（机械电子工程专业论文）cadcapp并行设计中评价与决策建模.pdf

华中理工大学博士学位论文 摘要 评价与决策是c a d c a p p ，f ：行设计的不可缺少的重要环节和内容。本文对c a d c a p p 并行设计中评价与决策的一些关键技术如基于实例零件上艺设计中相似性评价，并行一【艺设 计，工艺方案综合评价零件可制造性评价和制造成本评价等进行了研究，并提出了一些具 有创新特色的同转类零件c a d c a p p 并行设计的评价与决策策略平方法。 7 论文提山了基于实例零件工艺c a ：计的相似性评价方法。零件间的相似性实际上体现在其 特征的相似- r 主，冈此，本文以零件的典型特征为核，t l , 要素构造零件上艺实例相似元及相似元 层次树，基于零件相似元层次树推导得剑一系列相似性度量公式。在此基础上，采用语言变 量值对它们进行相似性评价。此外，零件与实例零件的相似性的判断有赖于形状特征比较匹 配策略和相似元构造策略，文中对它们进行了论述。 实例表达、实例分类及索引模型、实例的捉取、实例零件工艺再殴计与修改等是基于实 例零4 i ：- e 艺设计的儿项关键技术。本文中实例乃由零什世计信息模型、零件 ：艺信息模日! 及 其应, t f l i 7 录替组成，并采用面向对象方法对之进行描述。实例分类与索引模型是通过零什分 类索引树实现的，在实例提取时采用设计知识导引与归纳推理相结合的策略来实现实例高效 检索。实例零件工艺再设计与修故则采川基丁多实例的特征工艺设计策略来实现。 文中提出了基于黑板推理的递阶层次工艺规划模型，其工艺决策递阶层次结构是通过采 用系统有向图、邻接矩阵利可达性矩阵来确定。该模型将。r 艺殴计过程划分为四个人的层次 即工艺分析层、艺决策层、j ：艺细化发计层和工艺方案评价层，能根据动态制造资源和不 同生产要求进行) r 行一r 艺设计，并产生多种工艺方案。它主要通过零什特征芙系幽、零什特 征树及零件上艺规程的a o s 树进行特祉加：r 方法扩展实现。吸收了专家系统方法、决策支 持技术和传统刨成式工艺路线决策方法的优点，是种新的基j - 知识的创成式多_ l = 艺路线决 策方法，能有效地解决多工艺方案决策及评价难题。 通过对零件特征类型、加工方法和制造资源之间多对多关系、动态l ：艺规划过程及。r 艺 方案评价指标确定等问题的研究，提出了两种多工艺方案综合评价模型：模糊数排序评价模 型和多对象、多层玖二阶模糊综合评价模型。模糊数排序评价模型是通过将a h p 、语言变 量方法和不规则四边形模糊数方法等应用于工艺方案的定量分析来实现的。多对象、多层次 二阶模糊综合评价模型是通过采用a h p 及四种不同算子运算模型对评价指标进行分层评价 综合处理来实现。 零件可制造性评价是卉行设计的关键技术之1 。本文在给出其定义的基础上，从零什结 构几何合理性、零件结构一1 ：艺性和零件加上i ：艺性等方面采_ h j 二层三阶段的分层递阶零件可 制造性评价策略进行零件可制造性评价。此外，对零件伟4 造成本评价原理和方法进行研究， 根据不同评价要求提山两种零什制造成本评价策略，即零件并行设计阶段性制造成本评价策 略和零什制造成本总评价策略。并给山了零什，i ：行设计时制造成本评价算法。 最后，总结了本文：c 作，指出了进一步研究的方向。下 关键词：并行设计，计算机辅助工艺设计，基景实例推理，相似性评价，可制造性 华中理工大学博士学位论文 a b s t r a c t e v a l u a t i o na n dd e c i s i o n - m a k i n ga r et w oc r i t i c a ls t e p si nc a d c a p pc o n c u l t e n td e s i g n t h i s d i s s e r t a t i o nf o c u s e so ns o m ek e yi s s u e sr e l a t e dt oe v a l u a t i o na n dd e c i s i o n - m a k i n gi nc a d c a p p c o f t c m t e f l td e s i g n ，s u c ha st h es i m i l a r i t ye v a l u a t i o n nc a s e - b a s e dp r o c e s sp l a n n i n g t h ec o n c u l t e n t p r o c e s sp l a n n i n g , t h ec o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o no np r o c e s sp l a n s ，t h ep a r tm a n u f a c t u r a b i t v e v a l u a t i o na n dp a r tm a n u f a c t u r i n gc o s te v a l u a t i o n ，e t c s o m en e ws t r a t e g i e sa n da p p r o a c h e sf b rt h e e v a l u a t i o na n dd e c i s i o n m a k i n go fc a d c a p pc o n c u r r e n td e s i g nf o rr o t a t i o n a lp a r t sa r ep r o p o s e d a n dd e v e l o p e d t h em e t h o do ft h ep a r ts i m i l a r i t ye v a l u a t i o ni nc a s e b a s e dp r o c e s sp l a n n i n gi sp u tf o r w a r di n t h i sd i s s e r t a t i o n s i m i l a r i t yb e t w e e nt w op a r t si sm a i n l yr e p r e s e n t e db yt h es i m i l a r i t yo ft h e i r f e a t u r c s ，t h es i m i l a r i t yu n i t sf o rp a r tp r o c e s sc a s e sa n dh i e r a r c h i c a lt r e eo f s i m i l a r i t yu n i t sh a s c do n s o m et y p i c a lf e a t u r e sa r ep r o p o s e d as e r i e so ff o r m u l a eo fs i m i l a r i t ye v a l u a t i o nb yu s eo f h i e r a r c h i c a lt r e eo fs i m i l a r i t yu n i t sa r ed e v e l o p e d b a s e do nt h o s ea b o v e ，s i m i l a r i t yb e t w e e nt w o p a r t sc a nb ee v a l u a t e di nt e r m so fl i n g u i s t i cv a r i a b l e s o nt h eo t h e rh a n d ，d e t e r m i n a t i o no fp a r t s i m i l a r i t yd e p e n d so nt h es t r a t e g i e sf o rm a t c h i n gb e t w e e nt h ef o r mf e a t u r e so ft h en e wa n dc a s e p a r ta n dc o n s t r u c t i n go f s i m i l a r i t yu n i t ，t h ea p p r o a c h e sf o rt h o s ei sa l s op r o p o s e d c a s er e p r e s e n t a t i o n c a s ec l a s s i f i c a t i o na n di n d e x i n g ，a n dc a s er e t r i e v a ia n dm o d i f i c a t i o n ，e t c a g es e v e r a lk e yt e c h n i q u e so f c a s e - b a s e dp r o c e s sp l a n n i n g c a s ec o n s i s t so f p a r td e s i g ni n f o r m a t i o n m o d e l 。p a r tp r o c e s si n f o r m a t i o nm o d e l ，a n dh i s t o r yo fi ti nt h i sd i s s e r t a t i o n ，a n di ti se x p r e s s e db y o b j e c t - o r i e n t e d ( o - o ) m e t h o d t h em o d e lo fc a s ec l a s s i f i c a t i o na n di n d e x i n gi sc r e a t e db yu s i n g p a r tc l a s s i f i c a t i o ni n d e xt r e e t h er e t r i e v a io f c a s ep a r t si sm o r ee f f e c t i v eb a s e do nt h ec o m b i n a t i o n o f n a v i g a t i o no f d e s i g nk n o w l e d g em a di n d u c e - r e a s o n i n g f u r t h e r m o r e ，r e 。d e s i g n i n ga n dm o d i f y i n g o fc h ec a s e p a r tp r o c e s sp l a n b a s e do nt h ep a r tl b a t u r ep r o c e s sp l a n n i n go fm u l t i p l ec a s e si s p r o p o s e d t h eh i e r a r c h i c a lp r o c e s sp l a n n i n gm o d e li m p l e m e n t e do nb l a c k b o a r d r e a s o n i n gi sp r o p o s e d ， a l ls u b t a s k so fp r o c e s sp l a n n i n gc a nb eg r o u p e di n t od i f f e r e n tl e v e l sb yt h em e a n so fd i v i d i n gt h e c o m p l e xs y s t e n ai n t oh i e r a r c h i c a ls t r u c t u r et h r o u g hs y s t e md i r e c t e dg r a p h ，a d j a c e n c ym a t r i xa n d r e a c h a b i l i t ym a t r i x t h em o d e lc o n t a i n sf o u rs t e p s ：p r o c e s sa n a l y s i s , p r o c e s sd e c i s i o n - m a k i n g , d e t a i l e dp l a n n i n ga n dc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o no np r o c e s sp l a n s i tc a l lc a r r yn oc o n c u r r e n t p r o c e s sp l a n n i n ga c c o r d i n gt o v a r i o u sd y n a m i cm a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e sa n dr e q u i r e m e n t s ， t h e r e f o r ep r o v i d e sa l t e r n a t i v ep r o c e s sp l a n s t h em e c h a n i s mo ft h ep r o c e s sp l a n n i n gm o d e li s i m p l e m e n t e dt h r o t l g hp a r tf e a t u r er e l a t i o n s h i pg r a p h ，p a r tf e a t u r et r e ea n da n d o r - s e q u e n c et r e eo f p a r te l e m e n t a r yp r o c e s sp l a n s t h i sh i e r a r c h i c a lp r o c e s sp l a n n i n gm o d e li sa n e wk n o w l e d g e 。b a s e d g e n e r a t i v ed e c i s i o n - m a k i n gm e t h o df o ra l t e r n a t i v ep r o c e s sp l a n sw h i c ht a k e sa d v a n t a g eo fe x p e r t s y s t e m ，d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e ma n dt r a d i t i o n a lg e n e r a t i v ep r o c e s sp l a n n i n gm e t h o d t h eo p t i m a l p r o c e s sp l a nc a l lb ec h o s e nf r o ma l t e r n a t i v ep r o c e s sp l a n s a f t e ri n v e s t i g a t i n gt h em u l t i p l e t o m u l t i p l er e l a t i o n s h i pa m o n gp a r tf e a t u r et y p e s ，f e a t u r e 。_ _ _ _ - _ 一- _ - _ - 一 华中理工大学博士学位论文 m a c h i n i n gm e t h o d sa n dm a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e s ，a n di d e n t i f y i n gt h ep r o c e s sp l a n se v a l u a t i o n i n d i c e s ，t w ok i n d so fc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm o d e l sf o ra l t e r n a t i v ep r o c e s sp l a na r ed e v e l o p e d ， i e f u z z yn u m b e rr a n k i n gr n u l t i f a c o r i a le v a l u a t i o nm o d e la n dm u l t i - o b j e c t ，m u l t i - l a y e r ，t w o - l e v e l f u z z ym u l t i f a c o r i a le v a l u a t i o nm o d e l w h i l et h ef o r m e rm o d e li si m p l e m e n t e dt h r o u g ha p p l y i n g a h p ( a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ) ，l i n g u i s t i cv a r i a b l e sa n dt r a p e z o i d a lf u z z yn u m b e r st oa n a l y z e p r o c e s sp l a n s 。e v a l u a t i o ni f i d i c e sq u a n t i t a t i v e l y , t h el a t e rm o d e li sc a r r i e do u tt h r o u g ha p p l y i n g a h pa n df o u rt y p e so ff u z z yo p e r a t o r sf o rh i e r a r c h i c a l l ye v a l u a t i n ga n ds y n l h e s i z i n gp r o c e s sp l a n s e v a l u a t i o ni n d i c e s p a r tm a n u f a c t u r a b i l i t ye v a l u a t i o ni so n eo ft h ek e yt e c h n i q u e so fc o n c u r r e n td e s i g n ，i t s d e f i n i t i o ni sg i v e n ，a n dah i e r a r c h i c a le v a l u a t i o ns t r a t e g yo ft w o - l e v e la n dt h r e e - s t a g eo fp a r t m a n u f a c t u r a b i l i t ye v a l u a t i o n i sp r e s e n t e d i na d d i l l o n t w ok i n d so fp a r tm a n u f a c t u r i n gc o s t e v a l u a t i o n sa r ep r o p o s e d ，n a m e l y , p h a s em a n u f a c t u r i n gc o s te v a l u a t i o no fp a r tc o n c u r r e n td e s i g n a n dg e n e r a lp a r tm a n u f a c t u r i n gc o s te v a l u a t i o n t h ep a r tp h a s em a n u f a c t u r i n gc o s te v a l u a t i o n a l g o r i t h md u r i n gc o n c u r r e n td e s i g ni sp r o v i d e d f i n a l l y , ac o n c l u s i o ni sd r a w n ，a n dt h et r e n di nr e s e a r c ho ne v a l u a t i o na n dd e c i s i o n m a k i n gi n c a d c a p pc o n c u r r e n td e s i g ni sa n t i c i p a t e d k e yw o r d s ： c o n c u r r e n td e s i g n ，c o m p u t e r - a i d e dp r o c e s sp l a n n i n g ，c a s e b a s e d r e a s o n i n g ，s i m i l a r i t ye v a l u a t i o n ，m a n u f a c t u r a b i l i t y n l 华中理工大学博士学位论文 1 1 研究课题的来源 第一章绪论 本文工作是基于作者参加以下四个应用研究项目进行的：1 ) 国防科技预研基金项目“产 品定义及其数据的分布式管理”，编号：9 5 j 1 4 2 ，2 j w 0 5 3 2 ；2 ) 国家8 6 3 c i m s 重点应用丁厂 ( 郑州纺织机械厂) 课题“同转类零件c a p p f c a m 系统”合同号：8 6 3 5 1 1 - 0 1 6 3 0 2 ：3 ) 国家8 6 3 c i m s 重点席j 1 j 工厂课题“回转类零件c a p p c a m 系统实用化与提高”，合同号： 8 6 3 - 9 5 0 3 - 0 5 ；4 ) 横向课题“韶关齿轮厂c a p p c a m 集成应用工程”。 1 2 研究课题的提出 1 2 1 并行工程中评价决策及对它们研究的必要性 1 并行设计和并行工程的内涵及实现方法 在日益加剧的市场全球化竞争形势下，制造型企业面临着怎样以合理的价格，较快速度 提供高质量产品的问题这往往是企业赢利和生存的关键。降低产品成本的主要手段不再是 廉价的原材料和劳动力，而是快速、准确的信息和高技术含量。这种形势f 耍求企业不断尝 试变革，以缩短产品开发周期( t ) ，提高产品质量( q ) ，降低产品成本( c ) ，改善售后 服务( s ) 。传统的串行产品开发模式( 即顺序 _ = 程) 在设计过程中不能考虑制造过程、质 量控制等因素，造成设计和制造脱节，所设计的产品可制造性、可装配性较差，不能很好地 满足用户要求，从而造成设计改动量火产品开发周期长，产品成本高的局面，即在很大程 度上影响了t q c s 目标的实现。用时间p e t r i 网( t i m e - p e t r in e t ) 表示的串行产品开发过程 如图1 1 所示，图中竖线表示转移，圆对应从市场信息到最终产品的各个状态，黑点为激发 转移的令牌，市场信息p 带有激发转移令牌，组织o 和资源r 是转移激发的必要条件( 约束) 。 在这个串行的过程中每个转移所需组织、资源相互孤立，只有所需的信息到达时，转移事 件才被激发。否则组织、资源处_ 丁等待状态。图1 1 清楚地显示了串行产品开发过程未能 将各子过程的信息很好地集成起来，容易造成它们之间脱节，产品设计中的制造丁艺性问题 不容易及晕发现：后续子过程的组织和资源不钱充分利用：串行产鼹开发中l ：艺方案设计及 工艺装备等的翦期准备工作不能尽早开始延k 了开发周期；等。 为了解决上述传统设计方法的弊端，人们迫切需要一种改进的产品开发模式，它必须能 够并行地集成设计、制造、市场、服务等资源以减少产品开发时f n q ；f n 成本，同时获得较高的 产品质量和价值，即实现t q c s 目标。，f 行产品开发过程即并行工程就是这样一种工作模 式，用时间p e t r i 网( t i m e p e t r in e t ) 表示的并行产品开发过程如图12 所示，可以看出 华中理工大学博士学位论文 并行产品开发过程中的信息可以共享，各个转移所需组织和资源相同，并为开放的环境中组 成部分，克服了串行产品开发过程中的缺点。 市差烈：答裂。一8 9组砌。两驴两叫两 图1 1串行产品开发过程的p e t r i 网模型 图1 2 并行产品开发过程的p e t r i 网模型 关于并行工程的最具权威的定义是1 9 8 8 年美国国防分析研究所在其r - 3 3 8 报告中首次 提出并行工程的名词及其定义，定义 2 1 1 3 为：“并行_ 工程是对产品及其相关过程( 包括制造 过程和支持过程) 进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式。这种工作模式力图使设 计者从一开始就考虑到产品生命周期( 从概念形成到产品报废) 中所有因素，包括质量、成 本、进度和用户需求”。传统的开发实践是顺序式的、多有反复和分散的，即串行产品开发 是通过多次设计、工艺、加工、检测、修改设计等这样的大循环，最终满足要求；与此相反， 并行工程需要并行的、交互的和密切合作的多功能小组方法，即并行工程实际是通过一系列 的小循环来实现其缩短周期、提高质量、减少成本的目标的。 综上分析，并行工程作为一种组织、管理与运行企业的新方法、新哲理，与串行产品开 发模式相比，它有以下要点：1 ) 一体化、并行地进行产品及其相关过程的设计：2 ) 十分重视 “人”在信息系统及物理系统中不可替代的作用，进而强调“人们”的协同工作；3 ) 充分的 信息共享，它是指为并行- 程小组成员提供透明地存取分布在企业内部各部门的各种异构 的、多领域的信息，包括信息建模、查询、检索及安全保证等功能。信息共享是产品开发活 动并行的前提和基础：4 ) 充分重视满足客户的要求和市场：5 ) 力求一次成功( r i g h ta tt h ef i r s t t i m e ) 。利用仿真和虚拟现实技术减少产品开发过翟豹反复，最大限度地降低成本，缩短产 品上市时间；等。 文献【4 】根据集成机制及生命周期分析工具的集成程度。将并行工程实现方法分为三类： 小组化方法；计算机化方法；计算机支持的协作方法。 1 )小组化方法：它是由来自产品生命周期中各相关功能领域并代表各领域知识和约束的 2 华中理工大学博士学位论文 技术人员组成的多功能小组通过其协同一r 作完成产品和相关过程设计的方法。它强调 以人为中心，通过小组成员交互工作过程决定什么时候使用什么上具，实现功能和信 息的集成。在井行t 二程发展初期，“小组化方法+ 分散的方法和工具”是主要的方法。 2 )计算机化方法：它将应用于产品生命周期不同阶段的大量分析方法和工具( 称为 a g e n t s ) ，按照并行工程哲理集成到计算机系统内部，辅助设计者实现并行工程设计。 用代表生命周期不同阶段约束和知识的a g e n t s 代替小组化方法中相应的技术人员， 与设计者组成虚拟井行工程小组，共同完成设计1 作。该方法的前提条件是要系统化 地采集、表达、集成和协调必要的并行程知识，从而使计算机可以执行必要的分析 和优化，达到产品设计相对产品生命周期内整体因素的最优解或满意解。 3 )计算机支持的协作方法：并行工程涉及的很多功能领域存在 乍多不确定或非形式化因 素，因而各a g e n t 并不能完全代替专业技术人员及相应的分析方法和工具，只能在一 定程度是辅助设计者的并行工程设计。小组化方法与先进的计算机集成支持环境相结 合，形成计算机支持的协作方法是并行下程必然的发展趋势。 2 并行设计中评价决策及对它们研究的必要性 随着计算机技术、信息技术及a i 技术等的发展，丁程设计的范畴正在扩大，传统的殴 计只限于产品设计，而现代设计则将产品设计向前扩展到产品规划，甚至用户要求分析，向 后扩展到工艺设计，使产品规划、产品设计、工艺设计形成一个有机的整体【5 】。工程设计( 包 括制造) 的组织方式也从传统的顺序方式逐渐过渡到并行殴计方式，并产生了计算机辅助并 行工程( c o m p u t e ra i d e dc o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ，c a c e ) 。所谓工程设计，就是将来自市场 的顾客要求，经过设计人员的创造性思维、规划和决策过程，最终形成可以应用于制造的各 种信息 5 】。在工程设计中，一般包括两种内容：带有创造性的设计( 方案的构思、1 ：作原理 的拟定等) 和非创造性的t 作( 绘图、设计计算等) 。创造性的设计需要发挥人的创造性思 维能力，创造出以前不存在的设计方案，这项工作一般应由人来完成。一作创造性的工作是一 些繁琐重复性的计算分析和信息检索，完全可以借助计算机米完成。一个计算机辅助设计支 持系统既能充分发挥人的创造性作用，又能充分利用计算机的高速分析计算能力。即要找到 人和计算机的最佳结合点。工程设计包括产品规划、方案设计、总体设计、施工设计、工艺 设计等内容，工程设计的结果对产品的功能、性能、质量、价格、甚至交货期都有着极其重 要的影响。大量资料研究表明，产品没计阶段决定了产品制造成本的7 0 8 0 5 1 5 1 n 1 ，因此， 应高度重视设计技术的研究。为此国内外大批学者进行了人量研究，提出了一些设计过程模 型，具有代表性的有如下模型。t a k a d a 和y o s h i k a w a 7 1 提出了设计的五个过程，即：提问 题、指出关键概念、提供可选解、评价和决策。d i x o n 8 l 9 1 0 1 提出了符合工程殴计特征的“设 计分析评价再设计”的策略。在此基础上，w a n g i l l 提出了产品方案设计的五个步 骤：概念设计参数设计布置设计分析和评价决策再设计。这些设计过程模 型，与更早一些a s i m o w 1 2 1 提出的分析、综合、评价的a s e 模型是一脉相承的。由以上的 设计过程的描述，可以得出这样的结论：设计是一不断迭代的过程，要经过反复地设计、分 析评价、决策再设计。由此可见评价决策是产品设计的不可缺少的环节和重要内容，也是 并行设计( 并行工程) 的不可缺少的环节和重要内容。 保证零件的可制造性是c e 的主要目标之一，可制造性评价的实现往往是对零什进行其 它方面评价的前提，而完各的可制造性评价可通过工艺设计来实现；因此，产品与工艺的并 华中理工大学博士学位论文 行设计研究成为c e 的主要任务之一，而c a d c a p p 并行设计则是计算机辅助并行工程 ( c a c e ) 的关键环节之- - u j i 。c a d c a p p 井行设计是指在零件设计阶段，充分考虑零件 的功能要求以及当前制造环境的约束，同时进行计算机辅助零件设计、零件的可制造性评价 以及计算机辅助工艺设计，经过它们之间的多次交互、反馈之后，最后同n t 完成可制造性合 理的零件设计及经济可行的工艺过程设计【”】。本文将要讨论的是c a d c a p p 并行设计中的 有关评价决策问题，例如，c a d c a p p 并行设计中的可制造性评价决策、零件制造成本评 价决策、基丁实例零件工艺设计中实例相似性评价决策和多种上艺方案评价决策，以及零件 设计中特征选择、零什t 艺设计中特征加f 方法选择、定位与装夹方式选择、1 ：序排序方式 选择等。 下面论述c a d c a p p 并行设计中有关关键技术及对有关评价决策进行研究的必要性： 可制造性评价 可制造性评价是实现零件并行设计的重要手段1 1 4 1 ，它使得在零件设计同时，就能考 虑到与制造相关的冈素，使设计者在零件功能、 艺及制造环境的约束下进行零件形状结 构设计，同时基于有关制造约束对零件进行r 艺分析和设计，从而做到零什设计的一次成 功。由此可见，可制造性评价在零件设计与工艺设计并行集成化研究过程中扮演着重要的 角色，有必要对零件可制造性评价方法及系统进行研究和开发，为产品设计人员提供必要 的制造领域评价与决策丁具和手段。 大量资料研究表明，产品设计阶段决定了产品制造成本的7 0 8 0 5 1 6 ，故在并行设 计中进行产品设计时必须考虑成本问题，有必要为进行产品设计决策的设计人员提供有关 产品制造成本的知识和辅助工具，以及研究制造成本评价方法、策略和摸型，从而在零什 并行设计时能选择经济的零件特征集、零什特征= j h t 方法及零件工艺方案。 基于实例工艺设计 基丁：实例推理( c a s e b a s e dr e a s o n i n g ，c b r ) 是a i 技术中新崛起的一项重要技术，它 是一种相似推理方法 1 5 1 ，其核心在于用过去的实例和经验来解决新问题，研究表明 1 6 1 1 1 7 1 设计人员通常依据以前的设计经验来完成当前设计任务，并不是每次都从头开始。“知识 工程之父”f e i g e n b a u m 认为“c b r 是一种前景非常好的方法”，“几乎所有工程问题都是 面向实例的” 1 8 1 。一般地，c b r 具有如f 基本步骤 15 1 1 1 9 1 1 2 5 1 ：提出问题找山相似实例， 修改实例使之完全满足要求。将最终方案作为新的实例存入实例库中。基于实例零件工艺 设计是两大类c a p p 系统( 派生式c a p p 和创成式c a p p ) 中比较重要的一类，自八十年 代以来己成为国内外不少学者研究的热点，提出了不同类型和用途的基于实例推理的 c a p p 系统1 2 6 1 1 3 0 1 1 1 3 。但这些基于实例推理的c a p p 系统对实例提取的关键问题实例 相似性，有的没有论及，有的只进行了初步研究，因此，有必要对基于实例零件t 艺殴计 中实例相似性问题进行深入研究。需要研究实例相似性评价方法与模型及实例相似性评价 后决策过程对实例零件j 二艺雨设计与修改的有关策略和规则。 多工艺方案设计与评价 进行多工艺方案设计是并行设计的特点之一因此，工艺方案评价问题是并行设计过 程中不可缺少的环节。在实际生产中，由于制造资源的多样性和动态性、工艺设计原则多 态性和复杂性及零什特征的加一删匝序和加工方法的非唯一性，每个零什的可行生产_ 艺规 程不只条，冈而进行多工艺设计并进行多e 艺方案评价选优是十分必要的卜f 3 3 1 。根据 华中理工大学博士学位论文 本人所查阅的资料，国内外对工艺方案评价问题的论述较多，但大多采用的模型简单或者 比较片面，主要重点从一些方面单层次进行评价，评价的可靠性不高。针对工艺方案评价 问题是一个经验性强、个性突出、因素间关系复杂且难度很大的非结构性多层次决策问题， 并且具有不确定性和模糊性。因此，有必要采用系统下程理论和模糊技术从多层次、多角 度对多工艺方案进行综合评价，研究多工艺方案评价的评价指标确定策略及多工艺方案评 价方法和模型。 1 2 2 有关技术发展 1 人机一体化系统与技术 本世纪，机械科学发展的最大特征是自动化1 3 9 1 ，特别是本世纪后、仁叶的计算机科学与 机械科学的碰撞，使机械领域发生了一场革命，自动化+ 智能化成为机械科学发展的重要特 征。计算机集成制造系统( c i m s ) 乃至并行工程c e ( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ) 、智能制造 系统( i m s ) 将机械科学推向了一个崭新的高峰。然而，c i m s 道路并不是一帆风顺，过分 地追求自动化和智能化，并期望建立一种全盘白动化的未来“无人工厂”模式，把人们引向 歧途。但是这些年来，一些西方工业发达国家以及发展中国家c i m s 研究开发和应用的实践 表明，有些企业应用c i m s 取得了一些成绩，但不少企业成效并不显著，或者说大量投资与 所得收益相比并不令人满意，有的国家c i m s 甚至纷纷下马，遭到失败。德国工程师协会在 1 9 9 0 年对德国若干实施c i m s 的企业进行调奁表明 4 0 1 ，在影响c i m s 成功的冈素中，3 0 来白“人”，2 3 来自“技术”，1 9 来自“组织管理”，1 7 来自“企业文化”。关国先进制 造技术研究公司在1 9 9 0 年4 月的报告中也指出【4 0 】，实施c i m s 的阻力有7 0 来自与人有关 的因素。这些报告及国内外很多专家的观点都表明，单纯追求制造系统的“全盘自动化”， 将“人”排除在系统之外的思想方法是不可行的。这种思想方法不可行的主要原因在于 4 1 】： 1 ) 一个高度自动化的、复杂庞大的系统是一个高度有序、高度相关、熵值极低的系统，一旦 某个局部环节出现故障必然会造成全局混乱，使整个系统瘫痪。要使整个系统成功，必须要 求各个系统和整个系统具有极高的可靠性。2 ) 外界环境往往是随机、不可预测的，这样就 要求系统必须具有很强的适应能力，既能适应很大的加工范围( 零件种类和大小) ，又能对 各种突发事件( 故障) 进行有效的自动处理。从以上两点可以看山，要实现这一目标，无论 是从技术上还是从经济上难度都是相当大的。这样的系统往往需要巨额投资，而不一定能取 得令人满意的t l k 益，从实际上讲是不可行的。因此，许多有识之士，对人工智能技术、c i m s 技术进行了全面的反思。c i m s 的研究也开始由单纯追求技术和信息的集成，向追求技术、 组织和人这三方面集成发展，然而如何实现人、组织和技术的集成则成为当前重要的研究 课题。系统科学、人j ：智能科学的权威人士，在认识到当前智能化的局限性的基础上首先 提山了人机智能系统( m a n m a c h i n es y s t e m ) 思想，强调了人在系统中的重要性。著名机械 工程专家路甬祥教授等在综合分析机械科学的发展状况之后，结合计算机科学的最新发展成 果，认为人机一体化系统与技术是2 1 世纪机械科学的重要发展方向并提山了人机一体化 系统与技术的新思想、基本概念及理论体系。其核心内容就是强调人在系统中的重要性，以 人为中心构成新型的机械系统【3 8 】。在文献 3 8 中路甬祥给“人机一体化系统”定义为，所 谓人机一体化系统，就是采取以人为主、人机械一体的技术路线人与机械共同组成一个系 华中理工大学博士学位论文 统各自执行自己最擅长的工作，从而突破传统的“智能系统”的概念，形成达到甚至超过 人的能力乃至智力的“超智能”( s u p e r h u m a ni n t e l l i g e n c e ) 系统。其核心内容是强调人在系 统中的重要性，以人为中心，人和机械共处在一个系统中，互相独立，发挥各自特长，从而 使整个系统达到最佳效益，计算机系统是人机一体化系统中的重要环节，它沟通人与机械， 实现人机通信。简言之，人机一体化系统就是立足于新型信息库的人计算机- 机械相综合的 系统。新型信息库包容人的头脑、智能机器的知识库与数据库以及历史、社会所积累的所有 必要的知识，它指导系统判断与决策、选择与协调、运行与工作等。在人机一体化系统的人 机合理分工中，至少在非符号的推理、评估和决策能力以及由感知和动作序列组成的行动智 能即技艺能力方面，人的作用是计算机和机器难以代替的 3 4 1 1 3 5 。文献 3 6 1 n 4 2 用，r 程观 点，在思维、感知和执行三个层面上对人和机器的新型协作关系进行了分析，在感知层面上 采用人机联合感知，充分利用机器视野广阔、定量感知精确，人对复杂现象模糊定性感知能 力强的特点，提高系统信息感知的全面性、可靠性、多维性和准确性为智能定量计算提供 可能从而提高整个系统的可控性，改善系统性能；在思维层面上采用人机共同决策，人主 要从事形象、灵感思维等创造性思维，对感知信息进行综合处理、判断、决策，机器的智能 决策系统对感知信息进行复杂数据的快速计算和严密的逻辑推理，向人提供必要的信息，并 在特殊情况下自动作出必要决策驱动控制系统或执行系统执行非常必要的任务操作：在执 行层面上人机相互协作，取长补短，充分发挥各自的优势。 2 模糊机械科学与技术 在模糊数学理论基础上发展起来的高新技术模糊技术，虽只有2 0 余年的历史，但 它在机电、航空航天、水利、气象、企业管理和社会经济等领域应用的发展势头却令人刮目 相看，其成功的应用已给日本带来巨大的经济效益和社会效益。日本为确保其在2 1 世纪的 竞争力，曾就模糊数学和模糊技术的研究开发制定了长远规划，确定了基础研究、模糊计算 机、机器智能、自然系统、人机系统、人与社会系统6 个重点发展领域，其中在模糊计算机 方面。目标是实现模糊信息计算机处理，包括计算机构造、逻辑记忆和存储等。在机器智能 方面，实现模糊信息的处理，使机器能高速地识别和判断模糊信息，包括智能控制、机器人、 通信处理和模式识别等。在人机系统方面，实现人机一体化，包括模糊数据库、模糊专家系 统和自然语言处理技术。在人与社会系统方面，主要进行复杂的人类行为分析，包括决策支 持系统、医疗诊断、彳亍为心理透视及社会经济模型。几年前，美国在模糊技术的研究方面已 感落后。所以在1 9 8 8 年美国航空航天局( n a s a ) 举办了一次国际性研讨会，讨论模糊逻 辑与神经网络的结合问题，目的在于打开机器思维和推理的僵局。近期，美国己把模糊技术 应用到人工智能、信息工程、图象识别、空间e 行、卫星与导弹的控制系统中，取得了显著 效果。法国也顺应潮流成立了神经模糊研究所，全面地有计划地开发模糊技术。德国的电子 和信息部门，也把模糊技术作为重要研究课题之一。由于模糊技术涉及人对自然、社会或对 人本身的判断而每项被控系统缺乏人的感知是难以想象的，同时模糊技术通常与计算机和 控制系统相结合，而计算机和控制系统作为人类活动最基本的工具，已被“信息社会”的种 种论断所证明。冈此，模糊技术将成为2 i 世纪的一项基础技术。上e 如国外科技