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1 绪论1

1.1 人工智能的研究与应用领域1

1.1.1 定理证明1

1.1.2 专家系统2

1.1.3 机器学习2

1.1.4 自然语言理解3

1.1.5 智能检索3

1.1.6 机器人学3

1.1.7 自动程序设计4

1.1.8 智能调度和指挥4

1.1.9 模式识别5

1.1.10 机器视觉5

1.2 设计概述6

1.2.1 设计及其本质6

1.2.2 设计的现代技术手段8

1.2.3 设计思维方式9

1.3 智能设计概述10

1.3.1 CAD发展概述10

1.3.2 智能设计概念11

1.3.3 智能设计的两个阶段12

1.4 智能设计的重要分支13

1.4.1 专家系统13

1.4.2 知识进化方法17

1.4.3 神经网络20

1.4.4 模糊设计23

2 知识表示26

2.1 一阶谓词逻辑表示法26

2.1.1 谓词逻辑26

2.1.2 一阶谓词逻辑表示法的特点32

2.2 产生式表示法34

2.2.1 产生式的基本形式34

2.2.2 产生式系统35

2.2.3 产生式系统的推理方式38

2.2.4 产生式表示法的特点39

2.3 框架表示法39

2.3.1 框架与框架网络40

2.3.2 框架的推理及其特点45

2.4 语义网络表示法49

2.4.1 语义网络50

2.4.2 语义网络的推理及其特点56

2.5 面向对象表示法59

2.5.1 面向对象的知识表示59

2.5.2 面向对象表示法的特点63

3 搜索策略65

3.1 问题求解过程的形式表示65

3.1.1 状态空间表示法65

3.1.2 与／或树表示法67

3.2 状态空间的盲目搜索策略69

3.2.1 宽度优先搜索70

3.2.2 深度优先搜索72

3.2.3 有界深度优先搜索73

3.2.4 代价树的宽度优先搜索75

3.2.5 代价树的深度优先搜索77

3.3 状态空间的启发式探索策略78

3.4 与／或树的搜索策略81

3.4.1 与／或树的宽度优先搜索82

3.4.2 与／或树的有界深度优先搜索84

3.4.3 与／或树的有序搜索85

4 专家系统91

4.1 专家系统的类型与特点91

4.1.1 专家系统的类型91

4.1.2 专家系统的一般特点95

4.2 专家系统的结构与开发方法95

4.2.1 专家系统的结构95

4.2.2 专家系统的开发方法96

4.3 推理98

4.3.1 推理方式及其分类98

4.3.2 推理的控制策略100

4.4 建立通用的专家系统104

4.4.1 简单的版本104

4.4.2 复杂的版本128

5 设计型专家系统144

5.1 设计型专家系统原理144

5.1.1 面向对象方法简介144

5.1.2 面向对象的设计知识表达146

5.1.3 设计对象行为与设计处理知识的表达148

5.1.4 知识表达的实现148

5.1.5 深浅知识表达模型153

5.1.6 专家系统生命周期开发模型156

5.2 设计型专家系统开发工具DEST162

5.2.1 DEST系统结构162

5.2.2 知识编辑器的系统结构和功能163

5.2.3 知识编译器165

5.2.4 DEST系统的推理机的结构166

5.2.5 基于CORBA技术的I-DEAS图形接口170

5.3 榴弹总体方案设计专家系统176

5.3.1 榴弹总体方案设计专家系统研发背景176

5.3.2 设计型专家系统的开发步骤179

5.3.3 榴弹总体方案设计专家系统体系架构180

5.3.4 弹丸设计基本知识181

5.3.5 弹丸总体方案的选择183

5.3.6 弹丸的结构方案确定184

5.3.7 榴弹初步方案设计专家系统189

5.3.8 修改建议专家系统196

6 知识进化方法在产品设计中的应用199

6.1 知识进化方法199

6.1.1 知识进化方法的基础199

6.1.2 知识进化算法原理200

6.2 基于知识进化方法的机械产品设计系统模型203

6.2.1 设计的一般步骤及特点203

6.2.2 产品设计系统模型的结构204

6.2.3 知识进化算法205

6.2.4 产品方案设计模型208

6.3 基于遗传算法的机械方案设计系统213

6.3.1 系统功能及结构214

6.3.2 设计定义要求215

6.3.3 GA设计机215

6.3.4 系统的知识及其组织218

6.3.5 图形输出219

7 多层次结构机械产品整体方案三维创新设计技术222

7.1 复杂产品智能设计方法223

7.2 多层次结构产品基因编码与知识表示225

7.2.1 编码225

7.2.2 多层次结构系统结构的描述226

7.2.3 个体描述法227

7.3 多层次结构产品知识整体进化算法229

7.3.1 多层次结构产品知识整体进化算法的数学描述229

7.3.2 多层次结构产品知识整体进化算法求解多层次方案问题的求解策略229

7.3.3 交叉算子230

7.3.4 变异算子232

7.4 基于知识进化的复杂产品创新设计工具系统实现235

7.4.1 多层次整体方案设计过程和求解方法模型235

7.4.2 系统功能236

7.5 机床产品智能方案设计系统237

7.5.1 系统的功能及结构237

7.5.2 设计要求定义238

7.5.3 HGA（Hierarchical Genetic Algorithms）设计模块239

7.5.4 功能载体知识库240

7.5.5 方案输出243

7.6 基于CAXA的三维图形输出及二次开发246

7.6.1 CAXA三维实体设计2005简介246

7.6.2 CAXA三维实体设计2005提供的应用程序接口248

7.6.3 Smart Assembly插件的开发248

7.6.4 SmartAssembly插件的应用252

7.6.5 数控车床整体方案设计智能装配三维元件库的建立253

7.6.6 数控车床整体方案设计智能装配过程253

7.7 设计实例254

7.7.1 实例一254

7.7.2 实例二257

8 智能工艺设计261

8.1 计算机辅助工艺设计系统261

8.1.1 计算机辅助工艺设计系统的发展262

8.1.2 计算机辅助工艺设计系统原理与方法264

8.1.3 计算机辅助基于实例推理的思想265

8.2 智能计算机辅助工艺设计系统267

8.3 CAPP专家系统的知识库和推理模式267

8.4 发动机缸盖的CAPP专家系统268

8.4.1 系统的体系结构269

8.4.2 系统的特征模型结构270

8.4.3 发动机缸盖结构特征分析及制造工艺设计271

8.4.4 发动机缸盖CAPF专家系统271

8.4.5 发动机缸盖CAPP专家系统的推理273

8.4.6 推理模式在专家系统中的具体应用274

9 基于神经网络的设计276

9.1 人工神经基本网络276

9.1.1 人工神经网络基本概念276

9.1.2 人工神经网络的发展历程276

9.1.3 人工神经基本模型结构276

9.1.4 人工神经的网络结构279

9.1.5 人工神经网络的基本工作过程281

9.1.6 人工神经网络的学习281

9.2 BP神经基本网络283

9.2.1 BP人工神经网络的基本概念283

9.2.2 BP人工神经网络算法的数学描述284

9.2.3 BP人工神经网络构建的参数选取285

9.2.4 BP人工神经网络算法的局限性及改进288

9.3 基于BP神经网络结构优化设计290

9.3.1 概述290

9.3.2 神经网络在结构分析和优化中的应用和发展291

9.3.3 BP神经网络及其在结构优化中应用的基本原理291

9.3.4 应用BP网络的结构优化设计时的若干关键技术问题292

9.4 基于BP神经网络的正交异性钢桥面系结构优化设计293

9.4.1 概述293

9.4.2 正交异性钢桥面铺装体系多目标优化模型的建立293

9.4.3 钢桥面铺装体系力学分析和神经网络训练样本的抽取294

9.4.4 基于BP神经网络的结构优化设计的实现294

9.4.5 数值实例296

10 模糊设计297

10.1 模糊设计知识及其表示297

10.2 模糊映射301

10.3 模糊数设计304

10.4 模糊优化设计307

10.5 方案选择312

11 基于多层次知识进化和多级实例推理的复杂产品方案三维创新设计方法研究317

11.1 产品创新设计317

11.1.1 产品创新的定义317

11.1.2 创新设计的定义318

11.1.3 产品创新设计技术综述318

11.2 复杂产品创新设计321

11.3 基于多层次知识进化和多级实例推理的复杂产品方案三维创新设计方法研究322

11.3.1 复杂产品的多层次结构知识基因表示322

11.3.2 复杂产品基于多层次结构的多级实例空间描述322

11.3.3 基于多层次结构基因进化的复杂产品整体方案三维创新设计323

11.3.4 基于灰色关联的多级实例推理的复杂产品具体方案三维设计324

11.3.5 基于多层次基因进化和多级实例推理的方案三维创新设计324

11.3.6 基于多层次结构基因进化和多级实例推理的知识库的创建325

11.3.7 复杂产品设计方案综合评价、三维可视化及人机协同机制325

12 智能设计发展趋势326

12.1 概述326

12.2 专家系统327

12.2.1 专家系统与神经网络结合327

12.2.2 专家系统与数据库结合327

12.2.3 建立组合型专家系统及多专家系统的协同化328

12.2.4 实时专家智能控制系统328

12.3 知识进化329

12.3.1 进化设计的内涵329

12.3.2 进化设计新的研究内容330

12.4 神经网络331

12.4.1 神经网络与智能设计系统的集成331

12.4.2 神经网络研究动向331

12.4.3 神经网络的研究趋势333

12.5 模糊设计334

12.5.1 模糊设计与神经网络的结合展望334

12.5.2 模糊设计与稳健设计的结合展望335

参考文献337