التصميم الآلي بواسطة الحاسوب

📅 آخر تحديث: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة

يشير مصطلح أتمتة التصميم عادةً إلى أتمتة التصميم الإلكتروني ، أو أتمتة التصميم التي تُعدّ مُهيئًا للمنتجات . وباعتبارها امتدادًا للتصميم بمساعدة الحاسوب (CAD)، فإن التصميم الآلي والتصميم الآلي بالحاسوب (CAutoD) [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] يهتمان بنطاق أوسع من التطبيقات، مثل هندسة السيارات ، والهندسة المدنية [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]، وتصميم المواد المركبة ، وهندسة التحكم [ 8 ] ، وتحديد وتحسين الأنظمة الديناميكية [ 9 ] ، والأنظمة المالية ، والمعدات الصناعية، وأنظمة الميكاترونيك ، والإنشاءات الفولاذية [ 10 ] ، والتحسين الهيكلي [ 11 ] ، وابتكار أنظمة جديدة [ 12 ] .

ربما ظهر مفهوم CAutoD لأول مرة في عام 1963، في مجلة IBM للبحث والتطوير، [ 1 ] حيث تمت كتابة برنامج كمبيوتر.

  1. البحث عن دوائر منطقية ذات قيود معينة على تصميم الأجهزة
  2. لتقييم هذه المنطق من حيث قدرتها على التمييز بين عينات من مجموعة الأحرف التي من المتوقع أن تتعرف عليها.

في الآونة الأخيرة، لوحظ تحول محاكاة التصميم بمساعدة الحاسوب التقليدية إلى التصميم بمساعدة الحاسوب التلقائي (CAutoD) من خلال التعلم الآلي المستوحى من علم الأحياء ، [ 13 ] بما في ذلك تقنيات البحث الاستدلالي مثل الحوسبة التطورية ، [ 14 ] [ 15 ] وخوارزميات ذكاء الأسراب . [ 16 ]

توجيه التصاميم من خلال تحسينات الأداء

التفاعل في التصميم الآلي بالحاسوب

لتلبية الطلب المتزايد باستمرار على الجودة والتنافسية، غالبًا ما يُستبدل النمذجة المادية التكرارية بالنمذجة الرقمية لتصميم جيد، يهدف إلى تحقيق أهداف متعددة مثل زيادة الإنتاج، وكفاءة الطاقة، وأعلى سرعة، وفعالية التكلفة. تتعلق مشكلة التصميم بإيجاد أفضل تصميم ضمن نطاق معروف (أي من خلال التعلم أو التحسين)، وإيجاد تصميم جديد وأفضل يتجاوز التصاميم الحالية (أي من خلال الإبداع والابتكار). وهذا يُعادل مشكلة بحث في فضاء متعدد الأبعاد (متعدد المتغيرات) ومتعدد الأنماط، يكاد يكون مؤكدًا، بهدف واحد (أو أهداف متعددة) أو أهداف متعددة.

دالة الهدف المعيارية: التكلفة مقابل اللياقة

باستخدام CAutoD أحادي الهدف كمثال، إذا كانت دالة الهدف، سواء كانت دالة تكلفةج∈[0،∞){\displaystyle J\in [0,\infty )}أو بالعكس، كدالة لياقةو∈(0،1]{\displaystyle f\in (0,1]}، أين

و=ج1+ج{\displaystyle f={\tfrac {J}{1+J}}}،

بما أن الدالة قابلة للتفاضل في ظل قيود عملية في الفضاء متعدد الأبعاد، يمكن حل مشكلة التصميم تحليليًا. إن إيجاد مجموعات المعاملات التي ينتج عنها مشتقة من الرتبة الأولى تساوي صفرًا، والتي تحقق شروط المشتقة من الرتبة الثانية، من شأنه أن يكشف جميع الحلول المثلى المحلية. ثم إن مقارنة قيم مؤشر الأداء لجميع الحلول المثلى المحلية، إلى جانب قيم جميع مجموعات معاملات الحدود، سيؤدي إلى الحل الأمثل العالمي، الذي ستمثل مجموعة معاملاته التصميم الأمثل. مع ذلك، في الواقع العملي، عادةً ما تتضمن عملية التحسين أهدافًا متعددة، وتكون المسائل المتعلقة بالمشتقات أكثر تعقيدًا.

التعامل مع الأهداف العملية

عمليًا، قد تكون القيمة المستهدفة غير دقيقة أو حتى غير رقمية، وبالتالي قد تكون معلومات تدرجها غير موثوقة أو غير متاحة. ويصدق هذا بشكل خاص عندما تكون المشكلة متعددة الأهداف. في الوقت الحالي، تُجرى العديد من التصاميم والتحسينات بشكل أساسي من خلال عملية تجريبية يدوية بمساعدة برنامج محاكاة التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) . عادةً، يتطلب هذا التعلم اللاحق أو التعديلات تكرارًا عدة مرات حتى يتم التوصل إلى تصميم "مرضٍ" أو "أمثل".

نظرياً، يمكن أتمتة عملية التعديل هذه باستخدام البحث المحوسب، مثل البحث الشامل . ولأن هذه خوارزمية أسية ، فقد لا تُقدّم حلولاً عملية خلال فترة زمنية محدودة.

البحث في وقت متعدد الحدود

أحد أساليب الهندسة الافتراضية والتصميم الآلي هو الحوسبة التطورية مثل الخوارزميات التطورية .

الخوارزميات التطورية

لتقليل وقت البحث، يمكن استخدام الخوارزمية التطورية المستوحاة من علم الأحياء، وهي خوارزمية متعددة الحدود (غير حتمية) . يمكن ربط "فريق البحث" متعدد الأهداف القائم على الخوارزمية التطورية مع حزمة محاكاة CAD موجودة في وضع الدُفعات. تقوم الخوارزمية التطورية بترميز معلمات التصميم (الترميز ضروري إذا كانت بعض المعلمات غير رقمية) لتحسين عدة مرشحين من خلال بحث متوازٍ وتفاعلي. في عملية البحث، يتم " الاختيار " باستخدام " بقاء الأصلح " للتعلم اللاحق . للحصول على "الجيل" التالي من الحلول الممكنة، يتم تبادل بعض قيم المعلمات بين مرشحين (من خلال عملية تسمى " التزاوج ") وإدخال قيم جديدة (من خلال عملية تسمى " الطفرة "). بهذه الطريقة، تستفيد التقنية التطورية من معلومات التجارب السابقة بطريقة ذكية مماثلة للمصمم البشري.

يمكن أن تبدأ التصاميم المثلى القائمة على الخوارزميات التطورية من قاعدة بيانات التصميم الحالية للمصمم، أو من جيل أولي من التصاميم المرشحة التي يتم الحصول عليها عشوائيًا. وسيمثل عدد من التصاميم المرشحة عالية الأداء والمتطورة بدقة عدة نماذج أولية رقمية مُحسَّنة تلقائيًا.

توجد مواقع إلكترونية تعرض خوارزميات تطورية تفاعلية للتصميم. [ 17 ] يتيح لك تطوير مجسمات ثلاثية الأبعاد عبر الإنترنت وطباعتها ثلاثية الأبعاد. [ 18 ] يتيح لك فعل الشيء نفسه مع الصور ثنائية الأبعاد.

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 كامينتسكي، إل إيه؛ ليو، سي-إن. (1963). "التصميم الآلي الحاسوبي لمنطق التعرف على الطباعة متعددة الخطوط" . مجلة آي بي إم للبحوث والتطوير . 7 (1): 2. doi : 10.1147/rd.71.0002 . ISSN 0018-8646 . 
  2. ↑ برنسيك، م (2000). "التصميم والتصنيع الآليان بالحاسوب". مجلة الطب الفيزيائي وإعادة التأهيل السريري لأمريكا الشمالية . 11 (3): 701-713 . doi : 10.1016/S1047-9651(18)30806-4 . ISSN 1047-9651 . PMID 10989487 .  
  3. ↑ لي، يون؛ أنغ، كيام هيونغ؛ تشونغ، غريغوري سي واي؛ فينغ، وينيوان؛ تان، كاي تشين؛ كاشيواغي، هيروشي (2004). "CAutoCSD - تصميم نظام تحكم آلي حاسوبي مُمكّن بالبحث والتحسين التطوري" . المجلة الدولية للأتمتة والحوسبة . 1 (1): 76-88 . doi : 10.1007/s11633-004-0076-8 . ISSN 1751-8520 . S2CID 55417415. مؤرشف من الأصل (PDF) بتاريخ 31 أغسطس 2015.  
  4. ↑ كريمر، جي جي إي؛ غريرسون، دي إي (1989). "التصميم الآلي للهياكل تحت الأحمال الديناميكية باستخدام الحاسوب". الحواسيب والهياكل . 32 (2): 313-325 . doi : 10.1016/0045-7949(89)90043-6 . ISSN 0045-7949 . 
  5. ↑ محرامي، ح؛ غريرسون، د. إي. (1993). "التصميم الآلي المحوسب لهياكل الخرسانة المسلحة". مجلة الهندسة الإنشائية . 119 (7): 2036-2058 . doi : 10.1061/(ASCE)0733-9445(1993)119:7(2036) . ISSN 0045-7949 . 
  6. ↑ Xu, L; Grierson, DE (1993). "التصميم الآلي المحوسب للهياكل الفولاذية شبه الصلبة". مجلة الهندسة الإنشائية . 119 (6): 1740–1760 . doi : 10.1061/(ASCE)0733-9445(1993)119:6(1740) . ISSN 0733-9445 . 
  7. ↑ بارسان، جي إم؛ دينسورينو، إم، (1997). التصميم الآلي بالحاسوب بناءً على معايير الأداء الهيكلي، مؤتمر موشيل المئوي للابتكار في الهندسة المدنية والإنشائية، 19-21 أغسطس، كامبريدج، إنجلترا، الابتكار في الهندسة المدنية والإنشائية، 167-172
  8. ↑ لي، يون (1996). "نهج آلي باستخدام الخوارزمية الجينية لتصميم أنظمة التحكم بالنمط الانزلاقي". المجلة الدولية للتحكم . 63 (4): 721-739 . doi : 10.1080/00207179608921865 . ISSN 0020-7179 . 
  9. ↑ لي، يون؛ تشوي كيم، نغ؛ تشين كاي، تان (1995). "أتمتة تصميم أنظمة التحكم الخطية وغير الخطية باستخدام الحوسبة التطورية" (ملف PDF) . مجلدات وقائع الاتحاد الدولي للتحكم الآلي . 28 (16): 85-90 . doi : 10.1016/S1474-6670(17)45158-5 . ISSN 1474-6670 . 
  10. ↑ بارسان، جي إم (1995). التصميم الآلي المحوسب للهياكل الفولاذية شبه الصلبة وفقًا للمعيار الأوروبي الثالث (EUROCODE-3) . المؤتمر النوردي للإنشاءات الفولاذية 95، 19-21 يونيو. الصفحات 787-794 . 
  11. ↑ غراي، غاري جيه؛ موراي-سميث، ديفيد جيه؛ لي، يون؛ وآخرون (1998). "تحديد بنية النموذج غير الخطي باستخدام البرمجة الجينية" . مجلة هندسة التحكم التطبيقية . 6 (11): 1341-1352 . doi : 10.1016/S0967-0661(98)00087-2 . ISSN 0967-0661 .  
  12. ↑ تشين، يي؛ لي، يون (2018). التصميم بمساعدة الذكاء الحسابي: في الثورة الصناعية الرابعة . مطبعة سي آر سي. doi : 10.1201/9781315153179 . ISBN 9781498760669. S2CID 115518530 . 
  13. ^ تشانغ، يونيو؛ زان، تشي هوي؛ لين، ينغ؛ تشن، ني. غونغ، يو جياو؛ تشونغ، جينغ هوي؛ تشونغ ، هنري ش. لي، يون؛ شي يو هوي (نوفمبر 2011). “الحساب التطوري يلتقي بالتعلم الآلي: مسح”. مجلة IEEE للذكاء الحسابي . 6 (4): 68– 75. بيب كود : 2011ICIM....6d..68Z . دوى : 10.1109/MCI.2011.942584 . ISSN 1556-603X . S2CID 6760276 .  
  14. ↑ غريغوري س. هورنبي (2003). "التمثيلات التوليدية لأنظمة التصميم الآلي بالحاسوب" (ملف PDF) . Mail Stop . 269 (3). موفيت فيلد، كاليفورنيا: مركز أبحاث ناسا أميس.
  15. ↑ كلون، جيف؛ ليبسون، هود (2011). "تطوير أجسام ثلاثية الأبعاد باستخدام ترميز توليدي مستوحى من علم الأحياء النمائي" . المؤتمر الأوروبي الحادي عشر للحياة الاصطناعية ECAL 2011. المجلد 2011. الصفحات 141-148 . doi : 10.7551/978-0-262-29714-1-ch024 . ISBN   978-0-262-29714-1. S2CID 267114914 . 
  16. ↑ زان، تشي-هوي؛ تشانغ، جون؛ لي، يون؛ تشونغ، هنري شو-هونغ (2009). "تحسين سرب الجسيمات التكيفي". معاملات IEEE في الأنظمة والإنسان وعلم التحكم الآلي - الجزء ب: علم التحكم الآلي . 39 (6): 1362-1381 . Bibcode : 2009ITSMB..39.1362Z . doi : 10.1109/TSMCB.2009.2015956 . ISSN 1083-4419 . PMID 19362911 .  
  17. ↑ تم أرشفة موقع EndlessForms.com بتاريخ 14 نوفمبر 2018 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine) .
  18. ↑ PicBreeder.org مؤرشف بتاريخ 17 أبريل 2021 في Wayback Machine