计算制造

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　　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。

　　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。

　　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。