智能设计方法

20012年4月智能设计小组成员：汤明凯；徐增师；白露雪；吴翔；陈玉雪；王卫星智能设计CAD与智能设计发展的各个阶段设计型专家系统人机智能化设计系统研究实例概述1传统的CAD技术不能独立的做出评价决策不能分析推理和综合思考不能用数值计算的方法求解不能建立起精确的数学模型数值计算和图形处理为主一概述缺点Logo为工具，提供优化设计等的支持以人工智能技术为实现手段以设计方法学为指导2特点3智能设计的不同提法•概念设计•方案设计•创新设计•仿生设计……一、概述4设计的重要性90%70%设计施工生产管理时间CAD/CAM成本运筹规划生产过程控制4设计活动分类•常规设计（routinedesign）•革新设计（innovativedesign）举一反三•创新设计（creativedesign）无中生有5人工智能的ABC•A（Artificial）•B（Biological）•C（Computational）}Intelligence6AI的研究途径•符号主义(Symbolapproach)认知即计算物理符号系统假设•连接主义（Connectionapproach）人工神经网络（ANN）分布存储、并行操作•进化主义（Evolutionapproach）IntelligencewithoutrepresentationIntelligencewithoutreasoning1CAD发展阶段•TCAD以依据算法的结构性能分析和计算机辅助绘图为主要特征的传统CAD技术在产品设计中成功地获得广泛应用，它在数值计算和图形绘制上扩展了人的能力，可以比较圆满地完成计算型工作，但对推理型工作往往难以胜任。二、CAD与智能设计发展的各个阶段•ICAD具有传统计算机能力的CAD系统被知识处理技术加强后称之为智能CAD（ICAD）系统。ICAD系统把专家系统等人工智能技术与优化设计、有限元分析、计算机绘图等各种数值计算技术结合起来，各取所长，相得益彰。•I2CAD在CIMS技术的推动下，ICAD系统应在原有基础上强化集成功能，由此被提升到一个新的阶段，即集成化智能CAD（I2CAD）阶段，它是面向CIMS的ICAD系统，可对设计全过程提供一体化的计算机支持。2智能设计发展阶段智能设计:计算机化的人类设计智能•TCAD：无智能设计可言•ICAD：设计型专家系统•I2CAD:人机智能化设计系统三、设计型专家系统专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统，它应用人工智能技术和计算机技术，根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，以便解决那些需要人类专家处理的复杂问题，简而言之，专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。三、设计型专家系统1专家系统•传统程序＝数据＋算法过程性（howtodo）•专家系统＝知识＋推理陈述型（whattodo）知识：人类专家在特定专业领域的经验性知识(rule，know-howetc.)，采用语言符号来描述。知识库工作存储空间推理机ES的基本结构2ES分类{分析型设计型{解释诊断监控预测{设计规划四、人机智能化设计系统1知识的广义定义从认识论角度，知识应当定义为人类对于客观事物规律性的认识。2知识与信息、数据的区别•数据（数值、符号）通常只是事物的名称，单个的数据本身不能说明什么，它只是代表一个事物的符号而已。•信息通过数据之间的某种联系，揭示出有意义的概念。数据信息知识datainformationknowledge3知识的描述形式•数学模型•符号模型•人工神经网络•图形、图像、声音……}设计知识的主要描述形式研究框架知识动态提取方法研究基础自然语言文卷背景词库切词处理非单调最优词性分析ART2神经网络中间代码生成派生对象体系构造器知识体系面向对象自然语句句元矢量句子聚类集合结构树对象模型图1基于语句聚类识别的知识提取研究框架4人机智能化设计系统由于CIMS技术的发展和推动，在以I2CAD为代表的先进设计技术阶段,由于集成化和开放性的要求,智能活动由人机共同承担,这就是人机智能化设计系统。虽然人机智能化设计系统也需要采用专家系统技术，但只是将其作为自身的技术基础之一.Logo数据集成信息集成知识层集成•数值计算程序及图形处理应用软件的集成，即根据输入信息。•系统的决策、管理及控制，即通过知识处理与应用实现设计自动化。物理设备(硬件)的集成即不同设备之间实现数据通讯的交换5人机智能化设计系统是一个开放的概念范畴5人机智能化设计系统与设计型ES的区别•设计型专家系统只处理单一领域知识的符号推理问题;而人机智能化设计系统则要处理多领域知识，多种描述形式的知识，是集成化的大规模知识处理环境。•设计型专家系统一般只解决某一领域的特定问题、比较孤立和封闭，难于与其他知识系统集成。而人机智能化设计则面向整个设计过程，是一种开放的体系结构。•设计型专家系统一般局限于单一知识领域范畴，相当于模拟设计专家个体的推理活动，属于简单系统。而人机智能化设计系统涉及多领域多学科知识范畴，是模拟和协助人类专家群体的推理决策活动，是人机复杂系统。•从知识模型角度看，设计型专家系统只是围绕具体产品设计模型或针对设计过程某一些特定环节(如有限元分析或优化设计)的模型进行符号推理。而人机智能化设计系统则要考虑整个设计过程的模型、设计专家思维、推理和决策的模型(认知模型)以及设计对象(产品)的模型。五、研究(academicresearch)实例图5-1设计流程台式超精密车床主轴系统的设计的人机智能系统1轴承形式的选择图5-2轴承选择网页示例If(工作速度a)；Then(推荐磁悬浮轴承)；ElseIf(径向刚度b)或者(轴向刚度c)；Then(推荐液体静压轴承)；Else(推荐空气静压轴承)。1轴承形式的选择2节流形式的选择If(工作速度d)；Then(多孔质节流)；ElseIf(刚度e)；Then(环面节流)；Else(小孔节流)2节流形式的选择2节流形式的选择图5-3空气静压节流形式选择示例3轴承参数的计算图5-4空气静压轴承参数设计示例图5-5空气静压轴承参数设计结果示例3轴承参数的计算4主轴材料的选择图5-6主轴材料选择示例5主轴结构的选择图5-7主轴结构选择示例6涡流稳定性判断图5-8临界角速度计算示例7综合评价图5-9综合评价示例8最终设计结果图5-10设计结果示例由于智能设计的发展包括设计型专家系统和人机智能化设计系统两个阶段，特别是人机智能化设计系统正在探索研究之中，对它的定义和理解都有较大的柔性，因此智能设计系统包括的范围较广。最简单的智能设计系统是严格意义下的设计型专家系统，它只能处理单一设计领域知识范围的符号推理问题。而最完善的智能设计系统是人机高度和谐、知识高度集成的人机智能化设计系统，它所具有的自组织能力、开放体系结构和大规模知识集成化处理环境，正是智能设计追求的理想境界。大量的智能设计系统介于这两种极端模式之间，能对设计过程提供或多或少的智能支持。总结Thankyou!