人机智能CAPP系统及其发展_阜阳门户网

人机智能CAPP系统及其发展

时间:2019-01-06 22:22:03 来源:阜阳e世博app 作者:匿名



CAPP:计算机辅助工艺规划是指根据人和计算机组成的系统中的约束条件和资源条件,将零件设计信息转换为制造零件所需的一系列处理操作。机器交互或自动生成零件的过程。它是将产品设计信息与制造环境提供的所有可能的处理能力信息进行匹配和优化的过程。到目前为止,CAPP研究已经进行了40多年。许多主要研究成果都获得了一定的经济效益。特别是在将专家系统,神经网络和模糊逻辑等人工智能技术应用于CAPP后,过程知识获取,表达和应用的有效性和灵活性发生了很大的变化,CAPP系统的实际工程水平得到了很大提高。 。但是,CAPP仍有许多未解决的重要问题,其应用的实际效果远非企业的工程需求。它已成为CAD实施。/CAPP/CAM集成瓶颈。

正如对CAPP技术(包括人工智能技术)的研究陷入困境和停滞不前,国内外专家学者提出了人机智能系统的概念,为CAPP的研发开辟了新的途径。系统。早在1990年,着名科学家钱学森就提出了“大合成工程”的思想,指出“我们要研究人机结合的智能系统。我们不能排斥人,是人 - 系统。“1991年,美国斯坦福大学的Lenat和Feigenbaum提出”人机协同预测“是知识体系的”第二个时代“,并指出”该系统将使智能计算机聪明的人成为一种同事关系。人和计算机各自执行自己最好的任务。系统的智慧是这种合作的产物。1994年,法国的克劳德贝纳尔 - 里昂第一大学的弗朗索瓦切维纳认为那个:问题解决往往不是自动的,因为对于一些问题计算机找不到相应的解决方案策略或知识,而且只能由人来解决,所以人们应该能够干扰自动问题解决过程。从1994年到1995年,陆永祥等人提出了“人机整合系统”(Humachine技术理论,科学体系和系统关键技术)。1999年,在第49届CIRP年会上,瑞典Kjellberg的主题报告, “以人为本的生产系统设计”得到了各国代表的认可,我同意并认为21世纪的制造系统应该从技术导向转向以人为本。可以看出,CAPP系统的未来发展方向应采用以人为本的人机集成技术路线,研究基于知识的人机智能CAPP系统的体系结构和关键技术,建立以人为本的新方法。 CAPP系统。从而真正提高了CAPP的应用水平。

1 CAPP系统开发历史

计算机辅助工艺设计的研究始于20世纪60年代后期。其早期意图是建立一个计算机辅助系统,包括流程卡生成,流程内容存储和流程规范检索。它只是用计算机作为存储和整理。用于计算和提取信息的工具,有助于减少工匠完成的交易工作,从而节省了工艺设计的时间。这样的系统没有过程决策能力和分类功能,因此不是通用的。这真的是普遍的。 CAPP系统始于1969年在挪威开发的AUTOPHOS系统。许多CAPP系统受到该系统的影响。计算机辅助工艺设计正式命名为CAPP,这是计算机辅助工艺设计历史上的一个里程碑。 CAM-I由计算机辅助制造国际于1976年推出的自动化工艺规划系统。1985年1月,CIRP在美国举办了第一届CAPP研讨会和11月ASME冬季会议。主题为“计算机支持帮助/智能过程设计”,CIRP于1987年6月举办了一次特殊的CAPP研讨会,使CAPP系统研究成为一个新时代。

20世纪80年代初,中国开始了CAPP的理论研究和系统开发。 1982年,同济大学的TOJ ICAP系统首次开发并进入国内市场。西北工业大学,北京航空航天大学,西安交通大学,南京航空航天大学等单位也成功开发了特定类型零件的CAPP系统。 1986年3月,中国制定并启动了863计划,并在后续863/CIMS主题计划中建立了一些与CAPP相关的关键技术。项目或子项目,目标产品开发项目和主要软件项目,大力推进示范项目的应用。 1988年5月,第一届CAPP研讨会在南京航空航天大学举行,得到了大多数研究机构和制造业的支持。企业的普遍关注引发了国内CAPP研究热潮。 1989年,国家863/CIMS工艺设计自动化工程实验室在上海交通大学正式成立,重点研究和实施异地分布式CAPP系统架构和实施技术。开发工作取得了许多研究成果。2 CAPP系统智能技术

在CAPP系统中,因为有很多问题需要解决,所以它非常复杂,并且通常没有算法可循,或者即使有计算方法,它也是NP(非确定多项式有界)问题。因此,人们运用人工方法和技术来模拟人类解决复杂的思维问题和过程,实现一些“机器思维”,解决人类专家需要处理的过程问题,从而导致人工智能的产生,并得到广泛应用。用于CAPP系统。

2. 1人类智力及其特征

我们知道人类被誉为一切事物的精神,精神灵魂在人类中拥有“聪明”的大脑。然而,虽然人类越来越意识到客观世界,但他们仍然拥有一种在自己的大脑中产生智慧的模糊机制。哦,鲜为人知。从这个角度来看,智能作为科学技术的三大问题之一(宇宙的起源,生命的起源和智力的起源)只能在21世纪得到解决。智力这个词来自拉丁语“Legere”,意思是收集和收集。到目前为止,还没有统一的情报观。一般认为,:智能是利用信息和知识采取理性行动的能力。一般而言,智力可以被理解为获取知识并应用知识解决问题的能力。

调查和分析人类智力活动的整个过程,不难发现思维是整个智能活动的核心,最本质,最复杂的部分。如果没有人类的智慧,没有人类的智慧,就不可能让人类远远超越其他动物。 1984年,钱学森教授主张研究思维科学,将人类思维分为“抽象(逻辑)思维,形象(直觉)思维和灵感(突发性思维)”,同时指出虽然分为三种思维,但事实上,人类思维和思维的每一个过程都不??是一个简单的思维。它往往是两种思想,甚至三种思维交织在一起。三种思维的基本特征如表1所示。[IMG] 200651610285739215.bmp [/IMG]

人类智能的上述特征也表明,尽管冯诺依曼的计算机处理速度极快,存储容量极大,符号推理能力极强,但仍远未达到人类智能的根本原因。当然,人类的智慧毕竟,数十万年的大脑进化,数百万年的人类进化,以及数百万年生物进化的结晶,与高时间复杂性和巨大的空间复杂性交织在一起,具有无限的神秘和无限。智能颅神经系统的产品远未使用多个硅晶片在几十年内成功模拟。

就过程设计过程而言,人脑的思维活动清晰地表现出几种思维方式的综合特征。它不仅是逻辑与跳跃的统一,而且是秩序与并发的统一;它可能是“一步一步”“逐步推理”也可能是“受到心灵的启发,并依靠心脏”。它也可能是“思考和思考”。人脑可以根据过去的经验分析大量的外部信息,并对许多复杂的问题做出判断。然后在此总结和总结的基础上,为了实现组织和逻辑,最后得到一个满意的解决问题的方法。同时,人类思维也可以基于直觉做出决策。例如,在设计零件时,经验丰富的工艺专家可以在看到零件图纸的短时间内形成零件的加工方法,夹紧方案和初步加工路线,并且可以注意到可能存在的一些关键问题和重要过程,然后根据一定的工艺理论逐步分解和精制,形成符合制造环境的工艺规范。在这个过程中,人类思维总能以一致,全面和细致的方式进行协调。然而,冯·诺依曼计算机在解决问题时没有直觉和并发性,既不能“一气呵成”,也不能同时出现。形成多个问题的解决方案并相互协调(尽管操作速度可以无限快),也就是说,计算机总是根据某些程序以连续有序的方式解决问题。2. 2人工智能及其特征

人工智能与人类智能(即生物先进智能或自然智能)相关。它是一门综合性学科,使用人工方法和技术来模拟,扩展和扩展人类智能行为。在1956年夏天,在美国。达特茅斯学院举行了一次意义深远的历史性会议。学术界数学助理约翰麦卡锡和其他10位年轻学者在会议上使用人工智能这个术语,为期两个月的“机器模拟人类智能”。后来,达特茅斯学院被认为是人工智能的发源地。其中10人还被科学界誉为“十大金刚”,其中大部分成为泰山北斗的人工智能。麦卡锡本人经常被视为美国的“人工智能之父”。人工智能与空间技术和原子能技术一起被誉为20世纪三大技术成果。经过40多年的研究和开发,人工智能研究取得了很多成果,其应用已渗透到各个领域,特别是专家系统,智能决策,智能机器人,自然语言理论等。解决方案等方面的成就促进了人工智能的进一步发展。人工智能主要包括推理,学习和关联三个智能要素。目前,人工智能的推理功能已被打破,学习功能正在研究中,联想的功能仍处于探索阶段。

由于人工智能是由智能机器或智能系统实现的,而控制核心是计算机,人脑和计算机的控制过程在某些方面是相似的。但是,人脑与计算机不同,两者之间存在巨大差异,如表2所示。

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从表2可以看出,计算机在处理速度,存储容量,数值计算,逻辑推理等方面具有明显优势,而人脑在学习能力,创造力,环境适应性,经验总结和知识归纳方面具有优势。 。计算机无法匹配的能力。当然,随着计算机科学技术的发展,未来的智能计算机将具有创造性的功能,但其创造性功能最终是由人们提前给出的,这是人类创造的结果。而且,扩展本质上不能改变人类工具的属性。3人机智能CAPP系统概念

由于智能水平是衡量CAPP系统性能的关键因素,并且由于冯诺依曼计算机在解决工艺设计问题方面存在严重缺陷,因此他们扩展了性能以弥补其缺点。人们只考虑将人类智能与人工智能结合起来,将各种人工智能思想,方法和技术引入CAPP系统。

近十年来,随着IMS的发展,人们对制造系统中的人类创新能力和人类智能给予了高度重视。因此,在国内学者提出“人机整合”的思想的同时,国外也提出“全息制造系统: HMS”的概念已成为国际合作研究计划IMS的项目之一。在HMS中,人们在制造业中的角色已被重新定义并得到更多关注。人们不再被看见这是一个干预因素,但被视为整个制造环境的重要组成部分,并且可以充分利用个人技能。在CAPP的研究和实践中,作者还认识到两个基本原则:一个是人类主动参与不仅会削弱CAPP系统的整体性能和运行质量,还会提高CAPP系统的集成度和智能水平。在更大程度上。其次,人们在系统中的作用将更加重要,人们将永远是系统中最具创造性的知识来源,也是关键问题的最终决策者。王贤伟教授提出建立一个“人机整合”智能系统:,充分发挥人类智能的优势,以合理的成本实现更高的智能化,这将在很长一段时间内成为指导原则。开发CAPP系统。

根据以上原则,在开发CAPP系统时,应结合人机整合思想,结合人工智能和人工智能技术,研究人机与计算机在工艺规划中的耦合关系和协作。 “智能”已成为“适当的智能”,将“以计算机为中心的人机交互”方法转变为“以人为本的人机整合”方法,并应用各种人工智能技术实现各个阶段。有效的智能在线帮助,建立一个新的以人为本的智能CAPP系统。图1显示了一个人机智能CAPP系统框架。[IMG] 20065161034168972.jpg [/IMG]

在图1中,系统的核心是人机协作决策模块。基本思路是使人与计算机处于平等合作的地位,使两者之间的决策既分工又合作。分配,适用于计算机的决策任务被提供给计算机,例如处理工具选择决策和处理规模计算决定等,并且适合于该人的决策任务被移交给该人,例如处理订单决策和夹紧计划决策。在联合决策过程中,两者互相学习,争取达成共识。另一方面,由于人和计算机以不同的方式解决问题,程序及其知识,人和计算机可以同时对某些问题做出决策。最后,通过综合评估,获得了合理的结果。通过人机智能和人工智能相结合,可以进一步提高决策的可靠性,但是这种决策方法的全面实现还有待机器学习和人类进一步改进。语言理解。

4人机智能CAPP系统关键技术

在人机智能CAPP系统中,按照“以人为本,人机集成”的理念,采用“人机交互感知,人机综合推理,人机协同决策”的技术路线。 “人与计算机”形成一个共同的集成系统,通过人机智能界面,在人与计算机之间建立一种新型的耦合关系,从而实现人与机器之间的最佳协同。在这里,人机耦合是整个系统的瓶颈,而计算机技术和信息技术则是实现人机耦合的核心。超媒体处理方法(可视化技术,虚拟现实技术和代理技术)是实现人机耦合的手段。

4. 1人机交互感知技术

(1)人体子系统通过视觉,听觉,触觉和其他感觉器官感知制造系统内外的各种信息(包括部分过程信息),并将过滤后的有用信息输入系统的处理模块,这是最初的部分。为工艺设计或工艺规范的实时校正提供基础;(2)计算机子系统在提取各种信息,提取后,通过物理设备,如扫描仪,数码相机,录音,传感器等,在制造系统运行过程中检测图纸,零件和声音信息以及其他信息。来自他们工艺设计所需的信息;

(3)计算机子系统通过CAD/CAPP/CAM集成系统检测与过程设计有关的信息,并处理处理过的信息,然后将其发送到人体子系统,以便人体子系统可以进行二次感知。

经过人机交互感知,系统可以获得更完整,准确,可靠的工艺设计信息。

4. 2人机综合推理技术

对于以人为本的流程设计系统,应采用“层次分解和逐步细化”的方法,并根据流程理论和流程习惯分阶段规划流程。为此,工艺设计任务需要分解为“空白设计,夹紧”。程序设计,加工方法决策,加工订单决策,设备和工装选择,工艺设计和工艺设计设计。 7个子任务。每个子任务可以细分为几个子任务。通过这种方式,人机集成推理可以应用于系统。解决方案中的所有子任务都已解决。解决所有子任务后,完成流程规范。

(1)计算机子系统应充分发挥逻辑推理能力和计算能力的优势,利用过程知识库和综合数据库进行严格的逻辑推理,获得多个可行,完整的零件加工程序;

(2)人体子系统应利用形象思维和灵感思维,利用积累的经验和直觉对人机交互感知的信息进行综合判断,并获得可行的技术解决方案(程序可以是完整的工艺路线,它也可以是几个重要过程的安排,或者它可以是某个过程步骤的特殊安排)。

4. 3人机协作决策技术

根据获得的零件工艺规范,根据零件特性,加工条件,生产环境和工艺习惯做出决策。

(1)计算机子系统对多个过程计划进行初步评估,以得出与当前制造环境一致的替代过程计划;(2)根据模糊综合评价原理,人工子系统和计算机子系统合作,全面评估替代工艺方案,找到最佳工艺方案;

(3)人体子系统校正和调整最佳工艺计划。特别是对于定位和夹紧方案,工艺步骤的顺序和特殊的工艺安排,应采用人体辅助原理进行决策。

5结论

总之,在制造系统中,人类的核心作用是不可替代的。在制造系统的人机关系问题上,CIMS的最初构想是强调自动化程度高,但研究和应用实践中出现的问题。因此,人们逐渐意识到适度自动化的重要性。因此,对于CAPP系统的开发,应采用以人为本的人机集成技术路线,建立一种新型的人性化CAPP人机集成智能系统。使用计算机执行自己的最佳工作。人类智能和人工智能相互补充,分享感知,共同思考,做出协调决策,以合理的成本获得更高的智能,并实现CAPP系统的最佳经济目标。最好的整体效益。当然,我们需要进行进一步的理论研究和实践探索,重点是在感知,思考和决策三个层面上解决人机耦合的内部机制和实现方法,以真正提高实用性。 CAPP系统。和工程水平。

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