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(shí),國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者提出了人機(jī)智能系統(tǒng)的構(gòu)想,這為CAPP 系統(tǒng)的研究與發(fā)展開(kāi)辟了一條充滿(mǎn)光明前景的嶄新途徑. 早在1990 年,著名科學(xué)家錢(qián)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(jī)器相結(jié)合的智能系統(tǒng),不能把人排除在外,是一個(gè)人機(jī)智能系統(tǒng)”. 1991 年,美國(guó)斯坦福大學(xué)的里南(Lenat) 和費(fèi)根鮑姆( Feigenbaum) 提出“人機(jī)合作預(yù)測(cè)”(Man-machine synergy prediction) 是知識(shí)系統(tǒng)的“第二紀(jì)元”,并指出“系統(tǒng)將使智能計(jì)算機(jī)與智能人之間成為一種同事關(guān)系,人與計(jì)算機(jī)各自執(zhí)行自己最擅長(zhǎng)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(guó)克洛德·貝納爾—里昂第一大學(xué)的Francois Chevener 認(rèn)為:問(wèn)題求解常常不能自動(dòng)進(jìn)行,因?yàn)閷?duì)于一些子問(wèn)題,計(jì)算機(jī)找不到相應(yīng)的解決策略或知識(shí),只能靠人來(lái)解決,所以人必須能夠干涉自動(dòng)的問(wèn)題求解過(guò)程. 1994～1995 年,路甬祥等又提出“人機(jī)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(huì)上,瑞典的喬柏( Kjellberg) 所作的主題報(bào)告“面向人的生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”得到了各國(guó)與會(huì)代表的認(rèn)同,并認(rèn)為21 世紀(jì)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(jiàn),CAPP 系統(tǒng)今后的發(fā)展方向應(yīng)采取以人為中心、人機(jī)一體的技術(shù)路線,研究基于知識(shí)的人機(jī)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(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)的研究在國(guó)際上始于20世紀(jì)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(chǔ)及工藝規(guī)程檢索在內(nèi)的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng). 它只是將計(jì)算機(jī)當(dāng)作存儲(chǔ)、整理、計(jì)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(jì)的時(shí)間. 這樣的系統(tǒng)沒(méi)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(kāi)發(fā)的AUTOPROS系統(tǒng)為開(kāi)端,其后很多的CAPP系統(tǒng)都受到這個(gè)系統(tǒng)的影響. 將計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)正式命名為CAPP 則是在計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)發(fā)展史上具有里程碑意義的美國(guó)計(jì)算機(jī)輔助制造國(guó)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(zhuān)題研討會(huì),11 月美國(guó)ASME 冬季年會(huì)的主題定為“計(jì)算機(jī)輔助/ 智能工藝過(guò)程設(shè)計(jì)”,1987 年6 月CIRP 又舉行了CAPP 的專(zhuān)題學(xué)術(shù)研討會(huì),從而使CAPP 系統(tǒng)的研究進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代.

    我國(guó)在20世紀(jì)80年代初期開(kāi)始了CAPP的理論研究和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工作. 1982年,同濟(jì)大學(xué)的TOJ ICAP系統(tǒng)率先研制成功并進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng). 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(lèi)型零件的CAPP系統(tǒng). 1986 年3月,我國(guó)制定并啟動(dòng)863 計(jì)劃,并在后續(xù)的863/CIMS主題計(jì)劃中設(shè)立了多項(xiàng)與CAPP 相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目或子項(xiàng)目、目標(biāo)產(chǎn)品發(fā)展項(xiàng)目以及軟件重大專(zhuān)項(xiàng),同時(shí)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(kāi)了國(guó)內(nèi)第一次CAPP 的專(zhuān)題研討會(huì),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(guó)內(nèi)的CAPP 研究熱潮. 1989 年,國(guó)家863/ CIMS 工藝設(shè)計(jì)自動(dòng)化工程實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)技術(shù)等方面的研究與開(kāi)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(wèn)題求解是極其復(fù)雜的,常常沒(méi)有算法可遵循,或者即使有計(jì)算方法,也是NP(Nondeterministic polynomial-bounded) 問(wèn)題. 因此人們就用人工的方法和技術(shù)來(lái)模擬人類(lèi)求解復(fù)雜問(wèn)題的思維方式和過(guò)程,實(shí)現(xiàn)某些“機(jī)器思維”,從而解決需要人類(lèi)專(zhuān)家才能處理的工藝問(wèn)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(lèi)智能及其特征

    我們知道,人類(lèi)被譽(yù)為萬(wàn)物之靈,靈就靈在人類(lèi)具有一個(gè)“智慧”的大腦. 然而,人類(lèi)對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)越來(lái)越清楚的同時(shí),卻對(duì)自己的大腦產(chǎn)生智能的機(jī)理仍然迷霧茫茫,知之甚少. 如此看來(lái),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(jì)解決了. 智能一詞來(lái)源于拉丁語(yǔ)“Legere”,意思是收集、匯集. 到目前為止,對(duì)于智能,還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的看法. 一般認(rèn)為:智能是運(yùn)用信息和知識(shí)采取理智行動(dòng)的能力. 通俗地說(shuō),智能可以理解為能獲取知識(shí)并運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力.

    考察和分析人類(lèi)智能活動(dòng)的全過(guò)程,不難發(fā)現(xiàn),思維是整個(gè)智能活動(dòng)中最核心、最本質(zhì)和最復(fù)雜的部分. 沒(méi)有思維就沒(méi)有人類(lèi)的智能,也就不可能使人類(lèi)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其它動(dòng)物而成為萬(wàn)物之靈. 1984 年,錢(qián)學(xué)森教授倡導(dǎo)開(kāi)展思維科學(xué)的研究,并將人類(lèi)思維劃分為“抽象(邏輯) 思維、形象(直覺(jué)) 思維和靈感(頓悟) 思維”,同時(shí)指出雖然劃分為三種思維,但實(shí)際上人的每個(gè)思維活動(dòng)過(guò)程都不會(huì)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(cuò)混合在一起共同起作用. 三種思維的基本特點(diǎn) 人類(lèi)智能的上述特點(diǎn)也正好說(shuō)明了盡管馮·諾依曼(Von Neumann) 計(jì)算機(jī)處理速度極快、存儲(chǔ)容量極大、符號(hào)推理能力極強(qiáng),但還是遠(yuǎn)不如人類(lèi)聰明的根本原因. 當(dāng)然,人類(lèi)智能畢竟是數(shù)十萬(wàn)年的大腦進(jìn)化、數(shù)百萬(wàn)年的人類(lèi)進(jìn)化和數(shù)億萬(wàn)年的生物進(jìn)化的結(jié)晶,是高度的時(shí)間復(fù)雜性和巨大的空間復(fù)雜性交織而成的,有著無(wú)限奧秘和無(wú)窮智慧的腦神經(jīng)系統(tǒng)的產(chǎn)物,遠(yuǎn)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(jì)過(guò)程而言,人腦的思維活動(dòng)就明顯地表現(xiàn)出了幾種思維形式的綜合特點(diǎn). 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(jìn),逐步推理”,又可能“靈機(jī)一動(dòng),計(jì)上心來(lái)”,還可能“突發(fā)奇想,另辟蹊徑”. 人腦在思維時(shí)能夠根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)分析大量的外界信息,對(duì)許多復(fù)雜問(wèn)題做出判斷,然后再在此基礎(chǔ)上進(jìn)行概括和總結(jié),以達(dá)到條理化和邏輯化,最后得到解決問(wèn)題的滿(mǎn)意方案. 同時(shí),人類(lèi)思維還能夠根據(jù)直覺(jué)做出決策.譬如在對(duì)一個(gè)零件進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí),一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的工藝專(zhuān)家可在看到零件圖紙的短暫時(shí)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(wèn)題和重要工序,然后再按一定的工藝?yán)碚撝鸩椒纸夂图?xì)化,以形成符合制造環(huán)境的工藝規(guī)程. 在這一過(guò)程中,人類(lèi)思維始終能夠前后一致、全面細(xì)致地進(jìn)行協(xié)調(diào). 但是,馮·諾依曼計(jì)算機(jī)在解決問(wèn)題時(shí),則不具備直覺(jué)性和并發(fā)性,既不能“突如其來(lái),一氣呵成”,也不能在同一個(gè)時(shí)間內(nèi)形成多個(gè)問(wèn)題的解決辦法并相互協(xié)調(diào)(盡管運(yùn)算速度可以無(wú)限的快) ,即計(jì)算機(jī)總是有順序、有條理地按一定程序解決問(wèn)題.