1.2.2　智能設(shè)計(jì)的內(nèi)涵

智能設(shè)計(jì)可以一般性地理解為計(jì)算機(jī)化的人類設(shè)計(jì)智能，它是CAD的一個(gè)重要組成部分。因此，下面從CAD的發(fā)展歷程入手，對智能設(shè)計(jì)的概念內(nèi)涵加以說明。以依據(jù)算法的結(jié)構(gòu)性能分析和計(jì)算機(jī)輔助繪圖為主要特征的傳統(tǒng)CAD技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中成功地獲得廣泛應(yīng)用，已成為提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量、效率和水平的一種現(xiàn)代化工具，從而引起了設(shè)計(jì)領(lǐng)域內(nèi)的一場深刻的變革。傳統(tǒng)CAD技術(shù)在數(shù)值計(jì)算和圖形繪制上擴(kuò)展了人的能力，但難以勝任基于符號知識(shí)模型的推理型工作。

由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)是人的創(chuàng)造力與環(huán)境條件交互作用的物化過程，是一種智能行為，所以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的確定、分析模型的建立、主要參數(shù)的決策、幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的評價(jià)選優(yōu)等設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，有相當(dāng)多的工作是不能建立起精確的數(shù)學(xué)模型并用數(shù)值計(jì)算方法求解的，而是需要設(shè)計(jì)人員發(fā)揮自己的創(chuàng)造性，應(yīng)用多學(xué)科知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行分析推理、運(yùn)籌決策、綜合評價(jià)，才能取得合理的結(jié)果。為了對設(shè)計(jì)的全過程提供有效的計(jì)算機(jī)支持，傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)有必要擴(kuò)展為智能CAD系統(tǒng)。通常我們把提供了諸如推理、知識(shí)庫管理、查詢機(jī)制等信息處理能力的系統(tǒng)定義為知識(shí)處理系統(tǒng)，例如，專家系統(tǒng)就是一種知識(shí)處理系統(tǒng)。具有傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)能力的CAD系統(tǒng)被這種知識(shí)處理技術(shù)加強(qiáng)后稱為智能CAD（intelligentCAD，ICAD）系統(tǒng)。ICAD系統(tǒng)把專家系統(tǒng)等人工智能技術(shù)與優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析、計(jì)算機(jī)繪圖等各種數(shù)值計(jì)算技術(shù)結(jié)合起來，各取所長，相得益彰，其目的就是盡可能地使計(jì)算機(jī)參與方案決策、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能分析、圖形處理等設(shè)計(jì)全過程。ICAD最明顯的特征是擁有解決設(shè)計(jì)問題的知識(shí)庫，具有選擇知識(shí)、協(xié)調(diào)工程數(shù)據(jù)庫和圖形庫等資源共同完成設(shè)計(jì)任務(wù)的推理決策機(jī)制。因此，ICAD系統(tǒng)除了具有工程數(shù)據(jù)庫、圖形庫等CAD功能部件外，還應(yīng)具有知識(shí)庫、推理機(jī)等智能模塊。

雖然ICAD可以提供對整個(gè)設(shè)計(jì)過程的計(jì)算機(jī)支持，但其功能模塊是彼此相間、松散耦合的，它們之間的連接仍然要由人類專家來集成。近年來，隨著高新技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)需求的多樣化，小批量多品種生產(chǎn)方式的比重不斷加大，這對提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量、縮短生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)成本提出了新的要求。從根本上講，就是要使包括設(shè)計(jì)活動(dòng)在內(nèi)的廣義制造系統(tǒng)具有更大的柔性，以便對市場進(jìn)行快速響應(yīng)，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（computer integrated manufacturing system，CIMS）就是在這種需求的推動(dòng)下產(chǎn)生的。計(jì)算機(jī)集成制造（computer integrated manufacturing，CIM）作為一種新的制造理念正從體系結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)與制造方法論、信息處理模型等方面影響并決定著以小批量多品種占主導(dǎo)地位的現(xiàn)代制造業(yè)的生產(chǎn)模式，而作為CIM哲理具體實(shí)現(xiàn)的CIMS則代表了制造業(yè)發(fā)展的方向和未來。

在智能設(shè)計(jì)發(fā)展的不同階段，解決的主要問題也不同。設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)解決的主要問題是模式設(shè)計(jì)，方案設(shè)計(jì)作為其典型代表，基本上屬于常規(guī)設(shè)計(jì)的范疇，但同時(shí)也包含著一些革新設(shè)計(jì)的問題。與設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)不同，人機(jī)智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)要解決的主要問題是創(chuàng)造性設(shè)計(jì)，包括創(chuàng)新設(shè)計(jì)和革新設(shè)計(jì)。這是由于在大規(guī)模知識(shí)集成系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)活動(dòng)涉及多領(lǐng)域、多學(xué)科的知識(shí)，其影響因素錯(cuò)綜復(fù)雜，當(dāng)前引人注目的并行工程與并行設(shè)計(jì)就鮮明地反映出了面向集成的設(shè)計(jì)這一特點(diǎn)。CIMS環(huán)境對設(shè)計(jì)活動(dòng)的柔性提出了更高的要求，很難抽象提煉出有限的穩(wěn)態(tài)模式，即設(shè)計(jì)模式千變?nèi)f化且無窮無盡，這樣的設(shè)計(jì)活動(dòng)必定更多地帶有創(chuàng)造性色彩。

智能設(shè)計(jì)具有以下五個(gè)特點(diǎn)。

（1）以設(shè)計(jì)方法學(xué)為指導(dǎo)。智能設(shè)計(jì)的發(fā)展，從根本上取決于對設(shè)計(jì)本質(zhì)的理解，設(shè)計(jì)方法學(xué)對設(shè)計(jì)本質(zhì)、過程設(shè)計(jì)思維特征及其方法學(xué)的深入研究，是智能設(shè)計(jì)模擬人工設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。

（2）以人工智能技術(shù)為實(shí)現(xiàn)手段。借助專家系統(tǒng)技術(shù)在知識(shí)處理上的強(qiáng)大功能，結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，較好地支持設(shè)計(jì)過程自動(dòng)化。

（3）以傳統(tǒng)CAD技術(shù)為數(shù)值計(jì)算和圖形處理的工具。提供對設(shè)計(jì)對象的優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析和圖形顯示輸出上的支持。

（4）面向集成智能化。不但支持設(shè)計(jì)的全過程，而且考慮到與CIM的集成、提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)交換接口。

（5）提供強(qiáng)大的人機(jī)交互功能。使設(shè)計(jì)師對智能設(shè)計(jì)過程的干預(yù)，即與人工智能融合成為可能。