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1、第六章 CAPP中常用的决策推理 和人工智能技术,第一节 决策表和决策树 第二节 人工智能技术 第三节 人工智能语言与专家系统工具简述 第四节 CAPP专家系统设计简介,第一节 决策表和决策树,一、决策表 二、决策树,一、决策表,决策表技术被用来协助人们进行决策已经很久了。但作为一项设计技术，是在20世纪70年代初期开始被广泛地应用于软件工程之中。在软件系统的开发阶段，决策表技术为系统设计活动中条件与动作之间复杂关系的描述提供了一种分析、表达以及转化为计算机程序的方法。一个条件动作对，是事物活动的一条逻辑判断，我们通常称之为一条规则。,一、决策表,表6-1 圆柱表面加工决策表的表示方法,表6-
2、3 利润率选择决策表(非限定表),表6-4 利润率选择决策表(限定表),(1)自然性 表格形式直观，易于理解，它适合于知识工程师同专家之间的交流。 (2)模块性(易修改性) 决策表结构的系统中，一般都容易建立知识库的检测机制，从而表中的各规则之间易于实现相互独立。 (3)一致性 决策表结构易于检测各规则之间的冗余和矛盾，知识库易于维护。 二、决策树,表6-6 圆柱面加工决策表,表6-6 圆柱面加工决策表,二、决策树,0604.tif,第二节 人工智能技术,一、知识表达方式 二、工艺知识表达 三、正向推理技术和反向推理技术 四、模糊推理技术 五、智能体(Agent)技术及其在CAPP中的应用 六
3、、遗传算法等其他人工智能技术及其在CAPP中的应用,一、知识表达方式,图6-6 产生式系统的一般结构,二、工艺知识表达,(1)工艺事实 这主要是指零件表面的名称、材料、精度和表面粗糙度以及刀具、量具、机床型号规格等。 (2)工艺规则 它是工艺知识的主体。 1.独立工艺事实的表达 2.工艺事实之间的联系,(1)工艺事实,这主要是指零件表面的名称、材料、精度和表面粗糙度以及刀具、量具、机床型号规格等。,(2)工艺规则,它是工艺知识的主体。,1.独立工艺事实的表达,在产生式系统中独立工艺事实可用(特征、对象、数据)三元素组表示为： (IDENT S CYLINDER) 表面S的名称是圆柱面 (IDE
4、NTSPLANE)表面S的名称是平面 (MATERIALSSTEEL)表面S的材料是钢 (ROUGHNESSSN)表面S的表面粗糙度为N (ACCURACYSIT7)表面S的精度为IT7 (GREATS100)表面S的主尺寸大于等于100mm,2.工艺事实之间的联系,图6-7 NC铣削工艺过程设计关系树,三、正向推理技术和反向推理技术,1.正向推理 2.反向推理,1.正向推理,它是由原始数据出发，按一定的策略运用知识库中专家的知识，推断出结论的方法。这种推理方式，由于是由数据到结论的策略，所以也称“数据驱动策略”。在CAPP中，正向推理是指由毛坯推向成品零件，即由毛坯如何一步一步通过加工，最后
5、变成零件。,2.反向推理,它是先提出结论(假设)，然后去寻找支持这个结论的证据。这种由结论至数据的策略，称为“目标驱动策略”。在CAPP中，则是由成品零件通过逐步给各零件表面及中间表面叠加精加工、半精加工及粗加工余量的方法，最后变成毛坯的推理过程。,四、模糊推理技术,1. 模糊数学基础1、3 2.模糊推理技术在CAPP中的应用,1. 模糊数学基础1、3,(1)模糊集合的概念及基本运算 (2)模糊关系、模糊映射、模糊变换 (3)模糊推理 (4)隶属度函数的确定方法 隶属度函数的确定多带有较浓重的主观色彩，一般都不是惟一的，正确构造隶属度函数是应用模糊数学的关键所在，其中比较实用的方法为25：专家
6、确定法、函数分段法、模糊统计法、对比平均法、综合加权法和基本概念扩充法等。 (5)模糊决策过程 模糊决策过程由模糊化、模糊推理和去模糊化三个部分组成。,2.模糊推理技术在CAPP中的应用,(1)材料种类与面加工方案之间的模糊映射 根据典型加工方案的适用范围，加工材料与平面加工方案之间存在如表6-7所示的对应关系。 (2)形状精度与面加工方案之间的模糊映射 形状公差等级越大，要求越低，加工中越容易保证。 (3)位置精度与面加工方案之间的模糊映射 (4)表面粗糙度与面加工方案之间的模糊映射 表面粗糙度与形状精度、位置精度具有相似的特点，表面粗糙度值越小，加工要求越高。,2.模糊推理技术在CAPP中
7、的应用,图6-8 平面加工方案模糊映射模型,(1)材料种类与面加工方案之间的模糊映射,表6-7 加工材料与平面加工方案之间的关系,(2)形状精度与面加工方案之间的模糊映射,图6-9 形状精度对加工方案 的隶属度函数曲线,(3)位置精度与面加工方案之间的模糊映射,位置精度与形状精度具有相同的特点，设被加工特征的位置公差等级为PP，某加工方案所能达到的经济位置公差范围为PPHPPL，同样可以定义位置精度与加工方案之间模糊映射的隶属函数：,(4)表面粗糙度与面加工方案之间的模糊映射,表面粗糙度与形状精度、位置精度具有相似的特点，表面粗糙度值越小，加工要求越高。,五、智能体(Agent)技术及其在CA
8、PP中的应用,(一)智能体理论和技术研究 (二) Agent的理论和技术应用,(一)智能体理论和技术研究,1. Agent的历史 2. Agent理论和技术,1. Agent的历史,自从20世纪90年代以来，网络发展的需求和计算机技术的不断提高，一定程度上为Agent技术的发展和应用提供了良好的基础。人们发现把一些简单的信息系统集合起来，使之相互作用，可以产生集团智能。这种系统并不提高个体模块的处理能力，而在模块的相互作用上下工夫，以提高整个系统的处理能力，这就是为什么Agent 迅速兴起的原因。,2. Agent理论和技术,(1)概述 (2) Agent的定义 (3) Agent的特性 (4
9、) Agent技术,(二) Agent的理论和技术应用,1) 认知过程分信念和知识两个阶段，知识是被实践证明了的信念，它可以被继承。 2)智能体技术在零件制造性能评价中的应用，应与零件设计集成，原型系统的结构如图6-16所示17、18。 3) 一个基于智能化的多主体的工艺设计系统DES-CAPP能构造具有不同工艺规划知识类型的智能主体，并且可通过这些智能主体之间的相互作用，完成对复杂机械零件工艺规划的设计9。,图6-13 智能体组件工作界面,图6-14 智能体反应激发示例,图6-15 生成复合工艺示例,图6-16 原型系统工作流程,图6-17 可制造性评价工作过程,六、遗传算法等其他人工智能技
10、术 及其在CAPP中的应用,1.遗传算法的基本原理及其在CAPP中应用简述 2.人工神经网络技术基本原理,1.遗传算法的基本原理及其在CAPP中应用简述,遗传算法采用模仿生物进化的适者生存原则指导搜索并改进目标，每一个解的质量通过目标函数适应值(Fitness)进行评价，适应值大则遗传的概率高。遗传算法通过三种基本算子复制(Copy)、交叉(Crossover)、变异(Mutation)实现模拟进化。,2.人工神经网络技术基本原理,人工神经网络(ANNArtificial Neural Networks)技术是模仿人脑智能工作方式而设计的一种机器，它可用电子或光电元件实现，也可用软件在常规计算
11、机上仿真。目前已有BP网络等商品化软件，所以其应用领域也在不断扩大，其中也有很多应用于CAPP中的实例2,7。,第三节 人工智能语言与专家系统工具简述,一、 Prolog语言及在CAPP中应用简述 二、专家系统的开发工具,一、 Prolog语言及在CAPP中应用简述,1. Prolog语言概述 2. Prolog在CAPP中的应用,1. Prolog语言概述,(1) Prolog语言的发展 Prolog(Programming in Logic)语言是一种以逻辑推理为基础的逻辑型程序设计语言。 (2) Prolog语言的特点 作为一种程序设计语言，Prolog语言无论是它描述求解问题的方式，还
12、是其语言本身都与一般的程序设计语言有很大的差别。,(1) Prolog语言的发展,Prolog(Programming in Logic)语言是一种以逻辑推理为基础的逻辑型程序设计语言。,(2) Prolog语言的特点,作为一种程序设计语言，Prolog语言无论是它描述求解问题的方式，还是其语言本身都与一般的程序设计语言有很大的差别。,2. Prolog在CAPP中的应用,用Prolog编写CAPP专家系统，可以首先编制一个输入(或称用户接口)模块，这可以充分利用Prolog语言所提供的窗口功能以及色彩功能，使得用户在输入零件信息时十分便利。,二、专家系统的开发工具,专家系统的研制和开发是一件
13、复杂、困难、费时的工作。为了提高专家系统设计和开发的效率，缩短研制周期，就需要使用专家系统开发工具，以便提供系统设计和开发的计算机辅助手段和环境，提高专家系统开发的效率、质量和自动化程度。,第四节 CAPP专家系统设计简介,一、 CAPP专家系统的概念 二、 CAPP专家系统的结构 三、 CAPP专家系统设计简述,一、 CAPP专家系统的概念,1)处理现实世界中提出的需要由专家来分析和判断的复杂问题； 2)应用专家推理方法的计算机模型来解决问题，并且应使专家系统得到的结论和某领域专家得到的结论一致。 (1)继承和传播宝贵的工艺设计知识 培养高水平的工艺师需要许多年时间，且花费大量的费用，这就远
14、远不能满足社会生产的需要。 (2)使工艺师的知识形式化 专家因为具有丰富的专业知识，所以才有很强的解决问题的能力。 (3)汇集各种来源的知识 专家的经验往往带有一定的局限性，不同的观点、不同的学派各有千秋。,二、 CAPP专家系统的结构,1.知识库 2.数据库 3.推理机 4.解释部分 5.知识获取部分,二、 CAPP专家系统的结构,图6-18 专家系统的结构,1.知识库,工艺知识是CAPP专家系统的核心，它包括：第一类是广泛共有的知识，也就是写在书上的工艺知识及常识，这类知识虽然容易获得，但并非不重要，有时会起很大作用，例如工件上有一圆孔待加工，稍有工艺常识的人就不会安排刨削加工；第二类是启
15、发性知识，它是在工艺设计中正确的实践和正确的判断的结晶，这是凭经验得到的知识，其条理性差，适用范围窄，但效果却很显著，是工艺专家经过多年的工作而积累的，这类知识是专家系统力量的主要源泉。,2.数据库,它用于存储用户输入的有关零件的原始数据和推理过程中得到的各种中间结果。对一般的专家系统而言，这种中间结果，就是在计算机上划出一部分存储单元，存放以一定形式组织的该系统的当前数据。这两部分数据的存储就形成了专家系统的数据库。,3.推理机,推理机是一组程序，或是一组组件(类)，用于控制整个系统的运行。它采用一定的推理策略，如正向推理和反向推理等，并利用知识库中的知识和根据用户输入的数据进行推理，解决工
16、艺过程的设计问题。因为CAPP专家系统是模拟工艺师进行工作的，所以设计推理机时，应使其推理过程和工艺师的推理过程相类似。,4.解释部分,它负责对推理过程给出必要的解释，为用户了解推理过程、向系统学习工艺过程设计方法和系统维护提供了方便，使用户容易接受。在设计解释部分时，应根据工艺设计的特点，设计一些问题并决定如何回答。,5.知识获取部分,前面已指出：专家系统的知识库质量越高、知识库越大，则该专家系统的功能就越强。那么如何建造一个高质量的、大型的知识库便成了建立专家系统的关键。知识获取是建立知识库的一个重要步骤，所谓的“知识获取”也可称为学习功能，它为建立知识库中最初的知识以及修改知识库中原有的知识和扩充知识提供了手段。在工艺专家同系统的交互过程中，若认为哪些知识不合理，甚至错误需要修改，或者需要加入新知识，都要利用这部分功能。,三、 CAPP专家系统设计简述,1.知识获取 2.选择知识表达方法 3.具体构造CAPP专家系统 4.示例 1.简述决策表和决策树两种逻辑表达方法的特点和主要区别。 2.以示例说明决策表在CAPP中的应用。 3.以示例说明
