计算机制造理论,计算制造
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什么是计算制造
计算制造是指利用计算机对制造过程和制造系统的表示、计算、推理和形式处理,包括制造中的几何表示、计算、优化和推理,以及制造过程建模、控制、规划、调度和管理有关的计算问题及其复杂性问题分析。目的是使制造系统中的种种问题归结为计算机可形式化的计算模型,研究可计算性和复杂性。计算制造所研究的内容如图1所示。
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计算制造的研究内容
计算制造中存在三个典型问题,即调度、排样与对策。其中:
·调度问题包括:组合爆炸、求解速度与求解质量、问题规模与新型启发式算法等;
·排样问题包括:几何表示、几何推理、几何问题求解等,例如背包问题、机器人无碰路径规划问题;
·对策问题包括:分布式控制与自主决策、多自主体的合作与竞争等。
计算几何与计算机图形学是计算制造的理论基础之一,它与代数几何、组合几何、凸分析、数据结构、复杂性分析等都是实现制造中几何问题分析的基础。计算机几何已成为解决制造系统中诸多难题的有力工具,其理论框架包括几何模型、计算机表示与空间推理的理论与方法。
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计算制造与计算智能的关系
计算智能是计算制造的另一个重要的研究内容。
计算智能是基于数值计算的智能方法,其灵活性、通用性及严密性明显优于基于知识的人工智能技术。计算智能对提高制造系统和制造单元的智能化水平有着重大的意义。计算智能主要包括进化计算、神经网络与模糊系统等。其中,进化计算因其具有自组织、自适应、自学习和本质并行性等特点,与混沌理论和分形几何一起,被认为是已经非线性和复杂系统的新的三大方法之一。进化技术基于自然突变、自然选择的生物进化思想,将复杂的制造系统描述为生物进化模型,利用其自重组、自适应与进化特性,以及制造系统的动态重组与自组织行为,为分布式制造系统的自组织行为能力与分布式协同这一“瓶颈”问题的解决提供了新的思路和方法,有助于降低这一问题的复杂性。进化计算在制造系统中的应用还包括系统建模、工程优化、最优控制、机器学习与制造机器人等方面。
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