人机智能化CAPP系统及其发展

    2. 2 　人工智能及其特征

    人工智能是相对于人类智能(即生物高级智能或自然智能) 而言的,它是采用人工的方法和技术来模拟、延伸和扩展人类智能行为的一门综合学科.1956 年夏天,在美国的达特茅斯学院召开了一次影响深远的历史性会议,人工智能这个术语就是在此次会议上由该校数学助教约翰·麦卡锡等10 名年青学者在为期2 个月的“机器模拟人类智能”的学术研讨会中正式提出来的. 后来,达特茅斯学院被看作是人工智能的诞生地,他们10 人也被科学界誉为“十大金刚”,并大多成为人工智能的泰山北斗,而麦卡锡本人,在美国也常常被认为是“人工智能之父”. 人工智能与空间技术、原子能技术一起被誉为20 世纪的三大科技成就. 经过40 多年的研究和发展,人工智能研究已取得不少成果,其应用渗透到各个领域,特别是专家系统、智能决策、智能机器人、自然语言理解等方面的成就更是促进了人工智能的进一步发展. 人工智能主要包括推理、学习和联想三大智能要素. 当前,人工智能的推理功能已获突破,学习功能正在研究之中,联想功能尚处在探索阶段.

    由于人工智能是通过智能机器或智能系统来实现其功能的,且其中的控制核心是计算机,所以人类大脑与计算机的控制过程在某些方面具有相似性.然而,人类大脑毕竟不同于计算机,两者之间存在着巨大的差异,如表2 所示.

    由表2 可知,计算机在处理速度、存贮容量、数值计算、逻辑推理等方面具有非常明显的优势,而人类大脑却在学习能力、创造能力、环境适应能力以及经验总结和知识归纳等方面有着计算机无法比拟的能力. 当然,随着计算机科学与技术的发展,将来的智能计算机是会具有创造功能的,但它的这种创造功能归根到底也是由人事先赋予的,是人类创造功能的结果和延伸,在本质上改变不了只是人的工具的属性.

    3 　人机智能化CAPP 体系构想

    因为智能水平是衡量CAPP 系统性能的一个关键因素,更因为冯·诺依曼(Von Neumann) 计算机在解决工艺设计问题时所表现出来的严重缺陷,为了弥补其不足,更为了扩展其性能,所以人们才考虑将人类智能与人工智能结合起来,将各种人工智能的思想、方法和技术引入到CAPP 系统中去.

    最近十年,随着IMS 的发展,人们对在制造系统中发挥人的创新能力和人的智能给予了高度关注.因此,在国内学者提出了“人机一体化”思想的同时,国外也提出了“Holonic 制造系统”(Holonic manufacturing system:HMS) 的概念,且成为国际合作研究计划IMS 的项目之一. 在HMS 中,人在制造中的作用被重新定义和更加重视. 人不再被看作是干预因素,而是被当作构成整个制造环境中一个重要的组成部分,并使个人技能得以充分发挥. 在CAPP的研究与实践中,笔者也认识到两个基本准则:一是人的积极参与,不仅不会削弱CAPP 系统的整体性能和运行质量,而且会在更大程度上提高CAPP 系统的集成度和智能水平;二是人在系统中扮演的角色将更加重要,人将永远是系统中最有创造性的知识源和关键问题的最终决策者. 王先逵教授提出:建立一种“人机一体化”的智能系统,充分发挥人的智能优势,以合理的代价实现较高的智能,这在很长一段时间内将是开发CAPP 系统的一个指导原则.

    根据上述原则,在开发CAPP 系统时,就应该基于人机一体化思想,将人类智能与人工智能技术结合起来,研究工艺规划中人与计算机之间的耦合关系和协作方式,将过去的“完全智能化”变为“适当智能化”,将以往“以计算机为中心的人机交互”方式转变为“以人为中心的人机一体”方式,并应用各种人工智能技术,实现各阶段各种有效的智能化在线辅助,从而建立一种新型的面向人的人机智能化CAPP系统. 图1 给出了一种人机智能化CAPP 系统框架.

    在图1 中,系统的核心是人机协同决策模块. 其基本思想是使人和计算机处在平等合作的地位上,使两者的决策既有分工又有协作. 一方面通过人机决策任务分配,将适合于计算机的决策任务交给计算机去做,如加工刀具选择决策和工艺尺寸计算决策等,将适合于人的决策任务交给人去做,如加工顺序决策和装夹方案决策等. 两者在共同决策过程中取长补短,协商决策,以达成共识. 另一方面,由于人和计算机解决问题的方式、程序及其知识有所不同,所以人和计算机对有些问题可以同时做出决策,最后通过综合评价得到比较合理的结果. 通过这样的人机共同决策将人类智能与人工智能融合在一起,能够进一步提高决策的可靠性,但这种决策方式的全面实现还有待于机器学习以及对人类语言理解的进一步提高.