• I2CAD
在CIMS技术的推动下，ICAD系统应在原有基础上强化 集成功能，由此被提升到一个新的阶段，即集成化智能 CAD（I2CAD）阶段，它是面向CIMS的ICAD系统，可对设计 全过程提供一体化的计算机支持。
2 智能设计发展阶段
智能设计:计算机化的人类设计智能
• TCAD：无智能设计可言 • • ICAD：设计型专家系统 I2CAD: 人机智能化设计系统
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• 系统的决策、管理及控
知识层集成
制 ，即通过知识处理与 应用实现设计自动化。 •数值计算程序及图形处 理应用软件的集成，即根 据输入信息。
信息集成
数据集成
物理设备(硬件)的集成 即不同设备之间实现数据通讯的交换
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5 人机智能化设计系统是一个 开放的概念范畴
2 节流形式的选择
2 节流形式的选择
If (工作速度>d)； Then (多孔质节流)； Else If (刚度<e)； Then (环面节流)； Else (小孔节流)
2 节流形式的选择
图 5-3 空气静压节流形式选择示例
3 轴承参数的计算
图 5-4 空气静压轴承参数设计示例
3 轴承参数的计算
• 设计型专家系统一般局限于单一知识领域范畴，相当于 模拟设计专家个体的推理活动，属于简单系统。而人机智 能化设计系统涉及多领域多学科知识范畴，是模拟和协助 人类专家群体的推理决策活动，是人机复杂系统。 • 从知识模型角度看，设计型专家系统只是围绕具体产品 设计模型或针对设计过程某一些特定环节(如有限元分析 或优化设计)的模型进行符号推理。而人机智能化设计系 统则要考虑整个设计过程的模型、设计专家思维、推理和 决策的模型(认知模型)以及设计对象(产品)的模型。
中 间 代 码 生 成
派 生 对 象 体 系 构 造 器
ART2
面 向 对 象
知 识 体 系
自然语句
句元矢量
句子聚类集合 结构树
对象模型
图 1 基于语句聚类识别的知识提取研究框架
4 人机智能化设计系统
由于CIMS技术的发展和推动，在以I2CAD为 代表的先进设计技术阶段,由于集成化和开放 性的要求,智能活动由人机共同承担,这就是人 机智能化设计系统。虽然人机智能化设计系统 也需要采用专家系统技术，但只是将其作为自 身的技术基础之一.
智能设计
小组成员：汤明凯；徐增师；
白露雪；吴翔； 陈玉雪；王卫星
20012年4月
智能设计
概述
CAD与智能设计发展的各个阶段 设计型专家系统
人机智能化设计系统
研究实例
一 概述 1 传统的CAD技术
数值计算和图形处理为主 不能建立起精确的数学模型
缺 点
不能用数值计算的方法求解
不能分析推理和综合思考 不能独立的做出评价决策
二、CAD与智能设计 发展的各个阶段
1 CAD发展阶段
•
TCAD
以依据算法的结构性能分析和计算机辅助绘图为主要
特征的传统CAD技术在产品设计中成功地获得广泛应用， 它在数值计算和图形绘制上扩展了人的能力，可以比较圆 满地完成计算型工作，但对推理型工作往往难以胜任。
• ICAD
具有传统计算机能力的CAD系统被知识处理技术加强 后称之为智能CAD（ICAD）系统。ICAD系统把专家系统等 人工智能技术与优化设计、有限元分析、计算机绘图等各 种数值计算技术结合起来，各取所长，相得益彰。
{ {
分析型
解释诊断 监控 预测源自设计型{设计
规划
四、 人机智能化设计系统
1 知识的广义定义
从认识论角度，知识应当定义 为人类对于客观事物规律性的认识。
2 知识与信息、数据的区别
•
数据（数值、符号）通常只是事物的名称， 单个的数据本身不能说明什么，它只是代表一 个事物的符号而已。
•
信息通过数据之间的某种联系，揭示出有意
义的概念。
数据 信息 知识
data
information
knowledge
3 知识的描述形式
• 数学模型
• 符号模型
• 人工神经网络
}
设计知识的主要 描述形式
• 图形、图像、声音……
知识动态提取方法研究基础
研究框架
切词处理
自 然 语 言 文 卷
非 单 调 最 优 词 性 分 析
背景词库
神 经 网 络
图 5-5 空气静压轴承参数设计结果示例
4 主轴材料的选择
图 5-6 主轴材料选择示例
5 主轴结构的选择
图 5-7 主轴结构选择示例
6 涡流稳定性判断
图 5-8 临界角速度计算示例
7 综合评价
图 5-9综合评价示例
8 最终设计结果
图 5-10 设计结果示例
总结
由于智能设计的发展包括设计型专家系统和人 机智能化设计系统两个阶段，特别是人机智能 化设计系统正在探索研究之中，对它的定义和 理解都有较大的柔性，因此智能设计系统包括 的范围较广。最简单的智能设计系统是严格意 义下的设计型专家系统，它只能处理单一设计 领域知识范围的符号推理问题。而最完善的智 能设计系统是人机高度和谐、知识高度集成的 人机智能化设计系统，它所具有的自组织能力 、开放体系结构和大规模知识集成化处理环境 ，正是智能设计追求的理想境界。大量的智能 设计系统介于这两种极端模式之间，能对设计 过程提供或多或少的智能支持。
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一 概述
越来越高的设计质量要求
越来越短的设计周期要求
智能设计方法
越来越复杂的设计对象 及其环境的要求

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一 概述
以设计方法学为指导 以人工智能技术为实现手段
2 特点
以CAD为工具，提供优化设计等的支持 面向集成智能化 提供强大的人机交互功能
三、设计型专家系统
1 专家系统
• 传统程序＝数据＋算法 过程性（how to do） • 专家系统＝知识＋推理 陈述型（what to do）
知识： 人类专家在特定专业领域的经验性知识 (rule，know-how etc.)，采用语言符号来描述。
知识库
工作存储空间
推理机
ES的基本结构
2 ES 分类
5 人机智能化设计系统与设计型 ES的区别
• 设计型专家系统只处理单一领域知识的符号推理问题; 而人机智能化设计系统则要处理多领域知识，多种描述 形式的知识，是集成化的大规模知识处理环境。 • 设计型专家系统一般只解决某一领域的特定问题、比较 孤立和封闭，难于与其他知识系统集成。而人机智能化 设计则面向整个设计过程，是一种开放的体系结构。
• 革新设计（innovative design）
举一反三 • 创新设计（creative design）
无中生有
5 人工智能的ABC
• A（Artificial） • B（Biological）
• C（Computational）
}
Intelligence
6 AI的研究途径
• 符号主义(Symbol approach)
认知即计算 物理符号系统假设
• 连接主义（Connection approach）
人工神经网络（ANN） 分布存储、并行操作
• 进化主义（Evolution approach）
Intelligence without representation Intelligence without reasoning
三、设计型专家系统
专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的 程序系统，它应用人工智能技术和计算机技术， 根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验， 进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，以 便解决那些需要人类专家处理的复杂问题，简而 言之，专家系统是一种模拟人类专家解决领域问 题的计算机程序系统。
五、 研究(academic research)实例
台式超精密车床主轴系统的设计的人机智能系统
图 5-1 设计流程
1 轴承形式的选择
图 5-2 轴承选择网页示例
1 轴承形式的选择
If (工作速度>a)； Then (推荐磁悬浮轴承)； Else If (径向刚度>b)或者(轴向刚度>c)； Then (推荐液体静压轴承)； Else (推荐空气静压轴承)。

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一、概述
3 智能设计的不同提法
• 概念设计 • 方案设计 • 创新设计 • 仿生设计
……
4 设计的重要性
成本 90% 70% CAD/CAM 运筹规划 生产过程控制
设计
施工
生产管理
时间
4 设计活动分类
• 常规设计（routine design）