智能設(shè)計(jì)

前言

　　隨著中國(guó)高等教育持續(xù)發(fā)展，研究生教育發(fā)生了很大變化，我國(guó)已經(jīng)迅速跨入了世界研究生教育大國(guó)的行列。為了滿足研究生教育的需求，高等教育出版社組織了若干套叢書(shū)作為研究生教學(xué)參考用書(shū)。其中機(jī)械工程學(xué)科研究生系列教學(xué)用書(shū)是在對(duì)全國(guó)機(jī)械工程學(xué)科研究生教育及其教學(xué)用書(shū)進(jìn)行全面調(diào)研的基礎(chǔ)上，由“機(jī)械工程學(xué)科研究生教學(xué)資源建設(shè)委員會(huì)”組織編寫(xiě)的。組織、編寫(xiě)、出版這套研究生教學(xué)用書(shū)是一件既有教學(xué)價(jià)值，又有學(xué)術(shù)價(jià)值的工作?！　∨囵B(yǎng)研究生應(yīng)當(dāng)特別重視能力的培養(yǎng)。所謂能力，包括自我充實(shí)的能力，即獨(dú)立從一個(gè)領(lǐng)域進(jìn)入另一個(gè)領(lǐng)域的能力，以及解決問(wèn)題的能力。知識(shí)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的集合：昨天的新知識(shí)，今天就可能變成一般的知識(shí)，明天也許就要變?yōu)樾枰右愿碌闹R(shí)。競(jìng)爭(zhēng)迫使人們要不斷更新自己的知識(shí)和進(jìn)入新的領(lǐng)域。任何人都不可能將他一生中解決問(wèn)題需要用到的知識(shí)都在學(xué)校里裝進(jìn)腦袋，也不可能年輕時(shí)學(xué)了的就可以用一輩子。因此，如何培養(yǎng)自我充實(shí)能力是非常重要的教育課題，特別是在研究生培養(yǎng)階段?！　∽晕页鋵?shí)主要有三個(gè)途徑：瀏覽、讀書(shū)和實(shí)踐。在信息技術(shù)高度發(fā)展的時(shí)代，為一個(gè)名詞搜集幾萬(wàn)條信息，往往只是幾秒鐘的事。因此，需要將瀏覽和讀書(shū)作為兩個(gè)不同的學(xué)習(xí)方法區(qū)分開(kāi)來(lái)。瀏覽是遍歷廣泛的信息而可以不甚了了，讀書(shū)則不同，讀書(shū)是為了對(duì)所描述的領(lǐng)域進(jìn)行深入的了解。要了解一個(gè)領(lǐng)域，并且想進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域，最好的辦法就是先找一本這個(gè)領(lǐng)域的經(jīng)典著作，老老實(shí)實(shí)地讀完。不僅要掌握書(shū)中闡述的基本概念，還要弄懂書(shū)中介紹的基本理論，學(xué)好書(shū)中采用的基本方法。如果有計(jì)算公式，那么最好一個(gè)一個(gè)地推導(dǎo)，如果有作業(yè)，最好一個(gè)一個(gè)做一遍。讀完以后，再依照書(shū)和借助其他工具的引導(dǎo)，去瀏覽可能得到的信息以豐富自己。此時(shí)，對(duì)于得到的信息，不僅要能夠辨別信息的可信程度，而且要估計(jì)它的重要性并判斷是否需要花時(shí)間和需要花多少時(shí)間去進(jìn)_步了解。這樣就完成了從不了解到進(jìn)入一個(gè)領(lǐng)域的第一步。一本好書(shū)，還應(yīng)當(dāng)起到幫助初學(xué)者掌握正確的學(xué)習(xí)方法，和以嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的治學(xué)態(tài)度潛移默化地感染讀者的作用?！　∵M(jìn)入一個(gè)領(lǐng)域的第二步，也是不可缺少的一步，就是實(shí)踐。一個(gè)人，不論他讀了多少書(shū)，如果沒(méi)有親自做過(guò)，他就不可能真正領(lǐng)會(huì)很多理論和方法的精髓。當(dāng)他要用讀到的知識(shí)去解決問(wèn)題時(shí)，就會(huì)覺(jué)得沒(méi)有把握。另外，任何書(shū)都不可能完美無(wú)缺，經(jīng)過(guò)實(shí)踐，不僅能夠更深入地理解書(shū)中正確的方面，更可以發(fā)現(xiàn)書(shū)中論點(diǎn)和方法的不足之處。讀書(shū)不是為了做書(shū)呆子，而是為了在前人成功的基礎(chǔ)上找到自己前進(jìn)的方向?！　纳厦娴姆治隹梢钥吹剑槐窘?jīng)典著作，對(duì)于引領(lǐng)一個(gè)人進(jìn)入一個(gè)領(lǐng)域，是多么的重要?？上КF(xiàn)在這樣的好書(shū)太少了，按照這種要求來(lái)寫(xiě)的書(shū)太少了。另外，能夠這樣讀書(shū)的人也太少了。很多人往往滿足于在網(wǎng)絡(luò)上瀏覽，或者用對(duì)待查手冊(cè)的態(tài)度對(duì)待讀書(shū)。讀得也不少，但是越讀越理不出頭緒。另一方面，沒(méi)有好書(shū)可讀也是事實(shí)。讀文獻(xiàn)不等于讀書(shū)，一篇文獻(xiàn)講的往往是很局部的問(wèn)題，不可能從一條縫隙中看到一片天；綜述文獻(xiàn)又太概括，對(duì)于還不熟悉這個(gè)領(lǐng)域的人，很難從中了解問(wèn)題的本質(zhì)。

內(nèi)容概要

　　《智能設(shè)計(jì)》以復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為背景，在對(duì)傳統(tǒng)的自上而下的機(jī)械設(shè)計(jì)方法進(jìn)行歸類(lèi)和整理的基礎(chǔ)上，以機(jī)械結(jié)構(gòu)的智能設(shè)計(jì)為主線貫穿始終，從機(jī)械的智能設(shè)計(jì)思想出發(fā)，更一般地論述了其方法和技術(shù)。重點(diǎn)將非線性、遺傳算法、元胞自動(dòng)機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法作為自下而上的智能化方法，講述自下而上、自組織、自適應(yīng)、自優(yōu)化的智能設(shè)計(jì)思想和算法。從宏觀和微觀方法論上進(jìn)行綜合和交叉，為研究生、大學(xué)高年級(jí)本科生以及相關(guān)專(zhuān)業(yè)科研人員掌握復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的智能設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)和方法?！　　吨悄茉O(shè)計(jì)》可作為高等院校工程類(lèi)（如機(jī)械、動(dòng)力等）、信息類(lèi)（如計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化等）各專(zhuān)業(yè)和其他相關(guān)專(zhuān)業(yè)的研究生和高年級(jí)本科生教材，也可供從事設(shè)計(jì)研究、開(kāi)發(fā)工作的學(xué)者與工程技術(shù)人員參考。

書(shū)籍目錄

第一章 智能模擬的科學(xué)1.1 信息社會(huì)與思維科學(xué)1.1.1 思維與思維科學(xué)1.1.2 思維的類(lèi)型1.2 思維的基礎(chǔ)和認(rèn)知的發(fā)展1.2.1 思維與智能1.2.2 思維的神經(jīng)基礎(chǔ)1.2.3認(rèn)知發(fā)展1.3 智能模擬1.3.1 智能模擬的科學(xué)基礎(chǔ)1.3.2 智能模擬的哲學(xué)基礎(chǔ)1.3.3 智能模擬的基本途徑第二章 智能設(shè)計(jì)方法和技術(shù)綜述2.1 智能設(shè)計(jì)的發(fā)展概述2.1.1 CAD的發(fā)展2.1.2 智能設(shè)計(jì)的兩個(gè)階段2.2 智能設(shè)計(jì)的概念和特征2.2.1 智能設(shè)計(jì)的特點(diǎn)2.2.2 智能設(shè)計(jì)技術(shù)的研究重點(diǎn)2.2.3 智能化方法的分類(lèi)和智能設(shè)計(jì)的層次2.3 智能設(shè)計(jì)的基本方法2.3.1 智能設(shè)計(jì)的分類(lèi)2.3.2 智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)與技術(shù)2.3.3 智能設(shè)計(jì)體系和知識(shí)表達(dá)第三章 進(jìn)化設(shè)計(jì)技術(shù)與方法3.1 進(jìn)化設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ)3.1.1 遺傳算法的概貌3.1.2 基本遺傳算法3.1.3 模式定理3.1.4 遺傳算法的有關(guān)操作規(guī)則和方法3.1.5 多個(gè)體參與交叉的遺傳算法3.1.6 多目標(biāo)進(jìn)化算法簡(jiǎn)介3.2 基于進(jìn)化的健壯性設(shè)計(jì)方法3.2.1 健壯性開(kāi)發(fā)方法的基本思路3.2.2 基于進(jìn)化的健壯性設(shè)計(jì)方法的總體框架3.2.3 基于進(jìn)化的健壯性設(shè)計(jì)方法的說(shuō)明3.3 結(jié)構(gòu)智能優(yōu)化設(shè)計(jì)——進(jìn)化設(shè)計(jì)3.3.1 結(jié)構(gòu)智能設(shè)計(jì)的概念3.3.2 結(jié)構(gòu)進(jìn)化智能優(yōu)化設(shè)計(jì)3.3.3 基于進(jìn)化的桁架結(jié)構(gòu)相位設(shè)計(jì)3.3.4 基于進(jìn)化的結(jié)構(gòu)非線性強(qiáng)制振動(dòng)解法3.3.5 基于進(jìn)化的圓拋物面天線健壯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.4 基于遺傳算法的配送路徑優(yōu)化設(shè)計(jì)3.4.1 路徑優(yōu)化問(wèn)題與模型3.4.2 遺傳算法的構(gòu)造3.4.3 仿真與結(jié)果分析3.5 高速貼片機(jī)PCB板貼片裝配工藝的遺傳優(yōu)化3.5.1 貼裝工藝流程及其簡(jiǎn)化3.5.2 貼裝工藝的集成優(yōu)化數(shù)學(xué)模型3.5.3 用遺傳算法求解貼片裝配工藝優(yōu)化問(wèn)題第四章 自組織設(shè)計(jì)技術(shù)與方法4.1 自組織技術(shù)基礎(chǔ)4.1.1 “生命的游戲”4.1.2 元胞自動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)4.1.3 元胞自動(dòng)機(jī)的自組織建模方法4.1.4 元胞自動(dòng)機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域4.2 城市交通信號(hào)自組織控制模型4.2.1 CA與城市交通信號(hào)控制問(wèn)題4.2.2 基于CA的城市交通信號(hào)控制模型4.2.3 城市交通信號(hào)自組織控制的實(shí)時(shí)過(guò)程與規(guī)則4.2.4 仿真結(jié)果與比較4.3 結(jié)構(gòu)拓?fù)涞淖越M織進(jìn)化4.3.1 結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化中的ECA直接規(guī)則4.3.2 ECA規(guī)則的進(jìn)化表達(dá)4.3.3 結(jié)構(gòu)拓?fù)湫螒B(tài)優(yōu)化的算例4.4 電子連接器微動(dòng)磨損的自組織模型及其仿真4.4.1 影響因素分析4.4.2 模型建立4.4.3 仿真及結(jié)果分析第五章 自學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)技術(shù)與方法5.1 自學(xué)習(xí)技術(shù)基礎(chǔ)5.1.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的概述5.1.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)5.1.3 細(xì)胞元模型5.1.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型5.1.5 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)5.1.6 多層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（BP網(wǎng)絡(luò)）5.1.7 典型反饋網(wǎng)絡(luò)——Hopfield網(wǎng)絡(luò)5.1.8 基于概率學(xué)習(xí)的Boltzmann機(jī)模型5.2 非線性振動(dòng)的自學(xué)習(xí)建模5.2.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)識(shí)別5.2.2 非線性振動(dòng)脈沖響應(yīng)的學(xué)習(xí)和系統(tǒng)預(yù)測(cè)5.2.3 Duffing振動(dòng)的學(xué)習(xí)和預(yù)測(cè)5.2.4 預(yù)測(cè)精度和泛用性的考察5.3 基于學(xué)習(xí)的機(jī)械系統(tǒng)特性預(yù)測(cè)5.3.1 機(jī)械系統(tǒng)特性預(yù)測(cè)的問(wèn)題5.3.2 機(jī)械系統(tǒng)特性預(yù)測(cè)的基本模型5.3.3 雷達(dá)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)固頻的預(yù)測(cè)例5.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)家系統(tǒng)的智能設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)5.4.1 建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)家系統(tǒng)的必要性5.4.2 面向設(shè)計(jì)的智能平臺(tái)5.5 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的CAD/CAM一體化5.5.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)5.5.2 產(chǎn)品零件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)5.5.3 智能cAPP系統(tǒng)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　隨著生產(chǎn)自動(dòng)化水平的不斷提高和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人類(lèi)社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入了信息社會(huì)，正在步入智能化的新時(shí)代。人們從來(lái)沒(méi)有像今天這樣重視信息在生產(chǎn)、生活、科研以及軍事等方面的重要作用。由于人們面臨著信息量大、傳遞迅速及復(fù)雜多變等特點(diǎn)，因此，對(duì)信息的獲取、加工和處理變得更加困難和重要，于是人們才真正感到要研究和利用人認(rèn)識(shí)世界的規(guī)律和方法，來(lái)提高人類(lèi)自身的智能水平、提高機(jī)器的智能化水平，而這一切又都離不開(kāi)對(duì)思維科學(xué)的研究?！　∪藗儚牟煌嵌妊芯克季S的各個(gè)側(cè)面已有悠久的歷史。早在20世紀(jì)80年代初期，我國(guó)著名科學(xué)家錢(qián)學(xué)森教授就倡導(dǎo)開(kāi)展思維科學(xué)的研究。與此同時(shí)，國(guó)外也開(kāi)展了所謂認(rèn)知科學(xué)（cognitive science）的研究，它主要分為認(rèn)識(shí)心理學(xué)和人工智能兩個(gè)領(lǐng)域，前者主要研究如何利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)建立人的認(rèn)知模型，后者側(cè)重如何運(yùn)用人的認(rèn)識(shí)經(jīng)驗(yàn)使機(jī)器智能化，其中首先是計(jì)算智能化。　　國(guó)外的認(rèn)知科學(xué)研究不涉及思維類(lèi)型的基礎(chǔ)理論研究，只重視從個(gè)體角度研究思維，尤其是尚未注重對(duì)形象思維機(jī)制的研究，因此被看做是狹義的思維科學(xué)?！　∷季S是人腦對(duì)客觀事物間接的反映過(guò)程。所謂間接的反映，意味著思維不是憑感覺(jué)器官對(duì)事物表象的直接認(rèn)識(shí)，而是通過(guò)間接的甚至迂回的途徑來(lái)反映客觀事物的特點(diǎn)或它們之間的聯(lián)系與規(guī)律。間接認(rèn)識(shí)需要借助已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，要間接地認(rèn)識(shí)事物的特點(diǎn)、本質(zhì)和規(guī)律，絕不可能靠消極、被動(dòng)地反映事物的表面現(xiàn)象，而必須靠自覺(jué)地、主動(dòng)地在實(shí)踐活動(dòng)中占有材料，靠回憶有關(guān)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)或通過(guò)聯(lián)想、推想、想象等對(duì)有關(guān)材料進(jìn)行分析、綜合、“去粗取精、去偽存真、由此及彼、由表及里”地加工改造，才能把握事物的本質(zhì)，找出事物間的規(guī)律性聯(lián)系，并有效地去改造客觀事物。

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