正當CAPP 技術(包括人工智能技術) 的研究陷入困境而停滯不前時,國內外專家學者提出了人機智能系統(tǒng)的構想,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,著名科學家錢學森就提出了“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,美國斯坦福大學的里南(Lenat) 和費根鮑姆( Feigenbaum) 提出“人機合作預測”(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系,人與計算機各自執(zhí)行自己最擅長的任務,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) 的技術立論、科學體系和關鍵技術. 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)應當從面向技術轉向面向人.

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

    1 　CAPP 系統(tǒng)的發(fā)展歷程

    計算機輔助工藝設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、工藝內容存儲及工藝規(guī)程檢索在內的計算機輔助系統(tǒng). 它只是將計算機當作存儲、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性工作,從而節(jié)省工藝設計的時間. 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計正式命名為CAPP 則是在計算機輔助工藝設計發(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/ 智能工藝過程設計”,1987 年6 月CIRP 又舉行了CAPP 的專題學術研討會,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,同濟大學的TOJ ICAP系統(tǒng)率先研制成功并進入國內市場. 西北工業(yè)大學、北京航空航天大學、西安交通大學、南京航空航天大學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主題計劃中設立了多項與CAPP 相關的關鍵技術攻關項目或子項目、目標產(chǎn)品發(fā)展項目以及軟件重大專項,同時大力推廣應用示范工程. 1988 年5 月,在南京航空航天大學召開了國內第一次CAPP 的專題研討會,受到廣大科研院所和制造企業(yè)的普遍關注,引發(fā)了國內的CAPP 研究熱潮. 1989 年,國家863/ CIMS 工藝設計自動化工程實驗室在上海交通大學正式建立,主要從事異地分布式CAPP 系統(tǒng)體系結構及實現(xiàn)技術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

    在CAPP 系統(tǒng)中,由于有相當多的問題求解是極其復雜的,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來模擬人類求解復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,這樣就導致了人工智能的產(chǎn)生并在CAPP 系統(tǒng)中獲得廣泛應用.

    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,智能作為科學技術的三大起源難題(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、最本質和最復雜的部分. 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,錢學森教授倡導開展思維科學的研究,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晶,是高度的時間復雜性和巨大的空間復雜性交織而成的,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)十年內就能完全模擬成功的.

    就工藝設計過程而言,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,對許多復雜問題做出判斷,然后再在此基礎上進行概括和總結,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,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. 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形成多個問題的解決辦法并相互協(xié)調(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.