计算机辅助设计ppt课件

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1、经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用5 5、计算机辅助设计、计算机辅助设计（1 1）基本概念和特点）基本概念和特点 计算机辅助设计（计算机辅助设计（Compater Aided DesignCAD）是指）是指在设计活动中，利用计算机作为工具，帮助工程技术人员进行在设计活动中，利用计算机作为工具，帮助工程技术人员进行设计的一切适用技术的总和。设计的一切适用技术的总和。计算机辅助设计是人和计算机相结合、各尽所长的新型设计算机辅助设计是人和计算机相结合、各尽所长的新型设计方法。计方法。一个好的计算机辅助设计

2、系统既能充分发挥人的创造一个好的计算机辅助设计系统既能充分发挥人的创造性作用，又能充分利用计算机的高速分析计算能力，找到人和性作用，又能充分利用计算机的高速分析计算能力，找到人和计算机最佳结合点。计算机最佳结合点。CAD的过程为：先进行设计方案构思、工作原理拟定等的过程为：先进行设计方案构思、工作原理拟定等创创造性的思维活动造性的思维活动 然后将设计思想、设计方法经过综合、然后将设计思想、设计方法经过综合、分析，转换成计算机可以处理的分析，转换成计算机可以处理的数学模型数学模型 最后编写能解最后编写能解析这些模型的析这些模型的计算机程序计算机程序。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消

3、费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 计算机辅助设计包括的内容很多，如优化设计、有限元分析、计算机辅助设计包括的内容很多，如优化设计、有限元分析、计算机仿真、计算机绘图等。计算机仿真、计算机绘图等。在计算机辅助设计工作中，计算机的任务实质上是进行大量在计算机辅助设计工作中，计算机的任务实质上是进行大量信息的加工、管理和交换。在信息的加工、管理和交换。在CAD作业过程中，逻辑判断、科作业过程中，逻辑判断、科学计算和创造性思维是反复交叉进行的。一个完整的学计算和创造性思维是反复交叉进行的。一个完整的CAD系统，系统，应在设计过程中的各个阶段都能发挥作

4、用。而要实现这一点，应在设计过程中的各个阶段都能发挥作用。而要实现这一点，就必须具备以下三个条件：就必须具备以下三个条件：建立完备的产品设计建立完备的产品设计数据库数据库。产品设计数据库是用来存。产品设计数据库是用来存储设计某类产品所需的各种信息，如标准、规范、公式等。储设计某类产品所需的各种信息，如标准、规范、公式等。建立完备的建立完备的应用程序库应用程序库。即将解决某一类工程设计问题。即将解决某一类工程设计问题的通用及专用设计程序，如优化程序、有限元程序等。的通用及专用设计程序，如优化程序、有限元程序等。建立多功能建立多功能交互式图形库交互式图形库。利用图形库可以进行二维及。利用图形库可以

5、进行二维及三维图形的信息处理，能在此基础上绘制工程设计图，建立标三维图形的信息处理，能在此基础上绘制工程设计图，建立标准件库、零部件库等图形处理工作。准件库、零部件库等图形处理工作。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 与传统的机械设计相比，与传统的机械设计相比，CAD技术都有着巨大的优越性。技术都有着巨大的优越性。主要表现在：主要表现在：CAD可以提高设计质量。可以提高设计质量。CAD可以节省时间，提高生产率。可以节省时间，提高生产率。CAD可以较大幅度地降低成本。可以较大幅度地降低成本。CAD技术

6、将设计人员从繁琐的计算和绘图工作中解放出技术将设计人员从繁琐的计算和绘图工作中解放出 来，使其可以从事更多的创造性劳动。来，使其可以从事更多的创造性劳动。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用（2）计算机辅助设计的研究热点及展望）计算机辅助设计的研究热点及展望 CAD技术现今及将来会在以下几方面进行技术现今及将来会在以下几方面进行重点研究重点研究，并将，并将取得进展。取得进展。参数化设计参数化设计 用用CAD方法开发产品时，零件设计模型的建立速度是决定整方法开发产品时，零件设计模型的建立速度是决定整个产

7、品开发效率的关键。个产品开发效率的关键。产品开发初期，零件形状和尺寸有一定模糊性，要在装配验产品开发初期，零件形状和尺寸有一定模糊性，要在装配验证、性能分析和数控编程之后才能确定，这就希望零件模型具证、性能分析和数控编程之后才能确定，这就希望零件模型具有易于修改的柔性。有易于修改的柔性。参数化设计方法参数化设计方法就是将模型中的定量信息变量化，使之成为就是将模型中的定量信息变量化，使之成为任意调整的参数。对于变量化参数赋予不同数值，就可得到不任意调整的参数。对于变量化参数赋予不同数值，就可得到不同大小和形状的零件模型。同大小和形状的零件模型。参数化设计可以大大提高模型的生成和修改速度，在产品的

8、参数化设计可以大大提高模型的生成和修改速度，在产品的系列设计、相似设计及专用系列设计、相似设计及专用CAD系统开发方面都具有较大的应系统开发方面都具有较大的应用价值。用价值。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 智能智能CAD 智能智能CAD是指通过运用专家系统、人工神经网络等是指通过运用专家系统、人工神经网络等人工智人工智能技术能技术使在作业过程中具有某种程度使在作业过程中具有某种程度人工智能的人工智能的CAD系统系统。专家系统专家系统是一个能在某个特定领域内，用人类专家的知识、是一个能在某个特定领

9、域内，用人类专家的知识、经验和能力去解决该领域中复杂困难问题的计算机程序系统。经验和能力去解决该领域中复杂困难问题的计算机程序系统。专家系统不同于通常的问题求解系统，其基本思想是使计专家系统不同于通常的问题求解系统，其基本思想是使计算机的工作过程能尽量模似领域专家解决实际问题的过程。专算机的工作过程能尽量模似领域专家解决实际问题的过程。专家系统在家系统在CAD作业中适时给出智能化提示，告诉设计人员下一作业中适时给出智能化提示，告诉设计人员下一步该做什么，当前设计存在的问题，建议解决问题的途径；或步该做什么，当前设计存在的问题，建议解决问题的途径；或模拟人的智慧，根据出现的问题提出合理的解决方案

10、。模拟人的智慧，根据出现的问题提出合理的解决方案。专家系统是基于知识的系统，专家系统技术是知识获取、处专家系统是基于知识的系统，专家系统技术是知识获取、处理和运用的技术。知识工程是专家系统技术的基础。专家系统理和运用的技术。知识工程是专家系统技术的基础。专家系统通常由知识库、推理机、知识获取系统、解释机构和一些界面通常由知识库、推理机、知识获取系统、解释机构和一些界面组成。组成。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 人工神经网络人工神经网络具有下列特征：具有下列特征：a.它包含大量的人工神经元，提供了

11、大量可供调节的变量；它包含大量的人工神经元，提供了大量可供调节的变量；b.信息是分布式存储的，从而提供了联想与全息记忆的能力；信息是分布式存储的，从而提供了联想与全息记忆的能力；c.具有高度的自适应能力，高度的容错能力，很强的计算能力具有高度的自适应能力，高度的容错能力，很强的计算能力 以及自组织能力。以及自组织能力。人工神经网络已在语音识别、模式分类、自动控制等领域取人工神经网络已在语音识别、模式分类、自动控制等领域取得了比较成功的应用，在工程设计中的应用正在不断地研究发得了比较成功的应用，在工程设计中的应用正在不断地研究发展，如基于人工神经网络的机械设计领域知识表达方法的研究，展，如基于人

12、工神经网络的机械设计领域知识表达方法的研究，智能系统的知识自动获取、基因遗传算法的原理在机械工程中智能系统的知识自动获取、基因遗传算法的原理在机械工程中的应用。的应用。目前，神经网络和专家系统有联合起来的趋势，神经网络也目前，神经网络和专家系统有联合起来的趋势，神经网络也可设计成某种专家系统，实现专家系统的功能。基于神经网络可设计成某种专家系统，实现专家系统的功能。基于神经网络的专家系统在知识获取、并行推理、适应性学习、联想推理、的专家系统在知识获取、并行推理、适应性学习、联想推理、容错能力方面明显优于传统的专家系统。容错能力方面明显优于传统的专家系统。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当

13、按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 基于特征的设计基于特征的设计 特征设计特征设计是是用易于识别的、包含加工信息的几何单元用易于识别的、包含加工信息的几何单元(如孔、如孔、槽，倒角等槽，倒角等)来取代以往设计中所用的纯几何描述来取代以往设计中所用的纯几何描述(如直线、圆如直线、圆弧等弧等)。特征特征是构造零件的最基本的单元要素，它们能以较高的抽是构造零件的最基本的单元要素，它们能以较高的抽象级别、不需要解释的方式来标示一个产品。它既反映零件的象级别、不需要解释的方式来标示一个产品。它既反映零件的几何信息几何信息，又反映零件的，又反映零件的

14、加工工艺特征信息加工工艺特征信息。例如，对孔的设计，例如，对孔的设计，非特征非特征的系统常采用圆柱体与某个实的系统常采用圆柱体与某个实体进行逻辑运算来实现，计算机仅仅知道哪些部分没有材料而体进行逻辑运算来实现，计算机仅仅知道哪些部分没有材料而已，并不能已，并不能“认识认识”哪是一个孔。对基于哪是一个孔。对基于特征特征的设计系统，孔的设计系统，孔是一个特征，具有直径、长度、公差、表面粗糙度、位置等属是一个特征，具有直径、长度、公差、表面粗糙度、位置等属性，并包括它在装配图中的情况性，并包括它在装配图中的情况,每一个特征基本上对应一组加每一个特征基本上对应一组加工制造方法。工制造方法。特征的特征的

15、“语义语义”，使设计人员和工艺人员对同一特征有相，使设计人员和工艺人员对同一特征有相同的理解，并且特征定义显式地包含了所有几何和非几何信息。同的理解，并且特征定义显式地包含了所有几何和非几何信息。因此，基于特征的设计更适合于因此，基于特征的设计更适合于CAD/CAM的集成和的集成和CIMS中的中的建模需要建模需要。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 相关性设计相关性设计 相关性设计为设计工作提供了极大的方便。用户无论是在什相关性设计为设计工作提供了极大的方便。用户无论是在什么地方进行修改，系统会自动

16、地更新与修改有关的内容。例如，么地方进行修改，系统会自动地更新与修改有关的内容。例如，当用户在左视图上对某个尺寸进行修改，主视图、俯视图和三当用户在左视图上对某个尺寸进行修改，主视图、俯视图和三维模型中相应的尺寸和形状会随之改变。反之，在三维模型设维模型中相应的尺寸和形状会随之改变。反之，在三维模型设计中的修改，同样会在三视图中得到改变。计中的修改，同样会在三视图中得到改变。NURBS几何构型技术几何构型技术 NURBS（Non-Unifrom Rational B-Spilnes,即非均匀有理即非均匀有理B样条曲线样条曲线)在在CAD中用来定义复杂的几何曲面。运用中用来定义复杂的几何曲面。运

17、用NURBS技技术可以使系统在描述自由曲线、曲面以及精确的二次曲线、曲术可以使系统在描述自由曲线、曲面以及精确的二次曲线、曲面时，能够采用统一的算法和表示方法。用面时，能够采用统一的算法和表示方法。用NURBS技术构造技术构造的曲面易于生成、修改和存储，为系统提高对曲面的构造能力的曲面易于生成、修改和存储，为系统提高对曲面的构造能力和编辑修改能力打下了基础。和编辑修改能力打下了基础。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 装配设计和管理装配设计和管理 装配设计是指系统能够同时完成产品或装配部件的设计，装

18、配设计是指系统能够同时完成产品或装配部件的设计，而不是个别零件的设计。而不是个别零件的设计。由于涉及到许多零件的装配关系，装配设计需要考虑的因由于涉及到许多零件的装配关系，装配设计需要考虑的因素复杂，具有装配设计功能的系统需要采用的技术和手段也较素复杂，具有装配设计功能的系统需要采用的技术和手段也较多，如前面提及的特征设计、参数化设计、相关性设计等。对多，如前面提及的特征设计、参数化设计、相关性设计等。对于具有装配设计功能的系统还应能够提供有关装配方面的管理于具有装配设计功能的系统还应能够提供有关装配方面的管理能力，如装配零件逻辑关系、装配件干涉检查、生成装配材料能力，如装配零件逻辑关系、装配

19、件干涉检查、生成装配材料明细表、零件装配关系展开图等。明细表、零件装配关系展开图等。CAD系统的集成化系统的集成化 CAD系统的集成化是将系统的集成化是将CAD和和CAM集成为一个集成为一个CAD/CAM系统。在这种系统中，设计师可利用计算机，经过运动、动力、系统。在这种系统中，设计师可利用计算机，经过运动、动力、应力分析，确定零部件的合理结构形状，自动生成工程图样文应力分析，确定零部件的合理结构形状，自动生成工程图样文件，存放在数据库中。再由件，存放在数据库中。再由CAD/CAM系统对数据库中的图形系统对数据库中的图形数据文件进行工艺设计及数控加工编程，并直接控制数控机床数据文件进行工艺设计

20、及数控加工编程，并直接控制数控机床去加工制造。去加工制造。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 面向对象的设计方法面向对象的设计方法 面向对象方法是分析问题和解决问题的新方法。其基本出发面向对象方法是分析问题和解决问题的新方法。其基本出发点就是尽可能按照人类认识世界的方法和思维方式来分析和解点就是尽可能按照人类认识世界的方法和思维方式来分析和解决问题。决问题。客观世界是由许多具体的事物或事件、抽象的概念、规则客观世界是由许多具体的事物或事件、抽象的概念、规则等组成的，我们将所要研究的事、物、概念等等组

21、成的，我们将所要研究的事、物、概念等都都称为称为对象对象。面面向对象的方法正是以对象作为最基本的元素，作为分析问题、向对象的方法正是以对象作为最基本的元素，作为分析问题、解决问题的核心。解决问题的核心。实际应用中对象是人们要进行研究的实际应用中对象是人们要进行研究的“任何事物任何事物”。从最。从最简单的整数到极其复杂的自动化工厂都可以看作对象。简单的整数到极其复杂的自动化工厂都可以看作对象。对象的对象的概念是广义的概念是广义的,不仅能表示具体的实体，也能表示抽象的规则、不仅能表示具体的实体，也能表示抽象的规则、计划或事件。在计划或事件。在CAD/CAM系统中，所定义的对象可以是用来系统中，所定

22、义的对象可以是用来描述几何模型的点、线、面等，也可以是用来描述加工过程的描述几何模型的点、线、面等，也可以是用来描述加工过程的零件模型、加工特征、刀具类型、刀位指令等等。零件模型、加工特征、刀具类型、刀位指令等等。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用6 6、智能计算机辅助设计系统、智能计算机辅助设计系统（1 1）智能计算机辅助设计系统的基本组成）智能计算机辅助设计系统的基本组成 智能智能CAD系统是将人工智能原理和系统是将人工智能原理和CAD技术用于工程设计技术用于工程设计的程序系统，它拥有丰富的机构

23、设计公有知识和设计数据资料，的程序系统，它拥有丰富的机构设计公有知识和设计数据资料，同时拥有众多领域专家的个人经验知识。在设计时，能够模仿同时拥有众多领域专家的个人经验知识。在设计时，能够模仿人类专家进行创造性设计，并具有自学习功能，能不断地总结人类专家进行创造性设计，并具有自学习功能，能不断地总结成功经验，不断地吸取人类专家的知识，来补充自己的知识，成功经验，不断地吸取人类专家的知识，来补充自己的知识，提高自己的创造性能力。提高自己的创造性能力。智能智能CAD系统系统人工智能原理人工智能原理CAD技术技术=+具有丰富的机构具有丰富的机构设计公有知识、设计公有知识、设计数据资料设计数据资料具有

24、众多领域具有众多领域内专家的个人内专家的个人经验、知识经验、知识 能进行创造性设计、能进行创造性设计、具有自学习功能、不具有自学习功能、不断地总结成功经验断地总结成功经验 经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 智能智能CAD系统应具有下面的三个功能：系统应具有下面的三个功能：该系统能智能地支持设计者，即在知识库的支持下，系统该系统能智能地支持设计者，即在知识库的支持下，系统具有搜索、推理决策的能力，包括理解设计者的意图、设计条具有搜索、推理决策的能力，包括理解设计者的意图、设计条件和约束，提出各种可行

25、的设计方案及结构，能正确解释设计件和约束，提出各种可行的设计方案及结构，能正确解释设计者提出的问题，查找并改正设计错误。这就要求系统具有一个者提出的问题，查找并改正设计错误。这就要求系统具有一个内容丰富的知识库和一个进行理解推理和决策的模块。内容丰富的知识库和一个进行理解推理和决策的模块。系统具备相应的设计资料数据库和计算分析程序库，还应系统具备相应的设计资料数据库和计算分析程序库，还应有图形支撑系统和文件产生系统。有图形支撑系统和文件产生系统。系统具有自学习能力，即能够不断地总结经验，自动地从系统具有自学习能力，即能够不断地总结经验，自动地从知识库将过时的、不合理的知识删除掉，并能不断地吸收

26、新的知识库将过时的、不合理的知识删除掉，并能不断地吸收新的知识。这就要求系统的知识库具有开放性和灵活性。知识。这就要求系统的知识库具有开放性和灵活性。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用一个典型的智能一个典型的智能CAD系统的组成如系统的组成如图图1-6所示。所示。绘图及文 件编写推理机领域专家知识获取知识库模式性知识数值分析法规则性知识自学习机逻辑推理模式联想设计资料 数据库分析计算 动态 数据库人机界面图形交互输入输出用 户图图1-6CAD部分部分专家系统部分专家系统部分经营者提供商品或者服务有欺

27、诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用由图由图1-6可知，一个智能可知，一个智能CAD系统由以下几个部分组成：系统由以下几个部分组成：知识获取，用来获取来自领域专家的知识；知识获取，用来获取来自领域专家的知识；知识库，用来存放各种知识，工作时与推理机交换信息；知识库，用来存放各种知识，工作时与推理机交换信息；自学习机，在推理过程中进行学习，将得到的新知识不断充自学习机，在推理过程中进行学习，将得到的新知识不断充实知识库，并删除知识库中过时的知识；实知识库，并删除知识库中过时的知识；人机界面，是用户与系统的接口；人机界面，是用户与

28、系统的接口；绘图和文件编写，从中间数据库获取结果数据，采用交互或绘图和文件编写，从中间数据库获取结果数据，采用交互或自动化的方式产生图样和设计文件；自动化的方式产生图样和设计文件；动态数据库，存放推理过程的中间结果、用户输入信息及最动态数据库，存放推理过程的中间结果、用户输入信息及最终结果；终结果；推理机是整个系统的核心，其任务是将输入要求与知识库相推理机是整个系统的核心，其任务是将输入要求与知识库相匹配，触发适用的规划，使有关结论得到执行。推理机要对各匹配，触发适用的规划，使有关结论得到执行。推理机要对各组成部分实现控制，解决各结论之间的矛盾，对设计结束进行组成部分实现控制，解决各结论之间的

29、矛盾，对设计结束进行评价和决策，最后得到最佳设计结果；评价和决策，最后得到最佳设计结果；分析计算部分，用各种程序进行计算和分析，给推理机提供分析计算部分，用各种程序进行计算和分析，给推理机提供定量的评价和决策数据；定量的评价和决策数据；设计资料数据库，存放大量的设计标准和参考资料，用来支设计资料数据库，存放大量的设计标准和参考资料，用来支持分析计算、评价及决策过程。持分析计算、评价及决策过程。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用（2 2）人工智能技术与智能设计系统）人工智能技术与智能设计系统 专家系统

30、、人工神经网络是人工智能的两个应用分支，由此专家系统、人工神经网络是人工智能的两个应用分支，由此而出现了而出现了不同特点不同特点的智能设计系统，即基于的智能设计系统，即基于专家系统专家系统、人工神人工神经网络经网络和体现复合智能的和体现复合智能的神经网络专家系统的神经网络专家系统的智能设计系统。智能设计系统。人人工工智智能能技技术术专家专家系统系统人工神人工神经网络经网络人人工工智智能能基基础础理理论论+CADCAD基于神经网络基于神经网络的智能设计系统的智能设计系统基于专家系统基于专家系统的智能设计系统的智能设计系统基于神经网络专家基于神经网络专家系统的智能设计系统系统的智能设计系统不同特点

31、的智能设计系统不同特点的智能设计系统两个应用分支两个应用分支经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用专家系统（专家系统（Expert SystemES）专家系统是一种计算机程序，是基于知识的智能程序，是专家系统是一种计算机程序，是基于知识的智能程序，是以专家的水平来完成一些重要问题的计算机应用系统。以专家的水平来完成一些重要问题的计算机应用系统。专家系统的知识库存有相当数量的权威性知识，系统能运专家系统的知识库存有相当数量的权威性知识，系统能运用这些知识解决特定领域的实际问题、或模拟专家运用这些知用这些知

32、识解决特定领域的实际问题、或模拟专家运用这些知识通过推理作出智能决策。识通过推理作出智能决策。专家系统擅长符号处理和逻辑推理，特别适合于解决自动专家系统擅长符号处理和逻辑推理，特别适合于解决自动计算、问诊和启发式推理等计算、问诊和启发式推理等基于规则基于规则的问题。专家系统具有强的问题。专家系统具有强大的解释功能，对设计推理过程和结果作出解释，这种推理过大的解释功能，对设计推理过程和结果作出解释，这种推理过程的透明性有利于设计人员理解和使用系统的设计结果。程的透明性有利于设计人员理解和使用系统的设计结果。专家系统的专家系统的知识库知识库和和推理机推理机为系统的两大组成部分。知识为系统的两大组成

33、部分。知识库的丰富和修正，不会涉及推理机的程序体，这使系统扩充方库的丰富和修正，不会涉及推理机的程序体，这使系统扩充方便。便。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 但专家系统具有两个缺陷：但专家系统具有两个缺陷：知识获取的知识获取的“瓶颈瓶颈”。专家系统的智能水平很大程度取决于知识的数量和质量，专家系统的智能水平很大程度取决于知识的数量和质量，而实际工程设计中涉及的因素很多，很难建立一个完整全面的而实际工程设计中涉及的因素很多，很难建立一个完整全面的关系模型。有些专家的经验知识、感性知识和潜意识里运用

34、的关系模型。有些专家的经验知识、感性知识和潜意识里运用的设计知识，要归纳和描述成计算机程序或基于规则的知识形式设计知识，要归纳和描述成计算机程序或基于规则的知识形式非常困难，甚至不能实现。即使能用计算机程序来描述专家的非常困难，甚至不能实现。即使能用计算机程序来描述专家的设计知识，相应的知识库也必然十分庞大，构造和维护非常不设计知识，相应的知识库也必然十分庞大，构造和维护非常不易。易。推理能力相对较弱。推理能力相对较弱。专家系统的本质特征是基于规则的推理思维，由于逻辑推专家系统的本质特征是基于规则的推理思维，由于逻辑推理理论还不完善，推理方法简单，控制策略不灵活，当多个设理理论还不完善，推理方

35、法简单，控制策略不灵活，当多个设计专家的知识间发生矛盾或获取的知识间夹杂有很大干扰时，计专家的知识间发生矛盾或获取的知识间夹杂有很大干扰时，容易出现匹配冲突、组合爆炸及无穷递归等问题，使专家系统容易出现匹配冲突、组合爆炸及无穷递归等问题，使专家系统的处理能力受到很大影响。的处理能力受到很大影响。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 人工神经网络（人工神经网络（Artificial Neural NetworksANN）人工神经网络是由大量简单的人工神经网络是由大量简单的神经元神经元相互连接而成的自适应

36、相互连接而成的自适应非线性动态系统。下图为一多层人工神经网络结构图。非线性动态系统。下图为一多层人工神经网络结构图。x1xixmy1ykyp输入输入层隐层输出层输出1im1jn1kp经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 人工神经网络作为生物控制论的一个成果，其应用几乎已人工神经网络作为生物控制论的一个成果，其应用几乎已延伸到各个工程领域，吸引着不同专业的领域专家从事这方面延伸到各个工程领域，吸引着不同专业的领域专家从事这方面的研究和开发工作，并且在这些领域中已形成了新的生长点。的研究和开发工作，并且在

37、这些领域中已形成了新的生长点。人工神经网络从理论探索进入大规模工程实用阶段，也只人工神经网络从理论探索进入大规模工程实用阶段，也只有短短十几年的时间。它的工作原理和功能特点接近于人脑，有短短十几年的时间。它的工作原理和功能特点接近于人脑，不是按给定的程序一步一步地机械执行，而是能够自身适应环不是按给定的程序一步一步地机械执行，而是能够自身适应环境，总结规律，完成运算、识别和控制等工作。境，总结规律，完成运算、识别和控制等工作。人工神经网络的主要特点为：人工神经网络的主要特点为：a.a.大规模的信息并行处理能力。大规模的信息并行处理能力。所谓所谓并行处理并行处理指在网络的各层中，同层各单元信息传

38、递是指在网络的各层中，同层各单元信息传递是同步的，各层间信息传递是串行的。因此神经网络的推理过程同步的，各层间信息传递是串行的。因此神经网络的推理过程是一种典型的是一种典型的并行推理并行推理，故速度快，这对于规模较大、构成较，故速度快，这对于规模较大、构成较复杂的工程设计问题尤为有效。复杂的工程设计问题尤为有效。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 b.b.极强的自学、联想和容错能力。极强的自学、联想和容错能力。神经网络的推理过程只与自身的参数有关，其参数通过学神经网络的推理过程只与自身的参数有关，其

39、参数通过学习算法进行自适应调节，因此它有很强的习算法进行自适应调节，因此它有很强的自学和自适应自学和自适应能力。能力。在工程中只要向它提供足够的样本，训练后，网络便学会了蕴在工程中只要向它提供足够的样本，训练后，网络便学会了蕴藏在样本中的知识，一旦输入新的样本，网络便会给出正确结藏在样本中的知识，一旦输入新的样本，网络便会给出正确结果，具有果，具有联想联想能力。网络中部分神经元损坏，不影响推理结果，能力。网络中部分神经元损坏，不影响推理结果，具有具有容错容错能力。能力。b.b.分布式的信息存储方式。分布式的信息存储方式。神经网络的知识表达采用的是一种神经网络的知识表达采用的是一种隐式表达隐式表

40、达，它把知识蕴含，它把知识蕴含于网络的互连结构与连接权中，这使工程设计中一些难以规则于网络的互连结构与连接权中，这使工程设计中一些难以规则化或程序化的知识更易于表达出来，更易于实现经验思维。工化或程序化的知识更易于表达出来，更易于实现经验思维。工程实际中，许多设计都是多输入多输出的决策问题，神经网络程实际中，许多设计都是多输入多输出的决策问题，神经网络的特点使其在解决这类问题上有很大的优势。的特点使其在解决这类问题上有很大的优势。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 下面用一个简单的故障判断问题来说明

41、专家系统和人工神下面用一个简单的故障判断问题来说明专家系统和人工神经网络在信息存储方式上的差异。经网络在信息存储方式上的差异。所谓故障诊断就是查明导致系统某种功能失调的原因或性所谓故障诊断就是查明导致系统某种功能失调的原因或性质。设备的故障诊断就是根据设备可测量的物理等量等质。设备的故障诊断就是根据设备可测量的物理等量等故障征故障征兆兆来判断设备的来判断设备的故障原因故障原因。即。即故障征兆故障征兆 故障原因故障原因 下图为汽车电气系统故障判断逻辑图。下图为汽车电气系统故障判断逻辑图。专家系统是基于知识的判断系统，因专家系统是基于知识的判断系统，因而必须首先建立知识库。知识库由下列几而必须首先

42、建立知识库。知识库由下列几条规则组成：条规则组成：if 仪表亮仪表亮&照明亮照明亮 then 电气系统正常电气系统正常if 仪表亮仪表亮&照明灭照明灭 then 电气系统正常电气系统正常if 仪表灭仪表灭&照明亮照明亮 then 电气系统正常电气系统正常if 仪表灭仪表灭&照明灭照明灭 then 电气系统异常电气系统异常 当给出一个前提（故障征兆），专家当给出一个前提（故障征兆），专家系统会根据知识库系统会根据知识库作出推断，获得结论（作出推断，获得结论（故障原因）。故障原因）。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或

43、接受服务的费用 由此可知，专家系统中的知识是由此可知，专家系统中的知识是显式显式表达的，其判断是基于表达的，其判断是基于规则规则的推理。的推理。现用神经网络来完成这个故障检测任务。现用神经网络来完成这个故障检测任务。x1x2 y1000010100111a.a.建立逻辑表建立逻辑表;b.b.建立训练样本：建立训练样本：x1,x2 y1x1,x2 y1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1c.c.构建一个构建一个2-7-12-7-1的人工神经网络的人工神经网络d.d.以样本训练网络以样本训练网络e.e.训练好的网络可投入使用训练好的网络可

44、投入使用逻辑表逻辑表（0 0正常，正常，1 1故障）故障）神经网络中知识是神经网络中知识是隐式隐式表达的，其判断是基于表达的，其判断是基于计算计算的推理。的推理。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 人工神经网络也有不足：人工神经网络也有不足：a.神经网络推理过程的不透明性，使用户只能看到输入和输神经网络推理过程的不透明性，使用户只能看到输入和输出，而看不到中间的分析推理过程及其依据，无法回答用户的出，而看不到中间的分析推理过程及其依据，无法回答用户的问诊，不利于用户理解和使用推理结果。问诊，不利于用

45、户理解和使用推理结果。b.系统知识处理的正确性和可靠性很大程度受所选择的训练系统知识处理的正确性和可靠性很大程度受所选择的训练样本的限制。若样本的正交性和完备性不好，往往会使系统的样本的限制。若样本的正交性和完备性不好，往往会使系统的性能恶化。尤其在工程设计中，样本太少，不足以反映设计规性能恶化。尤其在工程设计中，样本太少，不足以反映设计规则，这导致目前使用人工神经网络还只能实现一些较小的智能则，这导致目前使用人工神经网络还只能实现一些较小的智能模块。模块。c.由于目前理论水平的限制，人工神经网络在实现连续型的由于目前理论水平的限制，人工神经网络在实现连续型的非线性映射方面还存在精度不高的问题

46、。非线性映射方面还存在精度不高的问题。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 复合智能（复合智能（Neural-Expert Hybrid）ES和和ANN结合起来，实现优势互补，便构成了复合智能。下结合起来，实现优势互补，便构成了复合智能。下表给出了各系统的智能属性。表给出了各系统的智能属性。1-最好，最好，3-最差最差智能属性人专家系统神经网络数值运算321知识获取132知识表达132并行处理132低层知识处理132高层知识处理123不精确推理123启发式推理123学习能力132容错能力/坚韧性132

47、知识领域的敏感性132创造性思维133应用的成熟程度123经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 从表中可知，在整体水平上，人的能力与人工智能系统相比，从表中可知，在整体水平上，人的能力与人工智能系统相比，仍遥遥领先。仍遥遥领先。ESANN都是都是“部分智能部分智能”，并在多方面的属性是，并在多方面的属性是互补的：互补的：a.ES擅长基于知识的逻辑推理、逻辑思维以及在宏观功能上擅长基于知识的逻辑推理、逻辑思维以及在宏观功能上模拟人的知识推理能力，工作机制是串行处理；模拟人的知识推理能力，工作机制是串行处

48、理；ANN则在知识则在知识获取、经验思维和在微观结构上模拟人的认知能力方面存在优获取、经验思维和在微观结构上模拟人的认知能力方面存在优势，工作机制是并行处理。势，工作机制是并行处理。b.利用利用ES来求解问题，若能求出解，一定是准确的和最优的，来求解问题，若能求出解，一定是准确的和最优的，但若求不出，则彻底失败；而利用但若求不出，则彻底失败；而利用ANN求解问题，它往往给出求解问题，它往往给出的是一个次最优解，并且总能得到解。的是一个次最优解，并且总能得到解。c.ES的操作特征是软件编程，主要用于求解推理学习一类问题；的操作特征是软件编程，主要用于求解推理学习一类问题；而而ANN的操作特征是非

49、编程的集体计算，主要用于求解示例学的操作特征是非编程的集体计算，主要用于求解示例学习一类问题。习一类问题。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 在复合智能系统中，在复合智能系统中，ANN主要负责知识的获取与表示，实现主要负责知识的获取与表示，实现知识的利用与推理；知识的利用与推理；ES则则负责用户接口界面、系统内部连接与负责用户接口界面、系统内部连接与协调、以及基于规则的知识处理。协调、以及基于规则的知识处理。目前，两者结合的方式主要有：分立模型、交互模型、松耦目前，两者结合的方式主要有：分立模型、交

50、互模型、松耦合、紧耦合及完全集成等几种。常用的复合智能系统由合、紧耦合及完全集成等几种。常用的复合智能系统由初始方初始方案专家系统案专家系统、用户接口用户接口、人工、人工神经网络神经网络及及方案确定专家系统方案确定专家系统构构成，如图。成，如图。用户人机界面人工神经网络初始方案方案确定专家系统最佳方案候选方案用户接口图形交互输入输出用户接口初始方案专家系统经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 其中，初始方案专家系统由知识库和推理机组成，知识库存其中，初始方案专家系统由知识库和推理机组成，知识库存放与初

51、始方案有关的知识，一般为产生式规则，推理机可进行放与初始方案有关的知识，一般为产生式规则，推理机可进行正向、反向及双向推理；正向、反向及双向推理；用户接口实现用户与专家以及专家系统和神经网络的接口功用户接口实现用户与专家以及专家系统和神经网络的接口功能，负责将初始专家系统得到的初始方案转换为神经网络的输能，负责将初始专家系统得到的初始方案转换为神经网络的输入模式，以及将方案确定专家系统选择的最终方案传递给用户；入模式，以及将方案确定专家系统选择的最终方案传递给用户；神经网络的输入层对应于设计性能和约束的满足程度，输出神经网络的输入层对应于设计性能和约束的满足程度，输出层对应设计参数的调整程度，

52、训练时将专家的调整示例输入网层对应设计参数的调整程度，训练时将专家的调整示例输入网络，通过自我学习得到网络参数；络，通过自我学习得到网络参数；方案确定专家系统则按基于规则方法从神经网络通过不精确方案确定专家系统则按基于规则方法从神经网络通过不精确推理产生的几个可能的输出中选择出最佳的方案。推理产生的几个可能的输出中选择出最佳的方案。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用（3 3）智能计算机辅助设计的发展方向）智能计算机辅助设计的发展方向 概念设计（概念设计（Conceptual Design），又叫方案

53、设计，是产品寿），又叫方案设计，是产品寿命循环中最重要的工作，是设计过程中的第一步。概念设计的命循环中最重要的工作，是设计过程中的第一步。概念设计的作用是为一个设计任务选择最好的解决方案。作用是为一个设计任务选择最好的解决方案。有关资料指出，产品寿命循环总价的有关资料指出，产品寿命循环总价的75%80%是在概念设是在概念设计阶段决定的，在后续设计工作和制造过程中，不管采取什么计阶段决定的，在后续设计工作和制造过程中，不管采取什么样的措施，对价格的影响也是极其有限的。可见，概念设计在样的措施，对价格的影响也是极其有限的。可见，概念设计在整个设计过程中占有十分显要的地位，然而这也正是智能整个设计过

54、程中占有十分显要的地位，然而这也正是智能CAD的难点。的难点。在概念设计阶段，没有尺寸关系的详细要求，其目标只是用在概念设计阶段，没有尺寸关系的详细要求，其目标只是用功能来匹配运动结构，它是一种抽象的构思过程。概念设计包功能来匹配运动结构，它是一种抽象的构思过程。概念设计包括功能分解、功能表示及功能综合三个阶段。任何机械系统都括功能分解、功能表示及功能综合三个阶段。任何机械系统都是由一系列零部件组成的。产品功能与其零部件之间有着错综是由一系列零部件组成的。产品功能与其零部件之间有着错综复杂的相互关系，造成了概念设计过程的复杂和困难，这就要复杂的相互关系，造成了概念设计过程的复杂和困难，这就要求

55、设计专家不仅要有丰富的设计知识与经验，而且需要有对问求设计专家不仅要有丰富的设计知识与经验，而且需要有对问题的综合能力。题的综合能力。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 此阶段的目标是为产品设计构思出满足设计要求的原理方此阶段的目标是为产品设计构思出满足设计要求的原理方案，作为下一阶段详细设计的基础。案，作为下一阶段详细设计的基础。原理方案原理方案是一种是一种初步考虑结构形状初步考虑结构形状实现所需功能的综合。实现所需功能的综合。进行这一阶段的一般性步骤是：进行这一阶段的一般性步骤是：从产品功能目标

56、的抽象和总功能的分解与综合开始，接着从产品功能目标的抽象和总功能的分解与综合开始，接着是寻找各分功能的可行解，并加以综合，然后作出方案的粗略是寻找各分功能的可行解，并加以综合，然后作出方案的粗略草图，并分别进行经济技术评价，最后选择最佳方案。草图，并分别进行经济技术评价，最后选择最佳方案。这些活动，涉及到对设计对象领域的详细了解、丰富的设计这些活动，涉及到对设计对象领域的详细了解、丰富的设计经验及良好的创造性思维等能力，这些都是难以用算法表示的经验及良好的创造性思维等能力，这些都是难以用算法表示的活动。而智能活动。而智能CAD技术的研究就是要技术的研究就是要促成计算机技术促成计算机技术对对设计

57、过设计过程程的的全程参与全程参与，因而智能设计系统的研究和实用化，还需要面，因而智能设计系统的研究和实用化，还需要面对如下的一些需要解决的问题。对如下的一些需要解决的问题。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 设计过程的再认识设计过程的再认识 智能智能CAD系统的发展，乃至设计自动化的实现，从根本上是系统的发展，乃至设计自动化的实现，从根本上是取决于对设计过程本身的理解。尽管人们在设计方法、设计规取决于对设计过程本身的理解。尽管人们在设计方法、设计规律等方面进行了大量的探索，但从计算机化的角度看，设计

58、方律等方面进行了大量的探索，但从计算机化的角度看，设计方法学的水平还远远没有达到此目的，智能法学的水平还远远没有达到此目的，智能CAD系统的发展仍需系统的发展仍需要进一步的探索要进一步的探索适合于计算机程序系统的设计理论和有效的设适合于计算机程序系统的设计理论和有效的设计处理模型计处理模型。知识的表示知识的表示 设计过程是一个非常复杂的过程，它涉及到多种不同的类型设计过程是一个非常复杂的过程，它涉及到多种不同的类型知识的应用，包括经验性的、常识性的以及结构性的知识。因知识的应用，包括经验性的、常识性的以及结构性的知识。因此，单一知识表示方式不足以有效表达各种设计知识。如何建此，单一知识表示方式

59、不足以有效表达各种设计知识。如何建立一个立一个合理而有效的表达设计知识的表达模型合理而有效的表达设计知识的表达模型，始终是设计类，始终是设计类专家系统成功的关键。专家系统成功的关键。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 多方案的并行设计多方案的并行设计 设计类问题是设计类问题是“单输入单输入/多输出多输出”问题，即用户对产品提出的问题，即用户对产品提出的要求是一个，但最终设计结果可能是多个，它们都是满足用户要求是一个，但最终设计结果可能是多个，它们都是满足用户要求的可行的结果。设计问题的这一特点决定了

60、设计型专家系要求的可行的结果。设计问题的这一特点决定了设计型专家系统必须具有多方案设计能力。统必须具有多方案设计能力。需求功能逻辑树的采用，功能空需求功能逻辑树的采用，功能空间符号表示，矩阵表示和设计处理是多方案设计的基础。间符号表示，矩阵表示和设计处理是多方案设计的基础。多专家系统协同合作以及信息处理多专家系统协同合作以及信息处理 较复杂的设计过程可以分解为若干个环节，每个环节对应一较复杂的设计过程可以分解为若干个环节，每个环节对应一个子专家系统，多个专家系统协同合作，各子专家系统间互相个子专家系统，多个专家系统协同合作，各子专家系统间互相通信，它是概念设计专家系统的重要环节，通信，它是概念

61、设计专家系统的重要环节，需要研究评价体系需要研究评价体系的特征和评价方法的特点，尤其是需要有效地处理模糊信息。的特征和评价方法的特点，尤其是需要有效地处理模糊信息。模糊评价和神经网络评价相结合的方法是目前解决多专家系统模糊评价和神经网络评价相结合的方法是目前解决多专家系统协同合作中的多目标信息处理的最有效的方法。协同合作中的多目标信息处理的最有效的方法。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 再设计与自学习机制再设计与自学习机制 当设计结果不能满足要求时，系统应能够返回到各个层次进当设计结果不能满足要求

62、时，系统应能够返回到各个层次进行再设计，利用失败信息、知识库中的已有知识和用户对系统的行再设计，利用失败信息、知识库中的已有知识和用户对系统的动态应答信息进行设计反馈，完成局部和全局的重新设计任务；动态应答信息进行设计反馈，完成局部和全局的重新设计任务；同时采用归纳推理和类比推理等方法获得新的知识，同时采用归纳推理和类比推理等方法获得新的知识，总结新经验，总结新经验，不断扩充知识库，进行自学习和自我完善。不断扩充知识库，进行自学习和自我完善。将并行工程设计的思将并行工程设计的思想应用于概念设计过程中是解决再设计问题的最有效方法。想应用于概念设计过程中是解决再设计问题的最有效方法。多种推理机制的

63、综合运用多种推理机制的综合运用 智能智能CAD系统中，在推理机制上，除了系统中，在推理机制上，除了演绎推理演绎推理之外，还应之外，还应有有归纳推理归纳推理（包括理想、类比等推理）、各种（包括理想、类比等推理）、各种非标准推理非标准推理（如非（如非单调逻辑推理、加权逻辑推理等），以及各种单调逻辑推理、加权逻辑推理等），以及各种基于不完全知识与基于不完全知识与模糊知识的推理模糊知识的推理等等。基于实例的类比型多层推理机制等等。基于实例的类比型多层推理机制(CBR)和和模糊逻辑推理方法的运用是目前智能模糊逻辑推理方法的运用是目前智能CAD系统的一个重要标志。系统的一个重要标志。经营者提供商品或者服务

64、有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 神经网络的应用神经网络的应用 以非线性并行分布处理为特征的神经网络的发展，以非线性并行分布处理为特征的神经网络的发展，为为CAD的的智能化研究开辟了新的方法智能化研究开辟了新的方法，神经网络专家系统明显优于传统，神经网络专家系统明显优于传统的专家系统。的专家系统。智能化的人机接口和设计过程中人的参与智能化的人机接口和设计过程中人的参与 良好的人机接口对智能良好的人机接口对智能CAD系统是十分必要的。系统是十分必要的。怎样才能实怎样才能实现系统对自然语言的理解，对语音、文字、图形和图像的

65、直接现系统对自然语言的理解，对语音、文字、图形和图像的直接输入输出是一项重要的任务。输入输出是一项重要的任务。同时，对于复杂的设计问题，设同时，对于复杂的设计问题，设计处理过程中某些决策活动，如果没有人的适当参与也很难得计处理过程中某些决策活动，如果没有人的适当参与也很难得到理想的设计结果。到理想的设计结果。设计信息的集成化设计信息的集成化 概念设计是概念设计是CAD/CAPP/CAM一体化（即一体化（即CIMS）的首要环节，）的首要环节，其设计结果是详细设计与制造的信息基础，其设计结果是详细设计与制造的信息基础，必须考虑信息的集必须考虑信息的集成成。应用面向对象的处理技术，实现数据的封装和模块化，是。应用面向对象的处理技术，实现数据的封装和模块化，是解决机械设计解决机械设计CAD/CAPP/CAM一体化的根本途径和有效方法。一体化的根本途径和有效方法。