(shè)計(jì)周期等有至關(guān)重要的作用。原理方案設(shè)計(jì)是尋求原理解的過程，是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新的關(guān)鍵。

原理方案設(shè)計(jì)的過程是總功能分析——功能分解——功能元(分功能)求解——局部解法組合——評(píng)價(jià)決策——最佳原理方案。

按照這種設(shè)計(jì)方法，原理方案設(shè)計(jì)的核心歸結(jié)為面向分功能的原理求解。面向通用分功能的設(shè)計(jì)目錄能全面地描述分功能的要求和原理解，且隱含了從物理效應(yīng)向原理解的映射，是智能原理方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)的知識(shí)庫初始文檔?；谠O(shè)計(jì)目錄的方案設(shè)計(jì)智能系統(tǒng)，能夠較好的實(shí)現(xiàn)概念設(shè)計(jì)的智能化。02智能設(shè)計(jì)的分類協(xié)同求解ICAD應(yīng)具有多種知識(shí)表示模式、多種推理決策機(jī)制和多個(gè)專家系統(tǒng)協(xié)同求解的功能，同時(shí)需把同理論相關(guān)的基于知識(shí)程序和方法的模型組成一個(gè)協(xié)同求解系統(tǒng)，在元級(jí)系統(tǒng)推理及調(diào)度程序的控制下協(xié)同工作，共同解決復(fù)雜的設(shè)計(jì)問題。某一環(huán)節(jié)單一專家系統(tǒng)求解問題的能力，與其他環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)性和適應(yīng)性常受到很大限制。為了拓寬專家系統(tǒng)解決問題的領(lǐng)域，或使一些互相關(guān)聯(lián)的領(lǐng)域能用同一個(gè)系統(tǒng)來求解，就產(chǎn)生了所謂協(xié)同式專家系統(tǒng)的概念。在這種系統(tǒng)中，有多個(gè)專家系統(tǒng)協(xié)同合作，這就是協(xié)同式多專家系統(tǒng)。多專家系統(tǒng)協(xié)同求解的關(guān)鍵，是要工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域內(nèi)的專家之間相互聯(lián)系與合作，并以此來進(jìn)行問題求解。協(xié)同求解過程中信息傳遞的一致性原則與評(píng)價(jià)策略，是判斷目前所從事的工作是否向著有利于總目標(biāo)的方向進(jìn)行。多專家系統(tǒng)協(xié)同求解，除在此過程中實(shí)現(xiàn)并行特征外，尚需開發(fā)具有實(shí)用意義的多專家系統(tǒng)協(xié)同問題求解的軟件環(huán)境。02智能設(shè)計(jì)的分類知識(shí)獲取、表達(dá)和專家系統(tǒng)技術(shù)知識(shí)獲取、表達(dá)和利用技術(shù)專家系統(tǒng)技術(shù)是ICAD的基礎(chǔ)，其面向CAD應(yīng)用的主要發(fā)展方向，可概括為：1）機(jī)器學(xué)習(xí)模式的研究，旨在解決知識(shí)獲取、求精和結(jié)構(gòu)化等問題。2）推理技術(shù)的深化，要有正、反向和雙向推理流程控制模式的單調(diào)推理，又要把重點(diǎn)集中在非歸納、非單調(diào)和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的推理等方面。3）綜合的知識(shí)表達(dá)模式，即如何構(gòu)造深層知識(shí)和淺層知識(shí)統(tǒng)一的多知識(shí)表結(jié)構(gòu)。4）基于分布和并行思想求解結(jié)構(gòu)體系的研究。5）黑板結(jié)構(gòu)模型02智能設(shè)計(jì)的分類黑板結(jié)構(gòu)模型側(cè)重于對(duì)問題整體的描述以及知識(shí)或經(jīng)驗(yàn)的繼承。這種問題求解模型是把設(shè)計(jì)求解過程看作是先產(chǎn)生一些部分解，再由部分解組合出滿意解的過程。其核心是由知識(shí)源、全局?jǐn)?shù)據(jù)庫和控制結(jié)構(gòu)三部分組成。全局?jǐn)?shù)據(jù)庫是問題求解狀態(tài)信息的存放處，即黑板。

將解決問題所需的知識(shí)劃分成若干知識(shí)源，它們之間相互獨(dú)立，需通過黑板進(jìn)行通信、合作并求出問題的解。通過知識(shí)源改變黑板的內(nèi)容，從而導(dǎo)出問題的解。在問題求解過程中所產(chǎn)生的部分解全部記錄在黑板上。各知識(shí)源之間的通信和交互只通過黑板進(jìn)行，黑板是公共可訪問的。控制結(jié)構(gòu)則按人的要求控制知識(shí)源與黑板之間的信息更換過程，選擇執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，完成調(diào)計(jì)問題的求解。黑板結(jié)構(gòu)模型是一種通用的適于大空間解和復(fù)雜問題的求解模型。03基于實(shí)例的推理(CBR)

CBR是一種新的推理和自學(xué)習(xí)方法，其核心精神是用過去成功的實(shí)例和經(jīng)驗(yàn)來解決新問題。研究表明，設(shè)計(jì)人員通常依據(jù)以前的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來完成當(dāng)前的設(shè)計(jì)任務(wù)，并不是每次都從頭開始，CBR的一般步驟為提出問題，找出相似實(shí)例，修改實(shí)例使之完全滿足要求，將最終滿意的方案作為新實(shí)例存處實(shí)例庫中。CBR中最重要的支持是實(shí)例庫，關(guān)鍵是實(shí)例的高效提取。CBR的特點(diǎn)是對(duì)求解結(jié)果進(jìn)行直接復(fù)用，而不用再次從頭推導(dǎo)，從而提高了問題求解的效率。另外，過去求解成功或失敗的經(jīng)歷可用于動(dòng)態(tài)地指導(dǎo)當(dāng)前的求解過程，并使之有效地取得成功，或使推理系統(tǒng)避免重犯已知的錯(cuò)誤。04專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)簡介及分類。專家系統(tǒng)是人工智能中最重要的也是最活躍的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，它實(shí)現(xiàn)了人工智能從理論研究走向?qū)嶋H應(yīng)用、從一般推理策略探討轉(zhuǎn)向運(yùn)用專門知識(shí)的重大突破。20世紀(jì)60年代初，出現(xiàn)了運(yùn)用邏輯學(xué)和模擬心理活動(dòng)的一些通用問題求解程序，它們可以證明定理和進(jìn)行邏輯推理。但是這些通用方法無法解決大的實(shí)際問題，很難把實(shí)際問題改造成適合于計(jì)算機(jī)解決的形式，并且對(duì)于解題所需的巨大的搜索空間也難于處理。1965年，費(fèi)根鮑姆等人在總結(jié)通用問題求解系統(tǒng)的成功與失敗經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合化學(xué)領(lǐng)域的專門知識(shí)，研制了世界上第一個(gè)專家系統(tǒng)dendral，可以推斷化學(xué)分子結(jié)構(gòu)。04專家系統(tǒng)

20多年來，知識(shí)工程的研究，專家系統(tǒng)的理論和技術(shù)不斷發(fā)展，應(yīng)用滲透到幾乎各個(gè)領(lǐng)域，包括化學(xué)、數(shù)學(xué)、物理、生物、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、氣象、地質(zhì)勘探、軍事、工程技術(shù)、法律、商業(yè)、空間技術(shù)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)和制造等眾多領(lǐng)域，開發(fā)了幾千個(gè)專家系統(tǒng)，其中不少在功能上已達(dá)到，甚至超過同領(lǐng)域中人類專家的水平，并在實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。專家系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)歷了3個(gè)階段，正向第四代過渡和發(fā)展。第一代專家系統(tǒng)（dendral、macsyma等）以高度專業(yè)化、求解專門問題的能力強(qiáng)為特點(diǎn)。但在體系結(jié)構(gòu)的完整性、可移植性等方面存在缺陷，求解問題的能力弱。04專家系統(tǒng)

第二代專家系統(tǒng)（mycin、casnet、prospector、hearsay等）屬單學(xué)科專業(yè)型、應(yīng)用型系統(tǒng)，其體系結(jié)構(gòu)較完整，移植性方面也有所改善，而且在系統(tǒng)的人機(jī)接口、解釋機(jī)制、知識(shí)獲取技術(shù)、不確定推理技術(shù)、增強(qiáng)專家系統(tǒng)的知識(shí)表示和推理方法的啟發(fā)性、通用性等方面都有所改進(jìn)。第三代專家系統(tǒng)屬多學(xué)科綜合型系統(tǒng)，采用多種人工智能語言，綜合采用各種知識(shí)表示方法和多種推理機(jī)制及控制策略，并開始運(yùn)用各種知識(shí)工程語言、骨架系統(tǒng)及專家系統(tǒng)開發(fā)。智能CAD系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法智能CAD系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法

綜合國內(nèi)外關(guān)于智能設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，智能設(shè)計(jì)按設(shè)計(jì)能力可以分為三個(gè)層次：常規(guī)設(shè)計(jì)、聯(lián)想設(shè)計(jì)和進(jìn)化設(shè)計(jì)。1.常規(guī)設(shè)計(jì)即設(shè)計(jì)屬性、設(shè)計(jì)進(jìn)程、設(shè)計(jì)策略已經(jīng)規(guī)劃好，智能系統(tǒng)在推理機(jī)的作用下，調(diào)用符號(hào)模型(如規(guī)則、語義網(wǎng)絡(luò)、框架等)進(jìn)行設(shè)計(jì)。目前，國內(nèi)外投入應(yīng)用的智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)大多屬于此類，如日本NEC公司用于VLSI產(chǎn)品布置設(shè)計(jì)的Wirex系統(tǒng)，華中理工大學(xué)開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)(JDDES)、壓力容器智能CAD系統(tǒng)等。這類智能系統(tǒng)常常只能解決定義良好、結(jié)構(gòu)良好的常規(guī)問題，故稱常規(guī)設(shè)計(jì)。智能CAD系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法

2.聯(lián)想設(shè)計(jì)

目前研究可分為兩類：一類是利用工程中已有的設(shè)計(jì)事例，進(jìn)行比較，獲取現(xiàn)有設(shè)計(jì)的指導(dǎo)信息，這需要收集大量良好的、可對(duì)比的設(shè)計(jì)事例，對(duì)大多數(shù)問題是困難的；另一類是利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)值處理能力，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)、計(jì)算數(shù)據(jù)中獲得關(guān)于設(shè)計(jì)的隱含知識(shí)，以指導(dǎo)設(shè)計(jì)。這類設(shè)計(jì)借助于其他事例和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)常規(guī)設(shè)計(jì)的一定突破，稱為聯(lián)想設(shè)計(jì)。智能CAD系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法

3.進(jìn)化設(shè)計(jì)遺傳算法(GA，即Geneticalgorithms)是一種借鑒生物界自然選擇和自然進(jìn)化機(jī)制的、高度并行的、隨機(jī)的、自適應(yīng)的搜索算法。20世紀(jì)80年代早期，遺傳算法已在人工搜索、函數(shù)優(yōu)化等方面得到廣泛應(yīng)用，并推廣到計(jì)算機(jī)科學(xué)、機(jī)械工程等多個(gè)領(lǐng)域。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，遺傳算法的研究在其基于種群進(jìn)化的原理上，拓展出進(jìn)化編程(EP，即Evolutionaryprogramming)、進(jìn)化策略(ES,即Evolutionarystrategies)等方向，它們并稱為進(jìn)化計(jì)算(EC,即Evolutionarycomputation)。

智能CAD系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法

進(jìn)化計(jì)算使得智能設(shè)計(jì)拓展到進(jìn)化設(shè)計(jì)，其特點(diǎn)是：設(shè)計(jì)方案或設(shè)計(jì)策略編碼為基因串，形成設(shè)計(jì)樣本的基因種群。設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)函數(shù)決定種群中樣本的優(yōu)劣和進(jìn)化方向。進(jìn)化過程就是樣本的繁殖、交叉和變異等過程。智能CAD系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法

產(chǎn)品設(shè)計(jì)的本質(zhì)是以知識(shí)為核心的智力資源處理活動(dòng)，是知識(shí)獲取、處理、創(chuàng)造和發(fā)現(xiàn)的過程?；谥R(shí)的智能設(shè)計(jì)是將人類智力行為通過人工智能技術(shù)附加于設(shè)計(jì)工具或計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)之中，在一定程度上幫助人類工程師進(jìn)行推理求解和決策。智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)是模擬領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行“設(shè)計(jì)—評(píng)價(jià)—再設(shè)計(jì)”的創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程，為產(chǎn)品的不同設(shè)計(jì)階段提供智能的決策支持。通常使用標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者首先把設(shè)計(jì)變量轉(zhuǎn)換成基因變量，這樣的操作對(duì)于簡單的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題來說并不困難。智能CAD系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法

多層次結(jié)構(gòu)產(chǎn)品知識(shí)整體進(jìn)化算法是在標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)化算法應(yīng)用的基礎(chǔ)上，用多層次基因代碼確切表達(dá)出復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)中多層次內(nèi)容和與多層次機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的有關(guān)細(xì)節(jié)的一種改進(jìn)進(jìn)化算法。由于智能設(shè)計(jì)知識(shí)模型的復(fù)雜性，不可能用一個(gè)簡單的軟件系統(tǒng)來處理和實(shí)施，因此有必要就能夠處理智能設(shè)計(jì)知識(shí)模型的大規(guī)模智能環(huán)境——智能設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的一些重要問題和關(guān)鍵技術(shù)開展研究。智能CAD系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法

只有正確地確定了智能設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，才能正確地確定設(shè)計(jì)知識(shí)建模任務(wù)中實(shí)施描述模型的體系結(jié)構(gòu)(兩者是相應(yīng)的，但不一定相同)，才能最后將此模型映射到計(jì)算機(jī)世界加以實(shí)施。

智能設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的研究，涉及到計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)和設(shè)計(jì)知識(shí)兩方面的內(nèi)容，例如計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理和并行計(jì)算技術(shù)、分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)、設(shè)計(jì)過程及其組織結(jié)構(gòu)等。智能CAD系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法

集成智能單元(IntegratedIntelligentUnit，簡稱Ift：一種并行分層結(jié)構(gòu)的基本集成模式，兩層結(jié)構(gòu)的集成單元。該集成單元的核心叫做元系統(tǒng)(Meta—System)。元系統(tǒng)是一個(gè)管理型專家系統(tǒng)，它是關(guān)于領(lǐng)域?qū)＜蚁到y(tǒng)的專家系統(tǒng)。此系統(tǒng)具有自己的知識(shí)庫，稱為元知識(shí)庫。元知識(shí)庫里面存放的是元知識(shí)。所謂元知識(shí)，就是關(guān)于領(lǐng)域知識(shí)的知識(shí)，也就是說元知識(shí)不是領(lǐng)域知識(shí)，它不能解決子系統(tǒng)所代表的具體知識(shí)領(lǐng)域的問題，但元知識(shí)是關(guān)于各領(lǐng)域知識(shí)的性質(zhì)、功能、特點(diǎn)、組成和使用的知識(shí)，是管理、控制、使用領(lǐng)域知識(shí)的知識(shí)。智能CAD系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法

如果說各領(lǐng)域?qū)＜蚁到y(tǒng)(子系統(tǒng))是模擬了多個(gè)單一的人類領(lǐng)域?qū)＜业脑挘到y(tǒng)由于它具有元知識(shí)，則是模擬整個(gè)領(lǐng)域?qū)＜胰后w的組織者。元系統(tǒng)也有自己的推理機(jī)和數(shù)據(jù)庫。這些基本的構(gòu)成使它成為一個(gè)獨(dú)立的專家系統(tǒng)，只不過它是管理領(lǐng)域?qū)＜蚁到y(tǒng)的專家系統(tǒng)。在元系統(tǒng)的下面一層，是若干子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)可以是數(shù)值計(jì)算程序庫，或領(lǐng)域?qū)＜蚁到y(tǒng)，也可以是其他工業(yè)設(shè)備上的計(jì)算機(jī)分析或智能軟件包，或者是其他集成智能單元。這些子系統(tǒng)都是彼此獨(dú)立、并行地與元系統(tǒng)相連。這種集成單元可以包括不同描述形式知識(shí)的集成、多個(gè)不同領(lǐng)域知識(shí)的集成、多任務(wù)和多功能(子任務(wù)或子功能)的集成、不同介質(zhì)信息處理的集成。由這樣的集成單元組成的集成化智能軟件系統(tǒng)是一個(gè)大規(guī)模的知識(shí)集成環(huán)境。它所集成的子系統(tǒng)可以用不同的語言支持并獨(dú)立使用。整個(gè)系統(tǒng)由一個(gè)智能監(jiān)控系統(tǒng)(管理專家系統(tǒng))來統(tǒng)籌、管理、控制，這個(gè)智能監(jiān)控系統(tǒng)就是元系統(tǒng)。此系統(tǒng)在集成化知識(shí)軟件中起關(guān)鍵作用，因此，對(duì)元系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方法的研究是智能工程的重要課題。智能CAD系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法

元系統(tǒng)作為大規(guī)模知識(shí)集成環(huán)境的核心，應(yīng)具有相當(dāng)?shù)闹悄芤怨芾?、控制、協(xié)調(diào)、維護(hù)眾多的子系統(tǒng)，這樣的功能可以通過建立專家系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。元系統(tǒng)的一種結(jié)構(gòu)由外部環(huán)境接口、元知識(shí)庫、數(shù)據(jù)庫、推理機(jī)構(gòu)、靜態(tài)黑板和對(duì)子系統(tǒng)的接口等基本部分組成。智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)實(shí)例*智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)01以智能生產(chǎn)為例的智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)02以液壓缸產(chǎn)品族為例的智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)03以卡通表情為例的智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)以智能生產(chǎn)為例的智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)

先進(jìn)智能工廠典范：1、西門子安貝格工廠：實(shí)現(xiàn)了多品種工控機(jī)的混線生產(chǎn)，產(chǎn)品合格率高達(dá)99.9988%。2、FANUC公司：實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人和伺服電機(jī)生產(chǎn)過程的高度自動(dòng)化和智能化，最高720小時(shí)無人值守。3、施耐德電氣：實(shí)現(xiàn)了電氣開關(guān)制造和包裝過程的全自動(dòng)化。4、美國哈雷戴維森公司：廣泛利用以加工中心和機(jī)器人構(gòu)成的智能制造單元，實(shí)現(xiàn)大批量定制。5、三菱電機(jī)名古屋制作:所采用人機(jī)結(jié)合的新型機(jī)器人裝配產(chǎn)線,顯著提高了單位生產(chǎn)面積的產(chǎn)量。6