智能设计在工业汽轮机领域的演化

1.智能设计的演进过程

随着信息技术、人工智能技术等的发展，产品设计的智能化水平逐渐提高，如表3.2所示。产品智能设计的发展没有终点，表3.2所示的各种产品设计技术中的智能目前还是局部的、相对的、比较初级的。

表3.2　智能设计的演进过程

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2.信息技术对智能设计的影响

从产品生命周期分析，信息技术对智能设计的影响如表3.3所示。

表3.3　信息技术对智能设计的影响

3.基于知识的智能设计和基于软件的智能设计的关系

智能技术的作用是将设计过程和知识模型化、编码化，用计算机辅助或代替人进行产品设计。智能设计可以分为基于知识的智能设计和基于软件的智能设计，它们的关系如图3.2和表3.4所示。基于知识的智能设计系统只是提供丰富的、有序化的知识模型，帮助设计者进行设计。基于软件的智能设计系统已经将知识模型嵌入软件系统，设计者通过软件系统进行产品设计，显著降低对设计者的知识水平的要求。

图3.2　基于知识的智能设计和基于软件的智能设计的关系

表3.4　基于知识的智能设计和基于软件的智能设计的关系

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案例1：面向工业汽轮机的基于知识的智能设计和基于软件的智能设计(www.xing528.com)

工业汽轮机是一种复杂制造装备，可靠性要求很高，其主要零部件要求耐高温、耐冲击和高精度。产品结构比较复杂，平均每个产品有近万个零部件。图3.3描述了面向工业汽轮机的基于知识的智能设计和基于软件的智能设计。最里层是不同变型的工业汽轮机剖面图，第二层是工业汽轮机设计知识，第三层（最外层）是工业汽轮机设计软件。这些软件的智能化程度不一。

首先发展的是基于知识的工业汽轮机设计，随着信息技术的发展和知识模型化，基于软件的工业汽轮机设计的内容越来越多。但并不是所有的知识都可模型化嵌入软件系统，因此，基于知识的工业汽轮机设计还是很重要的工作内容。

（1）基于知识的智能设计。基于知识的智能设计是以人为主的智能设计。在智能设计的初期，主要依靠人的隐性知识进行概念、原理方案等的创新。依靠信息系统进行自动创新是非常难的，但信息系统可以帮助人快速找到许多知识，有效学习知识，提供虚拟体验环境，激发创新灵感，提高创新效率。

（2）基于软件系统的智能设计。基于软件系统的智能设计是人利用软件系统的智能设计，主要发生在设计的中后期阶段。在这一阶段，大量的设计知识可以显性化、程序化，嵌入信息系统中，使智能设计系统的智能性显著提高。

图3.3　面向工业汽轮机的基于知识的智能设计和基于软件的智能设计

本文研究的一些智能设计模式之间的关系如图3.4所示。

图3.4　一些智能设计模式之间的关系

图3.5所示为基于知识的智能设计过程。

4.智能设计系统的大脑模型

图3.6将智能设计系统比喻为人的大脑模型。智能设计系统由3部分组成：①知识。这类似大脑模型中的神经元，通过学习存贮知识。②软件系统。这类似大脑模型中的神经网络，将知识集成起来，并进行创新。③创新文化和能力。这类似大脑模型中的供血系统，如果缺血，大脑几分钟就会死亡。知识需要人提供，创新需要人进行。没有人的参与，创新活动也就停止。所以这三者缺一不可。

图3.5　基于知识的智能设计过程

图3.6　智能设计系统的大脑模型