在如今制造業(yè)蓬勃興起的大浪潮里，智能工藝設(shè)計(jì)就像是一顆冉冉升起的璀璨新星，正慢慢展現(xiàn)出它強(qiáng)大的影響力和變革力量。它可不只是普普通通的存在，它可是連接產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的關(guān)鍵橋梁，更是推動(dòng)制造業(yè)朝著智能化、高效化方向大步邁進(jìn)的核心力量。
工藝設(shè)計(jì)，是制造類企業(yè)技術(shù)部門的核心工作內(nèi)容，它的質(zhì)量和效率對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)起著至關(guān)重要的作用。這其實(shí)是一個(gè)特別復(fù)雜的決策過(guò)程，要考慮眾多的條件和約束，得把制造工藝知識(shí)和具體設(shè)計(jì)完美結(jié)合起來(lái)，是連接產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（CAPP）出現(xiàn)之后，工藝設(shè)計(jì)人員可算是從繁瑣的重復(fù)勞動(dòng)中解脫出來(lái)了，能把更多的精力放到創(chuàng)新研發(fā)上面。它可以增強(qiáng)工藝的繼承性，實(shí)現(xiàn)資源的最大化利用，還能降低生產(chǎn)成本。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展，人工智能在 CAPP 中的應(yīng)用成了新的研究熱點(diǎn)，智能工藝設(shè)計(jì)也就順勢(shì)誕生了。
智能工藝設(shè)計(jì)是在傳統(tǒng) CAPP 的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，它更加強(qiáng)調(diào)工藝設(shè)計(jì)流程要顯性化、流程化和模塊化，工藝設(shè)計(jì)活動(dòng)要智能化、閉環(huán)化。它用數(shù)字化的方式創(chuàng)建工藝設(shè)計(jì)的虛擬實(shí)體，利用先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與知識(shí)的感知，通過(guò)數(shù)值計(jì)算、邏輯判斷等功能模擬和控制設(shè)計(jì)過(guò)程，形成 “數(shù)據(jù)感知 - 實(shí)時(shí)分析 - 智能決策 - 精準(zhǔn)執(zhí)行” 的閉環(huán)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)的智能化、實(shí)時(shí)化等目標(biāo)。
它的內(nèi)涵包括 CAD 與 CAM 的融合以及 CAPP 的功能演變。傳統(tǒng) CAPP 技術(shù)能輸入設(shè)計(jì)參數(shù)、確定工藝流程等，而智能工藝設(shè)計(jì)則是從傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ较蚩茖W(xué)設(shè)計(jì)模式的轉(zhuǎn)變。它以實(shí)現(xiàn)工藝數(shù)字化等為核心目標(biāo)，圍繞智能化設(shè)備和數(shù)據(jù)集成平臺(tái)展開(kāi)。它的基本功能體系包含多個(gè)模塊，控制模塊負(fù)責(zé)整合系統(tǒng)資源，讓信息能夠有效傳遞；產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理模塊處理零件的各類信息；工藝設(shè)計(jì)模塊是系統(tǒng)的核心，通過(guò)實(shí)例推理完成工藝設(shè)計(jì)，還能隨時(shí)調(diào)用資源庫(kù)；工藝過(guò)程智慧決策優(yōu)化模塊可以生成工序卡、計(jì)算工藝參數(shù)等；工藝過(guò)程管理模塊確保工藝信息恰當(dāng)合適；工藝文件管理和輸出模塊則生成指導(dǎo)生產(chǎn)的工藝文件。
工藝設(shè)計(jì)在產(chǎn)品研發(fā)中那可是相當(dāng)重要，它就像一條紐帶，把產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造連接起來(lái)，生成的工藝文件是生產(chǎn)的重要依據(jù)。然而，傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)方法存在著不少問(wèn)題。手工設(shè)計(jì)勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，大量的時(shí)間都浪費(fèi)在重復(fù)性的工作上了，很難實(shí)現(xiàn)方案的優(yōu)化和標(biāo)準(zhǔn)化，導(dǎo)致資源浪費(fèi)和成本增加。產(chǎn)品的可制造性評(píng)估特別困難，工藝設(shè)計(jì)和驗(yàn)證手段也很落后，二維工藝卡片很難直觀地展示工藝裝備情況，工藝信息都存儲(chǔ)在紙質(zhì)卡片上，不僅不容易保存，傳播起來(lái)也很困難。
同時(shí)，傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)缺乏對(duì)工藝數(shù)據(jù)的有效管理，知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)很難傳承下去，新員工得重新學(xué)習(xí)，這就造成了企業(yè)知識(shí)資源的損失。而且，信息化程度低，阻礙了企業(yè)各部門之間的信息交流，影響了企業(yè)信息化建設(shè)的進(jìn)程。
和傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)相比，智能工藝設(shè)計(jì)能帶來(lái)顯著的收益。調(diào)查顯示，采用生成型工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以減少工藝流程規(guī)劃工作、勞動(dòng)者數(shù)量、材料消耗和廢料產(chǎn)生。企業(yè)對(duì)智能工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能需求主要集中在多個(gè)方面，希望系統(tǒng)能夠工具化和工程化，也就是把系統(tǒng)分解成獨(dú)立工具進(jìn)行開(kāi)發(fā)和集成；能夠集成化和網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn) CAD/CAPP/CAM 等系統(tǒng)的全面集成和資源共享；能夠知識(shí)化和智能化，通過(guò)先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)的自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)；能夠柔性化和規(guī)范化，以交互式設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)與管理的柔性化和規(guī)范化；還能夠交互式和漸進(jìn)式，為工藝設(shè)計(jì)人員和企業(yè)管理層提供相應(yīng)的平臺(tái)，推動(dòng)智能制造的發(fā)展。
智能工藝設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展歷程可以追溯到 20 世紀(jì) 60 年代末。1965 年，Niebel 首次提出 CAPP 思想，隨后挪威推出了世界上第一個(gè) CAPP 系統(tǒng)。隨著機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)需求的變化，CAPP 系統(tǒng)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，但也遇到了技術(shù)限制和工藝個(gè)性化的問(wèn)題。直到 20 世紀(jì)末，工具化思想的出現(xiàn)讓 CAPP 系統(tǒng)進(jìn)入了實(shí)質(zhì)性應(yīng)用階段。隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，智能工藝系統(tǒng)逐漸受到關(guān)注，不過(guò)工藝設(shè)計(jì)還是在很大程度上依賴人類的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。
新一代信息技術(shù)的發(fā)展讓智能制造擁有了強(qiáng)大的能力，理想的智能工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)將能夠收集專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)，增強(qiáng)設(shè)計(jì)與制造階段的連通性。智能工藝設(shè)計(jì)技術(shù)經(jīng)歷了多個(gè)演變階段，基于自動(dòng)化思想的工藝設(shè)計(jì)專用型系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)自動(dòng)化為目標(biāo)，但實(shí)用性和通用性比較差；基于工藝管理思想的工藝設(shè)計(jì)工具型系統(tǒng)在實(shí)用性和商品化方面取得了突破，能夠自動(dòng)完成繁瑣的事務(wù)性工作；基于數(shù)據(jù)管理的綜合化 CAPP 系統(tǒng)和智能化工藝系統(tǒng)集工藝設(shè)計(jì)與信息管理為一體，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)混合智能；基于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的智能工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)引入數(shù)字孿生概念，為工藝設(shè)計(jì)的智能化發(fā)展提供了新的思路。
目前，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多種類型的智能工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)?；谌斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的 CAPP 系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)和容錯(cuò)能力，但只能模擬簡(jiǎn)單決策活動(dòng)；基于實(shí)例推理的 CAPP 系統(tǒng)是對(duì)派生式 CAPP 技術(shù)的發(fā)展，具有較高的問(wèn)題求解效率；基于知識(shí)的智能工藝系統(tǒng)豐富了傳統(tǒng)創(chuàng)成式工藝系統(tǒng)的知識(shí)處理能力，但也存在一些缺陷；基于分布式人工智能工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠克服集中式知識(shí)系統(tǒng)的弱點(diǎn)，提高系統(tǒng)性能。此外，模糊推理技術(shù)、進(jìn)化計(jì)算技術(shù)等智能技術(shù)和算法也在工藝設(shè)計(jì)中得到了應(yīng)用，產(chǎn)品數(shù)字孿生技術(shù)為解決計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃的瓶頸問(wèn)題提供了有效途徑。
智能工藝設(shè)計(jì)作為制造業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，有著重要的地位和廣闊的發(fā)展前景。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，它會(huì)不斷完善和創(chuàng)新，為制造業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型和高效發(fā)展注入強(qiáng)大的動(dòng)力。我們完全有理由相信，智能工藝設(shè)計(jì)在未來(lái)的制造業(yè)中會(huì)發(fā)揮更加重要的作用，推動(dòng)制造業(yè)邁向新的高度。
