Компьютерно-автоматизированное проектирование

Автоматизация проектирования обычно относится к автоматизации электронного проектирования или автоматизации проектирования , которая представляет собой конфигуратор продукта . Расширение систем автоматизированного проектирования (САПР), автоматизированного проектирования и автоматизированного проектирования (CAutoD) ^[1]^[2]^[3] больше озабочены более широким спектром применений, таких как автомобилестроение , гражданское строительство , ^[4]^[5]^[6]^[7] композитных материалов проектирование , техника управления , ^[8] динамическая системы , идентификация и оптимизация ^[9] финансовые системы, промышленное оборудование, мехатронные системы, стальные конструкции , ^[10] структурная оптимизация , ^[11] и изобретение новых систем. ^[12]

Концепция CAutoD, возможно, впервые появилась в 1963 году в журнале IBM Journal of Research and Development. ^[1] где была написана компьютерная программа.

для поиска логических схем, имеющих определенные ограничения на аппаратную конструкцию
оценить эту логику с точки зрения ее способности различать образцы набора символов, которые они должны распознавать.

Совсем недавно традиционное CAD-моделирование трансформировалось в CAutoD благодаря машинному обучению, основанному на биологии . ^[13] эвристического включая методы поиска, такие как эволюционные вычисления , ^[14]^[15] и алгоритмы роевого интеллекта . ^[16]

Управление проектированием посредством улучшения производительности

Чтобы удовлетворить постоянно растущий спрос на качество и конкурентоспособность, итеративное физическое прототипирование теперь часто заменяется « цифровым прототипированием » «хорошего проекта», целью которого является достижение множества целей, таких как максимальная производительность, энергоэффективность, высочайшая скорость и экономичность. эффективность. Проблема дизайна касается как поиска лучшей конструкции в известном диапазоне (т. е. посредством «обучения» или «оптимизации»), так и поиска новой, лучшей конструкции за пределами существующих (т. е. посредством создания и изобретения). Это эквивалентно задаче поиска в почти наверняка многомерном (многомерном) мультимодальном пространстве с одной (или взвешенной) целью или несколькими целями.

Нормализованная целевая функция: стоимость и пригодность

Использование одноцелевого CAutoD в качестве примера, если целевая функция либо функция стоимости $J\in [0,\infty )$ или наоборот, как функция приспособленности $f\in (0,1]$ , где

f={\tfrac {J}{1+J}}

,

дифференцируема при практических ограничениях в многомерном пространстве, задача проектирования может быть решена аналитически. Поиск наборов параметров, которые приводят к нулевой производной первого порядка и удовлетворяют условиям производной второго порядка, позволит выявить все локальные оптимумы. Тогда сравнение значений индекса производительности всех локальных оптимумов вместе со значениями всех наборов граничных параметров приведет к глобальному оптимуму, соответствующий набор «параметров» которого, таким образом, будет представлять собой лучший дизайн. Однако на практике оптимизация обычно преследует несколько целей, а вопросы, связанные с деривативами, намного сложнее.

Работа с практическими целями

На практике объективное значение может быть зашумленным или даже нечисловым, и, следовательно, информация о его градиенте может быть ненадежной или недоступной. Это особенно верно, когда проблема является многоцелевой. В настоящее время многие проекты и усовершенствования в основном выполняются вручную, методом проб и ошибок с помощью пакета моделирования САПР . Обычно такое апостериорное обучение или корректировку необходимо повторять много раз, пока не появится «удовлетворительная» или «оптимальная» конструкция.

Полный поиск

Теоретически этот процесс корректировки можно автоматизировать с помощью компьютеризированного поиска, например исчерпывающего поиска . Поскольку это экспоненциальный алгоритм , он может не дать практических решений за ограниченный период времени.

Поиск за полиномиальное время

Одним из подходов к виртуальному проектированию и автоматизированному проектированию являются эволюционные вычисления, такие как эволюционные алгоритмы .

Эволюционные алгоритмы

Чтобы сократить время поиска, вместо этого можно использовать биологический эволюционный алгоритм (EA), который представляет собой (недетерминированный) полиномиальный алгоритм . Многоцелевая «поисковая группа» на базе EA может быть сопряжена с существующим пакетом моделирования САПР в пакетном режиме. Советник кодирует параметры проекта (кодирование необходимо, если некоторые параметры нечисловые) для уточнения нескольких кандидатов посредством параллельного и интерактивного поиска. В процессе поиска « отбор » осуществляется с использованием обучения « выживает наиболее приспособленный » апостериорного . Чтобы получить следующее «поколение» возможных решений, некоторые значения параметров обмениваются между двумя кандидатами (с помощью операции, называемой « кроссовер »), и вводятся новые значения (с помощью операции, называемой « мутация »). Таким образом, эволюционная техника использует информацию о прошлых испытаниях так же разумно, как и человек-проектировщик.

Оптимальные проекты на основе EA могут начинаться с существующей базы данных проектировщиков или с первоначального поколения потенциальных проектов, полученных случайным образом. Ряд тщательно разработанных и наиболее эффективных кандидатов будут представлять собой несколько автоматически оптимизированных цифровых прототипов.

Существуют веб-сайты, демонстрирующие интерактивные эволюционные алгоритмы дизайна. ^[17] позволяет вам создавать 3D-объекты онлайн и распечатывать их в 3D. ^[18] позволяет сделать то же самое для 2D-изображений.

См. также

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б Каменский, Л.А.; Лю, К.-Н. (1963). «Компьютерно-автоматизированное проектирование логики распознавания многошрифтной печати» . Журнал исследований и разработок IBM . 7 (1): 2. дои : 10.1147/рд.71.0002 . ISSN 0018-8646 .
^ Брнцик, М. (2000). «Компьютерное автоматизированное проектирование и компьютерное автоматизированное производство». Phys Med Rehabil Clin N Am . 11 (3): 701–13. дои : 10.1016/S1047-9651(18)30806-4 . ISSN 1047-9651 . ПМИД 10989487 .
^ Ли, Юн; Анг, Киам Хеонг; Чонг, Грегори Сай; Фэн, Вэньюань; Тан, Кей Чен; Кашиваги, Хироши (2004). «CAutoCSD - Эволюционный поиск и оптимизация позволили разработать автоматизированную систему управления» . Международный журнал автоматизации и вычислений . 1 (1): 76–88. дои : 10.1007/s11633-004-0076-8 . ISSN 1751-8520 . S2CID 55417415 . Архивировано из оригинала (PDF) 31 августа 2015 г.
^ Крамер, GJE; Грирсон, Делавэр (1989). «Компьютерное автоматизированное проектирование конструкций, подвергающихся динамическим нагрузкам». Компьютеры и конструкции . 32 (2): 313–325. дои : 10.1016/0045-7949(89)90043-6 . ISSN 0045-7949 .
^ Мохаррами, Х; Грирсон, Делавэр (1993). «Компьютерно-автоматизированное проектирование железобетонных конструкций». Журнал строительной техники . 119 (7): 2036–2058. дои : 10.1061/(ASCE)0733-9445(1993)119:7(2036) . ISSN 0045-7949 .
^ Сюй, Л; Грирсон, Делавэр (1993). «Компьютерно-автоматизированное проектирование полужестких стальных каркасов». Журнал строительной техники . 119 (6): 1740–1760. дои : 10.1061/(ASCE)0733-9445(1993)119:6(1740) . ISSN 0733-9445 .
^ Барсан, генеральный директор; Динсоряну, М. (1997). Компьютерно-автоматизированное проектирование на основе критериев конструктивных характеристик, Столетняя конференция Mouchel по инновациям в гражданском и строительном проектировании, 19–21 августа, КЕМБРИДЖ, АНГЛИЯ, ИННОВАЦИИ В ГРАЖДАНСКОМ И СТРУКТУРНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ, 167–172
^ Ли, Юн (1996). «Генетический алгоритмический автоматизированный подход к проектированию систем управления скользящим режимом». Международный журнал контроля . 63 (4): 721–739. дои : 10.1080/00207179608921865 . ISSN 0020-7179 .
^ Ли, Юн; Чви Ким, Нг; Чен Кай, Тан (1995). «Автоматизация проектирования линейных и нелинейных систем управления с помощью эволюционных вычислений» (PDF) . Тома трудов МФБ . 28 (16): 85–90. дои : 10.1016/S1474-6670(17)45158-5 . ISSN 1474-6670 .
^ Барсан, генеральный директор (1995). Компьютерно-автоматизированное проектирование полужестких стальных каркасов по ЕВРОКОДУ-3 . Северная конференция по стальному строительству 95, 19-21 июня. стр. 787–794.
^ Грей, Гэри Дж.; Мюррей-Смит, Дэвид Дж.; Ли, Юн; и др. (1998). «Идентификация структуры нелинейной модели с помощью генетического программирования» . Практика управления инженерной деятельностью . 6 (11): 1341–1352. дои : 10.1016/S0967-0661(98)00087-2 . ISSN 0967-0661 .
^ Чен, Йи; Ли, Юн (2018). Проектирование с использованием вычислительного интеллекта: в промышленной революции 4.0 . ЦРК Пресс. дои : 10.1201/9781315153179 . ISBN 9781498760669 . S2CID 115518530 .
^ Чжан, Чжи-хуэй; Чэнь, Ни; Чжун, Цзин-хуэй ; Эволюционные вычисления встречаются с машинным обучением: обзор» . Журнал IEEE Computational Intelligence Magazine . 6 (4): 68–75. doi : 10.1109/MCI.2011.942584 . ISSN 1556-603X . S2CID 6760276 .
^ Грегори С. Хорнби (2003). «Генераторные представления для систем автоматизированного проектирования» (PDF) . Почтовая остановка . 269 (3). Моффетт Филд, Калифорния: Исследовательский центр Эймса НАСА.
^ Клюн, Джефф; Липсон, Ход (2011). «Развитие трехмерных объектов с помощью генеративного кодирования, вдохновленного биологией развития» . ECAL 2011: 11-я Европейская конференция по искусственной жизни . Том. 2011. стр. 141–148. дои : 10.7551/978-0-262-29714-1-ch024 . ISBN 978-0-262-29714-1 . S2CID 267114914 .
^ Чжан, Чжи-Хуэй; Чжан, Цзюнь; Ли, Юн; Чанг, Генри Шу-Хунг (2009). «Адаптивная оптимизация роя частиц» . Транзакции IEEE о системах, человеке и кибернетике. Часть B: Кибернетика . 39 (6): 1362–1381. дои : 10.1109/TSMCB.2009.2015956 . ISSN 1083-4419 . ПМИД 19362911 .
^ EndlessForms.com. Архивировано 14 ноября 2018 г. на Wayback Machine.
^ PicBreeder.org. Архивировано 17 апреля 2021 г. на Wayback Machine.

Внешние ссылки

Интерактивный онлайн-демонстратор CAutoD на основе GA. Изучите шаг за шагом или посмотрите глобальную конвергенцию в 2-параметрическом CAutoD

[IBM-1] Перейти обратно: ^а ^б Каменский, Л.А.; Лю, К.-Н. (1963). «Компьютерно-автоматизированное проектирование логики распознавания многошрифтной печати» . Журнал исследований и разработок IBM . 7 (1): 2. дои : 10.1147/рд.71.0002 . ISSN 0018-8646 .

[2] Брнцик, М. (2000). «Компьютерное автоматизированное проектирование и компьютерное автоматизированное производство». Phys Med Rehabil Clin N Am . 11 (3): 701–13. дои : 10.1016/S1047-9651(18)30806-4 . ISSN 1047-9651 . ПМИД 10989487 .

[3] Ли, Юн; Анг, Киам Хеонг; Чонг, Грегори Сай; Фэн, Вэньюань; Тан, Кей Чен; Кашиваги, Хироши (2004). «CAutoCSD - Эволюционный поиск и оптимизация позволили разработать автоматизированную систему управления» . Международный журнал автоматизации и вычислений . 1 (1): 76–88. дои : 10.1007/s11633-004-0076-8 . ISSN 1751-8520 . S2CID 55417415 . Архивировано из оригинала (PDF) 31 августа 2015 г.

[4] Крамер, GJE; Грирсон, Делавэр (1989). «Компьютерное автоматизированное проектирование конструкций, подвергающихся динамическим нагрузкам». Компьютеры и конструкции . 32 (2): 313–325. дои : 10.1016/0045-7949(89)90043-6 . ISSN 0045-7949 .

[5] Мохаррами, Х; Грирсон, Делавэр (1993). «Компьютерно-автоматизированное проектирование железобетонных конструкций». Журнал строительной техники . 119 (7): 2036–2058. дои : 10.1061/(ASCE)0733-9445(1993)119:7(2036) . ISSN 0045-7949 .

[6] Сюй, Л; Грирсон, Делавэр (1993). «Компьютерно-автоматизированное проектирование полужестких стальных каркасов». Журнал строительной техники . 119 (6): 1740–1760. дои : 10.1061/(ASCE)0733-9445(1993)119:6(1740) . ISSN 0733-9445 .

[7] Барсан, генеральный директор; Динсоряну, М. (1997). Компьютерно-автоматизированное проектирование на основе критериев конструктивных характеристик, Столетняя конференция Mouchel по инновациям в гражданском и строительном проектировании, 19–21 августа, КЕМБРИДЖ, АНГЛИЯ, ИННОВАЦИИ В ГРАЖДАНСКОМ И СТРУКТУРНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ, 167–172

[8] Ли, Юн (1996). «Генетический алгоритмический автоматизированный подход к проектированию систем управления скользящим режимом». Международный журнал контроля . 63 (4): 721–739. дои : 10.1080/00207179608921865 . ISSN 0020-7179 .

[9] Ли, Юн; Чви Ким, Нг; Чен Кай, Тан (1995). «Автоматизация проектирования линейных и нелинейных систем управления с помощью эволюционных вычислений» (PDF) . Тома трудов МФБ . 28 (16): 85–90. дои : 10.1016/S1474-6670(17)45158-5 . ISSN 1474-6670 .

[10] Барсан, генеральный директор (1995). Компьютерно-автоматизированное проектирование полужестких стальных каркасов по ЕВРОКОДУ-3 . Северная конференция по стальному строительству 95, 19-21 июня. стр. 787–794.

[11] Грей, Гэри Дж.; Мюррей-Смит, Дэвид Дж.; Ли, Юн; и др. (1998). «Идентификация структуры нелинейной модели с помощью генетического программирования» . Практика управления инженерной деятельностью . 6 (11): 1341–1352. дои : 10.1016/S0967-0661(98)00087-2 . ISSN 0967-0661 .

[12] Чен, Йи; Ли, Юн (2018). Проектирование с использованием вычислительного интеллекта: в промышленной революции 4.0 . ЦРК Пресс. дои : 10.1201/9781315153179 . ISBN 9781498760669 . S2CID 115518530 .

[13] Чжан, Чжи-хуэй; Чэнь, Ни; Чжун, Цзин-хуэй ; Эволюционные вычисления встречаются с машинным обучением: обзор» . Журнал IEEE Computational Intelligence Magazine . 6 (4): 68–75. doi : 10.1109/MCI.2011.942584 . ISSN 1556-603X . S2CID 6760276 .

[14] Грегори С. Хорнби (2003). «Генераторные представления для систем автоматизированного проектирования» (PDF) . Почтовая остановка . 269 (3). Моффетт Филд, Калифорния: Исследовательский центр Эймса НАСА.

[15] Клюн, Джефф; Липсон, Ход (2011). «Развитие трехмерных объектов с помощью генеративного кодирования, вдохновленного биологией развития» . ECAL 2011: 11-я Европейская конференция по искусственной жизни . Том. 2011. стр. 141–148. дои : 10.7551/978-0-262-29714-1-ch024 . ISBN 978-0-262-29714-1 . S2CID 267114914 .

[16] Чжан, Чжи-Хуэй; Чжан, Цзюнь; Ли, Юн; Чанг, Генри Шу-Хунг (2009). «Адаптивная оптимизация роя частиц» . Транзакции IEEE о системах, человеке и кибернетике. Часть B: Кибернетика . 39 (6): 1362–1381. дои : 10.1109/TSMCB.2009.2015956 . ISSN 1083-4419 . ПМИД 19362911 .

[17] EndlessForms.com. Архивировано 14 ноября 2018 г. на Wayback Machine.

[18] PicBreeder.org. Архивировано 17 апреля 2021 г. на Wayback Machine.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]