1.2.2　智能设计的内涵

智能设计可以一般性地理解为计算机化的人类设计智能，它是CAD的一个重要组成部分。因此，下面从CAD的发展历程入手，对智能设计的概念内涵加以说明。以依据算法的结构性能分析和计算机辅助绘图为主要特征的传统CAD技术在产品设计中成功地获得广泛应用，已成为提高产品设计质量、效率和水平的一种现代化工具，从而引起了设计领域内的一场深刻的变革。传统CAD技术在数值计算和图形绘制上扩展了人的能力，但难以胜任基于符号知识模型的推理型工作。

由于产品设计是人的创造力与环境条件交互作用的物化过程，是一种智能行为，所以在产品设计方案的确定、分析模型的建立、主要参数的决策、几何结构设计的评价选优等设计环节中，有相当多的工作是不能建立起精确的数学模型并用数值计算方法求解的，而是需要设计人员发挥自己的创造性，应用多学科知识和实践经验，进行分析推理、运筹决策、综合评价，才能取得合理的结果。为了对设计的全过程提供有效的计算机支持，传统CAD系统有必要扩展为智能CAD系统。通常我们把提供了诸如推理、知识库管理、查询机制等信息处理能力的系统定义为知识处理系统，例如，专家系统就是一种知识处理系统。具有传统计算机能力的CAD系统被这种知识处理技术加强后称为智能CAD（intelligentCAD，ICAD）系统。ICAD系统把专家系统等人工智能技术与优化设计、有限元分析、计算机绘图等各种数值计算技术结合起来，各取所长，相得益彰，其目的就是尽可能地使计算机参与方案决策、结构设计、性能分析、图形处理等设计全过程。ICAD最明显的特征是拥有解决设计问题的知识库，具有选择知识、协调工程数据库和图形库等资源共同完成设计任务的推理决策机制。因此，ICAD系统除了具有工程数据库、图形库等CAD功能部件外，还应具有知识库、推理机等智能模块。

虽然ICAD可以提供对整个设计过程的计算机支持，但其功能模块是彼此相间、松散耦合的，它们之间的连接仍然要由人类专家来集成。近年来，随着高新技术的发展和社会需求的多样化，小批量多品种生产方式的比重不断加大，这对提高产品性能和质量、缩短生产周期、降低生产成本提出了新的要求。从根本上讲，就是要使包括设计活动在内的广义制造系统具有更大的柔性，以便对市场进行快速响应，计算机集成制造系统（computer integrated manufacturing system，CIMS）就是在这种需求的推动下产生的。计算机集成制造（computer integrated manufacturing，CIM）作为一种新的制造理念正从体系结构、设计与制造方法论、信息处理模型等方面影响并决定着以小批量多品种占主导地位的现代制造业的生产模式，而作为CIM哲理具体实现的CIMS则代表了制造业发展的方向和未来。

在智能设计发展的不同阶段，解决的主要问题也不同。设计型专家系统解决的主要问题是模式设计，方案设计作为其典型代表，基本上属于常规设计的范畴，但同时也包含着一些革新设计的问题。与设计型专家系统不同，人机智能化设计系统要解决的主要问题是创造性设计，包括创新设计和革新设计。这是由于在大规模知识集成系统中，设计活动涉及多领域、多学科的知识，其影响因素错综复杂，当前引人注目的并行工程与并行设计就鲜明地反映出了面向集成的设计这一特点。CIMS环境对设计活动的柔性提出了更高的要求，很难抽象提炼出有限的稳态模式，即设计模式千变万化且无穷无尽，这样的设计活动必定更多地带有创造性色彩。

智能设计具有以下五个特点。

（1）以设计方法学为指导。智能设计的发展，从根本上取决于对设计本质的理解，设计方法学对设计本质、过程设计思维特征及其方法学的深入研究，是智能设计模拟人工设计的基本依据。

（2）以人工智能技术为实现手段。借助专家系统技术在知识处理上的强大功能，结合人工神经网络和机器学习技术，较好地支持设计过程自动化。

（3）以传统CAD技术为数值计算和图形处理的工具。提供对设计对象的优化设计、有限元分析和图形显示输出上的支持。

（4）面向集成智能化。不但支持设计的全过程，而且考虑到与CIM的集成、提供统一的数据模型和数据交换接口。

（5）提供强大的人机交互功能。使设计师对智能设计过程的干预，即与人工智能融合成为可能。