智能工艺并不等同于计算机辅助工艺,关于人工智能技术在计算机辅助工艺设计中应用的探讨...

摘 要：近年来，随着计算机技术与人工智能技术的快速发展，计算机辅助工艺设计得到了广泛的应用，本文介绍了人工智能与计算机辅助工艺设计的基本内容，阐述了人工智能技术在计算机辅助工艺设计中的应用，同时，还分析了其未来的发展趋势。

关键词：人工智能；计算机辅助工艺；应用

中图分类号：TP18

1 人工智能概述

人工智能是是一门主要研究计算机对人的一些智能行为(如推理、学习、规划、思考等)与思维过程进行模拟的学科，主要内容有计算机智能原理、研制与人脑智能相似的计算机，使得计算机能够达到更高标准、更高层次的应用。从计算机的应用系统这一角度来看，人工智能技术主要是研究制造智能机器或者是智能系统，进行对人类智能行为与活动能力的模拟。

2 计算机辅助工艺设计概述

2.1 基本概念及特点。计算机辅助工艺设计，简称CAPP，是把计算机技术作为手段，用来辅助工艺设计人员用系统化的方法来实施工艺设计，实现工艺设计的信息化，进而达到工艺设计数据能够共享。CAPP的主要特点有：能够帮助工艺设计人员减少繁琐大量的重复劳动，把主要精力投向新产品、新技术和新工艺的研发上面；能够增强工艺产品的继承性，可以实现现有资源利用的最大化，进而减少生产成本；能够让并没有很多经验的设计师完成出高质量的工艺作品，实现缓解制造业设计任务繁重的目的。

2.2 分类。CAPP系统按照工作原理的不同可以分为五大类，分别是派生式、交互式、综合式、创成式与专家系统：(1)派生式。基于成组技术而建立的，基本原理主要是利用零件所具有的相似性，也就是相似的零件有着相似的工艺规程。(2)交互式。主要是采取人机对话的形式，在典型工序、标准工步的基础上，进行工艺设计，这种类型工艺规程的质量受人的影响比较大。(3)创成式。依据工艺决策的算法与逻辑而进行工艺设计的，是由无到有自动产生具体的工艺规程。(4)综合式。是把派生式、交互式与创成式系统的优点合为一体的CAPP系统。目前来说，大多数的计算机方面的辅助工艺设计都是采用这种模式。(5)专家系统。是基于人工智能的CAPP系统，创成式系统与专家系统都能够以自动生成的方式产生工艺规程，创成式是以逻辑决策与算法加为主要特征的，同时，专家系统是以知识库与推理机为主要特点的。

2.3 技术原理分析。CAPP系统是在传统人工工艺设计的基础上发展起来的，只是把计算机技术引入到了人工工艺的设计过程当中，并且进行了优化设计，主要的技术原理有下面几个方面：(1)能够有效利用设计人员所掌握的工艺方面的知识与经验，把这些工艺知识与经验记录下来，并且存储到数据库当中。(2)有效地利用了图纸当中所提供的各类产品零件数据，并把工艺设计中所涉及到的一些重要数据用数据库的形式存储起来，这就实现了数据资源的共享与随时调用。(3)根据数据库形成标准的工艺设计文件模式，这有助于工艺文件格式与管理的规范化。(4)还能够根据工艺参数与制造资源的情况，建立相关的工艺参数数据库与制造资源的数据库。

2.4 重要性。随着目前制造技术的快速发展，尤其是对工艺产品生命周期信息的共享需求更为强烈，CAPP在整个工艺产品的生命周期中所具有的功能协调与信息集成的重要作用已经被人们深刻认识到。

对工艺设计技术而言，在长期发展过程当中，需要某种技术来解决现有的技术难题，增强工艺设计方面的技术水平。同时，对计算机技术而言，在工艺设计技术这个领域的应用能够提升它的生命力，而且，计算机技术能够有效地解决工艺设计中所遇到的瓶颈。而CAPP技术完美地结合了这两者，实现了计算机技术与工艺设计的统一。

3 人工智能在计算机辅助工艺的设计开发中的应用

3.1 智能化。将人工智能运用到CAPP系统的研究与开发中，使得CAPP系统在知识推理、知识获取等方面能够模拟人的智能活动与思维方式，实现复杂工艺设计问题的解决，使得CAPP能够具有人类的智能特性，也就是智能化CAPP，这是人工智能技术在CAPP系统中的一种应用。

3.2 人工神经网络。近几年，人工智能在CAPP系统的开发过程中的充分应用，使得CAPP系统取得了很大的发展，同时，人工神经网络就是人工智能技术在CAPP系统中的一大应用。人工神经网络主要是依据生物体的神经系统原理进行现实世界客观事物的处理，由大量非线性的处理单元并联而成，具有信息的并行处理、分布式存储等特点。

3.3 遗传算法。遗传算法是起始于代表问题有可能潜在的解集种群，种群是由一定数目的基因编码的个体所组成的，每个个体实质上都是有染色体特性的实体。所以，在开始阶段，需要完成由表现型到基因型的编码工作，比如说二进制编码。在产生初代种群之后，进而依照优胜劣汰及适者生存的原理，逐步演化产生越来越优化的近似解，同时，依据问题当中实体的适应度对实体进行选择，并且借助自然遗传学的算子实现组合的变异及组合，进而产生代表新解集的种群。这一过程将会使得种群一代比一代更加适应环境，其中末代种群的最优实体经过解码之后，可以作为问题的最优解。

3.4 粗糙集技术。在CAPP技术中，可以利用粗糙集的技术与理论进行专家系统的构建，获取知识并进行优化，主要思路是：把各种零部件的加工特性和加工方法表达为决策属性和条件属性的方式，一行就是代表一种零部件，多种零部件就组成了一个二维表，进而量化属性、组织决策表，接着再利用约简算法对属性值及属性集进行约简，除去冗余的决策规则和条件属性，进而得到最小化的决策规则集，因而，当输入需要加工的零部件的加工特性时，就能够得到优化后的加工工艺了。

4 未来的发展趋势

CAPP技术能够用来帮助工艺设计人员，但绝对不是取代，通用、实用的CAPP系统不适合追求完全意义上的自动化。操作者应该有充分的工艺设计知识与判断能力，关键性的决策需要由操作者给出。对于具有足够判断能力的工艺设计人员来说，判断、决策都不是很难的工作，然而，对于计算机来说，这就可能很难胜任了。建立并完善知识库和它的使用法则，这是CAPP系统基于知识、商品化的渐进式发展的目标。

智能化CAPP技术的发展仍然会是基于充分发挥人类的智能优势这一基础之上，对各种先进的人工智能技术进行综合应用，进而实现CAPP系统的智能化。

然而，从目前人工智能的水平而言，还无法使CAPP技术在智能化的水平上能够实现实质性的突破。这主要是因为当前的人工智能主要还是用来模拟人类的逻辑思维、推理等方面的优势能力，却无法高效地对人类的形象思维、和创造性思维、抽象思维能力进行模拟，然而，CAPP系统不但需要有推理的能力，还需要有“联想”的能力，CAPP系统的开发需要解决很多人的逻辑思维活动方面的问题。所以，如果要是想要增强CAPP系统的人工智能化水准，一定要在人工智能的技术方面有新的突破，处理好人工智能方面的技术问题。同时，还要强化人工智能在产品工艺的设计环节中的运用，尤其是把人工神经网络和专家系统技术进行有机地结合，进一步实现CAPP系统智能化水平的提高。

5 结语

对市场经济下的企业工艺设计特点进行充分分析，进而对工艺设计的信息化以及计算机辅助系统技术的应用进行研究，把先进的标准化技术、现代工艺设计技术与计算机的应用技术完美结合于一体，发挥出信息及计算机技术在企业工艺设计过程中的最大作用，进而引导我国计算机辅助工艺设计技术的开发与应用。

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作者简介：王敏(1981.4-)，女，重庆人，教师，硕士，研究方向：人工智能，自动化技术。

作者单位：西华大学 数学与计算机学院，成都 610039