运算机辅助和创新考试要点改编.docx
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运算机辅助和创新考试要点改编
《运算机辅助(创新)设计理论基础》要紧考点
(综合了我的和王胜和ppt以后的)仅供参考
考试方式:
开卷
一.TRIZ理论及创新设计
你是如何明白得“发明问题解决理论”?
“发明问题解决理论”即TRIZ理论,创新从最通俗的意义上讲确实是制造性地发觉问题和制造性地解决问题的进程,TRIZ理论的壮大作用正在于它为人们制造性地发觉问题和解决问题提供了系统的理论和方式工具。
现代TRIZ理论体系要紧包括以下几个方面的内容:
1.创新思维方式与问题分析方式
2.技术系统进化法那么
3.技术矛盾解决原理
4.创新问题标准解法
5.发明问题解决算法ARIZ
6.基于物理、化学、几何学等工程学原理而构建的知识库
实践意义
TRIZ理论以其良好的可操作性、系统性和有效性在全世界的创新和制造学研究领域占据着独特的地位。
在经历了理论创建与理论体系的内部集成后,TRIZ理论正处于其自身的进一步完善与进展,和与其它先进创新理论方式的集成时期,尤其是已成为最有效的运算机辅助创新技术和创新的理论与方式基础。
通过半个多世纪的进展,TRIZ理论已经进展成为一套解决新产品开发实际问题的成熟的理论和方式体系,它有效性强,并通过实践查验,应用领域也从工程技术领域扩展到治理、社会等方面。
实践证明,运用TRIZ理论,可大大加速人们制造发明的进程,而且能取得高质量的创新产品。
它能够帮忙咱们系统的分析问题情境,快速发觉问题本质或矛盾,它能够准确确信问题探讨方向,帮忙咱们冲破思维障碍,打破思维定势,以新的视觉分析问题,进行系统思维,依照技术进化规律预测以后进展趋势,帮忙咱们开发富有竞争力的新产品。
1.理想解和理想解的确信方式。
答:
最终理想解促使咱们明确理想解所在的方向和位置。
最终理想解的四个特点:
1排除原系统的缺点;二、保留了原系统的优势;3、可不能使系统变得更复杂;4、可不能产生新的缺点。
确信理想解的步骤
例:
农场养兔子,兔子需要新鲜草,不希望兔子走得远不易被发觉,又不希望花太多时刻送新鲜草
1设计的最终目的?
兔子吃到新鲜草
2理想解是什么?
兔子永久自己吃到新鲜草
3达到理想解的障碍是什么?
放兔子的笼子不能移动草
4显现这种障碍的结果是什么?
吃的草地不变,吃光
5不显现这种障碍的条件是什么?
笼子移动到另一块有鲜草的地址
制造这些条件存在的可用资源是可用资源:
兔子,
什么?
自己推笼子,笼子安装轮子
确信理想解的步骤
例:
给鸡蛋标注生产日期和保质期,消费者能够判定鸡蛋是不是坏损,因此有身份证的鸡蛋受到消费者的青睐,价钱也比没有标识的高。
养殖场厂长决定要如此做,可是入口的电脑喷码仪太贵了,如何解决那个问题?
1设计的最终目的?
给鸡蛋标注生产日期和保质期
2理想解是什么?
不增加新设备,给鸡蛋打上标记
3达到理想解的障碍是什么?
打标记的涂料喷不到鸡蛋上
4不显现这种障碍的条件是什么?
标记涂料自动涂到鸡蛋上
制造这些条件存在的可用资源是现有的资源:
什么?
大量鸡蛋、蛋格、蛋框、流水线、操作人员的手;
传送带传送鸡蛋,工人用手把鸡蛋放到蛋格中,蛋格封装入箱
利用现有的与鸡蛋有直接接触的组件,打上标记。
2.物理矛盾和技术矛盾,和物理矛盾和技术矛盾的解决方式
物理矛盾
物理矛盾是TRIZ研究的要紧问题之一。
它是指为了实现某种功能,一个子系统或元件应具有一种特性,但同时显现了与该特性相反的特性。
物理矛盾的核心是指对一个物体或系统中的一个子系统有相反的、矛盾的要求。
物理矛盾的解决原理物理矛盾的解决一直是TRIZ理论研究的重要内容。
TRIZ理论的开创人———提出了包括有矛盾特性的空间分离、矛盾特性的时刻分离、通过物理作用及化学反映使物质从一种状态过渡到另一种状态等11种解决原理。
正确、科学地应用这些原理咱们就能够够慢慢实现对物理矛盾的深切分析和标准化,最终实现物理矛盾的解决。
技术矛盾是指一个作用同时产生有效及有害两种效应,也可指有效效应的引入或有害效应的排除致使一个或几个子系统变坏。
技术矛盾常表现为一个系统中两个子系统之间的矛盾,而且老是涉及到两个大体参数:
当其中一个取得改良时,另一个变得更差。
技术矛盾的解决原理TRIZ理论总结了39个通用工程参数来描述矛盾。
实际应用中,把组成矛盾的两边内部性能用这39个工程参数中的某两个来表示,即把实际工程设计中的技术矛盾转化为标准的技术矛盾,然后运用TRIZ理论中包括的分割、分离、等势性、维数转变、振动原理等40个发明创新原理。
一样的,只要正确、科学地应用这些原理,咱们就能够够慢慢实现对技术矛盾的深切分析和标准化,最终实现技术矛盾的解决。
3.40个发明原理,矛盾矩阵
原理01分割
A.把一个物体分成彼此独立的部份大卡车,多管火箭炮,运载火箭多个助推器
B.把分体分成容易组装和拆卸的部份组合家具,组合夹具,组合衡宇
C.提高物体的可分性百叶窗,分类垃圾回收箱,子母弹
原理02抽取
A.从物体中抽出产生负面阻碍的部份或属性避雷针,紧缩机放在室外
B.仅抽出物体中必要的部份或属性狗叫声作为报警声,电子鞭炮
阿奇舒勒矛盾矩阵
用于解决技术矛盾
技术矛盾:
两个参数之间的矛盾,改善系统的某一个参数,致使另一个参数的恶化
总结出39个通用的技术参数,组成39×39的矛盾矩阵
39个通用技术参数:
物理几何15个,技术负向参数11个,技术正向
参数13个
4.物-场模型分析,发明问题标准解法和解决算法
:
有效完整系统模型、不完全系统模式、非有效完整系统模式、有害完整系统模式。
发明问题彼岸准解法:
针对具体问题物场模型的不同特点,别离对应有标准的模型处置方式,包括模型的修整、转换、物质与场的添加,等等。
整个解法分为五级,第一级:
即不完整物质场补全;第二级:
现有物质场不足或多余,进行改良;第三级:
物质场系统中不能解决,将其利用九宫格转化为超系统或子系统进行解决;第四级:
对检测和测量问题的物质场解决;第五级:
简化和改良物质场。
物质场五级整体用法是在针对不同技术问题第一利用功能分解,完成功能分析图,进行标准转化,继而利用第一至第四级,进行解决。
5.机械创新设计:
创新思维,制造原理,机构创新设计
制造原理:
综合原理:
同类组合,异类组合,附加组合,重组组合,综合组合,信息交合;移植原理;逆反原理;变异原理;还原原理;群体原理;完满原理;迂回原理;价值工程原理;分离原理;
6.机械创新设计:
创新思维,制造原理,机构创新设计
讲义第二章第四章
二.运算机辅助设计技术基础阿奇舒勒矛盾矩阵
例:
防弹衣的设计
要使防弹衣有做够的防弹能力,防弹衣必需足够厚,但会造成防弹衣加重,穿着不灵活,且通风性不行,换句话说较厚的防弹衣穿着不方便,由此概念的技术矛盾为:
增加运动物体的长度(厚度)会降低操作流程的方便些
查询阿奇舒勒矛盾矩阵,创新原理是15,29,35,4
创新原理4是不对称设计,新型防弹衣确实是采纳不对称的纤维排列的方式。
1)CAD大体方式、数据结构和数据库
1设计资料的程序化:
最小二乘法拟合方式
★拟合成公式,编人程序计算出所需要的数据
这是一种简单的方式,初学者易于同意,缺点是所占的内存大,而目数据是程序的一部份,即便是更动一个数据、也要使程序作相应的修改,故这种方式适用于数表和数据较少,以从数据变更少的情形。
2)数据拟合
在插值问题中.要求所求曲线通过所有已知点。
由于实验、观看和测试取得的数据老是带有必然程序的误差,而且这些误差又具有随机的性质,因此,曲线通过所有的点不仅不能提高精度,反而会使曲线保留全数误差的阻碍。
为了排除误差的干扰,数据拟合不要求曲线通过所有的点(x,y),而是依照这些点之间的相关关系,用其它方式给出它们之间适合的数学公式,画出一条近似曲线来反映给定数据的一样趋势。
拟合方式:
最小二乘法曲线拟合
关于m个数据点对(xi,yi),1≤i≤m
设拟合函数为y=f(x),那么第i个数据点的拟合误差为f(xi)-yi,,那么各点误差平方和为
求Smin
解方程组
即可求得ai
2参数化设计技术:
参数化设计的几种方式和特点
4 数据结构:
采纳的数据结构及特点
1)线性表与数组:
A(a0,a1,a2,a3,…,an);
数据插入与删除操作
2)链表
●单向链
●双向链
●环链
3)栈(后进先出)
4)队列(先进先出)
5)树
6)图
5 数据库及其应用:
数据库类型和特点
1.数据库类型:
网状数据库,层次数据库,关系数据库
2.关系数据库:
表,行,列(字段:
类型,大小)
3.经常使用的数据库
网络数据库(大型)
单机数据库(小型)
6.齐次变换矩阵的计算方式
2)曲线和曲面
1Bezier曲线与曲面的性质,操纵点数、段数和阶次的关系
因此Bezier曲线的2端点确实是首末操纵点
2B样条曲线与曲面的性质,操纵点数、段数和阶次的关系
n条k次B样条曲线的操纵点个数是多少?
k+1+n-1=n+k
3)图形的数据结构
1.几何模型的表示方式及其特点
1.线框建模(WireframeModel)
优势
能产生任意视图,视图之间维持正确的投影关系,并能生成透视图和轴测图模型构造方便,在CPU时刻和存储方面开销低
缺点
显现二义性明白得,物体复杂时,棱线过量,引发模糊明白得。
不能排除隐藏线,不能做任意剖视图,不能计算物性,无法生成数控加工刀具途径,不能检查物体间碰撞等。
2.表面模型(SurfaceModel)
这种模型通经常使用于构造复杂的曲面物体.与线框模型相较,多了一个面记录,记录了边面之间的拓扑关系,但无法区分哪一侧是体内仍是体外。
优势:
消隐、着色、表面积计算、数控刀具轨迹生成。
另外擅擅长构造复杂曲面,如模具、飞机、汽车等表面。
缺点:
有时对物体产生二义性明白得;操作比较复杂,要求操作者具有曲面建模的数学知识。
3.实体模型(SolidModel)
实体模型的数据结构不仅记录了全数几何信息,而且还记录了全数点、线、面、体的拓扑关系,这是实体模型与线框模型和表面模型的全然区别。
实体模型的构造方式是由大体体素,经集合论的交、并、差运算和局部运算组成复杂形体。
体素是一些简单的几何体,如:
长方体、圆柱、圆锥等。
4.特点模型(FeatureModel)
物体的几何模型详细描述了物体的几何信息与拓扑信息,但缺乏明显的工程含义,如材料、精度、表面粗糙度和其他技术要求等。
特点造型是基于产品概念的一种新的造型技术,与实体造型相较,它不仅包括了物体的几何信息与拓扑信息,还包括了物体与制造工艺相关的信息。
所谓“特点”(Feature),能够明白得为具有必然工程意义的几何形面或几何形体。
这些几何形面或几何形体不仅具有必然的功能,而且与—定的制造方式相联系。
2.实体模型的表示方式和特点
实体建模技术
1.三维实体在运算机内部的表达方式
1)八叉树表示方式
分割终止条件:
(1)都为满节点或空节点 或(2)分割到大体长度1时
八叉树表示的优势
•集合运算简单
•计算体积及其简单
•易于碰撞干与分析
八叉树表示的优势
•集合运算简单
•计算体积及其简单
•易于碰撞干与分析
八叉树表示法尚未进展成完整的几何造型系统,但已成功用于形体的体积计算,有限元网格剖分等。
2)体素构造表示方式
体素构造表示法是用二叉树的形式记录一个零件的所有组成体素进入拼合运算的进程。
优势:
•表达精练、构形简单
•模型修改容易
缺点:
•显示费时,生成工程图中经常使用的
线画图形效率较低。
•不适用于物体作局部修改。
3)边界表示方式(B_rep)
边界表示法是把物体概念为封锁的边界表面围成的有限空间。
边界表示法通过体、面、边、点来描述。
边界表示法强调的是物体的外表细节,详细记录了组成几何形体的所有几何、拓扑信息。
其模型的数据结构呈网状形式,与形体的生成方式和顺序无关。
边界表示法的优势
•易于出工程图
•图形显示速度快
•便于交互方式进行局部修改
边界表示法的缺点
•模型难以修改
•信息量大,并有信息冗余
边界表示法和CSG构造法彼此互补,因此目前大多数造型系统采纳了这两种方式的综合表示
4)人工智能与专家系统
1 人工智能程序的开发语言
典型的人工智能语言要紧有、、、等。
由于人工智能研究的问题的特点和解决问题的方式的特殊性,为了能方便而有效地成立人工智能系统,需要进展专门的人工智能语言。
人工智能语言的特点是什么,亦即人工智能语言应具有的特点是什么?
一样来讲,人工智能语言应具有如下特点:
1.要有符号处置能力(即非数值处置能力);
2.适合于结构化程序设计,编程容易;(要把系统分解成假设干易于明白得和处置的小单位的能力,从而既能较为容易地改变系统的某一部份,而又不破坏整个系统。
)
3.要有递归功能和回溯功能;
4.要有人机交互能力;
5.适合于推理;
6.要有把进程与说明式数据结构混合起来的能力,又要有分辨数据、确信操纵的模式匹配机制。
2 知识的表示方式
知识表示是研究用机械表示知识的可行性、有效性的一样方式,是一种数据结构与操纵结构的统一体,既考虑知识的存储又考虑知识的利用。
知识表示可看成是一组描述事物的约定,以把人类知识表示成机械能处置的数据结构
状态空间法
问题求解(problemsolving)是个大课题,它涉及归约、推断、决策、计划、常识推理、定理证明和相关进程的核心概念。
在分析了人工智能研究中运用的问题求解方式以后,就会发觉许多问题求解方式是采纳试探搜索方式的。
也确实是说,这些方式是通过在某个可能的解空间内寻觅一个解来求解问题的。
这种基于解答空间的问题表示和求解方式确实是状态空间法,它是以状态和算符(operator)为基础来表示和求解问题的。
问题归约法
2.2.1问题归约描述
先把问题分解为子问题和子-子问题,然后解决较小的问题。
对该问题的某个具体子集的解答就意味着对原始问题的一个解答。
谓词逻辑法
2.3.1谓词演算(PredicateCalculus)
1.语法和语义(Syntax&Semantics)
大体符号:
谓词符号、变量符号、函数符号、常量符号、括号和逗号。
原子公式(atomicformulas)由若干谓词符号和项组成的谓词演算。
原子公式是谓词演算基本积木块。
语义网络法
语义网络是1968年Quilian在研究人类联想记忆时提出的心理学模型,认为记忆是由概念间的联系来实现的。
1972年,Simmons首先将语义网络表示法用于自然语言理解系统。
语义网络的结构:
语义网络是知识的一种图解表示,它由节点和弧线或链线组成。
节点用于表示实体、概念和情况等,弧线用于表示节点间的关系。
组成部分
词法部分决定表示词汇表中允许有哪些符号,它涉及各个节点和弧线。
结构部分叙述符号排列的约束条件,指定各弧线连接的节点对。
过程部分说明访问过程,这些过程能用来建立和修正描述,以及回答相关问题。
语义部分确定与描述相关的(联想)意义的方法即确定有关节点的排列及其占有物和对应弧线。
框架表示法
通常框架采纳语义网络中的节点-槽-值表示结构。
因此框架也能够概念为是一组语义网络的节点和槽,这组节点和槽能够描述格式固定的事物、行动和事件。
语义网络可看做节点和弧线的集合,也能够视为框架的集合。
是一种结构化表示方式
面向对象表示
人们熟悉世界是以世界划分为一些事和物为基础的,那个地址的物指物体,事指物体间的联系。
面向对象表示法中的对象指物体,消息指物体间的联系,通过发送消息使对象间彼此作用来求得所需的结果。
剧本(script)表示
剧本是框架的一种特殊形式,它用一组槽来描述某些事件的发生序列,就像剧本中的事件序列一样,故称为"剧本"。
进程(procedure)表示
过程式表示就是将有关某一问题领域的知识,连同如何使用这些知识的方法,均隐式地表达为一个求解问题的过程。
3 专家系统的结构、特点及分类
构造
专家系统通常由人机交互界面、知识库、推理机、说明器、综合数据库、知识获取等6个部份组成。
其中尤以知识库与推理机彼此分离而别具特色。
专家系统的体系结构随专家系统的类型、功能和规模的不同,而有所不同。
为了使运算性能运用专家的领域知识,必需要采纳必然的方式表示知识。
目前经常使用的知识表示方式有产生式规那么、、框架、、逻辑模式、、进程、等。
基于规那么的是目前实现知识运用最大体的方式。
产生式系统由综合数据库、知识库和推理机3个要紧部份组成,综合数据库包括求解问题的世界范围内的事实和断言。
知识库包括所有效“若是:
〈前提〉,于是:
〈结果〉”形式表达的知识规那么。
推理机(又称规那么)的任务是运用操纵策略找到能够应用的规那么。
特点
专家系统是一个基于知识的系统,它利用人类专家提供的专门知识,模拟人类专家的思维进程,解决对人类专家都相当困难的问题。
一样来讲,一个高性能的专家系统应具有如下特点:
⑴启发性。
不仅能利用逻辑知识,也能利用启发性知识,它运用标准的专门知识和直觉的评判知识进行判定、推理和联想,实现。
⑵透明性。
它利用户在对专家系统结构不了解的情形下,能够进行彼此交往,并了解知识的内容和推理思路,系统还能回答用户的一些有关系统自身行为的问题。
⑶灵活性。
专家系统的知识与推理机构的分离,使系统不断接纳新的知识,从而确保系统内知识不断增加以知足商业和研究的需要。
[1]
分类
⑴按知识表示技术可分为:
基于逻辑的专家系统、基于规那么的专家系统、基于语义网络的专家系统和基于框架的专家系统。
⑵按任务类型可分为:
说明型:
可用于分析符号数据,进行论述这些数据的实际意义。
预测型:
依照对象的过去和此刻情形来推断对象的以后演变结果。
诊断型:
依照输入信息来找到对象的故障和缺点。
调试型:
给出自己确信的故障的排除方案。
维修型:
指定并实施纠正某类故障的计划。
计划型:
依照给定目标拟定行动打算。
设计型:
依照给定要求形成所需方案和图样。
监护型:
完成实时监测任务。
操纵型:
完成实施操纵任务。
教育型:
诊断型和调试型的组合,用于教学和培训。
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