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基于TRIZ的计算机辅助创新系统研究 |
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作者：张彦军 陈首峰 温正忠 |
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引言
近30年来，随着计算机科学的飞速发展，CAD技术在工程领域得到了普遍的应用。但是在产品设计最重要、也是最有创新性的概念设计阶段，却缺乏计算机辅助设计方法与手段。这主要是因为在产品的概念设计时期，所给出的信息通常是不完全、不精确甚至是未知的，难以构造精确的数学模型。因此，计算机辅助概念设计已成为自动化的一个瓶颈问题。
1 CBR系统和TRIZ理论
为了增强CAD系统的适用性，一些专家学者试图将人工智能技术引入CAD系统中。传统的专家系统或基于知识的系统(KBS)是人工智能研究领域的一个成功范例。但在开发过程中遇到了一系列的问题，主要有知识或规则难以获取、系统复杂、运行速度慢、不能管理大规模的信息、难以维护等，更为根本的问题是KBS的应用都必须具备较好的系统模型，而现实世界有些地方是找不出这些模型的。基于实例的推理(CBR)是人工智能领域近年来的一个研究热点，就是因为它避开了获取规则或模型这一瓶颈，它更符合人们的思维方式。较之传统的KBS，CBR有许多明显的优点。但在CBR的实际应用中，特别是在实例库的建立、实例的提取、实例库的调整和维护等方面仍存在诸多问题。主要表现在：
(1)实例的表示不太容易，这关系到以后实例库的组织及检索的效率。
(2)实例检索困难及最佳实例的检索非常复杂。
(3)实例库的调整困难。这主要是因为难以确定库中某个实例与问题间的区别，难以找出需要变更和保留的部分。
(4)实例库的更新困难。这部分困难主要是由需要更新的信息、更新的形式、如何索引、如何存储等间题引起的。
究其本质，这些问题的产生主要是因为实例在建立和表示时没有一个确定的规则。这是CBR技术的先天不足，是其本身所无法克服的。而源于前苏联的TRIZ理论是在分析了世界土近些年的250万件高水平的发明专利，并综合了多学科领域的原理和法则后，提出的套理论体系。其目的是研究人类进行发明创造、解决技术难题过程中所遵循的科学原理和规则。TRIZ理沦认为任何领域的产品改进、技术变革、创新和生物系统一样，都存在产生、生长、成熟、衰老、灭亡的过程，是有规律可循的。人们如果掌握了这些规律，就可能动地进行产品设计并能预测产品的未来发展趋势。TRIZ理论正是这些规律的综合。运用这一理论，可大大加快人们创造发明的进程而且能得到高质量的创新产品。其中的一些工具，正是对实例中一般规则的总结。本文正是以此为基础，试图将TRIZ理论中的这些工具作为规则来建造实例库以便能简便地解决CBR技术中存在的诸多难题。
2 计算机辅助创新系统
计算机辅助创新系统如图1所示。
图1 计算机辅助创新设计模型
2.1 实例的表示
实例的表示是CBR技术的基础。它主要表现在实例内容的表示及在实例库中存储的结构组织形式。
设实例Si={A，B，C，Xi}， 其中：
A=(a1，a2，…，an)，ai表示TRIZ作用的技术冲突解决原理号；
B=(b1，b2，…，bn)，bi表示TRIZ作用的物理冲突解决原理号；
C=(c1，c2，…，cn)，cn表示TRIZ物场分析法作用的标准解号；
Xi表示实例的仿真演示索引号。
由于对一个问题可能有不止一条的原理或标准起作用，因此需用向量的形式来描述参数A，B，C。
由参数A，B，C即构成了产生实例Xi时的特征属性，则
索引表可表示为：SY={S1，S2，S3，…，Sn}
实例库可表示为：SL={X1，X2，X3，…，Xn}。
2.2 实例的提取
实例的提取是影响整个系统效率的重要因素，它不仅会影响最终设计结果的质量，同时也决定了设计所花的时间。
实例的提取可以通过当前问题与相似实例的匹配度来处理，具体算法如下：
参数A，B，C采用“或”的关系，即A，B，C参数中满足一个即可视为相似实例。提取条件可表示为Z={A∪B∪C}
引入评价特性指标P。
设f为当前问题参数与相关实例参数匹配度：
2.3 实例的调整
由于设计中存在着各种不同的约束条件，所以必然存在对现有实例的修改问题，以使其能适应新的问题。实例的调整可以由新的约束条件来产生一组新的参数A，B，C，再由新的参数来替代原参数即可。
2.4 实例库的更新
方案评价满意后，在实例库的末尾产生一个新的纪录Xn+1，再由{A，B，C，Xn+1}来构成一个新的索引标志，并将其加入到索引表中，由新的索引表来替代原有的索引表。这样，就完成了索引表与实例的更新。
3 结论
本文研究了将TRIZ理论中的一此主要工具引入CBR技术后所产 生的一种全新的基于实例的计算机辅助创新系统。此系统较之以往的CBR系统具有以下优点：
(1)以往的CBR系统一般都是先进行实例的搜索，再进行问题的矛盾分析，这样容易造成检索的参数难以确定，导致检索量大、检索时间长等问题。而本系统先利用TRIZ理论中的工具进行矛盾分析，以确定最佳搜索参数，再进行实例的检索，则克服了上述这些缺点。
(2)实例的表示较为简单，数据量较少，易于理解。
(3)由于可以实现搜索的精确定义，所以实例库的建立可采用通常的DBMS来实现，易于操作，且不需要模糊搜索，不需要引人相关度，也不需要引人各参数的权值，筛选条件简单，计算量小，容易得到最佳实例。
(4)实例库的修改与维护非常方便，不需要专业人员进行维护。
产生这些优点的根本原因，就是因为系统有了TRIZ理论中的原理作为规则来指导系统的建立。因此，将TRIZ理论引入CBR技术中将会极大地推动CBR技术的发展。
参考文献
1 G帕尔.w拜茨.工程设计学[M].北京:机械上业出版社，1992
2 周馨.CBR技术及其在CAD中的应用[J].机械设计，2000(11) ;4-6
3 檀润华.TRIZ发明问题解决理论[M].北京:机械工业出版社,2002
4 值润华.产品设计中的冲突及解决原理[J]河北工业大学学报，2001,30(3):1-6
5 牛占文.实现产品创新的关键技术——计算机辅助创新技术.机械工程学报，2000,36(1);11-14(end)
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(5/28/2009) |
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