一種多級楔形思維在智能cad中的應用

一種多級楔形思維在智能cad中的應用

近年來，人工智能的研究主要基于演繹思維方式，該方法主要介紹人類的抽象邏輯活動。事實上,人類創(chuàng)造性思維在產品方案設計中的作用更為重要。筆者以加工中心刀庫為設計對象,采用菱形思維方法描述創(chuàng)造性思維進行產品方案設計。首先建立刀庫多級菱形思維模型,然后根據(jù)物元的可拓性進行發(fā)散性設計得出多種設計方案,并運用真?zhèn)涡畔⑴袆e方法及模糊意見集中法等評價方法進行收斂性思維,最終確定設計方案。1多級波形思維模型的建立利用物元的可拓性,對物元進行開拓,然后利用合適的評價方法進行篩選,從而收斂成少量物元的思維方式稱為菱形思維方法。菱形思維是一種先發(fā)散后收斂的思維方式。由于人們的創(chuàng)造性思維過程包括發(fā)散性思維和集中性思維,所以菱形思維能很好地描述人們的創(chuàng)造性思維過程。建立菱形思維模型,可將人們的創(chuàng)造性思維形式化,使最終用計算機模擬人的創(chuàng)造性思維過程成為可能。人們從事的許多活動,都可以用物元來描述。從某一物元出發(fā),利用物元的可拓方法,沿不同的途徑開拓出多個物元,從而獲得大量的信息,為分析問題和解決問題提供豐富的資料,這個過程稱為發(fā)散過程。在此基礎上,根據(jù)客觀條件的限制和解決不同問題的不同需要,從可行性、優(yōu)劣性、真?zhèn)涡浴⑾嗳菪猿霭l(fā),對發(fā)散過程得到的大量物元進行評價,篩選出符合要求的少量物元,這個過程稱為收斂過程。最后,對選出的物元進行物元變換或綜合處理,可以得到超乎尋常的新觀點、新思想、新方案。這個過程就是一級菱形思維過程。在解決一些復雜問題時,采用一級菱形思維方法往往是不夠的,而是采用發(fā)散—收斂—再發(fā)散—再收斂……的思維方式。如此反復多次的菱形思維過程,正是人類創(chuàng)造性思維過程的真實反映。這種思維方法可以看成是一級菱形思維方法的多級串聯(lián)或并聯(lián),稱為多級菱形思維方法,其模型見圖1。圖中,n>m;p>m;R為待設計刀庫的物元。在上述模型中,發(fā)散過程為R——|{R1,R2,…,Rn}(1)式中,{R1,R2,…,Rn}為進行發(fā)散性思維得到的刀庫方案物元集。它根據(jù)物元的可拓方法進行發(fā)散。根據(jù)問題的需要和條件,可以利用發(fā)散樹、分合鏈、相關網、共軛對,或綜合其中若干個方法進行發(fā)散。而收斂的過程為{R1,R2,…,Rn}|——{R′1,R′2,…,R′m}(2)式中,{R′1,R′2,…,R′m}為{R1,R2,…,Rn}采用真?zhèn)涡畔⑴袆e法評價收斂后得到的方案物元集。根據(jù)評價方法如真?zhèn)涡畔⑴袆e方法、優(yōu)度評價方法、物元相容度判別法等,從真?zhèn)纬潭?、?yōu)劣程度或者相容程度去篩選發(fā)散出來的物元。根據(jù)加工中心刀庫設計要求,建立刀庫二級菱形思維模型(見圖2)。圖中,{R″1,R″2,…,R″p}為{R′1,R′2,…,R′m}再次發(fā)散后得到的方案物元集;R*為{R″1,R″2,…,R″p}使用模糊意見集中法收斂后得到的最佳設計方案;L1和L2分別為真?zhèn)涡畔⑴袆e法和模糊意見集中法2種評價方法。2刀庫物元模型設計要求如下:刀庫容量一般、結構不復雜、轉動慣量適中、選刀時間越短越好,靈活性可以是一般、較靈活、靈活。假設機床主軸的布局形式可以是任意的。在加工中心刀庫方案設計過程中刀庫的容量、轉動慣量、選刀時間、刀庫結構及其靈活性等因素起著主要的作用,因此在設計過程中將刀庫的容量、轉動慣量、選刀時間、刀庫結構及靈活性作為刀庫物元模型的特征,這些特征的量值都是用模糊語言來定性描述的。將待設計刀庫用物元表示為R=(Ν,C,C(Ν))=[刀庫Ν容量c1一般轉動慣量c2中選刀時間c3c3(Ν)結構c4c4(Ν)靈活性c5c5(Ν)](3)式中,c3(N)∈V′3;c4(N)∈V′4;c5(N)∈V′5;V′3={一般,較短,短};V′4={一般,較簡單,簡單};V′5={一般,較靈活,靈活}。根據(jù)刀庫的工作原理、布局配置、換刀方式等要求,利用物元的發(fā)散樹方法得刀庫物元式中,c3(N1)∈V′3;c4(N1)∈V′4;c5(N1)∈V′5。式中,c3(N2)∈V′3;c4(N2)∈V′4;c5(N2)∈V′5。式中,c3(N3)∈V′3;c4(N3)∈V′4;c5(N3)∈V′5。式中,c3(N4)∈V′3;c4(N4)∈V′4;c5(N4)∈V′5。3物元真?zhèn)涡畔⑴袆e在搜索和診斷等過程中,人們會得到各種各樣的信息,如何鑒別一各物元的真?zhèn)?就成為判斷過程中必須考慮的問題。給定多維物元若對一切i=1,2,…,n,ci(N)=vi,則稱R為真物元,記作R@;若有某一i0∈{1,2,…,n},使ci0(N)≠vi0,則稱R為偽物元,記作Rˉ@。給定物元和各量值的量值域V0i(i=1,2,…,n),稱Κ(R)=min1≤i≤nΚi(vi)為多維物元R的真?zhèn)味?其中Ki(vi)為分物元Ri關于V0i的真?zhèn)味?。運用物元真?zhèn)涡畔⑴袆e方法可以對上述發(fā)散過程進行收斂。對于刺猬式刀庫來說,其結構十分緊湊,刀庫容量大,且刺猬式刀庫選刀和取刀的動作較復雜,選刀時間較長,而N2的容量為“一般”,選刀時間為c3(N2)∈V′3,與實際不符,所以根據(jù)多維物元真?zhèn)闻袆e法知R2為偽物元。對于鏈式刀庫來說,其容量較大,而R3中N3容量特征的量值為“一般”,與實際不符,所以R3為偽物元。對于多排鏈式刀庫,其容量大,且結構復雜,而N4的容量特征為“一般”,結構特征為c4(N4)∈V′4,與實際不符,所以R4也為偽物元。這樣經過一次收斂后得到物元4量c2選取刀時間現(xiàn)在再次進行刀庫物元發(fā)散性思維。對于單鼓輪式刀庫,按其刀具軸線的不同方向配置,即刀具軸線與鼓輪軸線有平行、垂直、斜向3種形式,經過發(fā)散設計后就得刀庫物元R?1=[單鼓輪式刀庫Ν11容量c1一般轉動慣量c2中選刀時間c3c3(Ν11)結構c4c4(Ν11)靈活性c5c5(Ν11)](10)式中,c3(N11)∈V′3;c4(N11)∈V′4;c5(N11)∈V′5。R?2=[單鼓輪式刀庫Ν12容量c1一般轉動慣量c2中選刀時間c3c3(Ν12)結構c4c4(Ν12)靈活性c5c5(Ν12)](11)式中,c3(N12)∈V′3;c4(N12)∈V′4;c5(N12)∈V′5。R?3=[單鼓輪式刀庫Ν13容量c1一般轉動慣量c2中選刀時間c3c3(Ν13)結構c4c4(Ν13)靈活性c5c5(Ν13)](12)式中,c3(N13)∈V′3;c4(N13)∈V′4;c5(N13)∈V′5。5種加工中心刀庫設計方案borda數(shù)的確定用模糊意見集中法,對發(fā)散出的產品方案進行收斂。對論域U={u1,u2,…,un}中的元素進行排序,如果另有一個團體X,X內成員個數(shù)為m,X中每個成員將U中元素排成線性序(或預序、偏序、線性預序等),稱為意見,于是有m種意見,現(xiàn)研究如何將m種意見集中成一個意見。設Li是U中的一個線性序,令x∈U,Bi(x)為序Li中后于x的元素個數(shù),如果序有m個L1,L2,…,Lm,令B(x)=m∑i=1Bi(x)(13)式中,B(x)為x的Borda數(shù)。U中的元素按Borda數(shù)的大小可以得到一個新的排序。一般地說,x是在Li中是第k名,則Bi(x)=n-k,因此,Bi(x)可看成x在序Li中的得分。Borda數(shù)B(x)就是x在各個序L1,L2,…,Ln中得分數(shù)總和。賦權Borda數(shù)為?B(x)=m∑i=1αiBi(x)(14)式中,αi為賦予Li的權重,一般由專家經驗確定。比較U中的元素Borda數(shù)B(x)值的大小,就可以得出U中元素的優(yōu)劣排序。對于上面發(fā)散出的刀庫物元R″1、R″2、R″3,可以看作是3種加工中心刀庫設計方案,這3種方案構成論域U,即U={A1,A2,A3}。刀庫物元的特征集合可以看作是評判因素(意見)集合(團體)V,即V={刀庫容量,轉動慣量,選刀時間,結構,靈活性}。對于刀庫容量,容量優(yōu)劣排序依次為大、較大、一般、較小、小;對于刀庫的轉動慣量,優(yōu)劣排序依次為小、較小、中、較大、大;對于選刀時間,優(yōu)劣排序依次為短、較短、一般、較長、長;對于刀庫結構,優(yōu)劣排序依次為簡單、較簡單、一般、較復雜、復雜;對于靈活性,優(yōu)劣排序依次為靈活、較靈活、一般、較笨重、笨重。若目前設計最關心刀庫的容量大小及結構復雜程度,對各指標賦以權重α=(0.35,0.10,0.10,0.35,0.10)。由刀庫容量,對各方案的優(yōu)劣排序為(A1、A2、A3);由轉動慣量,對各方案的優(yōu)劣排序為(A1、A2、A3);由選刀時間,對各方案的優(yōu)劣排序為A1、A3、A2;由刀庫結構,