《2022年机电系统的智能设计理论和方法 .docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年机电系统的智能设计理论和方法 .docx（23页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、精选学习资料 - - - - - - - - - 7机电系统地智能设计理论和方法71 人工智能概述人工智能 Artificial Intelligence 简称 AI, 它是运算机科学地一个重要地争论领域 .近 40 年以来获得了快速地进展 ,在很多领域都获得了广泛地应用 . 71 1 什么是人工智能斯坦福高校人工智能争论中心地Nilsson 教授认为：“ 人工智能是关于学问地科学-怎样表示学问以及怎样获得学问并使用学问地科学 .” MIT 地 Winston 教授指出：“ 人工智能就是争论如何使运算机去做过去只有人才能做地智能地工作 .” 这些定义反映了人工智能学科地基本思想和基本范畴 人地
2、智能行为就属于人工智能地范畴 . 71 2 人工智能地争论途径.事实上 ,一般认为用运算机模拟从不同地途径熟悉和模拟人类地智能行为 ,产生了不同地人工智能地理论和技术为,模拟人类智能地途径有以下几种：1.心理学途径心理学地途径就是考察人类在解决各种问题时实行地方法,总结人们思维活动地规律 ,由此产生了人了智能地符号机制 symbolisms. 符号机制认为熟悉地基本元素是符号 ,人地熟悉过程就是一种符号处理过程 .人类地思维过程可以用某种符号来描述 ,因此人工智能地核心就是“ 表示” 问题 是在这种思想地指导下取得地 . 2生理学途径.40 多年以来人工智能地庞大进展主要就这 种 途 径 直
3、接 模 拟 人 和 动 物 地 大 脑 , 由 此 产 生 了 人 工 智 能 地 连 接 机 制connectionism, 即人工神经网络方法.连接机制认为熟悉地基本元素就是神经元本名师归纳总结 身,熟悉过程就是大量神经元地整体活动,本质上是并行分布地模式.因此 ,连接机制第 1 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 就是建立人工神经网络,模拟人类地智能行为.自从80 岁月以来 ,连接机制地争论获得了很大地进展 . 3生物演化途径生物演化途径地争论者认为 ,人类地智能就是从生物地演化中得到地 ,从对生物演化地模拟产生了演化算法 evol
4、utional programming. 从 70 岁月开头 ,演化算法地争论也取得了很大地进展 . 目前 ,将演化运算、连接运算、模糊运算 符号机制中地模糊规律方法 和最近进展起来地混沌运算统称为运算智能computational intelligence. 运算智能是人工智能研究地一个新地方向 ,使人工智能从传统地符号运算向符号运算和数值运算地综合集成地方向进展 . 4社会学途经社会学选径留意争论人征社会中地行为,将人模拟成由多种智能品质构成地有机地整体 Agent,综合考察 Agent 本身及其在 Agent 环境中地行为 ,这就是智能 Agent 理论.近年来智能 Agent 基础理论
5、也成为人工智能界最引入注目地争论课题之一 . 71 3 人工智能学科地进展“ 人工智能” 这一术语 ,是在 1956 年由 McCarthy 和 Minsky 等人发起地关于用机器模拟智能地学术争论会上提出地 ,这就标志着人工智能这一学科地产生 .1957 年Rosenblatt 研制了感知机 ,这是一种将神经元用于识别地系统 ,它地学习功能引起了广泛地爱好 ,推动了连接机制地争论 .但是很快发觉了感知机地局限性 ,不能解决复杂地识别问题 ,从而连接机制地争论进入低潮.从 60 岁月到 70 岁月 ,符号机制地争论获得了很大地进展 .特殊是 DENDRAL 、MYCIN 和 PROSPECTO
6、R 等出名地专家系统地研制胜利 ,使人工智能开头走向实际地应用 .70 岁月 H0lland 提出了遗传算法 ,标志着演化运算争论地开头 .在 80 岁月 ,连接机制地争论也有了突破性地进展 ,特殊是Hopfield 提出地网络模型和 Rumelhart 等人提出地多层网络学习算法 ,又把连接机制地争论推向高潮 .在这一时期 ,符号机制和演化运算地争论也有了很大地进展 .在 90岁月 ,智能 Agent 地争论开头引起人工智能界地广泛留意,并快速成为一个热门地研究课题 .目前 ,人工智能地争论在上述各个分支都取得了很大进展 . 随着学问在人类社会地进展中占有越来越重要位置置,人工智能地争论和应
7、用也名师归纳总结 就越来越受到重视.1962 年美国普林斯顿高校地马克卢普教授提出了“ 学问产业”,学问第 2 页,共 16 页地概念 .所谓学问产业,就是生产和供应学问地产业.它是以学问为主体形成地- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 产业不同于学问密集型产业.学问密集型产业主要生产物质产品,而学问产业是以信息为中心地关联企业 ,主要产品是信息 ,其主要形式包括争论成果、软件、询问报告、产品设计与工程设计等 . 到了 90 岁月 ,世界经济开头进入学问经济地时代 .1996 年西方国家地经济合作发展组织 OECD 发出了一份年度报告 ,题目就是“ 以学问
8、为基础地经济”.依据其定义 ,学问经济是以学问为基础地经济,这种经济直接依靠于学问和信息地生产、安排和使用 .目前 ,西方学问经济是以信息产业为代表地快速进展地高科技产业 .世界首富、微软公司总裁比尔 盖获被公认为学问经济时代地代表人物.因此 ,学问经济也称为信息经济 .但严格来说 ,学问经济包含更多地内容 .信息科学、遗传工程、新能源、新材料、空间技术、海洋科学、环境科学及现代治理等学问成为发达国家经济投入地重要资本 ,形成了一些以学问、智力等无形资产投人为主地企业.学问经济地显现,标志着人类社会正在步入一个以学问资源为主要依靠地经济时代.因此 ,争论学问地表示、猎取与应用地科学人工智能,就
9、变得越来越重要了. 71 4 人工智能地应用 目前 ,人工智能地主要应用领域包括： 1 专家系统 .模拟人类专家地问题求解过程 问题 . ,解决那些只有专家才能解决地复杂2 学问库系统 .对人类地学问进行储备、加工、治理 ,并依据需要对学问进行处理和应用 . 3 决策支持系统 .利用模型和学问,通过模拟和推理等手段,为人类地话动进行辅助决策 . 4 自然语言懂得 .懂得人类地自然语言 ,以实现人和运算机之间自然语言地直接通讯 ,从而推动运算机更广泛地应用 . 5 智能机器人 .具有感觉、识别和决策功能地机器人 . 6 模式识别 .模拟人类地听觉、视觉等感觉功能 进行识别 . ,对声音、图像、景
10、物、文字等 7 自动程序设计 .由运算机完成程序地验证和综合. ,实现程序设计自动化. 当前 ,人工智能员主要地应用就是建造专家系统72 智能 CAD 概述设计一般包括两类工作：一类为数值运算,包括运算、分析、绘图等,主要依靠建立涉及对象地数学模型并进行数值处理；另一类为符号推理,包括方案设计、评名师归纳总结 价、决策、结构设计等,它们均属于制造性活动. ,必需依靠摸索与推理,因此这类工作第 3 页,共 16 页主要依靠建立设计对象地学问模型并进行处理- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 传统地 CAD 技术都以数值运算为基础,处理其次类工作很困难,可是在
11、实际地设计工作中 ,其次类工作有着举足轻重地位置,例如 , 方案构思将对设计地优劣有打算性影响 .因此必需引入人工智能地原理与方法,采纳专家系统技术,将 CAD 进展为智能CAD 技术 ,以适应制造性设计地要求. 72 1 智能 CAD 地势成智能 CAD （Intelligent CAD, ICAD ）概念地势成经过了一个较长时间地酝酿才逐 渐形成 . 1 单一专家系统向协同式专家系统（Cooperative expert system, CES）地进展CES 地目标是在网络及分布式数据库环境下,用多个独立智能体（agent）进行集群推理 ,通过相互协作与通讯求解复杂问题.CES地基本思想是
12、：1） 智能体地自主性即每个智能体有自己地学问,能进行自己地推理、规划与通讯 . 2） 智能体地分布性 指数据、学问和掌握在规律上或地理上地分布性 ,各个智能体间是一种松耦合地关系 ,以保证将更多地时间用于内部事务地处理 ,而不作相互间过多地通讯 . 3） 智能体之间地协作 指任务共享、学问共享及中间结果等问题地处理 . 2 专家系统与传统 CAD 系统向高度集成地复杂系统进展进入 90 岁月 ,市场地猛烈竞争导致了各种先进制造模式地显现 ,例如运算机集成制造系统以及并行工程等等 .它们地共同目标都是追求 T、Q、C、S、E,即产品上市快、质量高、成本低、服务好以及环境清洁.众所周知 ,假如只
13、有先进地制造手段而没有先进地产品设计 ,就先进制造就会成为“ 无源之水”.先进地产品设计方法及手段必需纳入这种复杂系统中加以统一考虑 ,其中要解决地核心技术之一就是集成 . 考虑到专家系统与传统 CAD 系统集成以解决复杂产品设计地迫切需求 ,早在1987 年荷兰地 P.J.W.Ten Hagen 和美国地 J.Pohl 就提出 ICAD 地概念 ,认为 ICAD 本身是一个系统 ,它将专家系统内嵌于CAD 中 ,ICAD 依靠学问库、数据库、专家系统等来解决各种设计问题.他们认为ICAD是一个通用地设计软件或是一种支持环境,不应当是某种产品专用地设计软件.随后 ,1990 年,V.Akman
14、 和 P.J.W.Ten Hagen等提出了集成地交互式智能 CAD Interactive integrated intelligent CAD, IIICAD 系统 .近几年来 ,我国地一些学者相继提出了智能工程和智能设计等,其动身点均是要采纳集成名师归纳总结 地方法将专家系统、人工智能与传统CAD 技术有机结合起来,形成智能化、集成化第 4 页,共 16 页CAD 系统 ,为复杂工程及产品设计供应支持. 3 ICAD 地应用开发促进了ICAD 地进展近几年来 ,国内外在开发ICAD方面作了大量工作,应用领域遍及建筑、工程设计、机械产品设计、加工等.在开发中针对详细问题,对设计过程、学问表
15、示、学问库建立、信息集成、信息治理、用户接口等提出了一些新地方法和思路.这些工作有- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 力地促进了 ICAD 地进展 . 综上所述 ,近十年来由于协同式专家系统地进展,由于CIMS 、并行工程、灵敏制造等复杂大系统对新产品设计地迫切需求,设计集成环境地进展以及众多实际应用系统地开发实践,逐步促成了ICAD 地势成 . 72 2 智能 CAD 地基本概念迄今为止 ,对 ICAD 仍没有一个完整地统肯定义,依据上面对ICAD 形成地表达 ,可以表述为 : ICAD 是一种由多个智能体（或称专家系统）与多种 集成地支持产品设计地复
16、杂系统 . ICAD 地概念包含了一下内容：CAD 功能模块有机1） ICAD 是传统CAD 技术与专家系统技术地有机集成,这种有机集成表现为ICAD 是一个完整地系统；2） ICAD 中一般包含多个专家系统,它们独自负责解决某个单一领域地设计问题,但它们又是分布式地,通过协同工作 ,解决涉及多个领域地复杂设计问题；3） ICAD 应当为复杂产品地创新设计、革新设计或变型设计供应功能强大、可敏捷变化地支持环境或工作平台,不应当是针对某类产品设计地专用系统；4） ICAD 支持复杂产品设计地范畴应包括产品需求分析、方案设计、装配结构设计、可装配性分析、可制造性分析、工程分析、优化设计、运动仿真等
17、 . 72 3 智能 CAD 争论地基本问题在智能 CAD 地争论与应用开发中 ,要解决三个基本问题：1 设计学问模型地表示与建模方法设计学问模型地内容包括两个方面：第一 ,设计对象地学问模型 ,即对设计对象本身所涉及地各种学问建立相应地模型；其次 ,设计过程地学问模型 ,即建立设计过程地规划、协同掌握及评判决策等模型 .在学问模型地内容确定后 ,必需争论模型地表示方法 ,这种表示方法既能对学问模型进行规律描述,又能对学问模型地运算机化进行可操作性描述,同时必需争论相应地建模方法. 2 学问利用 在学问利用方面 ,要争论各种搜寻方法、约束满意方法、基于规章地推理方法、基于实例地推理方法以及基于
18、原型地设计方法等3 ICAD 地体系结构名师归纳总结 体系结构是ICAD 地重要争论内容,由于它必需表达ICAD地基本思想与特点,第 5 页,共 16 页例如集成地思想、多智能体协同工作地思想、人机协同以人为本地思想等. - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 73 智能 CAD 地关键技术智能 CAD 系统地关键主要表现为两个方面,一是如何表达设计中各种各样地设计学问 ,即学问地表示问题,二是如何利用这些学问正确地猎取设计地结果.其次个问题地关键是学问推理. 73 1 学问表示学问地自动化处理技术是 ICAD 地核心技术 ,学问处理包括学问表示、学问利用和
19、学问猎取 ,智能 CAD 第一必需处理学问表示问题 . 所谓学问表示就是要确定学问符号化地一种描述法就,以便把这种描述便利地、有效地变成运算机能处理地某种数据结构.学问表示与其后地学问推理亲密相关,什么样地学问表示打算了什么样地推理机制. 学问表示地方法很多,常见地有：产生式规章、框架、谓词规律、语义网络、面对对象、实例等,它们各有特点 ,各自适用于肯定地范畴. 73 2 学问推理推理是 ICAD 地另一个关键技术 ,它关系到学问处理地效率和质量 .推理方法很多 ,而且和学问地表示亲密联系 .常用地推理方法有：1）演绎推理和归纳推理2）精确推力和不精确推理3）单调推理和非单调推理74 设计型专
20、家系统74 1专家系统地特点与类型1专家系统地特点名师归纳总结 什么是专家系统？专家系统是在特定领域中地一套运算机程序,它具有专家第 6 页,共 16 页工作时利用学问和推懂得决问题地才能. 专家系统是人工智能地重要应用领域.它具有如下特点： 1）启示性它除了能利用大量专业学问外,仍能利用体会学问作出假设和判定,引- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 导推理地正确进行 . 2）透亮性 专家系统能将其工作过程显示给用户 ,能对用户地提问作出必要地解释,并能为用户供应询问等 . 3）敏捷性 正如人类专家可以修改自己拥有地学问和学习新地学问一样 ,专家系统也能增
21、加和修改它所拥有地学问 ,以适应逐步复杂化地问题求解 . 2专家系统地类型可划分为以下几种主要类型：1）说明型专家系统 依据获得地数据去分析问题地结构或状态 .这类系统地困难是数据常带噪音和误差 ,甚至相互冲突 . 2）猜测型专家系统 依据过去及现在地情形推断将来地情形 .例如 ,天气预报、人口猜测、交通预报等 . 3）诊断型专家系统 依据观测到地事实推断对象系统地功能故障 .如医疗、电子、机械或软件等地诊断 . 4）设计型专家系统 构造对象模型（方案）,而且满意约束条件 ,如机械设计、电子电路设计和建筑设计等 .这类系统主要问题是：设计评判问题 ,再设计过程中回溯点地确定问题 ,多目标与约束
22、和谐问题等等专家系统地分类不是唯独地,有时将专家系统又区分为分析型决策支持系统和设计型决策支持系统 .一般认为 ,处理设计问题比处理分析问题更困难 ,正如在机械设计中综合问题常比分析更困难一样 ,缘由是设计型问题地求解结果往往是不确定地 ,因而推理更复杂 ,需要地学问更丰富 . 74 2 专家系统地基本结构一个较为完善地专家系统地基本结构如图7-1 所示 ,它包括七个部分： 1）学问库存放领域专家供应地专家学问.它们包括书本学问（理论学问）、常识性学问以及凭体会得到地启示式学问.一个专家系统性能地优劣完全取决于系统所具有地学问地质量和数量,因此 ,学问库地建立是专家系统地中心工作,也是最困难地
23、工作,这涉及到学问工程是从领域专家那儿采集学问,进行整理、抽象及形式化（称知名师归纳总结 识猎取） ,然后以运算机能接受地势式（学问表示）将这些学问存放在学问库中,以第 7 页,共 16 页及学问库地治理问题等. 2）上下文它与数据库相类似,动态地反映或存放求解领域问题时地原始数据及事实,以及中间结果信息,类似于“ 黑板”. 3）推理机 在肯定地掌握策略下,针对上下文中地当前信息,选取学问进行推理,以求解问题地结果.有各种推理掌握方式,常见地有：数据驱动地正向推理、目标驱动地反向推理、正反向结合地混合推理等.针对学问地精确与否,又可以分为精确推理和- - - - - - -精选学习资料 - -
24、 - - - - - - - 不精确推理两种 . 4）学问猎取模块 学问猎取分为人工方式、智能编辑及自动方式三种 . 5）学问库保护模块 实现对学问库中学问地冲突、冗余检查 ,新学问加入后对已有学问地调整检查 ,以及对学问库地刘澜、增、删和修改等操作 . 6）说明机制 回答用户地提问 ,对求解过程及求解状态进行说明 .帮忙用户明白求解地过程 ,判定求解地正确性 ,发觉系统地错误 ,增强对所得结果地信任度 . 7）人机接口 一方面将专家或用户地输入信息翻译成运算机可接受地内部信息形式；另一方面将系统地反馈信息（如说明、结果等）输出显示 面设计 ,以实现系统地操作友好性 . .人机接口仍包括界从上
25、面地描述可以看出. ,构成一个专家系统,核心技术集中在三个方面,即学问获取、学问表示及学问利用74 3 机械设计型专家系统地特点假如对机械设计过程进行认真分析,就发觉机械设计是一个反复进行各种决策地过程 .这个决策过程可以分为：设计决策过程 , 即打算下一步设计应当做什么 , 是材料挑选仍是应力运算 , 即打算设计步骤；技术问题决策 , 即对某个详细技术问题在经过某些分析、运算或比较后 , 打算是否可以接受 , 例如材料、几何外形、结构大小、加工工艺性等；评判性决策 ,即对整个设计进行综合评判 ,确定可接受地标准 ,并在满意全部约束条件及目标要求地情形下挑选一个较优地设计 . 依据以上表达 ,
26、机械设计型专家系统具有以下特点：1常常采纳“ 设计评判再设计” 地过程决策模型（见图 71）图 71 中第一依据所给地设计要求产生一个初始设计,然后进行必要地分析、运算或 比较 ,这时可以采纳有限元分析、面对对象地工程分析或体会比较等手段 ,获得一个或几个改进地方案 .在此基础上运用系统工程学和模糊数学等理论进行评判 ,打算方案能否接受 ,为此必需建立有关评判体系及评判准就地学问 .假如方案不能接受,就必需进行再设计 ,依据再设计学问确定回溯点及相应参数地修改 .假如仍不胜利 ,就原先规定地设计要求必有不合理成分 ,需改进后重新开头设计 .这样地过程决策模型（亦即总控模型）是机械设计型专家系统
27、地特点之一 . 2设计过程决策、技术问题决策及评判性决策要多种资源支持名师归纳总结 图 72 中给出了所需地各种资源,它们大多数也是当前CAD 中所用地资源 ,因第 8 页,共 16 页此有关决策与相应CAD 资源地亲密结合是机械设计型专家系统地又一特点. - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 图 71“ 设计评判再设计” 地过程决策模型 3机械设计型专家系统具有地特殊困难图 72 决策所需地资源1大地决策空间解决方法是合理地划分为几个决策子空间 ,使有关地决策在相应地子空间中有效地进行 . 2 机械设计地多目标性及解地不唯独性目标不仅涉及使用性能 ,仍常
28、常涉及经济性等多方面地要求 ,致使满意目标地方案可能有多个 ,给评判决策带来困难 . 3 机械设计学问地多样性、病态结构及其模糊性机械设计学问不仅有启示式学问 ,而且有大量地数据、设计参数、运算公式、图表处理等,很多体会学问带有模糊性 ,因此对这些不同类型地学问与数据要进行合理分类与组织,并进行有效治理. 4 设计变量、设计子任务和设计目标地相关性它们之间常常存在着肯定地联系,有时甚至是相互冲突地,因此相互和谐及解决各种冲突地才能应加以考虑. 5 接口技术地综合性接口应能处理多种运行环境、多种语言并存以及与图形系统 .数据库系统或其它应用系统地集成问题 . 74 4设计型专家系统地掌握与求解策
29、略本节第一介绍一般机械设计型专家系统地总控策略及详细地过程掌握策略 ,并由此引出相应地系统结构 .接着介绍机械产品方案设计专家系统地求解策略及其系统结构 . 1总控策略名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 机械设计过程可用图 74 表示 ,该过程简洁概括为“ 设计评判再设计” 地有限次迭代 ,它是大多数机械设计所采纳地总体求解策略 ,实质上是人工智能中“ 规划一生成一测试” 地掌握策略 . 在图 7-5 中有五个主要地功能模块 ,现分别表达如下：（1）初始设计模块一般完成方案设计,通常需要丰富地学问与体会 ,其本身往往
30、成为一个子专家系统 . （2）分析模块目地是为评判供应部分依据 ,评判地另外依据来自专家地启示式学问 .分析模块地内容是针对领域对象地,内容非常广泛 ,主要是各种各样地分析运算工作 ,包括有限元运算 . （3）评判模块目地是要拟订出详细图 74 机械设计过程地评判指标共运算其数值 ,以便对以前完成地工作有定量地评估 .这些指标地确定涉及系统工程学、价值工程学、决策论、运筹学、模糊数学等 ,也依靠于体会 .详细对象将有不同地评判指标 .评判除为接受性决策供应信息来源外 ,仍为再设计地回溯决策供应依据 . （4）可接受性决策模块由多个评判指标综合建立起可接受性指标 .通俗地讲即对每个设计打分 ,一
31、方面 ,打算当前设计能否被接受 ,另一方面储备全部可行设计 ,然后评出一个正确设计 ,从而表达了设计地优化 . （5）再设计模块依据评判及决策给出地信息 ,运用专家学问 ,打算如何修改设计 .例如 ,假如轴地挠度太大导致了轴设计地失败 ,就依据再设计学问 ,作出诸如削减跨距、增加轴径、转变轴结构形式等可能地修正方法 ,并由此打算再设计地回溯点 . 将上述设计过程从结构上加以形式化 ,就可得出图 75 所示地模块化系统结构 . 图 74 设计过程地五个功能模块中地有关学问 ,组成了图 75 学问库中相应地五个学问子库 .其中地另外两个模块 ,即黑板与控制模块 ,就用于设计信息地储备与设计过程地治
32、理 . （1）黑板模块黑板可视作一个工作存名师归纳总结 储器 ,或相当于一个动态数据库,储备设计所,打算第 10 页,共 16 页需地公共信息及设计过程中产生地信息,包括中间设计结果和最终设计结果,实现在系统控图 7 5 掌握地模块化系统结构制下各模块门地信息传递.另一方面黑板地当前信息也反馈给掌握模块,使它能依据反馈信息和自身所储备地行为决策学问- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 系统地下一步行动 . （2）掌握模块起掌握调度作用,由它实现设计过程地掌握,详见几 2,2 地表达 . 2过程掌握策略常用地过程掌握策略有：推理；问题归纳,即用与或图描述一个
33、复杂地设计问题 ,也就是将复杂地设计问题分解为具有与或关系地很多简洁地设计子问题；日程表 ,即执行任务地排序表 ,该排序表考虑了各任务地优先级别 ,且在执行过程中可动态地转变；菜单 ,通过挑选菜单敏捷地调度设计过程 .在实际系统中往往采纳多种掌握策略 ,以下表达地是一个基于黑板地采纳两级掌握地设计型专家系统地掌握结构 ,在这个结构中 ,既包含了前一节所争论地总控策略 ,也表达了本节所争论地过程掌握地策略 . 在论述这个详细地掌握结构前 ,有必要对黑板结构作简要介绍 . “ 黑板” 结构最早是在 19721977 年关于自然语言懂得地专家系统 HEARSAY I和 II 提出地 ,后来被广泛应用
34、到很多具有很大搜寻空间和多种学问类型地系统中 .前面地图 75 就是一个基于黑板地掌握结构 .现在每当人们提到黑板结构时 ,总是指这种结构具有以下基本特点：（1）学问常常被划分为如干相互独立地学问源,每个学问源对应一个特定地求解任务 . （2）黑板相当于全局数据库 ,也即为工作储备器 ,它记录了各于任务求解时地输入、输出信息 ,以及各子任务问地交换信息和共享信息 . （3）黑板结构中掌握地根本任务就是要挑选和激活适当地学问源 ,以便系统能利用最优数据和最有期望地解决问题地方法 . 图 76 是在图 75 地基础上考虑了过程掌握设计而形成地 两级掌握 ,即元级掌握与目标级掌握 ,现说明如下：1）
35、元级掌握.在该结构中采纳了元级掌握地工作原理是启动元推理机 ,对无学问库中地元学问进行推理 ,产生日程表,用于对设计过程进行掌握 .可简洁表达为：元推理机无学问日程表 . （1）无学问是关于领域学问地学问 ,是治理和使用领域学问地学问 .元学问通常由通讯标准化学问 ,子系统特点学问、方法优选学问、冲突决策学问和设计任务规划学问等组成 .明显这些学问可用于对整个系统进行治理、和谐、保护、掌握和使用 .无学问地表达仍旧可以采纳常用地学问表示法 地类框架表示等 . ,例如规章表示、框架表示或面对对象（2）元推理机用来对无学问进行推理,它地实现取决于元学问地表示方法.由于元学问地表示常常采纳多种学问地
36、表示方法,因此元推理机也不仅仅只有一种推理名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 方式 ,常常由多种形式地推理机组成,例如有基于规章地推理机和框架推理机等.就每种推理机而言 ,与前述相关推理机在原理上并无区分 . （3）日程表是元推理地结果 ,描述了需要进行目标推理地各个子问题地优先级排序 .日程表地作用是：规划目标级推理,使之有条不紊地进行将一复杂地设计目标分解为如干个子目标（或称子问题,子任务） ,以利于提高目标推理地效率. 某一设计问题地日程表可能是这样地：日程表：（初始设计）（强度分析）（评判决策）（再设计）（
37、工艺参数拟定）结构形式挑选）. 表中第一项优先级最高 .求解过程中 ,由于中间子任务解地变化 ,可能会转变解地环境 ,从而需转变日程表 ,按新地优先级重新排序 ,因此日程表为多任务系统供应了灵活地掌握方法 . 日程表也可以人力给定,但大多数情形需靠元推理产生和修改. 2）目标级掌握目标级掌握地工作原理是依据日程表 ,选定相应地领域学问源 ,启动目标推理机 ,对领域学问源进行推理 ,产生子目标求解地结果 .简洁地表达为：目标推理机领域学问源于目标结果 . 图 76 基于黑板地两级掌握结构图 77 两级推理机制此处所说地领域学问源就如图 76 领域学问库中地初始设计、分析、评判、决策和再设计学问等
38、 ,目标推理机依据各学问源地学问表示来确定 ,一般应是多种形式地推理机集 . 为了更清晰地说明图77 地两级掌握地机制,可以用图 77 作进一步说明 . 在图 77 中,当对用户确定了一个设计目标时,第一通过元推理机对元学问进行推名师归纳总结 理,得到一个求解设计目标地日程表,然后元级掌握将此日程表交给目标级掌握,由目第 12 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 标级推理机依据日程表依次求解子问题,直到全部子问题求解完为止.如在目标级推理机中遇到新问题需要无级推理时,可启动元级推理机进行求解,再一次对目标推理机作指导 . 层次结构地菜单驱
39、动方式是常常采纳地另种掌握方式,用户通过屏幕菜单挑选当前要做地子任务 ,再由掌握调度程序启动相应子任务模块 .人机交互方式表达了人地主动性与制造精神 . 在实践中 ,一个专家系统地过程掌握往往同时存在着日程表与菜单二种方式 . 3方案设计专家系统地求解策略与系统结构机械产品方案设计专家系统实质上是机械设计中模式设计过程地模拟 .所谓模式设计是指将已有部件或简洁机器组合成大地机械设备.例如 ,龙门铣进给箱是一个不算太复杂地部件 ,它地方案设计仍可看作是一些更简洁地部件及组件（甚至元件）按规定地性能要求组合地过程 .例如必需有动力源、传动系统、轴承以及联接组件、滑润组件和密封组件等 ,由此产生了相
40、应地设计问题或挑选问题 .组成模式地各个部分可称为概念 ,将有效地概念组合起来 ,就是方案设计地任务 .在确定了有效概念后 ,即完成了模式设计后 ,需要确定各概念地属性和属性值 ,例如要确定并挑选电动机地功率、转速及型号 .所谓属性就是指功率、转速及型号；所谓属性值是指它们地详细值 .确定属性和属性值地过程称为参数设计 .因此总起来说 ,机械方案设计包括了模式设计（概念地组合）及参数设计（确定概念地属性及属性值）两大部分 . 1）方案设计地求解策略依据“ 设计评判一再设计” 地总控策略 ,结合以上所述方案设计地内容 ,总结已经开发胜利地如干方案设计专家系统地体会 ,可得出图 7 8 所示地求解
41、策略模型 .模型中地每个阶段有自己地学问库、方法库和判定准就,并配以相应地推理策略或不名师归纳总结 同地求解方法以获得每个阶段地结果.现对此模型作简洁说明：第 13 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 图 78 方案设计专家系统地求解策略模型（1）设计条件用户所给地原始设计要求及条件,是用户对设计任务地定义. （2）概念设计从概念设计学问库中将有效概念组合起来.由于一种功能可以由多种结构实现 ,这样“ 一对多” 地映射关系造成了设计模式地复杂性和多样性 ,对于某一任务可能存在着几种方案（即几种设计模式）. （3）选一正确方案依据方案挑选策
42、略 ,从已有地一组方案中选取一个正确方案 . （4）参数设计对确定地正确方案地各种属性值进行求解.例如在传动系统方案确定后 ,求出传动轴地初估直径、齿轮地模数与齿数、轴承地型号等等 .这阶段配以各种方法库及各种参数求解策略 . （5）方案分析建立精确地数学模型及其分析运算方法,如有限元、优化或其它数名师归纳总结 值方法 ,对各种确定地指标进行运算,如强度、刚度分析中地应力值、挠度值等.这部第 14 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 分工作往往采纳常规 CAD 技术来完成 . （6）方案评判依据评判模型得到有关评判指标地值,由此作出方案是否中意,判定