智能工藝設計及其發(fā)展演化

宋洋sy 2024-12-25

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作者：鄧朝暉、劉偉、萬林林、呂黎曙、劉濤

來源：《智能工藝設計》

「 1. 智能工藝設計的基本概念與內(nèi)涵」

1）智能工藝設計的基本概念

工藝設計是制造類企業(yè)技術(shù)部門的主要工作之一，其質(zhì)量的優(yōu)劣及設計效率的高低，對生產(chǎn)組織、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品成本、生產(chǎn)率、生產(chǎn)周期等有著極大的影響。工藝設計是典型的復雜問題，它包含了分析、選擇、規(guī)劃、優(yōu)化等不同性質(zhì)的各種功能要求，所涉及的知識和信息量相當龐大，與具體的生產(chǎn)環(huán)境，比如空氣濕度、環(huán)境溫度、設備自動化程度等有密切關(guān)聯(lián)，而且還嚴重依賴經(jīng)驗知識。工藝設計的涵義（圖1）可以概括如下：①考慮制定工藝計劃中的所有條件/約束的決策過程，涉及各種不同的決策；②在車間或工廠內(nèi)制造資源的限制下將制造工藝知識與具體設計相結(jié)合，準備其具體操作說明的活動；③連接產(chǎn)品設計與制造的橋梁。

圖1 工藝規(guī)劃的基本涵義——設計與制造的橋梁與紐帶

計算機輔助工藝規(guī)劃（CAPP）是工藝人員應用信息技術(shù)、計算機技術(shù)及智能化技術(shù)，把企業(yè)的產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品制造數(shù)據(jù)的一種技術(shù)。其主要特點有：能夠幫助工藝設計人員減少大量繁瑣的重復勞動，把主要精力投向新產(chǎn)品、新技術(shù)和新工藝的研發(fā)上面；能夠增強工藝的繼承性，可以實現(xiàn)現(xiàn)有資源利用的最大化，進而減少生產(chǎn)成本；能夠讓并沒有很多經(jīng)驗的工藝規(guī)劃師完成出高質(zhì)量的工藝方案，實現(xiàn)緩解制造業(yè)設計任務繁重的目的。

隨著計算機軟硬件技術(shù)的不斷成熟，計算機輔助工藝規(guī)劃的理論與方法已發(fā)生了質(zhì)的飛躍。將人工智能理論應用于計算機輔助工藝規(guī)劃是新近發(fā)展起來的研究熱點之一，也是工藝設計現(xiàn)代化的發(fā)展趨勢。它不僅把人工智能領(lǐng)域中的研究成果移植到計算機輔助工藝規(guī)劃中，而且也擴大了人工智能的應用領(lǐng)域，使兩者得到完美結(jié)合，促進共同發(fā)展。

智能工藝設計在傳統(tǒng)CAPP定義的基礎上需完整包含兩個方面內(nèi)容，一是工藝設計流程顯性化、流程化和模塊化；二是工藝設計活動智能化、閉環(huán)化。結(jié)合傳統(tǒng)計算機輔助設計的概念，智能工藝設計的概念可以被概括為：以數(shù)字化方式創(chuàng)建工藝設計過程的虛擬實體，利用智能傳感、云計算、大數(shù)據(jù)處理及物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)來實現(xiàn)歷史及實時工藝設計數(shù)據(jù)與知識的感知，借助于計算機軟、硬件技術(shù)和支撐環(huán)境，通過數(shù)值計算、邏輯判斷、仿真和推理等的功能來模擬、驗證、預測、決策、控制設計過程，從而形成零件從毛坯到成品整個設計過程“數(shù)據(jù)感知-實時分析-智能決策-精準執(zhí)行”的閉環(huán)，最終實現(xiàn)工藝設計的智能化、實時化、顯性化、流程化、模塊化和閉環(huán)化。

2）智能工藝設計的內(nèi)涵

在機械制造領(lǐng)域中，計算機技術(shù)的運用非常普遍，在發(fā)展進步的過程中，原本互相獨立存在的計算機輔助設計（CAD）與計算機輔助制造（CAM）逐漸融合，計算機輔助工藝規(guī)劃就是在兩者進行有效融合的過程中出現(xiàn)的。傳統(tǒng)的計算機輔助工藝規(guī)劃技術(shù)具有以下功能：第一，在計算機中輸入有效設計參數(shù)；第二，對機械制造過程中應用的工藝流程、基本工序和運用的相關(guān)器具等進行確定；第三，明確機械制造中的切削用量；第四，對機械制造資金投入量以及使用的時間進行計算；第五，對相關(guān)設計數(shù)據(jù)進行展現(xiàn)等。智能工藝設計是“傳統(tǒng)的以經(jīng)驗為主的設計模式”向“基于建模和仿真的科學設計模式”的轉(zhuǎn)變結(jié)果。虛擬樣機技術(shù)與系統(tǒng)仿真方法相結(jié)合，既可以發(fā)揮仿真工具的預測能力，也可以將工藝人員的經(jīng)驗融合到仿真過程中，進行工藝設計過程中的各種仿真分析活動。

智能工藝設計以實現(xiàn)工藝數(shù)字化、生產(chǎn)柔性化、過程可視化、信息集成化、決策自主化為核心目標，圍繞基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化設備、智能化設計、智能化制造與數(shù)據(jù)集成平臺來進行工藝設計，其基本功能體系與技術(shù)可以表示為：

（1）控制模塊?？刂颇K即系統(tǒng)主控模塊，負責整合系統(tǒng)其他模塊，提供系統(tǒng)對外訪問界面，完成信息在各個模塊間的有效通信和傳遞。

（2）產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理模塊。零件信息的輸入一般包括基本尺寸、幾何拓撲信息、材料要素和技術(shù)要求信息等。

（3）工藝設計模塊。工藝設計是系統(tǒng)的核心模塊，主要完成基于實例推理的工藝設計，包括零件特征編碼、工藝實例庫檢索、提取相似工藝修改和編輯的功能。在工藝設計過程中，系統(tǒng)可以隨時調(diào)用資源庫來查詢機床設備、工裝夾具、刀具、量具等數(shù)據(jù)庫信息，便于結(jié)合企業(yè)現(xiàn)有資源情況快速得到符合加工要求和適應實際生產(chǎn)的工藝設計結(jié)果。

（4）工藝過程智慧決策優(yōu)化。工藝過程決策包括生成工序卡，對工序間尺寸進行計算，生成工序圖；對工步內(nèi)容進行設計，確定切削用量，提供形成NC加工控制指令所需的刀位文件；對工藝參數(shù)進行設計，基于智能算法，提供最優(yōu)的工藝參數(shù)。

（5）工藝過程管理模塊。把編制好的工藝提交審閱是保證投入生產(chǎn)中的工藝信息恰當?shù)挠行C制，實現(xiàn)在線工藝審閱是智能工藝設計的重要部分之一。通常工藝審閱分為四個步驟，審核、標準化、會簽和批準，分別由不同的用戶完成。

（6）工藝文件管理和輸出模塊。智能工藝設計的最終目的是得到可以指導工業(yè)生產(chǎn)的工藝文件，因此，工藝文件輸出是智能工藝設計的不可缺少的部分。由于工藝文件主要是工藝流程卡、工序卡和工步卡，因此，選用或者定制合適的報表輸出工具是工藝文件輸出板塊的功能。

「 2. 智能工藝設計的需求」

1）智能工藝設計需求分析

工藝設計是產(chǎn)品研發(fā)的重要環(huán)節(jié)，是連接產(chǎn)品設計與生產(chǎn)制造的紐帶。它所生成的工藝文件是指導生產(chǎn)過程及制定生產(chǎn)計劃的重要依據(jù)。工藝設計對企業(yè)協(xié)調(diào)生產(chǎn)、保證產(chǎn)品的質(zhì)量、降低生產(chǎn)的成本、提高產(chǎn)品的生產(chǎn)率、縮短生產(chǎn)的時間等都有重要的影響，因此工藝設計是生產(chǎn)制造中的重要工作。

工藝設計需要分析及處理相當多的數(shù)據(jù)，不僅要考慮設計零件的結(jié)構(gòu)形狀、材料、尺寸、生產(chǎn)等數(shù)據(jù)，又要了解制造過程中的加工方法、加工設備、制造條件、加工成本等數(shù)據(jù)。這些工藝數(shù)據(jù)之間的關(guān)系錯綜復雜，在工藝人員設計工藝方案時，必須全面而周密地對這些工藝數(shù)據(jù)進行分析及處理。一直以來，工藝方案設計方法都是依靠工藝工程師常年在企業(yè)生產(chǎn)活動中積累的技術(shù)及經(jīng)驗，以手工設計的方式進行，工藝方案的好壞基本取決于工藝工程師自身水平。工藝方案設計中普遍存在重復性和多樣性的問題。隨著制造業(yè)進入信息化及知識經(jīng)濟的時代，現(xiàn)在機械零件產(chǎn)品的生產(chǎn)以多品種小批量生產(chǎn)為主導，傳統(tǒng)的工藝設計方法已經(jīng)遠不能適應現(xiàn)在行業(yè)發(fā)展的需要，具體表現(xiàn)在：

（1）依靠手工進行工藝設計勞動強度非常大，效率極其低，主觀靈活性大。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，機械零件有70%~80%的相似性，相似零件的工藝路線也有一定的相同之處，工藝設計中有效的實際工作可能只占工作總時間的8%左右，有很多的企業(yè)用在工藝數(shù)據(jù)的計算、抄寫等重復性時間大約占到了工藝準備的55%。工藝工程師在工藝方案設計過程中，需要把大量的工作時間花費在工藝參數(shù)、工序內(nèi)容、工藝數(shù)據(jù)的匯總等重復性抄寫上，增加了工藝工程師的工作量，使他們?nèi)狈Χ嘤鄷r間進行工藝方案的優(yōu)化等創(chuàng)造性工作，延長了工藝設計的時間，從而影響了整個產(chǎn)品生產(chǎn)的周期。手工工藝設計難以做到方案最優(yōu)化、標準化，容易造成人力、設備、能源等資源的浪費，增加產(chǎn)品的制造成本。

（2）產(chǎn)品的可制造性難以評估，工藝設計及驗證手段落后。大部分制造企業(yè)依然應用的是以文字性描述的二維工藝卡片來進行工藝方案設計，工藝方案設計時難以直觀的了解現(xiàn)有工藝裝備及設備的情況，工藝設計無法進行仿真分析，很難對現(xiàn)有工藝方案進行評價，工藝信息存儲在紙質(zhì)卡片上，紙質(zhì)資料不易存儲，并且容易丟失，難以在大范圍內(nèi)傳播、重用。

（3）缺乏對工藝數(shù)據(jù)進行有效管理。傳統(tǒng)的工藝設計采用紙質(zhì)存檔，很難對已有的工藝數(shù)據(jù)進行重用及有效管理，如何提煉原有工藝文件中的典型工藝，更有效地利用工藝數(shù)據(jù)資源，更好傳承公司常年積累的工藝經(jīng)驗，都是急需解決的重要問題。工藝工程師的知識和經(jīng)驗積累起來相對較慢，企業(yè)的技術(shù)人員又有較大的流動性，在他們離職或退休后，工程師在工藝制定工作中積累的知識及經(jīng)驗，不能很好地保存下來，企業(yè)新入職的工藝工程師需要從新開始學習工藝知識及經(jīng)驗，在一定程度上造成了企業(yè)知識資源的巨大損失。

（4）信息化程度低，不利于制造業(yè)信息化的建設。隨著CAD、CAM、計算機輔助夾具設計（CAFD）、企業(yè)資源計劃（ERP）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、計算機輔助質(zhì)量（CAQ）等計算機輔助軟件的應用，企業(yè)之間的信息都通過計算機信息技術(shù)進行傳遞。然而工藝設計仍然采用落后的手工作業(yè)，工藝信息仍然存儲在紙質(zhì)文件之上，嚴重阻礙了企業(yè)各部門之間的信息交流，進而影響了企業(yè)信息化建設的進程及工作效率。

隨著CAPP的廣泛應用，大量的實例表明，實施智能工藝設計可帶來重大收益，在對使用生成型工藝設計系統(tǒng)的22個大小型公司進行的詳細調(diào)查中，采用該系統(tǒng)可以減少58%的工藝流程規(guī)劃工作、10%的勞動者、4%的材料、10%的廢料等，智能工藝設計逐漸成為人們研究的熱門課題。企業(yè)對智能工藝設計系統(tǒng)功能的需求主要集中在如下幾個方面，如圖2所示。

圖2 企業(yè)對智能工藝設計系統(tǒng)功能的需求示意圖

2）智能工藝設計模型分析

智能工藝設計應朝工具化、工程化、集成化、網(wǎng)絡化、知識化、智能化、柔性化、規(guī)范化等方面進一步發(fā)展，以使企業(yè)信息化建設的基礎打得更堅實、更牢靠。

（1）工具化和工程化。智能工藝設計系統(tǒng)強調(diào)工具化和工程化，以此提高系統(tǒng)在企業(yè)的通用性。將整體系統(tǒng)分解為多個相對獨立的工具進行開發(fā)，面向制造和管理環(huán)境做系統(tǒng)二次開發(fā)，并將具有各專項功能的子系統(tǒng)集成在一個統(tǒng)一平臺上。

（2）集成化和網(wǎng)絡化。智能工藝設計系統(tǒng)實現(xiàn)CAD/CAPP/CAM的全面集成，設計數(shù)據(jù)雙向信息交換與傳送；實現(xiàn)與生產(chǎn)計劃、調(diào)度系統(tǒng)的有效集成；建立與質(zhì)量控制系統(tǒng)的內(nèi)在聯(lián)系。實現(xiàn)計算資源、存儲資源、數(shù)據(jù)資源、信息資源、知識資源、專家資源的全面共享。

（3）知識化和智能化?；趶秃现悄芟到y(tǒng)、專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)和模糊推理技術(shù)的發(fā)展和應用，智能設計系統(tǒng)可以進行各種層次的自學習和自適應，將工藝設計數(shù)據(jù)進一步轉(zhuǎn)變?yōu)橄冗M制造知識，進一步實現(xiàn)工藝設計智能化。

（4）柔性化和規(guī)范化。現(xiàn)代智能工藝設計系統(tǒng)以交互式設計為基礎，體現(xiàn)柔性設計；以工藝知識庫為核心，面向產(chǎn)品實現(xiàn)工藝設計與管理的柔性化；以產(chǎn)品為核心，以工藝路線為依據(jù)，根據(jù)工藝路線安排工藝工作的流程，實現(xiàn)設計過程的規(guī)范化。

（5）交互式和漸進式。現(xiàn)代智能工藝設計面向工藝設計人員提供基于工藝知識和判斷的交互式輸入輸出界面，同時為企業(yè)管理層提供可視化管理平臺，漸進式地推進智能制造的發(fā)展進程。

「 3. 智能工藝設計發(fā)展演化」

新一代信息技術(shù)正在加速智能制造發(fā)展，3C電子行業(yè)面臨小批量多品種、市場變化快及大規(guī)模定制等難題，必須要加入智能制造創(chuàng)新行列。智能制造是當今時代發(fā)展趨勢，而工藝設計作為制造業(yè)的重要一環(huán)更是直接連接著產(chǎn)品設計與生產(chǎn)。實現(xiàn)智能工藝設計，將大大提高企業(yè)競爭力。智能工藝設計的發(fā)展是在CAPP發(fā)展基礎上，逐步結(jié)合以機器學習為主的人工智能算法，結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)，實現(xiàn)工藝設計的智能化以減少甚至排除人工因素影響，提高工藝設計的效率與質(zhì)量。

1）智能工藝設計技術(shù)的發(fā)展歷程

計算機輔助工藝規(guī)劃的開發(fā)是從20世紀60年代末開始的，如圖3所示。1965年Niebel首次提出CAPP思想。CAPP源于成組技術(shù)（GT）在工藝設計中的應用，目前已是計算機輔助制造與計算機集成制造系統(tǒng)的一個組成部分。隨著機械制造生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和當今市場對多品種、小批量生產(chǎn)的要求，特別是CAD、CAM系統(tǒng)向集成化、網(wǎng)絡化、可視化方向發(fā)展，計算機輔助工藝規(guī)劃也就日益為人們所重視。世界上最早研究CAPP的國家是挪威，于1969年正式推出世界上第一個CAPP系統(tǒng)AUTOPROS，1973年正式推出商品化的AUTOPROS系統(tǒng)。在CAPP發(fā)展史上具有里程碑意義的是設在美國的國際標準性組織CAM-I于1976年推出的CAM-I’S Automated Process Planning系統(tǒng)，取其首字母，稱為CAPP系統(tǒng)。

圖3 智能工藝設計技術(shù)發(fā)展歷程

我國研究CAPP系統(tǒng)始于70年代末，國內(nèi)最早開發(fā)的CAPP系統(tǒng)是同濟大學的TOJICAPP修訂式系統(tǒng)和西北工業(yè)大學的CAOS生成式系統(tǒng)，之后具有代表性的有清華大學開發(fā)的THCAPP系統(tǒng)，北京航空航天大學開發(fā)的EXCAPP系統(tǒng)，西北工業(yè)大學開發(fā)的GNCAPP系統(tǒng)，南京航空航天大學開發(fā)的NHCAPP系統(tǒng)等，其完成時間都在80年代初。迄今為止，在國內(nèi)學術(shù)會議、刊物上發(fā)表的CAPP系統(tǒng)已超過50個，但被工廠、企業(yè)正式應用的只是少數(shù)，真正形成商品化的CAPP系統(tǒng)還不多。

多年以來，國內(nèi)外對CAPP技術(shù)進行了大量的探討與研究到實施，CAPP系統(tǒng)針對對象，從早期的針對某一類特定零件，如回轉(zhuǎn)體、箱體類、支架類零件擴展到各個類別的零部件。從零部件為主體的局部應用擴展到以整個產(chǎn)品為對象的全面應用。

CAPP技術(shù)自出現(xiàn)以來，其研發(fā)工作一直在國內(nèi)外蓬勃發(fā)展。但由于技術(shù)的限制和工藝的個性化、多樣化，以往的CAPP系統(tǒng)應用面較窄，只能適用于某個企業(yè)的某種零件，沒有比較好的通用解決方案。直到步入20世紀末工具化思想的出現(xiàn)，涌現(xiàn)出一批實用化、商品化的CAPP系統(tǒng)，才使CAPP系統(tǒng)發(fā)展到實質(zhì)性的應用階段。

隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，除了面向傳統(tǒng)工藝規(guī)劃問題的CAPP系統(tǒng)外，對具體工藝問題中知識的表達，工藝的決策優(yōu)化及三維仿真等設計問題的智能工藝系統(tǒng)也開始逐步跨入大家的視野。然而，盡管有這些巨大的努力，工藝設計的任務還不是完全自動化的，仍然依賴于人類的經(jīng)驗和知識。

隨著新一代信息技術(shù)賦予智能制造越來越強大的認知和學習能力，極大地改變了人與機器的邊界，理想的智能工藝設計系統(tǒng)通過智能感知、模擬、理解、預測、優(yōu)化和控制策略支持自主制造，將能夠收集技術(shù)專家的經(jīng)驗和知識，并且能夠根據(jù)加工過程實時數(shù)據(jù)和工作歷史進行自適應和自學習，將工藝規(guī)劃嵌入數(shù)字孿生制造單元中，不僅可以增強制造單元上游與設計階段的連通性，還可以增強工藝規(guī)劃下游與制造階段的連通性。隨著智能工藝設計研究的發(fā)展，現(xiàn)在智能化的目標和技術(shù)手段跟以前相比都有所不同，更加注重效率和實時性。

2）智能工藝設計技術(shù)的演變過程

綜合我國智能工藝設計系統(tǒng)的發(fā)展過程，智能工藝設計經(jīng)歷了以下的演變過程：

（1）基于自動化思想的工藝設計專用型系統(tǒng)。1982年至今相當長時間內(nèi)，初期智能工藝設計系統(tǒng)一直以代替工藝人員的勞動實現(xiàn)工藝設計自動化為目標，即基于自動化思想的專用型智能工藝設計系統(tǒng)。強調(diào)工藝決策的自動化，開發(fā)出了若干種派生式(Variant)、創(chuàng)成式(Generative)以及綜合式(Hybrid)的CAPP系統(tǒng)，可以自動或半自動編制工藝規(guī)程。該系統(tǒng)的實用性、通用性較差，因此其應用受到很大限制，難以實現(xiàn)商品化。

（2）基于工藝管理思想的工藝設計工具型系統(tǒng)。1995年至今，產(chǎn)生了基于工藝管理思想的智能工藝設計工具型系統(tǒng)。該系統(tǒng)在實用性、通用性和商品化等方面取得了突破性進展。智能工藝設計工具型系統(tǒng)在分析顧客需求基礎上，以解決工藝設計上事務性、管理性工作為首要目標，可以使用計算機輔助方法自動完成工藝設計中資料查找、表格填寫、數(shù)據(jù)計算與分類匯總等繁瑣而又重復的工作。

（3）基于數(shù)據(jù)管理的綜合化CAPP系統(tǒng)、智能化工藝系統(tǒng)。1999年以來，出現(xiàn)了面向產(chǎn)品的以工藝數(shù)據(jù)為核心的綜合化CAPP系統(tǒng)、智能化工藝設計系統(tǒng)。該類系統(tǒng)是集工藝設計與信息管理為一體的交互式計算機應用系統(tǒng)，集成了檢索、修訂、創(chuàng)成等工藝決策混合技術(shù)及人工智能技術(shù)，實現(xiàn)了人機混合智能（human-machine hybrid intelligence）、人、技術(shù)與管理的集成，逐步實現(xiàn)了工藝設計的自動化。

（4）基于實時動態(tài)設計的智能工藝設計系統(tǒng)。隨著2011年數(shù)字孿生概念的提出，機械加工工藝設計過程開始引入實作模型（As-build model，工件的加工狀態(tài)模型）的概念，從系統(tǒng)構(gòu)建的角度研究了面向數(shù)字孿生環(huán)境的三維工藝設計技術(shù)，提出了基于實作模型的實時工藝設計方法，為基于數(shù)字孿生的工藝設計提供了新的思路，可以實現(xiàn)工藝設計過程中的實時決策和離線分析優(yōu)化，驅(qū)動和引領(lǐng)計算機輔助工藝規(guī)劃的智能化發(fā)展。

3）智能工藝設計系統(tǒng)的開發(fā)

隨著工藝設計智能化需求的加深，智能工藝系統(tǒng)也隨之步入研究者視野。大致從20世紀末開始至今，智能工藝設計系統(tǒng)的發(fā)展從未止步。它是人工智能技術(shù)在工藝設計領(lǐng)域中應用的結(jié)果。目前已經(jīng)開發(fā)出了各種類型的智能工藝設計系統(tǒng)。

（1）基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的CAPP系統(tǒng)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡（ANN）技術(shù)中最吸引人的特點是它的自學習能力和容錯能力，通過樣本訓練，ANN可以自動獲取知識；通過知識的分布式存儲和并行處理，ANN具有較強的容錯能力，有效地彌補了專家系統(tǒng)的“窄臺階效應”。但是，用ANN來模擬工藝設計決策過程也有其根本性的缺陷，如ANN的性能在很大程度上受到所選擇的訓練樣本的限制，樣本的好壞直接決定系統(tǒng)性能的優(yōu)劣；ANN的知識表達和處理都是隱性的，用戶只能看到輸入和輸出，不能了解中間的推理過程。因此，對于工藝設計來說，ANN只能模擬一些具有直接對應（因果）關(guān)系的簡單決策活動。

（2）基于實例推理的CAPP系統(tǒng)?；趯嵗评淼腃APP技術(shù)是人工智能技術(shù)中類比問題求解方法在工藝設計中的應用，也可以看成是對派生式CAPP技術(shù)的進一步發(fā)展。實例是對工藝設計知識的一種整體性描述，不僅包括問題的求解結(jié)果，而且包括問題的求解條件，與人類工藝設計知識的記憶結(jié)構(gòu)有很好的一致性，因而，實例知識的獲取比規(guī)則獲取要容易得多。實例推理是對過去求解結(jié)果的復用，而不是再次從頭推導，具有較高的問題求解效率和實用性?；趯嵗评淼腃APP技術(shù)得到了許多學者的研究。

（3）基于知識的智能工藝系統(tǒng)。知識工程的多種知識表達和推理技術(shù)大大豐富和拓寬了傳統(tǒng)創(chuàng)成式工藝系統(tǒng)的知識表達和處理能力，使得專家系統(tǒng)可以處理一些較為復雜的工藝決策問題，一些專家系統(tǒng)已接近實用。但是，隨著研究與應用的不斷深入，專家系統(tǒng)傳統(tǒng)的知識表示和推理技術(shù)所固有的一些缺陷逐漸暴露出來：如知識獲取的瓶頸、系統(tǒng)性能的“窄臺階效應”，以及在處理模糊、非單調(diào)和常識性等問題上的局限性。很多早期智能研究都基于專家系統(tǒng)，在工藝決策模塊使用計算模塊插件格式作為專家系統(tǒng)工具，把基于規(guī)則的知識表示語言與過程語首結(jié)合起來，進而通過使用產(chǎn)生式規(guī)則構(gòu)建知識庫，采用演繹推理式的推理機，理論上實現(xiàn)了一系列的工藝決策。實際上，這只是為早期工藝系統(tǒng)智能化研究提供了思路，基于當時軟硬件條件，并未涉及人工智能算法，也沒有建成實用性的智能系統(tǒng)。

（4）基于分布式人工智能工藝設計系統(tǒng)。人類活動大都涉及社會群體，大型復雜問題的求解需要多個專業(yè)人員或組織協(xié)作完成。隨著計算機網(wǎng)絡、計算機通信和并行程序設計技術(shù)的發(fā)展，此類技術(shù)逐漸成為一個新的研究熱點。21世紀初，以人工智能技術(shù)為代表的工藝設計越來越受到研究者們的關(guān)注，可能會成為下一代智能工藝設計系統(tǒng)軟件開發(fā)的重要突破點。構(gòu)建包含CAPP系統(tǒng)和智能工藝系統(tǒng)的分布式智能工藝設計系統(tǒng)可以克服原有集中式知識系統(tǒng)的弱點，極大地提高系統(tǒng)的性能，包括問題求解能力、求解效率，以及降低系統(tǒng)的復雜性。

（5）其他智能技術(shù)與算法的應用。模糊推理技術(shù)、進化計算技術(shù)、粒子計算理論等也在工藝設計中不同程度地得到了應用，同時遺傳算法、蟻群算法等智能算法的應用在拓寬智能工藝設計系統(tǒng)信息處理能力、提高系統(tǒng)性能等方面起到了積極的作用。產(chǎn)品數(shù)字孿生技術(shù)通過不斷持續(xù)積累產(chǎn)品設計、制造和檢驗全生命周期過程的相關(guān)數(shù)據(jù)和知識，實現(xiàn)賽博（cyberspace）和物理空間的虛實映射，為計算機輔助工藝規(guī)劃技術(shù)的發(fā)展和瓶頸問題的解決提供了有效的途徑。

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智能工藝設計及其發(fā)展演化