（管理科学与工程专业论文）支持创新概念设计的多agent系统.pdf

独创声明 v 之5 9 8 7 2 5 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得 ( 注：如没有其他需要特别声明的，本栏可空) 或其他教育机构的学 位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者挠彳蜀柱 导师签字：别易 j 签字日期：2 。4 年乒月硝日 签字日期：2 。4 年月 曰 素美戮镪粥盈 山东师范人学硕士学位论文 摘要 支持创新概念设计的多a g e n t 系统 设计活动是产品开发过程中最重要环节之一，在c a d ( c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ) ，c a e ( c o m p u t e r - a i d e de n g i n e e r i n g ) 和c a m ( c o m p u t e r a i d e dm a n u f a c t u r i n g ) 等研究领域取得了 很大的发展。作为设计活动中最重要的部分，如何应用已取得c a d 、c a e 、c a m 技术支 持概念设计系统的建立，成为现在的研究热点。 概念设计在设计阶段起着重要作用，因为概念设计决定了产品的基本特征和主要框 架，在概念设计结束后，设计的主要方面就被决定下来了，而后续的过程只是保证概念设 计结果对设计需求的满足。 近年来，c a d 技术得到了长足的发展，但目前的c a d 技术也有不少缺陷，阻碍着进 步发展，主要表现在： ( 1 ) 传统c a d 技术旨在产生复杂、精确和完整的三维造型，本身缺乏设计方法学 的有效支持，没有体现概念设计的创造过程，即不能较好的支持创新设计。 ( 2 ) 传统的c a d 系统主要针对详细设计阶段，较少考虑对设计中的重要阶段 概念设计的支持，把设计过程割裂开来，设计人员在利用c a d 系统进行设计时，首先要 用人脑和手工工具进行概念设计，然后再利用计算机对每个零件进行详细设计，装配设计 和优化设计以形成最终产品。不允许快速输入和再现不完备的概念造型，基本上是一个在 设计方案基本定型之后的概念化绘图工具，而非辅助设计工具。因此c a d 系统对真正的 设计活动支持较少，实际上是一个辅助作图工具。 ( 3 ) 较少体现符合设计人员的正常设计思维的原则，且人脑的概念设计结果和手绘 的设计草图不能为计算机所直接使用。 ( 4 ) 协同并行设计方面考虑较少。 对于一个支持创新设计的智能系统来说，首先需要解决的问题就是提供一个合理的、 有效的机制以利用多种知识、方法和原有经验在设计过程中的给出相应的信息提示。由于 创新是人类的思维状态，所以系统自动完成、自主设计不太可行，对于智能问题求解模式 的研究从通用的问题求解策略和基于知识表达的基本推理形式逐步向混合协作的、面向对 象的问题求解模式发展，分布式人工智能开始成为研究重点。 分布式人工智能主要研究的是人工智能计算中的开发性和交互的半自治系统集合的 构造、协调及相关技术，具有广泛的应用背景。近年来，作为分布式人工智能的主要研究 内容，关于多a g e n t 系统的研究引起众多学者的兴趣。 使用多a g e n t 技术为创建支持概念设计系统提供了新的思路。多a g e n t 系统为一组设 计a g e n t 和设计人员在分布式环境下的协作提供支持。设计是一个复杂的知识发现过程， 1 支持创新概念设计的多a g e n t 系统 在这个过程中，分布的信息和知识可以同步处理。主要以下的优点： ( 1 ) 符合现实的设计模式。复杂的设计由软件a g e n t 和设计者来协作完成，每个a g e n t 有自己独立的知识和设计决策方案，可以为人类设计者在设计过程中提供必要帮助，最终 的设计决策取决于设计者。 ( 2 ) 设计资源的重用。智能a g e n t 技术有利于重用已有的设计，避免了每个设计都从 头开始。 ( 3 ) 设计领域的分布性。分布是设计的自然特征，包括设计资源的分布及设计人员的 分布，多a g e n t 系统为连接分布的资源及信息提供了良好的框架。 ( 4 ) 设计人员的协同。设计问题的复杂性使得设计任务难以被单个设计人员完成，往 往需要设计组的群体合作。多a g e n t 系统为分布式环境下的协同工作提供了支撑框架。 本文通过对传统的c a c d 系统的分析，提出一种新的支持创新概念设计的多a g e n t 环 境。主要研究工作如下： ( 1 ) 归纳了概念设计的特点，分析出概念设计过程和创新思维的特点，在此基础上， 针对创新设计支持，给出概念设计的f b s 过程设计模型，据此建立多a g e n t 系统总体框架。 ( 2 ) 采用合同网模型解决多a g e n t 系统中任务分配问题，并且针对合同网模型的弊 端，应用熟人任务模型进行了改进，并给出了b d i 语义描述。 ( 3 ) 引入再励学习和组织角色等人工智能技术。 ( 4 ) 以改进的遗传算法作为学习策略，为多a g e n t 系统提供创新支持。 从而该环境将时间上分离、空间上分布而工作上又相互依赖的多个协作成员以及活动 有机地组织起来，以共同完成某一项设计任务。在该环境中，复杂的概念设计是由多个 a g e n t 辅助设计者完成的，符合现实世界中人们协同工作的特点，是一种通用的支持创新 概念设计的系统框架。 第1 章简单回顾了c a d 技术的发展过程及c a c d 问题的提出，突出讨论c a c d 的理论 基础和技术等方面的研究现状，并对目前有关c a c d 研究的热点问题及其发展趋势进行了 探讨，最后介绍了本文的主要工作与组织结构。 第2 章先介绍了概念设计的定义和特点，然后对概念设计的发展过程和研究现状进 行了总结，最后在对概念设计过程分析的基础上给出了概念设计创新的思维原则，并且归 纳了支持创新概念设计系统的必要条件，为后面多a g e n t 系统建立提供了理论依据。 第3 章主要分析了多a g e n t 系统的构造和工作流程。首先根据概念设计的f b s 过程 模型、支持创新原则、与设计者的交互等方面，介绍多a g e n t 系统总体结构，然后给出多 a g e n t 系统的工作流程。 第4 章根据多a g e n t 系统是由多个松散耦合的a g e n t 组成的分布问题求解方法，给 出了基于合同网的任务分配模型，在此基础上，针对合同网模型效率低，协同通信困难等 问题，应用熟人任务模型进行了改进。最后根据a g e n t 的b d i 描述，给出了合同网的招标、 投标、中标规则的语义描述。 第5 章提出一种设计a g e n t 框架的设计，此框架采用符合智能a g e n t 特点的具有强 化学习能力的a g e n t ，引入主动工作的多a g e n t ，从而可以在某种意义下解决传统c a c d 系统的不能有效支持概念设计、不能提供与设计者之间的协同设计和支持创新设计问题， 4 山东师范大学硕士学位论文 进一步增加了概念设计支持系统的灵活性、通用性。 第6 章介绍了使用v c 作为开发工具，构造数学表达式本身，产生相应的轴对称曲 线和睦面，形成一些轮廓形状，利用遗传算法的三个操作算子，实现学习过程，针对概念 设计的形状层提供创新支持，本章列举了基于树结构的遗传算法作为学习策略，拓宽设计 人员的思维空间，并且针对产品造型方面描述了该环境中创新设计的过程。 关键词计算机辅助概念设计；多a g e n t 系统；功能一行为一状态模型，合同网模型：再励学 习；遗传算法； 中图法分类号t p 3 9 1 7 2 一一 茎堡型堑塑垒堡兰塑墨垒壁竺墨竺 a b s t r a c t d e s i g ni s ac o m p l e xp r o b l e ms o l v i n ga n dk n o w l e d g er e f i n e m e n tp r o c e s s i nr e c e n ty e a r s t h e r eh a sb e e na l li n c r e a s i n gd e p l o y m e n to f c o m p u t e r a i d e dt o o l st os u p p o r tt h ed e s i g np r o c e s s i na r e a ss u c ha s c a d ( c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ) ，c a e ( c o m p u t e r a i d e de n g i n e e r i n g ) a n d c a m ( c o m p u t e r a i d e dm a n u f a c t u r i n g ) m a k i n g g o o d u s eo fc a s c a d c a m c a e t e c h n o l o g i e si nt h i ss t a g ew i l la c c e l e r a t et h ed e s i g np r o c e s sw h i l ei n c r e a s i n gi t sa c c u r a c y c o n c e p t u a ld e s i g nc a nb er e g a r d e da st h em o s te s s e n t i a lp a r to ft h ed e s i g np r o c e s sb e c a u s e a n yp l a nh a si t sf o u n d a t i o n sl a i di nt h i ss t a g e w h e nc o n c e p t u a ld e s i g ni sf i n i s h e d ，t h em o s t i m p o r t a n ta s p e c t si nt h ed e s i g np r o c e s si ss e t t l e d ，a n dt h es u c c e s s i v ep r o c e s si st oe n s u r et h e c o n c e p t u a ld e s i g np r o d u c t t os a t i s f yt h en e e d h o w e v e r , i nm o s tc a s e st h et e c h n i q u eo fc a ds t i l lh a ss o m ed e f e c t st os u p p o r tc o n c e p t u a l d e s i g ni nt h a t ： ( 1 ) t h et r a d i t i o n a lc a dt e c h n i q u ea i m st op r o d u c ec o m p l e x ，a c c u r a t ea n dc o m p l e t e3 d m o d l e s ，a n di ss h o r to fs u p p o r t i n gb yd e s i g nm e t h o d o l o g i s t sf o rp r o v i d i n ge f f e c t i v es o l u t i o n st o t h ec r e a t i v ep r o b l e m ( 2 ) t h et r a d i t i o n a lc a ds y s t e m sa i m st os p e c i f i cd o m a i n sa n da r eu s a b l eo n l yi nt h e d e t a i l e dd e s i g ns t a g ea n d p r o v i d el i m i t e do rn os u p p o r tf o rc o n c e p t u a ld e s i g n ，w h i c hd e p a r tt h e c o n c e p t u a ld e s i g nf r o mt h ew h o l ed e s i g np r o c e s s w h e nd e s i g n e r sw o r k ，t h e yf i r s tb r i n go u t c o n c e p t u a ld e s i g nf i n a lu s i n gt h e i re x p e r i e n c eb yh a n d ，t h e nt h e yu s ec o m p u t e rt od e s i g nt h e s i n g l ep a r t sa n d a tl a s tt h e ya s s e m b l ea n d o p t i m i z et h ed e s i g nt op u to u tt h ef i n a lp r o d u c t t h e s y s t e mi sb a s i c a l l yac o n c e p t u a ld r a w i n gt o o l ，n o ta na i d e dd e s i g nt 0 0 1 s oc a d s y s t e mc a n n o t s u p p o r tt h ed e s i g na c t i v i t i e sa n do n l yp l a y ar o l eo f a na i d e d d r a w i n g t 0 0 1 ( 3 ) t h ef a c tt h a td e s i g n i n gp r o c e s sw a sf a rn a t u r a lt ot h ed e s i g n e r , o rt ot h ed e s i g n e r sw a y o f t h i n k i n g 。t h er e s u l to fc o n c e p t u a ld e s i g na n dt h es k e t c hf r o mt h ed e s i g n e rc a n n o tb eu s e d d i r e c t l y ( 4 ) al a c ko f c o n s i d e r i n gc o l l a b o r a t i v ed e s i g na n dc o o p e r a t i v ew o r kp r o c e s s c o n s i d e r i n gs u p p o r t i n g c r e a t i v e d e s i g n ，w e s h o u l d p r o v i d e ar a t i o n a la n de f f e c t i v e m e c h a n i s mt ou t i l i z ea l lk i n d so f k n o w l e d g e ，m e t h o d sa n dd e s i g ne x p e r i e n c ea n dt h es y s t e m m a yb r i n go u ts o m ei n f o r m a t i o nd u r i n gt h ed e s i g np r o c e s st os u p p o r tt h ec r e a t i v ea c t i v i t i e so f t h ed e s i g n e r d e s i g ni sa no p e n e n d e d p r o c e s sa n dc r e a t i v i t yi sac h a r a c t e ro fm a n ，s oi ti sn o t f e a s i b l ef o r c o m p u t e r t o d e s i g na u t o m a t i c a l l y w i t h t h e d e v e l o p m e n t o ft h e b l e n d i n g c o l l a b o r a t i v ep a t t e r na n do b j e c t - o r i e n t e dp r o b l e ms o l v i n gp a t t e r n , w h i c hi s o r i g i n a t e df r o m b a s i cr e s o n i n gf o r mb a s e do nk n o w l e d g ee x p r e s s i o na n dt h eg e n e r a lp r o b l e m - s o l v i n gp a t t e r n ， t h ed i s t r i b u t e da r t i f i c i a li n t e l l i g e n c eh a sb e c o m et h ee m p h a s i so f r e s e a r c h d i s t r i b u t e da r t i f i c i a li n t e l l i g e n c em a i n l yf o c u s e so nf o r m a t i o n ，h a r m o n i z a t i o na n dr e l a t e d t e c h n i q u e s i ns e m i a u t o m a t i c s y s t e m ，w h i c h i s d e v e l o p i n g a n d c o o p e r a t e d i na r t i f i c i a l i n t e u i g e n c ec o m p u t i n g r e c e n t l y , m u l t i a g e n ts y s t e mi st h er e s e a r c ha s p e c to f t h ed i s t r i b u t e d a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c ea n dp r o v i d e san o v e la p p r o a c ht o a d d r e s sc o m p l e xp r o b l e m s ，w h e r e 山东师范大学硕士学位论文 d e c i s i o n ss h o u l db eb a s e do n p r o c e s s i n go f i n f o r m a t i o nf r o mv a r i o u ss o u r c e so fd i v e r s en a t u r e d e s i g ni s ap r o c e s so fa c q u i r i n gk n o w l e d g e ，d u r i n gw h i c hw ec a ns i m u l t a n e o u s l ym a n a g e d i s t r i b u t e di n f o r m a t i o na n dk n o w l e d g e m o v i n gt oa na g e n t b a s e ds y s t e mh a sm a n yb e n e f i t s ， w h i c hw i l lb ee v i d e n tt h r o u g h o u tt h ep a p e r ；t om e n t i o n o n l y s o m eo f t h e mw ec a n ： ( 1 ) a c c o r d e d 、i m r e a l - l i f ed e s i g n ，a st h ee n v i r o n m e n ta d o p t st h em o d eo fc o m p u t e ra i d e d d e s i g n e rw o r k ，w h i l ed e s i g n e r sh a v e t h ec o n t r o la u t h o r i t yt of m dt h ed e s i g nt a c t i ca n dd e s i g n a g e n t s h a v ea b s o l u t ek n o w l e d g ea n dd e c i s i o nm e t h o dt os u p p o r td e s i g n e r s ( 2 ) p r o m o t ed e s i g nr e u s ei n o u re n v i r o n m e n t ，b e c a u s ew ei n t r o d u c ea r t i f i c i a la g e n t ，t h e f u n d a m e n t a lc o m p o n e n ti nt h es y s t e m ，t oa v o i dd e s i g n i n ge a c hp r o d u c ts t a r tf r o ms c r a t c h ( 3 ) c o n s i d e rd i s t r i b u t i n gc h a r a c t e ro f t h ed e s i g nd o m a i n d e s i g ni sad i s t r i b u t i n gp r o c e s s ， b o t hi nr e s o u r c ea n d p e r s o n t h em u l t i a g e n ts y s t e ma p p l i e s ab e r e re n v i r o n m e n tt oc o n n e c tt h e d i s t r i b u t i n gr e s o u r c ea n d i n f o r m a t i o n ( 4 ) i m p r o v e c o l l a b o r a t i v ew o r ka m o n gd e s i g n e r s ，w h i c hi si m p e r a t i v e b e c a u s e s i n g l e d e s i g n e rc a n n o ta c c o m p l i s hac o m p l e xd e s i g na s s i g n m e n t t h em u l t i a g e n ts y s t e ma p p l i e sf o r c r e a t i n gm u t u a lu n d e r s t a n d i n g a n df o r m i n gc o n s e n s u sa m o n gd e s i g n e r s t h i sp a p e ra n a l y z e st h et r a d i t i o n a lc a c ds y s t e ma n dc o n s i d e r st h et h i n k i n gm e t h o d so f c r e a t i v ed e s i g na n dc o n c e p t u a ld e s i g np r o c e s st e c h n i q u e sb a s e do nf b s t h e n ，t h ep a p e rb r i n g s o u tt h em u l t i a g e n te n v i r o n m e n tt os u p p o r tc r e a t i v ec o n c e p t u a ld e s i g n t h e m a i nr e s e a r c hw o r k i s ： ( 1 ) s u m m a r i z e st h ec h a r a c t e ro fc o n c e p t u a ld e s i g n ，a n a l y z e st h et h i n k i n gm e t h o do f t h e p r o c e s s ，p u t so u tt h ed e s i g np r o c e s s b a s e do nf b sm o d e l ，b u i l d st h eo v e r a l lf r a m e w o r k ( 2 ) a p p l i e st h ec o n t r a c tn e tm o d e li m p p r o v e db y am o d e lo ft a s ka c q u a i n t a n c e b a s e do n t h e s em o d e l s ，as e r i e so f b d i b a s e dr u l e so f a c t i o na r ei n t r o d u c e di n t ot h e c o n t r a c tn e t ( 3 ) i m p o r t s t h er e i n f o r c e m e n tl e a r n i n g a n dt e a m w o r kr o l e t e c h n i q u e s i na r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c e ( 4 ) u t i l i z e sg e n e t i ca l g o r i t h m sb a s e d o nt r e es t r u c t u r ea sl e a r n i n gt a c t i ct os u p p o r tc r e a t i v e d e s i g nb e h a v i o r o f d e s i g n e r s t h e r e f o r e ，t h em u l t i a g e n te n v i r o n m e n tg a i n sr o b u s t n e s sd u et ot h ec o l l a b o r a t i o no f t h e s e v a r y i n ga g e n t s ，t h u sa f f o r d st h ed e s i g np r o c e s st h ea b i l i t yt od y n a m i c a l l yc r e a t ea n dm a n a g e d e s i g nt a s k si nw i d e l y d i s t r i b u t e da n de v e r c h a n g i n gd e s i g ne n v i r o n m e n t s i nt h i se n v i r o n m e n t ， t h e c o m p l e xc o n c e p t u a ld e s i g n i s a c c o m p l i s h e db yd e s i g n e r s a n dd e s i g na g e n t ，w h i c hi s c o r r e s p o n dt o t h ep o i n ti nr e a l i t y a n dt h ee n v i r o n m e n ti sag e n e r a lf r a m e w o r kt os u p p o r t c r e a t i v ec o n c e p t u a ld e s i g n t h er e m a i n d e ro f t h i sp a p e ri so r g a n i z e da sf o l l o w s ： c h a p t e r 1 g i v e sas i m p l er e v i e w o f t h ed e v e l o p m e n t p r o c e s so f c o m p u t e r a i d e d d e s i g n a n dt h e p r o b l e mo fc o m p u t e ra i d e dc o n c e p t u a ld e s i g n ，d i s c u s s e st h ec u r r e n tw o r k o ft h et h e o r yb a s i s a n dt e c h n o l o g ya b o u ti t p r o m i n e n t l y ，a n di n t r o d u c e st h eh o ti s s u e s ，c r i t i c a lt e c h n o l o g ya n d d e v e l o p m e n t t r e n da b o u tc u r r e n tr e s e a r c h 支持创新概念设计的多a g e n t 系统 c h a p t e r 2g i v e sa no v e r a l lr e v i e wo f t h er e s e a r c h a c t u a l i t ya n dc h a r a c t e r i z e st h er e q u i r e m e n t s i nt h e c o n c e p t u a ld e s i g ns t a g e t h e n ，t h i sp a p e rs u m m a r i z e sac o n c e p t u a ld e s i g ns u p p o r t e d m o d e lb a s e do nf b ss t r u c t u r e c h a p t e r3p r o p o s e sam u l t i a g e n ts y s t e ma r c h i t e c t u r e ，a n dg i v e st h ed e s i g nf l o w c h a r ti nt h i s s y s t e m t h eg e n e r a la r c h i t e c t u r eo f a m u l t i - a g e n tc o l l a b o r a t i v ed e s i g ne n v i r o n m e n t i so r g a n i z e d a sap o p u l a t i o no f a s y n c h r o n o u ss e m i a u t o n o m o u sa g e n t sc o n n e c t e db yal o c a ln e t w o r ka n d c o m m u n i c a t e dv i at h i sn e t w o r k t h ev a r i o u sa g e n t sw o u l da c c o m p l i s ht h es a m eg o a lb u ti n d i f f e r e n tm a n n e r s c h a p t e r4a p p l i e st h e c o n t r a c tn e tm o d e li nt h ed i s t r i b u t e ds y s t e mb a s e do na g e n t t o o v e r c o m es e v e r a ld e f e c t si ns o l v i n gr e a lp r o b l e m s ，ac o n c e p to f t a s ka c q u a i n t a n c ei si n t r o d u c e d ， a n do nt h eb a s i so fi ta ne x t e n d e dc o n t r a c tn e tm o d e l i s p r e s e n t e d t h ec o n v e r s a t i o np o l i c i e sf o r e x t e n d e dc o n t r a c tn e tp r o t o c o la n daf o r m a t i o nm o d e lf o r b i dm e n t a ls t a t ea r ep r o p o s e d b a s e d o nt 1 1 e s em o d e l s as e r i e so f b d i b a s e dr u l e so f a c t i o na r ei n t r o d u c e di n t oc o n t r a c tn e tt oe n s u r e ab e t t e rc o o p e r a t i o nb e t w e e na g e n ts a n dh i g h e rf l e x i b i l i t yo fs y s t e m c h a p t e r5i n t r o d u c e sd e s i g na g e n t ，t h em a i ne l e m e n ti n t h ed e s i g ne n v i r o n m e n t ，w h i c hi s c o m p u t e rs o f t w a r ea n di ns o m ew a yh e l p sd e s i g n e r st oc o m p l e t ed e s i g nt a s kb yp r o v i d i n g u s e f u li n f o r m a t i o n ，e v a l u a t i n gt h ed e s i g no u t c o m e sa n dr e c o r d i n gs u c c e s s f u lr e s u l tt or e u s e a f t e r w a r d s i nt h i sp a p e rw ea l s oi m p o r tr e i n f o r c e m e n tl e a r n i n ga n da g e n tr o l em o d e lt e c h n i q u e s i nt h ea r t i f i c i a li n t e l l i g e n c et os u p p o r td e s i g na g e n t c h a p t e r6i n t r o d u c e st h ep r o c e d u r et og e n e r a t e c u r v e sa n ds u r f a c e sa sar e s u l to ft h r e e o p e r a t o r si ng e n e t i ca l g o r i t h m s ，w h i c hi sr e a l i z e db yu s i n g v ct o o l s t h e s es u r v e sa n ds u r f a c e s c a nt h r e a t e nt h ed e s i g n e r st h i n k i n ga b i l i t y 1 1 1 i sc h a p t e re n m n e r a t st h el e a r n i n gt a c t i c sw i t h i n t h es y s t e ma n d g i v e sa ne x a m p l e t oi l l u s t r a t et h ei n t e g r a t e dd e s i g np r o c e s ss t e pb ys t e p k e y w o r d s c o m p u t e ra i d e dc o n c e p t u a ld e s i g n ，m u l t i a g e n ts y s t e m ( m a s ) ，f b s m o d e l ，c o n t r a c tn e t m o d e l ，r e i n f o r c e m e n t l e a r n i n g ，g e n e t i ca l g o r i t h m s 8 山东师范大学硕士学位论文 第1 章概论 本章简单回顾概念设计的发展过程，突出讨论了多a g e n t 系统应用于辅助概念设计的 理论基础和技术等方面的研究现状，并对目前有关概念设计研究的热点问题及其发展趋势 进行了探讨，最后介绍了本文的主要工作与组织结构。 1 1 问题的提出 产品的设计在产品开发过程中起着重要作用。据统计，产品全生命周期的成本在产品 设计阶段有9 0 已经被决定i l j 。但是，设计人员在设计产品时，由于知识面、设计经验和 设计知识等方面的限制，产生一个合理的方案十分困难。另外，设计是一个群体协作的工 作过程，现代产品的复杂性使得单个设计人员不可能胜任复杂的设计任务，因此新一代计 算机辅助设计的研究必须为设计人员提供分布式环境下的设计工具和支撑框架，以支持企 业生产出高质量、高可靠性、低成本、有创意和有市场竞争力的产品 2 1 。 产品设计的目的是要创新产品，满足市场需要，重视概念设计也就是为产品走向市场 奠定良好的基础。设计的综合部分具有以下特性：( 1 ) 创造性；( 2 ) 多解性；( 3 ) 近似性； ( 4 ) 不完全性；( 5 ) 经验性；( 6 ) 综合性。以上特性，在概念设计阶段表现得尤为明显。 在概念设计阶段，由于对设计人员的约束相对较少，具有较大的创新空间，因此概念设计 是产品设计过程中最富有创造性的阶段，实践表明，产品创新主要来自概念设计阶段所涉 及的功能、原理、形状、布局和结构等方面的创新。现代产品更新换代的速度显著加快， 要求大幅度缩短概念设计阶段的时间，正因如此，自8 0 年代中期以来，计算机辅助概念 设计逐渐受到人们的普遍重视口j 。 概念设计的本质是创新，产品在功能、原理、外观形态、人机操作、制造工艺和材料 等方面的创新，都会直接影响产品的整体特性和产品的最终质量。传统的产品设计开发模 式不能在产品的丌发设计阶段就对产品生命周期进程中的各种因素考虑周全，致使在产品 设计甚至制造出来后才发现各式各样的缺陷，以至于不得不去修改产品的最初设计，从而 延长了产品丌发周期，增加了成本。因此充分利用现代的、高科技的创新设计手段和技术 来改造传统的产品设计方法，是提高设计效率和设计质量，提升产品竞争力的必然趋势。 在产品创新过程中，设计师的思维、经验以及领域知识起着相当重要的作用，许多学 者尝试从人工智能角度出发，进行产品创新设计的研究，利用计算机的快速运算能力和人 工智能技术，辅助设计者进行创新概念设计，成为当前设计领域的研究热点之。 支持创新概念设计的多a g e n t 系统 1 2 研究现状和发展趋势 概念设计起源于工业产品设计，自从有了计算机参与辅助工业设计以后，相应也就产 生了计算机辅助概念设计。概念设计，一般认为它应该包括产品早期设计阶段的草图设计、 构思设计、初步的参数设计和结构设计等内容。因而c a c d 研究往往是以详细设计过程中 的c a d 技术为基础，将其中的建模技术、真实感显示技术等针对概念设计进行改进，从而 建立一套面向c a c d 的理论和技术。 自2 0 世纪5 0 年代c a d 技术的兴起到现在，c a d 经历了4 次大的发展变化【4 】：曲面造 型系统；实钵造型技术；参数化技术和变量化技术。 2 0 世纪6 0 年代出现的三维c a d 系统只是简单的线框式系统，它只能表达基本的几何 信息，不能有效地表达几何数据间的拓扑关系。进入7 0 年代，由于飞机和汽车工业发展 的需要，需要解决大量的自由曲面问题，因此开发了以表面模型为特点的三维造型系统 c a t i a 。该系统的出现，标志着计算机辅助设计技术上从单纯模仿工程图纸的三视图模式 中解放了出来，首次实现了以计算机完整描述产品零件的主要信息，同时也使得c a m 技术 的开发有了实现的基础。 但由于表面模型只能表达形体的表面信息，难以准确表达其他特性，s d r c 公司于1 9 7 9 年发布了世界上第一个完全基于实体造型技术的大型c a d c a e 软件i d e a s 。由于实体 造型技术能够精确表达零件的全部属性，在理论上有助于统一c a d 的模型表达，给设计带 来了极大的方便，确定了未来c a d 技术的发展方向。 进入8 0 年代中期，提出了一种比无约束自由造型更新颖、更好的算法参数化实 体造型方法，这种算法主要有以下特点：基于特征、全尺寸约束、数据相关、尺寸驱动设 计修改。 参数化技术和变量化技术大大加速了机械行业中系列产品的设计与制造过程，这些技 术