1.2　智能設(shè)計的基本概念

1.2.1　智能設(shè)計的產(chǎn)生

設(shè)計是一種與人的智能相關(guān)的創(chuàng)造性活動，其中的創(chuàng)造性主要指設(shè)計的結(jié)果是客觀物質(zhì)世界中存在尚不明確的事物。設(shè)計這種創(chuàng)造性活動實際上主要是對知識的處理與操作，因此設(shè)計創(chuàng)造性活動最顯著的特點就是智能化。智能設(shè)計系統(tǒng)在求解問題時，不僅需要基于數(shù)學(xué)模型完成數(shù)值處理這類具有定量性質(zhì)的工作，而且需要基于知識模型完成符號處理這類具有定性性質(zhì)的推理型工作。在以往的設(shè)計中，設(shè)計的智能化主要體現(xiàn)為人類專家的腦力勞動，其中對知識的處理和操作具體表現(xiàn)為人類專家的邏輯推理等思維活動，計算機的出現(xiàn)和飛速發(fā)展為模擬人類專家的上述設(shè)計思維過程提供了契機。

智能設(shè)計的產(chǎn)生可以追溯到專家系統(tǒng)技術(shù)早期應(yīng)用的年代，最早的一些著名專家系統(tǒng)中，XCON是在方案設(shè)計這樣一種非結(jié)構(gòu)化決策問題中，將專家系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用于設(shè)計領(lǐng)域的例子。美國的數(shù)字設(shè)備公司（DEC）用它來根據(jù)用戶的訂單對VAX型計算機進行系統(tǒng)配置，XCON中集中了該公司VAX型計算機系統(tǒng)配置專家的大量知識，因而可在眾多可能的配置方案中選擇最合理可行的方案，使得計算機系統(tǒng)硬件配置這一訂貨工作中最困難和技術(shù)性最強的問題可采用自動化的方法解決。該專家系統(tǒng)投入使用后，DEC處理用戶訂單的速度迅速加快，大大節(jié)省了雇用專家的開支，設(shè)計的成功率可達95%。在設(shè)計過程中，非結(jié)構(gòu)化問題有很多，它們難以用數(shù)學(xué)模型描述，無法使用數(shù)值方法求解。要實現(xiàn)這一大類問題的求解自動化，只能借助于人工智能技術(shù)，因此，實現(xiàn)自動化的求解設(shè)計過程中大量存在的非結(jié)構(gòu)化決策問題是智能設(shè)計產(chǎn)生的背景之一。

另外，在設(shè)計中還有大量的問題，雖然它們可以用數(shù)學(xué)模型來描述，但由于問題的高度復(fù)雜，無法用數(shù)學(xué)方法找到精確解，而只能借助經(jīng)驗性的方法求得近似解，這些問題具有“組合爆炸”的特點，問題空間極其巨大，難以找到可行解。對于這類問題，人類專家具有特殊的求解經(jīng)驗，他們可以根據(jù)問題的特點和約束大大縮小解空間，可以在有限的時間內(nèi)得到工程上可行的或令人滿意的解。

非結(jié)構(gòu)化問題求解及高度復(fù)雜問題求解作為智能設(shè)計的產(chǎn)生原因及發(fā)展的初級階段，其共同特點就是采用了單一知識領(lǐng)域的符號推理技術(shù)——設(shè)計型專家系統(tǒng)。用于產(chǎn)生滿足約束條件的目標(biāo)方案的專家系統(tǒng)為設(shè)計型專家系統(tǒng)，它主要具有以下特點：

（1）設(shè)計結(jié)果的多樣性和可行性；

（2）設(shè)計任務(wù)的多層次和多目標(biāo)性；

（3）計算與推理交替運行的操作環(huán)境；

（4）問題表示、求解策略和方法的多樣性；

（5）結(jié)構(gòu)問題的求解和知識表示；

（6）再設(shè)計的復(fù)雜性和問題的組合爆炸；

（7）求解問題解釋的復(fù)雜性。

設(shè)計型專家系統(tǒng)對于設(shè)計自動化技術(shù)從信息處理自動化（數(shù)值或圖形處理）走向知識處理自動化（符號及邏輯處理）有著重要的意義，它使人們看到計算機不僅能幫助人處理信息，而且可以基于人類專家的經(jīng)驗和知識幫助設(shè)計者進行決策。設(shè)計型專家系統(tǒng)的開發(fā)對于更高水平的設(shè)計自動化具有不可低估的作用，智能設(shè)計也是由設(shè)計型專家系統(tǒng)發(fā)展而成的。