人工智能技术在CAD中的应用41298.docx

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1、人工智能技术在CAD中的应用孙佳霖 08车辆工程摘要：人工智能（Artificial Intelligence，AI）是一门研究如何构造智能机器或智能系统，使它能模拟、延伸、扩展人类智能的学科。人工智能与CAD系统结合就形成了智能CAD系统 (ICAD)。智能CAD系统是CAD技术的一个重要发展趋势。人工智能在CAD中的应用主要集中在知识工程的引入，发展专家CAD系统。专家CAD系统具有逻辑推理和决策判断能力。它将许多实例和有关专业范围内的经验、准则结合在一起, 给设计者更全面，更可靠的指导。应用这些实例和启发准则，根据设计的目标不断缩小探索的范围，使问题得到解决。关键词：CADD； 人工智能

2、能； 专家系统统； 智能CAAD技术Abstracct：Arttificiial inntelliigencee is aa studdy of how tto connstrucct inttelliggent mmachinne or intellligennce syystem, and make it caan simmulatee、 exttend aand exxpand humann inteelligeence. AI and CAD ssystemm formm inteelligeent CAAD sysstem (ICAD).ICAD iis thee impoortan

3、tt deveelopmeent teendenccy of CAD ttechnoology. The aappliccationn of aartifiicial intellligennce inn the CAD mmainlyy conccentraated iin thee intrroducttion oof knoowledgge enggineerring aand deeveloppment experrts CAAD sysstem.Experrts CAAD sysstem hhas loogicall reassoningg and decission mmaking

4、g judggment. It makkes maany exxamplees andd the experriencee of rellevantt proffessioonal ffield togetther, and giives tthe deesigneer morre commpreheensivee and mmore rreliabble guuidancce andd makess the probllem soolved easy.Keywordds: CAAD; Artifficiall Inteelligeence; Experrt sysstem; ICADCAD技

5、术就是是利用计算机机及其图形设设备帮助设计计人员进行设设计工作。在在工程和产品品设计中，计计算机可以帮帮助设计人员员担负计算、信信息存储和制制图等项工作作。在设计中中通常要用计计算机对不同同方案进行大大量的计算、分分析和比较，以以决定最优方方案；各种设设计信息，不不论是数字的的、文字的或或图形的，都都能存放在计计算机的内存存或外存里，并并能快速地检检索；设计人人员通常用草草图开始设计计，将草图变变为工作图的的繁重工作可可以交给计算算机完成；利利用计算机可可以进行与图图形的编辑、放放大、缩小、平平移和旋转等等有关的图形形数据加工工工作。人工智能(Arrtificcial IIntellligen

6、cce，AI)是计算机科科学控制论、信信息论、神经经生理学、语语言学等多种种学科相互渗渗透而发展起起来的一门新新兴边缘学科科。它是研究究开发用于模模拟、延伸和和扩展人的智智能的理论、方方法、技术及及应用系统的的一门新的技技术科学。人人工智能是计计算机科学的的一个分支，它它企图了解智智能的实质，并并生产出一种种新的能以人人类智能相似似的方式做出出反应的智能能机器，该领领域的研究包包括机器人、语语言识别、图图像识别、自自然语言处理理和专家系统统等。在这些些研究领域中中，其共同的的基本特点是是让机器学会会“思考”，成为智能能机器（Inntelliigencee macchine)。 人工智能能问题的

7、求解解是以知识为为基础的，知知识表示是人人工智能的核核心技术之一一。所谓知识识表示，就是是对知识的一一种描述，是是一组约定，是是一种使计算算机可以接受受的用于描述述知识的数据据结构。对知知识进行表示示就是把知识识表示成便于于计算机存储储和利用的某某种结构目前前常用的知识识表示发法有有谓词表示法法、产生式表表示法、框架架表示法、语语义表示法、面面向对象表示示法等多种方方法。专家系统（Exxpert Systeem ，ESS）。专家系系统是人工智智能中最重要要的也是最活活跃的一个应应用领域，它它实现了人工工智能从理论论研究走向实实际应用、从从一般推理策策略探讨转向向运用专门知知识的重大突突破。20

8、世世纪60年代代初，出现了了运用逻辑学学和模拟心理理活动的一些些通用问题求求解程序，它它们可以证明明定理和进行行逻辑推理。但但是这些通用用方法无法解解决大的实际际问题，很难难把实际问题题改造成适合合于计算机解解决的形式，并并且对于解题题所需的巨大大的搜索空间间也难于处理理。19655年，f . a .费根鲍姆姆等人在总结结通用问题求求解系统的成成功与失败经经验的基础上上，结合化学学领域的专门门知识，研制制了世界上第第一个专家系系统 Dendrral，可以以推断化学分分子结构。220多年来，知知识工程的研研究，专家系系统的理论和和技术不断发发展，应用渗渗透到几乎各各个领域，包包括化学、数数学、物

9、理、生生物、医学、农农业、气象、地地质勘探、军军事、工程技技术、法律、商商业、空间技技术、自动控控制、计算机机设计和制造造等众多领域域，开发了几几千个的专家家系统，其中中不少在功能能上已达到，甚甚至超过同领领域中人类专专家的水平，并并在实际应用用中产生了巨巨大的经济效效益。专家系统是一个个智能计算机机程序系统，其其内部含有大大量的某个领领域专家水平平的知识与经经验，能够利利用人类专家家的知识和解解决问题的方方法来处理该该领域问题。也也就是说，专专家系统是一一个具有大量量的专门知识识与经验的程程序系统，它它应用人工智智能技术和计计算机技术，根根据某领域一一个或多个专专家提供的知知识和经验，进进行

10、推理和判判断，模拟人人类专家的决决策过程，以以便解决那些些需要人类专专家处理的复复杂问题，简简而言之，专专家系统是一一种模拟人类类专家解决领领域问题的计计算机程序系系统。对专家系统可以以按不同的方方法分类。通通常，可以按按应用领域、知知识表示方法法、控制策略略、任务类型型等分类。如如按任务类型型来划分，常常见的有解释释型、预测型型、诊断型、调调试型、维护护型、规划型型、设计型、监监督型、控制制型、教育型型等。专家系统的基本本结构如图所所示，其中箭箭头方向为数数据流动的方方向。专家系系统通常由人人机交互界面面、知识库、推推理机、解释释器、综合数数据库、知识识获取等6个个部分构成。知识库用来来存放

11、专家提提供的知识。专专家系统的问问题求解过程程是通过知识识库中的知识识来模拟专家家的思维方式式的，因此，知知识库是专家家系统质量是是否优越的关关键所在，即即知识库中知知识的质量和和数量决定着着专家系统的的质量水平。一一般来说，专专家系统中的的知识库与专专家系统程序序是相互独立立的，用户可可以通过改变变、完善知识识库中的知识识内容来提高高专家系统的的性能。人工智能中中的知识表示示形式有产生生式、框架、语语义网络等，而而在专家系统统中运用得较较为普遍的知知识是产生式式规则。产生生式规则以IIFTHEN的形式出现现，就像BAASIC等编编程语言里的的条件语句一一样，IF后后面跟的是条条件（前件），T

12、THEN后面面的是结论（后后件），条件件与结论均可可以通过逻辑辑运算ANDD、OR、NNOT进行复复合。在这里里，产生式规规则的理解非非常简单：如如果前提条件件得到满足，就就产生相应的的动作或结论论。推理机针对对当前问题的的条件或已知知信息，反复复匹配知识库库中的规则，获获得新的结论论，以得到问问题求解结果果。在这里，推推理方式可以以有正向和反反向推理两种种。正向推理理是从前件匹匹配到结论，反反向推理则先先假设一个结结论成立，看看它的条件有有没有得到满满足。由此可可见，推理机机就如同专家家解决问题的的思维方式，知知识库就是通通过推理机来来实现其价值值的。人机界面是是系统与用户户进行交流时时的界

13、面。通通过该界面，用用户输入基本本信息、回答答系统提出的的相关问题，并并输出推理结结果及相关的的解释等。综合数据库库专门用于存存储推理过程程中所需的原原始数据、中中间结果和最最终结论，往往往是作为暂暂时的存储区区。解释器能能够根据用户户的提问，对对结论、求解解过程做出说说明，因而使使专家系统更更具有人情味味。知识获取是是专家系统知知识库是否优优越的关键，也也是专家系统统设计的“瓶颈”问题，通过过知识获取，可可以扩充和修修改知识库中中的内容，也也可以实现自自动学习功能能。 专家系系统(ES)的特点：(1)为解解决特定领域域的具体问题题，除需要一一些公共的常常识，还需要要大量与所研研究领域问题题密

14、切相关的的知识；(2)一般般采用启发式式的解题方法法；(3)在解解题过程中除除了用演绎方方法外，有时时还要求助于于归纳方法和和抽象方法；(4)需处处理问题的模模糊性、不确确定性和不完完全性；(5)能对对自身的工作作过程进行推推理(自推理理或解释)；(6)采用用基于知识的的问题求解方方法；(7)知识识库与推理机机分离。与普通一般专家家系统相比设设计型专家系系统还有如下下特点： (1)常采用“设计评价再设计”的设计过程程模型。这种种设计模型要要求专家系统统必须能揭示示上一设计方方案不能被接接受的原因，并并能吸收上次次设计过程中中的成功经验验和失败教训训，进行自我我修改，调整整设计参数、改改变判定条

15、件件等等。(2) 设计过程决策、技技术问题决策策及判断决策策需要多种资资源支持。有有关决策与相相应CAD的的资源是紧密密结合的。专家系统的发展展。目前的专专家系统发展展确实存在着着一些限制，在在未来的年代代中，许多今今日专家系统统缺失将会被被改善，相信信未来专家系系统应该继续续研究的项目目有:具有处处理常识的能能力；发展深深层的推论系系统；不同层层次解释的能能力；使专家家系统具有学学习的能力；分布式专家家系统；轻易易获取与更新新知识的能力力。未来发展的的专家系统，能能经由感应器器直接由外界界接受资料，也也可由系统外外的知识库获获得资料，在在推理机中除除推理外，上上能拟定规划划，仿真问题题状况等

16、。知知识库所存的的不只是静态态的推论规则则与事实，更更有规划、分分类、结构模模式及行为模模式等动态知知识。人工智能在CAAD中的应用用。机械设计计实际上是一一个模型的综综合和分析的的过程，它不不仅包括大量量的计算、分分析、绘图等等数值计算型型工作；还包包括拟定初始始方案，选择择最优方案，制制定合理结构构等方案设计计工作。 目目前， 有些些企业已引入入CAD/CCAM 系统统， 由于CCAD/CAAM系统对符符号推理工作作需要综合运运用多种科学学的专门知识识和丰富的实实践经验才能能解决，这需需要CAD/CAM系统统具有智能性性，因此，设设计智能化已已成为机械设设计中一个很很热门的研究究课题之一，

17、它它把计算机从从数值处理扩扩展到非数值值处理，包括括知识与经验验的集成、推推理和决策，力力图使机械设设计过程自动动化，减少人人类专家在设设计过程中由由于个人因素素造成的不足足。此外，与与传统设计方方法相比，专专家系统在机机械设计中有有着不可比拟拟的优势，它它不仅可以长长期稳定工作作、节省成本本，还可以为为专家知识特特别是启发式式知识提供存存储手段和传传授途径、易易于继承。传统CAD技术术的局限性。一一般来讲，工工程设计大致致可以分为两两种工作：一一类是数值计计算，包括计计算、分析、绘绘图等，另一一类是符号推推理，包括方方案设计、评评价、决策、结结构设计等。传统的CAD技技术都以数值值计算为基础

18、础，它不包括括符号推理，即即没有分析问问题和解决问问题的能力，它它所能做的工工作，主要是是提供方便的的设计手段来来辅助设计人人员进行设计计，即CADD系统只是一一个辅助工具具。为了克服服传统CADD的不足，人人们开始研究究新的CADD技术思想，引引入人工智能能的原理和方方法，采用专专家系统技术术，将CADD发展为智能能CAD技术术，以适应创创造性设计的的要求。 智能CAD是人人工智能（AAI）和CAAD技术相结结合的一门综综合性研究领领域，其英文文名为Inttelliggent CCAD，简写写为ICADD。迄今为止，虽然然对ICADD有许多定义义，但还没有有一个大家公公认的统一的的定义。本书

19、书给出其中的的一个定义为为：ICADD是一种由多多个智能体（或或称专家系统统）与多种CCAD功能模模块有机集成成的支持产品品设计的复杂杂系统。上述ICAD概概念的表述强强调了以下思思想：(1) ICAAD是传统CCAD技术与与专家系统技技术的有机集集成。(2) ICAAD中一般包包含有多个专专家系统，或或称智能体，它它们独自负责责解决某个单单一领域的设设计问题，但但它们又是分分布式的。 (3) ICAAD系统应该该是为复杂产产品的创新设设计、革新设设计或变型设设计提供支持持环境或工作作平台，不应应该是针对某某类产品设计计的专用系统统。(4) ICAAD支持复杂杂产品设计的的范围应包括括产品需求

20、分分析、方案设设计、结构设设计、可制造造性分析、工工程分析、优优化设计、可可靠性设计、详详细设计和运运动仿真等环环节。 智能CAD的发发展。根据智智能化的水平平，可将ICCAD的发展展分为初级和和高级两个阶阶段。(1)ICADD的初级阶段段设计型专家家系统 。随随着CAD技技术与专家系系统技术的发发展，人们开开始把它们结结合起来使CCAD系统具具备某些计算算机化的智能能来解决某些些设计问题。 (2)ICADD的高级阶段段面向动态联联盟的集成化化智能设计系系统 。集成成化智能设计计（inteegrateed inttelliggent CCAD，IIICAD）系系统是智能CCAD的高级级阶段，代

21、表表了ICADD的发展方向向，从而在人人的主导下将将复杂产品的的设计自动化化推向更高的的水平。 智能CAD的应应用非常广，在在这里只给出出其中几个应应用的例子。1自动方案生生成。理想的的智能CADD是：人类提提出设计的要要求，由计算算机来模拟设设计师，自动动地设计出形形式多样的且且能满足要求求的设计方案案来。2智能交互。在在智能CADD系统中，系系统可以用户户输入的信息息为基础，通通过计算机已已具备的知识识和推理，自自动获得更多多的信息，从从而使得交互互变得简便。3智能显示。色色彩方面、真真实感方面。 由上述内容可见见智能CADD技术对于普普通的CADD技术有着无无可比拟的优优势，相信随随着人工智能能技术和CAAD技术的更更进一步的发发展，人工智智能技术在CCAD中的应应用也将更广广泛，智能CCAD将会在在各个领域的的设计制造行行业独当一面面。参考文献1王隆太、朱朱灯林等著.机械CADD/CAM技技术第三版，机机械工业出版版社，201102袁泽虎、戴锦春等著.计算机机辅助设计与与制造，中国国水利水电出出版社，200043曹承志著著.人工智能能技术，清华华大学出版社社，20100