智能与设计性型专家系统.ppt
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1、智能与设计性型专家系统现在学习的是第1页,共23页 8.1.2 8.1.2 智能智能CADCAD的概念的概念 智能智能CAD是人工智能(是人工智能(AI)和)和CAD技术相结合的一门综合性研究领域,其技术相结合的一门综合性研究领域,其英文名为英文名为Intelligent CAD,简写为,简写为ICAD。迄今为止,虽然对迄今为止,虽然对ICAD有许多定义,但还没有一个大家公认的统一的有许多定义,但还没有一个大家公认的统一的定义。本书给出其中的一个定义为:定义。本书给出其中的一个定义为:ICAD是一种由多个智能体(或称专是一种由多个智能体(或称专家系统)与多种家系统)与多种CAD功能模块有机集成
2、的支持产品设计的复杂系统。功能模块有机集成的支持产品设计的复杂系统。上述上述ICAD概念的表述强调了以下思想:概念的表述强调了以下思想:(1)ICAD是传统是传统CAD技术与专家系统技术的有机集成。技术与专家系统技术的有机集成。(2)ICAD中一般包含有多个专家系统,或称智能体,它们独自负责解决某个中一般包含有多个专家系统,或称智能体,它们独自负责解决某个单一领域的设计问题,但它们又是分布式的。单一领域的设计问题,但它们又是分布式的。(3)ICAD系统应该是为复杂产品的创新设计、革新设计或变型设计提供支持系统应该是为复杂产品的创新设计、革新设计或变型设计提供支持环境或工作平台,不应该是针对某类
3、产品设计的专用系统。环境或工作平台,不应该是针对某类产品设计的专用系统。(4)ICAD支持复杂产品设计的范围应包括产品需求分析、方案设计、支持复杂产品设计的范围应包括产品需求分析、方案设计、结构设计、可制造性分析、工程分析、优化设计、可靠性设计、详细结构设计、可制造性分析、工程分析、优化设计、可靠性设计、详细设计和运动仿真等环节。设计和运动仿真等环节。现在学习的是第2页,共23页 8.1.3 8.1.3 智能智能CADCAD的发展的发展 根据智能化的水平,可将根据智能化的水平,可将ICAD的发展分为初级和高级两的发展分为初级和高级两个阶段。个阶段。1 1ICADICAD的初级阶段的初级阶段设计
4、型专家系统设计型专家系统 随着随着CAD技术与专家系统技术的发展,人们开始把技术与专家系统技术的发展,人们开始把它们结合起来使它们结合起来使CAD系统具备某些计算机化的智能来解系统具备某些计算机化的智能来解决某些设计问题。决某些设计问题。2 2ICADICAD的高级阶段的高级阶段面向动态联盟的集成化智能设计面向动态联盟的集成化智能设计系统系统 集成化智能设计(集成化智能设计(integrated intelligent CAD,IICAD)系统是智能)系统是智能CAD的高级阶段,代表了的高级阶段,代表了ICAD的发展的发展方向,从而在人的主导下将复杂产品的设计自动化推方向,从而在人的主导下将复
5、杂产品的设计自动化推向更高的水平。向更高的水平。现在学习的是第3页,共23页 8.2 8.2 智能智能CADCAD的方法与应用的方法与应用 8.2.1 8.2.1 面向方案形成过程的智能面向方案形成过程的智能CADCAD方法方法 方案是一个设计的核心,它表示设计结果或接近设计结果方案是一个设计的核心,它表示设计结果或接近设计结果,所以,智能,所以,智能CAD的一类方法,自然是面向方案形成过程的一类方法,自然是面向方案形成过程的,具体如下:的,具体如下:1 1基于推理的设计方法基于推理的设计方法 方案的形成过程可以看作为一个推理的过程,它的输入方案的形成过程可以看作为一个推理的过程,它的输入是已
6、有的设计数据和设计知识,是已有的设计数据和设计知识,ICAD系统借助于推理,系统借助于推理,如正向推理、反向推理、混合推理等,由计算机得出设如正向推理、反向推理、混合推理等,由计算机得出设计的方案。计的方案。至于设计知识的表示,常用的有谓词逻辑、框架结至于设计知识的表示,常用的有谓词逻辑、框架结构、产生式规则表示等,将在构、产生式规则表示等,将在8.3节中进行介绍。节中进行介绍。现在学习的是第4页,共23页 2 2基于搜索的方法基于搜索的方法 如果把设计的各种可能的方案组合成为设计空间,如果把设计的各种可能的方案组合成为设计空间,那么设计过程可被看成是在设计空间中的解的搜索,设那么设计过程可被
7、看成是在设计空间中的解的搜索,设计的结果即是对应于设计空间中的某个点(一种设计方计的结果即是对应于设计空间中的某个点(一种设计方案)。搜索方法可分为两大类,即盲目搜索和启发式搜案)。搜索方法可分为两大类,即盲目搜索和启发式搜索。索。3 3基于约束满足的设计方法基于约束满足的设计方法 方案的形成过程可以看成是一个约束满足问题,即方案的形成过程可以看成是一个约束满足问题,即所有的设计要求与限制都可被看作是对变量的约束,而所有的设计要求与限制都可被看作是对变量的约束,而最终的方案则是满足所有的约束条件后的设计。约束集最终的方案则是满足所有的约束条件后的设计。约束集限制下的子空间即为设计的解空间,而求
8、解的过程则是限制下的子空间即为设计的解空间,而求解的过程则是基于约束进行的。基于约束进行的。现在学习的是第5页,共23页 8.2.2 8.2.2 基于设计对象表达的智能基于设计对象表达的智能CADCAD方法方法 对于设计问题的求解,人们有很多理解,从信息加工角度来看,设对于设计问题的求解,人们有很多理解,从信息加工角度来看,设计是人们对某一领域知识的创造、检索、整理、表示、传播以及在客计是人们对某一领域知识的创造、检索、整理、表示、传播以及在客观世界的再现,是一个设计对象的描述信息逐步增加的过程。因此,观世界的再现,是一个设计对象的描述信息逐步增加的过程。因此,从设计对象表达的角度出发,人们提
9、出了更适合于设计问题求解的智从设计对象表达的角度出发,人们提出了更适合于设计问题求解的智能能CAD方法:基于实例的设计方法(方法:基于实例的设计方法(CBD)和基于原型的设计方)和基于原型的设计方法(法(PBD)。)。1基于实例的设计方法基于实例的设计方法 一个典型的一个典型的CBD过程包括以下步骤:过程包括以下步骤:(1)根据当前的设计问题从实例中检索出相应的实例。根据当前的设计问题从实例中检索出相应的实例。(2)调整该实例中的求解方案,使之适合于求解当前的设计问题。调整该实例中的求解方案,使之适合于求解当前的设计问题。(3)求解当前设计问题并形成新的实例。求解当前设计问题并形成新的实例。(
10、4)根据一定的策略将新实例加入到实例库中。根据一定的策略将新实例加入到实例库中。现在学习的是第6页,共23页 2 2基于原型的设计方法基于原型的设计方法 设计原型是一些经验性的设计要素的组合,概括了一类事设计原型是一些经验性的设计要素的组合,概括了一类事物的基本特征或共同属性,是对一类事物的抽象。在进行设计物的基本特征或共同属性,是对一类事物的抽象。在进行设计活动时,原型既给出了一个基本的设计对象描述模型,又限定活动时,原型既给出了一个基本的设计对象描述模型,又限定了设计模型,并对设计过程的推进起导引作用。一类设计对象了设计模型,并对设计过程的推进起导引作用。一类设计对象的原型可用如下方式表示
11、:的原型可用如下方式表示:原型知识原型知识=原型原型+变换规则变换规则+范例范例 原型原型=子原型子原型+结构关系结构关系+特性特性 基于原型的设计系统须具备以下两种学习能力:基于原型的设计系统须具备以下两种学习能力:(1)从实例中进行学习。从实例中进行学习。(2)从类比中进行学习。从类比中进行学习。现在学习的是第7页,共23页 8.2.3 8.2.3 智能智能CADCAD的应用的应用 智能智能CAD的应用非常广,在这里只给出其中几个应用的例子的应用非常广,在这里只给出其中几个应用的例子。1 1自动方案生成自动方案生成 理想的智能理想的智能CAD是:人类提出设计的要求,由计算机来模拟设是:人类
12、提出设计的要求,由计算机来模拟设计师,自动地设计出形式多样的且能满足要求的设计方案来。计师,自动地设计出形式多样的且能满足要求的设计方案来。2 2智能交互智能交互 在智能在智能CAD系统中,系统可以用户输入的信息为基础,通过计系统中,系统可以用户输入的信息为基础,通过计算机已具备的知识和推理,自动获得更多的信息,从而使得交互算机已具备的知识和推理,自动获得更多的信息,从而使得交互变得简便。变得简便。3 3智能显示智能显示 (1)色彩方面。色彩方面。(2)真实感方面真实感方面。现在学习的是第8页,共23页8.3 8.3 知识的表示知识的表示 知识的自动化处理技术是知识的自动化处理技术是ICAD的
13、核心技术,知识处理包括知识表的核心技术,知识处理包括知识表示、知识利用和知识获取,本节只讨论知识表示。示、知识利用和知识获取,本节只讨论知识表示。知识是人类对于客观事物规律性的认识。知识可划分为两个层知识是人类对于客观事物规律性的认识。知识可划分为两个层次,即领域知识和元知识,其中元知识是次,即领域知识和元知识,其中元知识是“关于知识的知识关于知识的知识”。知识的表示就是研究如何用最合适的形式来组织知识,使其对知识的表示就是研究如何用最合适的形式来组织知识,使其对所需解决的问题最为有利。知识的表示所需解决的问题最为有利。知识的表示 也是当今正处于发展的一个也是当今正处于发展的一个方向,知识表示
14、的方法也日益增多,这里仅简单介绍几种常见的方方向,知识表示的方法也日益增多,这里仅简单介绍几种常见的方法。法。8.3.1 8.3.1 谓词逻辑谓词逻辑 1 1命题演算命题演算 2谓词演算谓词演算现在学习的是第9页,共23页 8.3.2 8.3.2 框架结构框架结构 框架是一种描述立体形态的数据结构。框架有如下形式:框架是一种描述立体形态的数据结构。框架有如下形式:(,)(,)(,))8.3.3 8.3.3 产生式表示法产生式表示法 知识用规则表示的专家系统,称为基本规则的专家系统或称知识用规则表示的专家系统,称为基本规则的专家系统或称为产生式系统,这是专家系统中用得最多的一种知识表示方法。为产
15、生式系统,这是专家系统中用得最多的一种知识表示方法。一个产生式系统由规则库、综合数据库和推理机三个部分组成。一个产生式系统由规则库、综合数据库和推理机三个部分组成。现在学习的是第10页,共23页 1 1规则库规则库 产生式系统中所有规则组成的集合称为规则库,产生式系统中所有规则组成的集合称为规则库,或称为知识库。产生式规则实质上就是一个以或称为知识库。产生式规则实质上就是一个以 IF x为真,为真,THEN执行执行y 的形式表示的语句,即:的形式表示的语句,即:IF 且且 且且 THEN 现在学习的是第11页,共23页 2 2综合数据库综合数据库 综合数据库有时也称作语境(上下文),它是规则所
16、涉及的对象综合数据库有时也称作语境(上下文),它是规则所涉及的对象。数据库中的数据可以为表结构,也可为树或网结构。工程设计专家。数据库中的数据可以为表结构,也可为树或网结构。工程设计专家系统数据库中的数据结构,多半采用树结构或层次性的树或网状结构系统数据库中的数据结构,多半采用树结构或层次性的树或网状结构,以表示各参数之间的层次与类别关系。,以表示各参数之间的层次与类别关系。3 3推理机推理机 推理机可以根据当前语境的状态,控制下一步应选择哪一个推理机可以根据当前语境的状态,控制下一步应选择哪一个规则。规则。产生式系统的最大特点是模块性和自然性。由于规则表示具有良好产生式系统的最大特点是模块性
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