計算製造

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　　計算製造是指利用電腦對製造過程和製造系統的表示、計算、推理和形式處理，包括製造中的幾何表示、計算、優化和推理，以及製造過程建模、控制、規劃、調度和管理有關的計算問題及其複雜性問題分析。目的是使製造系統中的種種問題歸結為電腦可形式化的計算模型，研究可計算性和複雜性。計算製造所研究的內容如圖1所示。

　　計算製造中存在三個典型問題，即調度、排樣與對策。其中：

·調度問題包括：組合爆炸、求解速度與求解質量、問題規模與新型啟髮式演算法等；

·排樣問題包括：幾何表示、幾何推理、幾何問題求解等，例如背包問題、機器人無碰路徑規劃問題；

·對策問題包括：分散式控制與自主決策、多自主體的合作與競爭等。

　　計算幾何與電腦圖形學是計算製造的理論基礎之一，它與代數幾何、組合幾何、凸分析、數據結構、複雜性分析等都是實現製造中幾何問題分析的基礎。電腦幾何已成為解決製造系統中諸多難題的有力工具，其理論框架包括幾何模型、電腦表示與空間推理的理論與方法。

　　計算智能是計算製造的另一個重要的研究內容。

　　計算智能是基於數值計算的智能方法，其靈活性、通用性及嚴密性明顯優於基於知識的人工智慧技術。計算智能對提高製造系統和製造單元的智能化水平有著重大的意義。計算智能主要包括進化計算、神經網路與模糊系統等。其中，進化計算因其具有自組織、自適應、自學習和本質並行性等特點，與混沌理論和分形幾何一起，被認為是已經非線性和複雜系統的新的三大方法之一。進化技術基於自然突變、自然選擇的生物進化思想，將複雜的製造系統描述為生物進化模型，利用其自重組、自適應與進化特性，以及製造系統的動態重組與自組織行為，為分散式製造系統的自組織行為能力與分散式協同這一“瓶頸”問題的解決提供了新的思路和方法，有助於降低這一問題的複雜性。進化計算在製造系統中的應用還包括系統建模、工程優化、最優控制、機器學習與製造機器人等方面。