正當(dāng)CAPP 技術(shù)(包括人工智能技術(shù)) 的研究陷入困境而停滯不前時,國內(nèi)外專家學(xué)者提出了人機智能系統(tǒng)的構(gòu)想,這為CAPP 系統(tǒng)的研究與發(fā)展開辟了一條充滿光明前景的嶄新途徑. 早在1990 年,著名科學(xué)家錢學(xué)森就提出了“綜合集成工程”(bbbbsynthetic engineering) 的思想,指出“我們要研究的是人與機器相結(jié)合的智能系統(tǒng),不能把人排除在外,是一個人機智能系統(tǒng)”. 1991 年,美國斯坦福大學(xué)的里南(Lenat) 和費根鮑姆( Feigenbaum) 提出“人機合作預(yù)測”(Man-machine synergy prediction) 是知識系統(tǒng)的“第二紀元”,并指出“系統(tǒng)將使智能計算機與智能人之間成為一種同事關(guān)系,人與計算機各自執(zhí)行自己最擅長的任務(wù),系統(tǒng)的智能就是為這種合作的產(chǎn)物”;1994 年,法國克洛德·貝納爾—里昂第一大學(xué)的Francois Chevener 認為:問題求解常常不能自動進行,因為對于一些子問題,計算機找不到相應(yīng)的解決策略或知識,只能靠人來解決,所以人必須能夠干涉自動的問題求解過程. 1994～1995 年,路甬祥等又提出“人機一體化系統(tǒng)”(Humachine system) 的技術(shù)立論、科學(xué)體系和關(guān)鍵技術(shù). 1999 年,在第49 屆CIRP 年會上,瑞典的喬柏( Kjellberg) 所作的主題報告“面向人的生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計”得到了各國與會代表的認同,并認為21 世紀的制造系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)從面向技術(shù)轉(zhuǎn)向面向人.

    由此可見,CAPP 系統(tǒng)今后的發(fā)展方向應(yīng)采取以人為中心、人機一體的技術(shù)路線,研究基于知識的人機智能化CAPP 系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù),建立一種新型的面向人的CAPP 系統(tǒng), 從而真正提高CAPP 的應(yīng)用水平.

    1 　CAPP 系統(tǒng)的發(fā)展歷程

    計算機輔助工藝設(shè)計的研究在國際上始于20世紀60年代后期,其早期意圖就是建立包括工藝卡片生成、工藝內(nèi)容存儲及工藝規(guī)程檢索在內(nèi)的計算機輔助系統(tǒng). 它只是將計算機當(dāng)作存儲、整理、計算和提取信息的工具,以幫助減少工藝人員所做的事務(wù)性工作,從而節(jié)省工藝設(shè)計的時間. 這樣的系統(tǒng)沒有工藝決策能力和排序功能,因而不具有通用性. 而真正具有通用意義的CAPP系統(tǒng)是1969年以挪威開發(fā)的AUTOPROS系統(tǒng)為開端,其后很多的CAPP系統(tǒng)都受到這個系統(tǒng)的影響. 將計算機輔助工藝設(shè)計正式命名為CAPP 則是在計算機輔助工藝設(shè)計發(fā)展史上具有里程碑意義的美國計算機輔助制造國際組織CAM-I (Computer aided manufacturing-international )于1976 年所推出的CAM-I’S automated process planning 系統(tǒng). 1985 年1 月CIRP 首次舉行了CAPP 專題研討會,11 月美國ASME 冬季年會的主題定為“計算機輔助/ 智能工藝過程設(shè)計”,1987 年6 月CIRP 又舉行了CAPP 的專題學(xué)術(shù)研討會,從而使CAPP 系統(tǒng)的研究進入了一個嶄新的時代.

    我國在20世紀80年代初期開始了CAPP的理論研究和系統(tǒng)開發(fā)工作. 1982年,同濟大學(xué)的TOJ ICAP系統(tǒng)率先研制成功并進入國內(nèi)市場. 西北工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、西安交通大學(xué)、南京航空航天大學(xué)等單位也研制成功了適用于特定類型零件的CAPP系統(tǒng). 1986 年3月,我國制定并啟動863 計劃,并在后續(xù)的863/CIMS主題計劃中設(shè)立了多項與CAPP 相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)項目或子項目、目標產(chǎn)品發(fā)展項目以及軟件重大專項,同時大力推廣應(yīng)用示范工程. 1988 年5 月,在南京航空航天大學(xué)召開了國內(nèi)第一次CAPP 的專題研討會,受到廣大科研院所和制造企業(yè)的普遍關(guān)注,引發(fā)了國內(nèi)的CAPP 研究熱潮. 1989 年,國家863/ CIMS 工藝設(shè)計自動化工程實驗室在上海交通大學(xué)正式建立,主要從事異地分布式CAPP 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)技術(shù)等方面的研究與開發(fā)工作,取得了許多的研究成果.

    2 　CAPP 系統(tǒng)的智能技術(shù)

    在CAPP 系統(tǒng)中,由于有相當(dāng)多的問題求解是極其復(fù)雜的,常常沒有算法可遵循,或者即使有計算方法,也是NP(Nondeterministic polynomial-bounded) 問題. 因此人們就用人工的方法和技術(shù)來模擬人類求解復(fù)雜問題的思維方式和過程,實現(xiàn)某些“機器思維”,從而解決需要人類專家才能處理的工藝問題,這樣就導(dǎo)致了人工智能的產(chǎn)生并在CAPP 系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用.

    2. 1 　人類智能及其特征

    我們知道,人類被譽為萬物之靈,靈就靈在人類具有一個“智慧”的大腦. 然而,人類對客觀世界的認識越來越清楚的同時,卻對自己的大腦產(chǎn)生智能的機理仍然迷霧茫茫,知之甚少. 如此看來,智能作為科學(xué)技術(shù)的三大起源難題(宇宙起源、生命起源和智能起源) 之一,只能有待于21 世紀解決了. 智能一詞來源于拉丁語“Legere”,意思是收集、匯集. 到目前為止,對于智能,還沒有一個統(tǒng)一的看法. 一般認為:智能是運用信息和知識采取理智行動的能力. 通俗地說,智能可以理解為能獲取知識并運用知識解決問題的能力.

    考察和分析人類智能活動的全過程,不難發(fā)現(xiàn),思維是整個智能活動中最核心、最本質(zhì)和最復(fù)雜的部分. 沒有思維就沒有人類的智能,也就不可能使人類遠遠超出其它動物而成為萬物之靈. 1984 年,錢學(xué)森教授倡導(dǎo)開展思維科學(xué)的研究,并將人類思維劃分為“抽象(邏輯) 思維、形象(直覺) 思維和靈感(頓悟) 思維”,同時指出雖然劃分為三種思維,但實際上人的每個思維活動過程都不會是單純的一種思維在起作用,往往是兩種,甚至是三種思維交錯混合在一起共同起作用. 三種思維的基本特點 人類智能的上述特點也正好說明了盡管馮·諾依曼(Von Neumann) 計算機處理速度極快、存儲容量極大、符號推理能力極強,但還是遠不如人類聰明的根本原因. 當(dāng)然,人類智能畢竟是數(shù)十萬年的大腦進化、數(shù)百萬年的人類進化和數(shù)億萬年的生物進化的結(jié)晶,是高度的時間復(fù)雜性和巨大的空間復(fù)雜性交織而成的,有著無限奧秘和無窮智慧的腦神經(jīng)系統(tǒng)的產(chǎn)物,遠非采用若干硅片在數(shù)十年內(nèi)就能完全模擬成功的.

    就工藝設(shè)計過程而言,人腦的思維活動就明顯地表現(xiàn)出了幾種思維形式的綜合特點. 它既是邏輯性和跳躍性的統(tǒng)一,又是順序性和并發(fā)性的統(tǒng)一;既可能“循序漸進,逐步推理”,又可能“靈機一動,計上心來”,還可能“突發(fā)奇想,另辟蹊徑”. 人腦在思維時能夠根據(jù)以往經(jīng)驗分析大量的外界信息,對許多復(fù)雜問題做出判斷,然后再在此基礎(chǔ)上進行概括和總結(jié),以達到條理化和邏輯化,最后得到解決問題的滿意方案. 同時,人類思維還能夠根據(jù)直覺做出決策.譬如在對一個零件進行工藝設(shè)計時,一個經(jīng)驗豐富的工藝專家可在看到零件圖紙的短暫時間內(nèi),就能形成該零件的加工方法、裝夾方案和初步的加工路線,并能注意到可能存在的某些關(guān)鍵問題和重要工序,然后再按一定的工藝理論逐步分解和細化,以形成符合制造環(huán)境的工藝規(guī)程. 在這一過程中,人類思維始終能夠前后一致、全面細致地進行協(xié)調(diào). 但是,馮·諾依曼計算機在解決問題時,則不具備直覺性和并發(fā)性,既不能“突如其來,一氣呵成”,也不能在同一個時間內(nèi)形成多個問題的解決辦法并相互協(xié)調(diào)(盡管運算速度可以無限的快) ,即計算機總是有順序、有條理地按一定程序解決問題.