支持创新概念设计的多Agent系统

来源 :山东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qinxinhun
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设计活动是产品开发过程中最重要环节之一,在CAD(Computer-Aided Designl),CAE(Computer-Aided Engineering)和CAM(Computer-Aided Manufacturing)等研究领域取得了很大的发展。作为设计活动中最重要的部分,如何应用已取得CAD、CAE、CAM技术支持概念设计系统的建立,成为现在的研究热点。 概念设计在设计阶段起着重要作用,因为概念设计决定了产品的基本特征和主要框架,在概念设计结束后,设计的主要方面就被决定下来了,而后续的过程只是保证概念设计结果对设计需求的满足。 近年来,CAD技术得到了长足的发展,但目前的CAD技术也有不少缺陷,阻碍着进一步发展,主要表现在: (1)传统CAD技术旨在产生复杂、精确和完整的三维造型,本身缺乏设计方法学的有效支持,没有体现概念设计的创造过程,即不能较好的支持创新设计。 (2)传统的CAD系统主要针对详细设计阶段,较少考虑对设计中的重要阶段——概念设计的支持,把设计过程割裂开来,设计人员在利用CAD系统进行设计时,首先要用人脑和手工工具进行概念设计,然后再利用计算机对每个零件进行详细设计,装配设计和优化设计以形成最终产品。不允许快速输入和再现不完备的概念造型,基本上是一个在设计方案基本定型之后的概念化绘图工具,而非辅助设计工具。因此CAD系统对真正的设计活动支持较少,实际上是一个辅助作图工具。 (3)较少体现符合设计人员的正常设计思维的原则,且人脑的概念设计结果和手绘的设计草图不能为计算机所直接使用。 (4)协同并行设计方面考虑较少。 对于一个支持创新设计的智能系统来说,首先需要解决的问题就是提供一个合理的、有效的机制以利用多种知识、方法和原有经验在设计过程中的给出相应的信息提示。由于创新是人类的思维状态,所以系统自动完成、自主设计不太可行,对于智能问题求解模式的研究从通用的问题求解策略和基于知识表达的基本推理形式逐步向混合协作的、面向对象的问题求解模式发展,分布式人工智能开始成为研究重点。 分布式人工智能主要研究的是人工智能计算中的开发性和交互的半自治系统集合的构造、协调及相关技术,具有广泛的应用背景。近年来,作为分布式人工智能的主要研究内容,关于多Agent系统的研究引起众多学者的兴趣。 使用多Agent技术为创建支持概念设计系统提供了新的思路。多Agent系统为一组设计Agent和设计人员在分布式环境下的协作提供支持。设计是一个复杂的知识发现过程,支持创新概念设计的多Agent系统在这个过程中,分布的信息和知识可以同步处理。主要以下的优点: (l)符合现实的设计模式。复杂的设计由软件Agent和设计者来协作完成,每个Agent有自己独立的知识和设计决策方案,可以为人类设计者在设计过程中提供必要帮助,最终的设计决策取决于设计者。 (2)设计资源的重用。智能Agent技术有利于重用已有的设计,避免了每个设计都从头开始。 (3)设计领域的分布性。分布是设计的自然特征,包括设计资源的分布及设计人员的分布,多Agent系统为连接分布的资源及信息提供了良好的框架。 (4)设计人员的协同。设计问题的复杂性使得设计任务难以被单个设计人员完成,往往需要设计组的群体合作。多Ageni系统为分布式环境下的协同工作提供了支撑框架。 本文通过对传统的CACD系统的分析,提出一种新的支持创新概念设计的多Agent环境。主要研究工作如下: (1)归纳了概念设计的特点,分析出概念设计过程和创新思维的特点,在此基础上,针对创新设计支持,给出概念设计的FBS过程设计模型,据此建立多Agent系统总体框架。 (2)采用合同网模型解决多Agent系统中任务分配问题,并且针对合同网模型的弊端,应用熟人任务模型进行了改进,并给出了BDI语义描述。 (3)引入再励学习和组织角色等人工智能技术。 (4)以改进的遗传算法作为学习策略,为多Agent系统提供创新支持。 从而该环境将时间上分离、空间上分布而工作上又相互依赖的多个协作成员以及活动有机地组织起来,以共同完成某一项设计任务。在该环境中,复杂的概念设计是由多个Ageni辅助设计者完成的,符合现实世界中人们协同工作的特点,是一种通用的支持创新概念设计的系统框架。 第1章简单回顾了以D技术的发展过程及以CD问题的提出,突出讨论CACD的理论基础和技术等方面的研究现状,并对目前有关CACD研究的热点问题及其发展趋势进行了探讨,最后介绍了本文的主要工作与组织结构。 第2章先介绍了概念设计的定义和特点,然后对概念设计的发展过程和研究现状进行了总结,最后在对概念设计过程分析的基础上给出了概念设计创新的思维原则,并且归纳了支持创新概念设计系统的必要条件,为后面多Agent系统建立提供了理论依据。 第3章主要分析了多Agent系统的构造和工作流程。首先根据概念设计的FBS过程模型、支持创新原则、与设计者的交互等方面,介绍多Agent系统总体结构,然后给出多Agent系统的工作流程。 第4章根据多Agent系统是由多个松散祸合的Agent组成的分布问题求解方法,给出了基于合同网?
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