采用智能化电器计算机辅设计.doc

采用智能化系统电器计算机辅设计人工智能作为一门科学开始于50年代中期。当时人们认识到，计算机不仅是一个快速运算数字的机器，同时也非常有利于符号表达和逻辑演绎。数值计算和符号处理的研究，迅速地形成了两个备具特色的研究万向。符号表达和逻辑演绎能更好地表达事物的本质。因此，计算机在工程技术中的进一步应用，必须把数值运算分析和符号逻辑处理结合起来。而采用人工智能的概念及其技术则是计算机解决符号演绎问题的根本出路。人工智能技术在许多领域都取得了重大进展，如问题的求解、定量证明、模式识别、归纳推理、自然语言理解等方面。一、设计概念与特点：要在CAD系统中利用人工智能技术，首先应弄明白设计概念及其过程。设计过程通常由两大部分组成，是以数值计算、图形处理及代码生成为主的公式化内容，这是一种确定性过程，已由众多的CAD系统所支持；而另一部分则是以概念性描述、经验知识推理为主导的过程，依靠思考推理、判断来解决问题，现行的CAD系统对解决这一部分问题是无能为力的。现在把设计过程作为一种制作模型综合和分析的反复迭代的过程。设计过程大致有下列几方面的特点：1、创造性 ：设计是一个创造性的脑力劳动，建立产品的概念模型，需要对事物有升华的想象力。2、经验性 ：创造和评价任何设计模型，借鉴前人和自己的实践经验是十分重要的。完全遵循现成的理论方法或凭空构思全新的设计模型几乎是不可能的，这也不符合人类的设计思想和认识过程。因此，设计经验的积累是十分重要的。3、多解性：对于任何一个设计，有可能提出多种方案，尽管每种方案各有侧重，均能达到符合技术与经济上要求的设计目标。 4、近似性 ：设计过程中往往伴随着从许多性质不同的参数中挑选出主要参数，忽略影响小的次要参数(因素)，以减少设计的重复，简化设计过程。这样得到的结果是近似5、综合性：设计是一个多目标的综合优化过程。上述特征，在产品设计的最初阶段，表现得尤为明显从某种意义上讲，这些特性是机电产品设计过程中最为重要的方面，是最难数值化和计算化的，它是一个思维推断的过程。人工智能理论支持的CAD系统正是在这个阶段发挥着重要作用。二、设计的方法与步骤：传统的设计过程分为如下几个步骤：1、概念设计(初步设计)：根据用户对产品提出的要求，确定设计的目标和总体结构，并确定解决问题的基本方法。2、基本设计(特性分析)：决定解决设计问题的布局和结构，以及件能分析。3、详细设计： 决定零部件所选月的材料、形状尺寸与公差等具体细节，考虑生产要素对设计的影响。4产品设计评价 ：结构工艺审核，确定生产工艺需要的主要数据，编制各种文件与说明。上述设计过程，可看成是一个设计的决策过程。要在设计过程中引入智能因素，首先要确定设计的知识模型，即阐明知识在设计中的地位与作用。它的基本出发点是：(1)设计的目的不变(或暂时不变)；(2)已知这种设计需要的技术诀窍；(3)设计结果形成的信息，可按某种方式编成文件用于生产个基于知识的有目标的活动。在设计的最初阶段，设计者需要关于产品的技术要求(技术规范)，有可能设计的技术要求不全面，或不完全正确，这就要求在动态设计过程中不断充实或修正 在设计过程中一个成功的设计往往要反复多次，但在设计初期，要求采用试探法来确定最后设计的某个持征，而这种决策对设计结果产生的影响尚不知道，这个过程称为设计的综合。如上图所示。还有一个重要的事实是，可以使用的知识不是一成不变的。开始设计时，知识是不完备的，在设计过程中，知识具有积累的功能。三、设计过程中的知识知识对干产品设计的综合、分析、评价是十分重要的，一个好的设计，往往取决于丰富而准确的知识。这些知识可以用一些规则来描述在设计过程中，综合的目的是对模型的求精使后面的分析有满意的结果。否则，在评价阶段往往出现不能令人满意的结果因而进行回溯查明求精的操作引起的结果与要求不一致的原因，并再进行求精。求精过程可以看成从巴知的规则集中选取一个子集加人到可用规则中。而分析和综合相反，它是利用已选好的规则，可以把综合、分析、评价与规则相结合。综合：当某种情况出现时，在已知规则集合之中选取一个子集加入到可用规则集合中。分析：应用可用的规则集合。评价：如设计结果满足要求，则结束。否则，在可用规则集合中剔除引起失败的规则从上述情况看出，设计过程和人工智能专家系统的工作过程极为相似。从可用规则集合和已知规则集合出发，我们不难说明学习和规范的含义。如上所述，运用规则来描述设计过程中的知识是可行的，必须应用专家系统技术才能较好地解决上述问题。在具体设计过程中，一般包括以下几种知识：(1) 产品的结构、原型知识：(2) )图形知识：(3) 数学知识：(4) 设计规则：四、实现智能CAD的策略 传统的CAD技术减轻了设计者的手工劳动，使设计过程更趋合理化。但从技术方面来看，为使设计者在整个产品的设计过程中从计算机得到创造性和智能化支持，新一代CAD系统智能CAD技术成为CAD领域的主要研究内容。 利用人工智能，尤其是专家系统技术，我们能够做到： (1)设计过程中人类思维和问题求解的知识，通过知识表示技术和学习手段化成计算机能够处理的形式； (2)将专家的知识以及标准的设计准则存储于知识库(及数据库)中。使一般的设计者在计算机辅助下也能完成具有专家水平的高质量设计，并使其提高设计技术，丰富知识和经验。 (3)特设汁目标、设计领域的知识描述、设计知识以及推理机制相互分离， 具有广泛的适应性。该系统应具有以下几个特点：(1)系统是一个软件模块集成化的环境，在设计的所有阶段支持设计者。这意味着两个事实：一是所有的设计工作，包括绘图、计算、信息检索、工艺规划等均能在同一系统上完成；二是所有设计所需求的信息均可以从系统中获得，如过去完成的设计资料、专利信息、设计经验知识相技能等。(2)数据的描述方法是集成的，而且所有的设计阶段唯一表示并普遍使用，也就是说设计模型的表示是唯一的。 (3)系统是智能化的，这是因为：首先是应具备智能化的人机界面来支持设计者其次是系统应具备智能的推理能力，使一个不熟练的设计考也能做出良好的设计，纠正错误，提出建议，回答问题等。(4)系统能够节约整个设计过程的时间和费用，提高设计质量。这是采用CAD技术的最终目的。五、开发智能CAD系统专家系统 近年来，人们迫切希望利用人工智能技术来解决那些用传统的CAD技术难以解决的工程设计问题。已着手研究出若干试验性的基础知识的CAD系统，并且开始显示出其优越性。专家系统的概念还没有一个规范他的公认定义。专家系统是一个基于知识的，程序设计方法建立起来的计算机系统(在观看段主要表现为计算机软件系统)。它拥有某个特殊领域的专家的知识和经验，并能像专家那样应用这些知识。通过推理，在那个领域内做出智能决策，以解决通常需要专家的知识和经验才能解决的复杂问题。这一定义较准确地描述了专家系统的特征和功能，它有以下三方面的含义：(1)专家系统是软件，但又具有智能而不同于一般的软件。传统软件的程序设计方法是： 数据十算法程序它在处理人类知识方面却存在着一些问题，因而导致了基于知识的程序设计方法的出现，专家系统的出现。其主要持征是系统中有一个巨大的知识库，存储着某个领域的专门知有一个推理机。这种系统是以知识和推理机为中心的结构，可用下式表达：知识十推理系统(2)它的智能来源于专家的经验、知识及解决问题的诀窍要特征，知识库又是专家系统的核心部分。(3)它要解决的问题本来是由称为“专家”的人来解决的。一个完整的专家系统是由知识库、推理机、知识获取部分和解释界面四个部分组成，其基本结构如图76所示。知识库和推理机是专家系统的核心部分。目 录一、设计概念与特点：1二、设计的方法与步骤：2三、设计过程中的知识3四、实现智能CAD的策略4五、开发智能CAD系统专家系统5