4. Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả
2.1. Kỹ thuật KBE trong thiết kế và mô hình tiến hóa
Hiện nay máy tính hỗ trợ thiết kế hệ thống CAD/CAM/CAE thường được sử dụng trong thiết kế như một chương trình riêng biệt hoặc hệ thống tích hợp[8,11]. Hệ thống CAD hiện đại thường được sử dụng các công nghệ mới như: mô hình tham số, tạo mẫu ảo, mô hình vật rắn và bề mặt v.v…Ở giai đoạn hiện tại sự phát triển của các hệ thống này đặt trọng tâm chính cần quan tâm nằm trong việc áp dụng kiến thức trong thiết kế, cho phép cải thiện hơn nữa quá trình thiết kế và thiết kế kỹ
thuật đối tượng dựa trên kỹ thuật KBE (Knowledge – Based - Engineering).
Theo (Stokes,2001) [13], Kỹ thuật hệ thống KBE được định nghĩa là hệ thống sử dụng tích hợp các phần mềm máy tính cho việc tổng hợp và tái sử dụng kiến thức về một sản phẩm và con đường dẫn tới quá trình hình thành sản phẩm tốt nhất. Việc sử dụng kỹ thuật KBE sẽ kết nối với việc táisử dụng kiến thứcđã được thu thập từ các công việc trước đó. Điều đó mang lại thuận lợi trong việc thiết kế các chi tiết có hình dáng tương đồng nhau, các họ chi tiết hoặc thiết kế đó là nối tiếp trong việc phát triển sản phẩm.
Những nhiệm vụ được thực hiện một cách thường xuyên nói chung không gây ra các vấn đề không mong muốn nhưng những nhiệm vụ đó lập đi lặp lại, làm mất nhiều thời gian và gây tốn kém.
Theo Stokes (2001)[13], tỷ lệ phần trăm của công việc có tính chất lặp đi lặp lại trong quá trình thiết kế chiếm khoảng 80% thời gian, còn lại 20% cho các hoạt động sáng tạo. Tuy nhiên, sự hình thành một dự án hoàn chỉnh phụ thuộc phần lớn vào sự sáng tạo của các nhà thiết kế. Nói cách khác, để có một dự án hoàn chỉnh cần có sự trợ giúp từ hệ chuyên gia, những giải pháp tối ưu, để tăng thời gian dành cho thiết kế sáng tạo. Do vậy cần thiết phải giảm thời gian dành cho công việc có tính chất lặp đi lặp lại một cách đáng kể. Một trong những phương pháp nhằm giảm các công việc có tính chất lặp đi lặp lại là sử dụng kỹ thuật KBE (Hopgood, năm 2001[3]; Kusiak, 2000[6]; Stokes, 2001[13]). (Hình 4)
34
Ứng dụng kỹ thuật KBE để hỗ trợ quá trình thiết kế thường xuyên không làm giảm vai trò của một kỹ sư trong quá trình thiết kế nhưng phạm vi nhiệm vụ đã được thay đổi, mà kết quả được thể hiện trong việc số lượng thời gian dành cho hành động sáng tạo gia tăng.
Ứng dụng kỹ thuật KBE đã cho thấy những hiệu quả to lớn trong thiết kế, nhưng bên cạnh đó kỹ thuật KBE cũng cho thấy những mặt hạn chế trong một số trường hợp: Nó không thể thực hiện và xác định các giai đoạn cụ thể của quá trình thiết kế; công nghệ sản xuất thay đổi liên tục; vì một lý do nào đó không thể truy cập được các kiến thức về sản phẩm hoặc quy trình; các vấn đề đơn giản có thể giải quyết đơn giản mà không cần kỹ thuật KBE; một số công ty không mong muốn, không thể hoặc không cần phải thực hiện các kỹ thuật KBE.
Mặc dù nghiên cứu đã được tiến hành hướng tới ứng dụng chính thức với những kiến thức trong quá trình thiết kế. Một số giải pháp phức hợp của các hệ thống KBE tích hợp ứng dụng phương pháp tổng hợp kiến thức với các chức năng hiện đại của hệ thống CAD đã được tạo ra (Sandberg, 2003[9]; Revelle et al, 1998[10]). Mặt khác, có một nhóm lớn các hệ thống CAD có khả năng tương đối lớn cho việc biểu diễn và ghi lại kiến thức dưới một dạng của các chức năng sử dụng có sẵn. Tuy nhiên, các giả thuyết chính cho các ứng dụng của họ được xác định một cách chính xác và kiến thức thu được có mối quan hệ với quy trình đặc biệt và các quy tắc của họ, đó là các thực thể cấu trúc, chức năng của sản phẩm được thiết kế và những ràng buộc của chúng. Việc thiếu các phương pháp tích hợp kiến thức đã được nhận diện, thu thập và lưu trữ trong hệ thống (mà sau này sẽ được sử dụng một cách chính thức) tạo thành trở ngại chính cho việc áp dụng các chức năng này. CATIA (Skarka và Mazurek, 2005 [11]) có thể thực hiện để tạo ra mô hình tiến hóa của sản phẩm ứng dụng trong thiết kế.
Thuật toán di truyền xuất phát từ khái niệm lý thuyết Darwin của sự tồn tại thích hợp nhất và được đưa ra đầu năm 1975 bởi John Holland. Đặc trưng của thuật toán di truyền là sử dụng chính sự mã hóa của tập hợp biến quyết định, không phải là biến quyết định chính bản thân. Thuật toán di truyền tìm kiếm tập hợp các biến
35
quyết định của quần thể, sử dụng các thông tin từ hàm mục tiêu để tìm kiếm các quy tắc, phản ánh thuộc tính của quần thể, được truyền lại cho đời sau.
Mô hình tiến hóa được xây dựng trên cở sở thuật toán di truyền. Mô hình tiến hóa nói chung là mô hình tìm kiếm, chọn lựa các giải pháp tối ưu để giải quyết bài toán khác nhau dựa trên cơ chế chọn lọc tự nhiên của ngành di truyền học.
Mô hình tiến hóa trong thiết kế được xây dựng trên cơ sở mô hình hình học và được tăng cường các quy tắc kỹ thuật để xác định thiết kế. Mô hình hình học là đầu ra điển hình của hệ thống CAD tiên tiến, tuy nhiên mô hình hình học có sự khác nhau với mô hình tiến hóa. Mô hình hình học là mô hình của sản phẩm được thiết kế với các thuộc tính cố định (như kích thước và kết cấu), thì mô hình tiến hóa là sự trình bày lại một cách tổng quát của đối tượng bao gồm thông số hình học, thuộc tính duy truyền và quy luật tiến
hóa (hình 2.1). Hình 2.1: Mô hình tiến hóa
Nó là một kiểu ứng dụng để tạo ra các yêu cầu chức năng xác định của một mô hình hình học và là kết quả của mô hình tiến hóa với các giá trị đầu vào. Nói cách khác, nó là mô hình lớp thiết kế của sản phẩm thay vì thể hiện hình học sản phẩm. Mô hình tiến hóa, tự động sản sinh mô hình hình học, cho phép các nhà thiết kế tập trung vào các nhiệm vụ sáng tạo thay vì thiết kế mô hình hình học.
36