集成設(shè)計(jì)與制造中的的智能綜合系統(tǒng)摘要智能綜合系統(tǒng)(IHS)已在集成設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，概念設(shè)計(jì)，細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，流程計(jì)劃，成本預(yù)算及數(shù)控生產(chǎn)等各個(gè)階段得到廣泛應(yīng)用。它將RBS（rule-basesystem），ANNs(artificial)，GA(geneticalgorithm)，HM(hypermedia)和CAD/CAE/CAM軟件包集成于一個(gè)操作環(huán)境中。設(shè)計(jì)與制造的技術(shù)將被RBS，ANN保留，而其它功能如：數(shù)字分析，工程制圖，數(shù)據(jù)運(yùn)算等將又GA，HM和CAD/CAE/CAM實(shí)現(xiàn)。RBS作為整個(gè)過程的協(xié)調(diào)者，控制著整個(gè)過程。作為此方法的應(yīng)用，用于機(jī)械動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的智能綜合系統(tǒng)已發(fā)展起來。關(guān)鍵詞：人工智能，綜合系統(tǒng)，CAD/CAE/CAM，機(jī)械傳動(dòng)，設(shè)計(jì)，生產(chǎn)1引言由于包含了多而復(fù)雜的階段，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過程變得冗長而費(fèi)時(shí)。為了降低成本及縮短上市時(shí)間，使用先進(jìn)的電腦技術(shù)將整個(gè)過程綜合起來就變得十分必要。在這項(xiàng)研究中，智能綜合系統(tǒng)發(fā)展成為綜合設(shè)計(jì)與生產(chǎn)各階段的方法。通過把RBS，ANNs，GA，HM和CAD/CAE/CAM軟件包集成于一個(gè)操作環(huán)境中就能實(shí)現(xiàn)。無論是設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的集成還是人工智能的運(yùn)用都吸引著研究者的目光，但是，在設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的整個(gè)過程中的復(fù)雜多樣的人工智能技術(shù)的綜合運(yùn)用還未在文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)。因此，智能綜合系統(tǒng)是一個(gè)新的研究。每個(gè)獨(dú)立的人工智能系統(tǒng)都有優(yōu)缺點(diǎn)。智能綜合系統(tǒng)綜合了它們的優(yōu)點(diǎn)，屏棄了它們的缺點(diǎn)，從而給人工智能的集成運(yùn)用提供了強(qiáng)有力的工具。如今，許多CAD/CAE/CAM軟件包都被運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)中，但大多數(shù)情況下，它們都是獨(dú)立的。作為此方法的重要特征，它將上述軟件包集成在一個(gè)操作環(huán)境中。這對(duì)于工業(yè)者來說無疑是有效的方法，特別是中小型公司。在以下章節(jié)中，會(huì)首先對(duì)此方法作一個(gè)簡要的介紹，在主要結(jié)構(gòu)，軟件技術(shù)關(guān)系，設(shè)計(jì)生產(chǎn)活動(dòng)，及集成過程等方面會(huì)有一個(gè)概述。然后，會(huì)有智能綜合系統(tǒng)的主要特征的闡述，包括：RBS，ANN，GA，HM和CAD/CAE/CAM的綜合。此方法已應(yīng)用于機(jī)械動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)。主要特征將與運(yùn)用一起闡述。2概述智能綜合系統(tǒng)中的軟件技術(shù)及它們間的關(guān)系如Fig.1所示。把多種元素綜合于一個(gè)環(huán)境中的方法通過CONTROL實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)與制造的技術(shù)將被RBS，ANN保留，而其它任務(wù)如數(shù)字分析，工程制圖，數(shù)據(jù)運(yùn)算等將用CAD/CAE/CAM軟件包實(shí)現(xiàn)。GA，HM用來處理設(shè)計(jì)及給用戶接觸和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換提供有效方法。RBS作為整個(gè)過程的協(xié)調(diào)者，控制著整個(gè)過程。使用智能綜合系統(tǒng)時(shí)，以下動(dòng)作將貫穿于設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的整個(gè)過程。概念設(shè)計(jì)：產(chǎn)品設(shè)計(jì)的成型，概念的收集與評(píng)估。細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)：分析，次裝配及元件設(shè)計(jì)，裝配，工程制圖，修改設(shè)計(jì)。生產(chǎn)：過程計(jì)劃，成本預(yù)算及數(shù)控生產(chǎn)。集成過程見Fig.2，它展示了RBS如何控制整個(gè)過程以及每個(gè)階段軟件的運(yùn)用。應(yīng)用于機(jī)械動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的智能綜合系統(tǒng)將完成如下任務(wù)：a.產(chǎn)品設(shè)計(jì)成型.有12個(gè)要點(diǎn)，如輸入輸出軸的定位，生產(chǎn)成本等等。b.概念設(shè)計(jì).通過以下順序在原形上建立概念：傳動(dòng)級(jí)數(shù)：一，二或三級(jí)。輸入輸出軸的定位：平行，相交或正交。每個(gè)傳動(dòng)級(jí)的元件：七種，包括齒輪，帶和鏈。c.細(xì)節(jié)設(shè)計(jì).智能綜合系統(tǒng)能處理變速箱，帶傳動(dòng)及兩者結(jié)合的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，包括：齒輪強(qiáng)度分析，載荷的選擇，軸的設(shè)計(jì)，箱體設(shè)計(jì)，帶及滑輪的選擇，優(yōu)化設(shè)計(jì)，元件及裝配圖和元件參量設(shè)計(jì)。d.生產(chǎn).智能綜合系統(tǒng)能完成如下工作：成本分析，主要元件生產(chǎn)進(jìn)程計(jì)劃及傳動(dòng)軸生產(chǎn)的數(shù)控編程。Fig.1.SoftwareintergrationFig.2.Theintergratedprocess3系統(tǒng)控制如圖2所示，首先形成PDS，然后智能綜合系統(tǒng)會(huì)創(chuàng)建符合元件特征的一切概念并選擇最佳概念進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。在細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)階段，將會(huì)涉及到兩種次系統(tǒng)：帶傳動(dòng)及變速箱，從而形成動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。同時(shí)，元件設(shè)計(jì)方面的問題，如齒輪，傳動(dòng)軸和載荷等也將被解決。細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)完成后，智能綜合系統(tǒng)將轉(zhuǎn)入到生產(chǎn)階段，屆時(shí)會(huì)進(jìn)行數(shù)控，進(jìn)程計(jì)劃和成本預(yù)算的工作。如果需要重新設(shè)計(jì)，無論何時(shí)智能集成系統(tǒng)都能實(shí)現(xiàn)。整個(gè)過程由系統(tǒng)控制器及二級(jí)控制器所控制。系統(tǒng)控制器通過與二級(jí)控制器的連接控制著整個(gè)過程，而二級(jí)控制器則控制著每個(gè)具體階段的活動(dòng)。系統(tǒng)控制器及二級(jí)控制器都屬于RBS，它有兩種標(biāo)準(zhǔn)：控制標(biāo)準(zhǔn)和信息標(biāo)準(zhǔn)?？刂茦?biāo)準(zhǔn)包含著與設(shè)計(jì)過程相關(guān)的信息。這些標(biāo)準(zhǔn)使設(shè)計(jì)過程形成并控制它們的發(fā)展，同時(shí)形成推理過程及依據(jù)應(yīng)用環(huán)境和設(shè)計(jì)過程激活信息標(biāo)準(zhǔn)。例：IF信息標(biāo)準(zhǔn)包含數(shù)值和設(shè)計(jì)特征形式的信息并激活能壓縮設(shè)計(jì)信息的方程。例：IF4.智能綜合系統(tǒng)中的人工系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)人工系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)在綜合過程中應(yīng)用于兩個(gè)階段：（1）在概念設(shè)計(jì)階段有四個(gè)人工系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)用于創(chuàng)建概念；（2）在細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)階段有四個(gè)人工系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)用于在齒輪原始數(shù)據(jù)中獲取設(shè)計(jì)特征。所有人工系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)都是基于反向傳播技術(shù)的快速多層感知器，也就是常說的反向傳播網(wǎng)絡(luò)。選擇這種網(wǎng)絡(luò)基于以下原因：固定的結(jié)構(gòu)：能在設(shè)計(jì)系統(tǒng)中建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，使修改和信息升級(jí)更為簡單。善于樣品識(shí)別：對(duì)于整個(gè)過程中相似的應(yīng)用程序，可提高它們的成功率。41概念設(shè)計(jì)的人工系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖3所示為一機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，從圖上可知，通過將元件裝配到指定的位置可形成一個(gè)概念。四個(gè)人工系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)用于產(chǎn)生概念的過程：三個(gè)用于選擇元件，一個(gè)用于安排元件位置。411元件網(wǎng)絡(luò)三個(gè)網(wǎng)絡(luò)用于合并層次。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)各不相同，其中有一或兩個(gè)輸出被設(shè)置為0。將它們?cè)O(shè)置為0可在維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的過程中有效的去除不需要的。412排列網(wǎng)絡(luò)排列網(wǎng)絡(luò)在選擇過程中將PDS，每個(gè)階段的定位和數(shù)目合并。一系列的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)首先定義每個(gè)階段的數(shù)目。然而，在生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)條件下的參量給出超過一個(gè)的結(jié)論時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定程度的不確定。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)會(huì)根據(jù)人工系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)輸入端的設(shè)計(jì)特征而定，只有當(dāng)輸出端改變時(shí)才會(huì)改變。如圖4。順序數(shù)據(jù)為網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)備好，而網(wǎng)絡(luò)是使用擁有合適的計(jì)算，并在0與1之間評(píng)定結(jié)果的EXCEL程序。結(jié)果與PDS相匹配，形成與下表相似的順序數(shù)據(jù)，它展示了網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)輸入與四個(gè)輸出。Fig.3.ConceptconstructionFig.4.Fullyconnectednetworks.42用于確定齒輪初始尺寸的人工系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)首先，動(dòng)力，傳動(dòng)速度，齒輪斜率和中心距等信息將會(huì)在齒輪的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)階段確定。隨后，智能綜合系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入齒輪尺寸階段來確定包括模數(shù)，齒數(shù)，直徑和螺旋角等幾何參數(shù)。接下來，智能綜合系統(tǒng)會(huì)運(yùn)行與額定接觸和彎曲強(qiáng)度有關(guān)的程序。在確定齒輪尺寸過程中，安全系數(shù)，精度及裝載系數(shù)等都將被確定。這些系數(shù)都來自與用于手動(dòng)設(shè)計(jì)的圖表，而這些圖表的原始數(shù)據(jù)往往是不可獲得的，這就給裝入計(jì)算機(jī)帶來困難。然而，智能綜合系統(tǒng)的應(yīng)用解決了這些問題。在這種情況下，四個(gè)智能綜合系統(tǒng)能直接使用從圖表獲得的數(shù)據(jù)，這就給將設(shè)計(jì)過程編入系統(tǒng)提供了合適的解決方案。5.智能綜合系統(tǒng)基礎(chǔ)運(yùn)算法則的應(yīng)用現(xiàn)在我們已經(jīng)可以看到諸如登山和NURTRONRAPHSON方法，但是由于研究涉及的面過于廣闊，造成耗時(shí)巨大。一種研究方法的出現(xiàn)提供了合適的解決方法，它可以在不分析所有要點(diǎn)的情況下覆蓋研究的內(nèi)容。在智能綜合系統(tǒng)中有兩種運(yùn)算法則：一種用于人工系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的最佳化；一種用于尋找齒輪設(shè)計(jì)參數(shù)的最佳組合。由于篇幅所限，這里只討論前者。由于標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)的缺乏，反向網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置是個(gè)困難的過程?；A(chǔ)運(yùn)算法則正是用來解決這個(gè)問題。基于網(wǎng)絡(luò)性