專利名稱：優(yōu)化專家系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個或多個專家系統(tǒng)，特別地，涉及用于仿真或優(yōu)化系統(tǒng)的專家系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
仿真系統(tǒng)用于仿真設(shè)備或處理。例如，創(chuàng)建一個仿真器來仿真一個被設(shè)計為特殊規(guī)格的發(fā)動機(jī)的性能。然而，要從進(jìn)氣到排氣來詳細(xì)說明一個完整的發(fā)動機(jī)，可能要求指定超過一千個屬性。例如，定義每個氣缸中的氣門通常要求指定進(jìn)氣和排氣門的數(shù)量，每個氣門的直徑，包括每個氣門的升程、開啟和關(guān)閉每個氣門的時間和速度在內(nèi)的凸輪特性，等等。當(dāng)然，一個典型的現(xiàn)代發(fā)動機(jī)還有許多其它復(fù)雜的部分，因此看來定義一個完整可用的發(fā)動機(jī)是一件復(fù)雜的任務(wù)，但這對于進(jìn)行全面的仿真又是必需的。因此，需要有一種只給出由用戶提供的有限特征就可指定一個完整模型的所有屬性的專家系統(tǒng)。還需要一種為將來再次使用而保存模型的專家系統(tǒng)。
優(yōu)化系統(tǒng)也用于仿真多個模型來找到一個或多個最能實(shí)現(xiàn)一個或多個目標(biāo)的模型。例如，創(chuàng)建了一個可以改變發(fā)動機(jī)的一個或多個屬性、根據(jù)每個發(fā)動機(jī)的變化來進(jìn)行仿真、并且對每個仿真性能之間進(jìn)行比較以確定一個或多個最優(yōu)的發(fā)動機(jī)配置的優(yōu)化系統(tǒng)。然而，優(yōu)化策略通常是復(fù)雜的，要求定義許多以微妙的方式彼此影響的屬性。例如，可以選擇定義邊界的設(shè)計空間，以至于優(yōu)化系統(tǒng)在優(yōu)化過程中能夠改變屬性值?？梢赃x擇設(shè)計公差屬性以在所考慮的設(shè)計空間范圍內(nèi)確定數(shù)值的近似程度。此外可以利用隨機(jī)選擇在設(shè)計空間內(nèi)的所有公差點(diǎn)中挑選一部分進(jìn)行仿真。因此，設(shè)計空間的大小、設(shè)計空間內(nèi)所考慮的數(shù)值的近似度和設(shè)計空間內(nèi)被隨機(jī)選擇來進(jìn)行仿真的部分值以一種特別是對于新設(shè)計者來說的復(fù)雜的方式纏繞在一起。因此，需要有一種只給出由用戶提供的有限特征就可指定一個完整優(yōu)化策略的所有屬性的專家系統(tǒng)。還需要一種為將來再次使用而保存經(jīng)認(rèn)可的策略的專家系統(tǒng)。
還希望創(chuàng)建一種針對于優(yōu)化一個模型的特定方面并且也可應(yīng)用于例如一個不同尺寸的相似模型的相同方面的策略?？梢詮陌l(fā)動機(jī)的幾何形狀在有單個氣缸和小排量的小型發(fā)動機(jī)到有十二個或更多氣缸和大排量的發(fā)動機(jī)之間變化這一事實(shí)中得出與發(fā)動機(jī)有關(guān)的例子。通常存在對小型和大型發(fā)動機(jī)來說都很常見的需求，然而，這可以由相同的策略來解決，如果該策略是基于發(fā)動機(jī)的大小或其中一部分。因此，還需要地定義在仿真期間屬性變化的方式，以便那些符號化的定義對于不同大小和配置的模型都是適用的。還需要有一種為再次使用而保存符號化的定義的專家系統(tǒng)。


在此提供并且構(gòu)成本說明書一部分的包括本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例的附圖，以及上述的一般性描述和下面將給出的詳細(xì)描述，用于依照被預(yù)期來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式來公開本發(fā)明的原理。
圖1是本發(fā)明一個實(shí)施例中的一個設(shè)計優(yōu)化流程圖的實(shí)施例；圖2用圖描繪了排氣管長度和直徑的仿真的一組采樣；圖3表示一種在本發(fā)明一個實(shí)施例中為確定探測的組合值的方法；圖4描繪了一種在本發(fā)明一個實(shí)施例中的公差確定方法；圖5表示一種在本發(fā)明一個實(shí)施例中進(jìn)行探測的方法；圖6表示在本發(fā)明一個實(shí)施例中的優(yōu)化；圖7a表示獨(dú)立變化的變量的一個實(shí)施例；圖7b表示組合變化的變量的一個實(shí)施例；圖8表示一個在本發(fā)明一個實(shí)施例中的設(shè)計屏幕；圖9表示有一個打開的專家發(fā)動機(jī)模板實(shí)施例的圖8的所述設(shè)計屏幕；圖10表示有成為所述專家發(fā)動機(jī)模板中的值的圖9的所述設(shè)計屏幕；圖11表示有一個在其中定義的發(fā)動機(jī)的圖8的所述設(shè)計屏幕；圖12表示有一個打開為選中目標(biāo)標(biāo)簽的目的說明屏幕實(shí)施例的圖8的所述設(shè)計屏幕；圖13表示有一個打開的目標(biāo)設(shè)置對話框?qū)嵤├膱D12的所述設(shè)計屏幕和選中目標(biāo)標(biāo)簽的目的說明屏幕；圖14表示有打開為選中速度鉤標(biāo)簽的所述目的說明屏幕的圖8的所述設(shè)計屏幕；圖15表示有打開為選中穩(wěn)定性標(biāo)簽的所述目的說明屏幕的圖8的所述設(shè)計屏幕；圖16表示有打開為選中仿真標(biāo)簽的所述目的說明屏幕的圖8的所述設(shè)計屏幕；圖17表示有打開為選中燃料標(biāo)簽的所述目的說明屏幕的圖8的所述設(shè)計屏幕；圖18表示有一個打開的自動發(fā)動機(jī)設(shè)計策略屏幕實(shí)施例的圖8的所述設(shè)計屏幕；圖19表示有一個打開為選中變量標(biāo)簽的自動發(fā)動機(jī)設(shè)計策略屏幕并且有一個打開的優(yōu)化變量設(shè)置窗口實(shí)施例的圖8的所述設(shè)計屏幕；圖20表示有一個打開為選中約束標(biāo)簽的自動發(fā)動機(jī)設(shè)計策略屏幕的圖8的所述設(shè)計屏幕；圖21表示在圖20中選中約束標(biāo)簽時有一個打開的編輯策略公式屏幕實(shí)施例的所述自動發(fā)動機(jī)設(shè)計策略屏幕；圖22表示一個選中所述約束標(biāo)簽時的選擇變量屏幕的實(shí)施例；圖23表示有打開為選中推理機(jī)標(biāo)簽的所述自動發(fā)動機(jī)設(shè)計策略屏幕的圖8的所述設(shè)計屏幕；圖24表示有一個打開的符號元件分析屏幕實(shí)施例的圖8的所述設(shè)計屏幕；圖25表示一個自動發(fā)動機(jī)設(shè)計專家系統(tǒng)屏幕的實(shí)施例；圖26表示從所述發(fā)動機(jī)設(shè)計專家系統(tǒng)屏幕選擇一個自動發(fā)動機(jī)設(shè)計；以及圖27表示一個應(yīng)用特殊接口屏幕的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將詳細(xì)解釋本專家系統(tǒng)的首選實(shí)施例，其例子在附圖中表示。應(yīng)當(dāng)理解在此提供的附圖和實(shí)施例的描述表示并說明了有特殊關(guān)聯(lián)的元件，同時出于清晰說明的目的，省去了在典型計算機(jī)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中可見到的其它元件。
本專家系統(tǒng)對某些現(xiàn)有設(shè)計方法和系統(tǒng)的缺點(diǎn)提供了解決方案。那些掌握技術(shù)中普通技能的人將會意識到雖然是針對發(fā)動機(jī)設(shè)計來描述本發(fā)明實(shí)施例的，但本發(fā)明的這些特征可以應(yīng)用于發(fā)動機(jī)設(shè)計之外。例如，在此公開和要求的專家系統(tǒng)技術(shù)可被應(yīng)用于不同目的的仿真和優(yōu)化系統(tǒng)以及一般的復(fù)雜計算系統(tǒng)。在此描述的用戶接口也可被應(yīng)用于多種有用的應(yīng)用中。因此，雖然本發(fā)明的某些實(shí)施例針對的是發(fā)動機(jī)設(shè)計，但應(yīng)當(dāng)意識到本發(fā)明及其特征在多種應(yīng)用中都是有用的。在本實(shí)施例的下述詳細(xì)描述中，本設(shè)計優(yōu)化的其它細(xì)節(jié)、特征和優(yōu)勢將會更加顯而易見。
在此描述了用于實(shí)現(xiàn)專家系統(tǒng)的系統(tǒng)、裝置和方法，包括基于裝置的處理器、基于系統(tǒng)的多處理器、以及當(dāng)被一個處理器運(yùn)行時引起該處理器執(zhí)行專家系統(tǒng)功能的包含指令的產(chǎn)品。在本說明書中對“一個實(shí)施例”、“某個實(shí)施例”的任何參考或?qū)?shí)施例的相似參照，意在表明針對所述實(shí)施例描述的一個具體特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本發(fā)明的至少一個實(shí)施例中。在本說明書中不同地方出現(xiàn)的這種術(shù)語并不都是指同一個實(shí)施例。而且對“或”的參考旨在表示包含性的，因此“或”可以表示一個或另一個經(jīng)過“或”運(yùn)算的術(shù)語或不止一個經(jīng)過“或”運(yùn)算的術(shù)語。
雖然本發(fā)明可以用于優(yōu)化多種復(fù)雜的裝置和處理，但下述實(shí)施例針對使用本發(fā)明來優(yōu)化一個內(nèi)燃機(jī)。這種發(fā)動機(jī)有許多有助于發(fā)動機(jī)操作的屬性和許多希望達(dá)到的目標(biāo)。一個內(nèi)燃機(jī)的屬性包括，例如氣門數(shù)量和大小，活塞直徑和沖程，點(diǎn)火時間，燃料運(yùn)輸、數(shù)量和時間以及排氣管的直徑和長度。一個內(nèi)燃機(jī)的操作目標(biāo)包括，例如燃料消耗，噴射，轉(zhuǎn)矩和功率。
在下文的描述中，術(shù)語“變量組”用于表示可以用于運(yùn)行單個仿真的一組變量值?！斑\(yùn)行”或“仿真”是在給定測試條件下對一組變量運(yùn)行一個仿真的動作?！皽y試過程”是運(yùn)行發(fā)生時的一組測試條件。“結(jié)果”包括依照測試條件來自于一組變量的仿真的特征或非獨(dú)立變量的值。術(shù)語“解決方案”指的是一組用來評估目標(biāo)的一個或多個運(yùn)行。術(shù)語“通過”表示解決方案的集合，其被分類以找到最優(yōu)變量組。術(shù)語“最優(yōu)”用于表示局部最優(yōu)，其是來自于通過的解決方案分類組中最好的變量組?！澳Ｐ汀笔且唤M可被“仿真”的變量，“設(shè)計配置”是體現(xiàn)一個設(shè)計的模型。
專家系統(tǒng)通常是一個仿真有特定領(lǐng)域?qū)＜抑R和經(jīng)驗的人或組織的判斷和行為的計算機(jī)程序。通常，這種系統(tǒng)包括一個包含基于用戶和所述專家系統(tǒng)的累積經(jīng)驗的信息的知識庫。現(xiàn)在專家系統(tǒng)主要是以其協(xié)助診斷難題的能力而著稱。例如，計算機(jī)專業(yè)人員可以利用專家系統(tǒng)來指導(dǎo)他們通過現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)的復(fù)雜相互作用來診斷計算機(jī)系統(tǒng)故障的原因。醫(yī)生也可以使用專家系統(tǒng)來協(xié)助他們在一個對于疾病和病痛了解很多、但所知多數(shù)是重疊的和相互矛盾的現(xiàn)代世界中來診斷病人的疾病。
本專家系統(tǒng)考慮了一種用于幫助希望仿真復(fù)雜設(shè)備或處理以估計那些設(shè)備或處理的操作的設(shè)計者的專家系統(tǒng)。例如，設(shè)備的設(shè)計者通常希望在構(gòu)建原型設(shè)備之前就仿真那些設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)并證明其為最可行的程度。復(fù)雜設(shè)備的仿真通常比構(gòu)建這樣的設(shè)備快得多而且便宜得多。然而，復(fù)雜的設(shè)備，甚至是眾所周知的設(shè)備例如汽車發(fā)動機(jī)，在為進(jìn)行仿真而定義時常常如此復(fù)雜以至于它要求專家創(chuàng)建一個將被仿真的發(fā)動機(jī)定義和一個如何進(jìn)行該仿真的策略。因此，本發(fā)明提供了一個專業(yè)知識的知識庫，其可被專業(yè)設(shè)計者和新設(shè)計者利用以使用來自人類設(shè)計者的有限信息來定義復(fù)雜模型和策略。
本發(fā)明實(shí)施例中利用的知識庫可以包括一個機(jī)器可讀并且包含所述系統(tǒng)中利用的知識的數(shù)據(jù)庫。該知識可以包括，例如，與目標(biāo)有關(guān)的信息，如目標(biāo)和測試過程定義；與策略有關(guān)的信息，如優(yōu)化規(guī)則；與模型有關(guān)的信息；以及仿真和優(yōu)化的結(jié)果。那些專家系統(tǒng)的知識庫可以有助于跟蹤包含在知識庫中的信息通過仿真或優(yōu)化而產(chǎn)生的變化和進(jìn)入仿真或優(yōu)化系統(tǒng)的新信息產(chǎn)生的變化。
比較特征也可以與知識庫有關(guān)，其比較在優(yōu)化中使用的信息和包含在知識庫中的信息以確定什么是新信息并將新信息自動保存在知識庫中。因此，可以擴(kuò)大并改善專家系統(tǒng)的知識庫。例如，可以將由設(shè)計者和/或?qū)＜蚁到y(tǒng)創(chuàng)建的每個新模型保存在知識庫中，從而構(gòu)建一個在將來的優(yōu)化中可以使用或修改使用的全面的模型庫。相似地，可以將由設(shè)計者和/或?qū)＜蚁到y(tǒng)創(chuàng)建的每個新策略保存在知識庫中，從而構(gòu)建一個全面的策略庫。作為替代地，管理將被保存的信息的規(guī)則可用于，例如只保存提供了改進(jìn)結(jié)果的信息。保存在數(shù)據(jù)庫中的每個模型或策略的質(zhì)量也可以通過，例如將它們分類為經(jīng)認(rèn)可的用于證實(shí)的模型和策略、未經(jīng)認(rèn)可的用于實(shí)驗?zāi)Ｐ秃筒呗?、或外來的用于被引入系統(tǒng)中的來自別處的模型和策略，以進(jìn)行維護(hù)。
也可以維護(hù)保存在知識庫中的數(shù)據(jù)的演化，以便可以回顧創(chuàng)建該數(shù)據(jù)的處理。例如，可以以家譜的形式來維護(hù)被修改以創(chuàng)建一個新策略的策略。還可以出于跟蹤的目的保存創(chuàng)建知識庫中的信息的人或工作站以及創(chuàng)建該信息的時間。可以例如由管理層來使用演化數(shù)據(jù)以確定創(chuàng)建最高質(zhì)量模型和策略的人和處理。
因此，本專家系統(tǒng)可以提供，例如知識庫中各種配置的完整設(shè)備定義。然后專家系統(tǒng)可以將由設(shè)計者以例如模板的方式輸入的設(shè)備屬性與一個或多個最緊密地對應(yīng)于輸入屬性的完整設(shè)備定義進(jìn)行匹配，并選擇一個或多個完整設(shè)備定義以進(jìn)一步使用。
相似地，本專家系統(tǒng)可以提供，例如知識庫中的完整策略定義。那些策略定義可以，例如定義如何仿真各種設(shè)備和如何公式化各種目標(biāo)的解決方案。然后本專家系統(tǒng)可以將由設(shè)計者以例如模板的方式輸入的策略屬性與一個或多個最緊密地對應(yīng)于輸入屬性的完整策略定義進(jìn)行匹配，并保存一個或多個完整策略定義以進(jìn)一步使用。
在一個實(shí)施例中，本專家系統(tǒng)用于協(xié)助優(yōu)化。在此提供的用于本例中的優(yōu)化系統(tǒng)包括三個主要方面一個定義仿真器所要求的所有屬性的值的基本模型，一個大體涉及優(yōu)化目標(biāo)的目的，以及一個大體涉及優(yōu)化期間基本模型將改變的屬性及其在優(yōu)化期間改變的程度的策略。
因此，本專家系統(tǒng)的實(shí)施例利用一個作為將被修改的屬性和元件的起始定義的基本設(shè)計來創(chuàng)建一個優(yōu)化的設(shè)計。本專家系統(tǒng)還利用包含一個或多個要求的目的，其中每個要求包含一個或多個目標(biāo)以及一個或多個測試過程。本專家系統(tǒng)也利用了包括一個或多個變量、約束和一個推理機(jī)的策略。
用于優(yōu)化的規(guī)則可以分布遍及于優(yōu)化系統(tǒng)中。例如，用于屬性的規(guī)則可以通過，例如使用基于另一屬性的公式來定義一個屬性，從而嵌入在基本模型中。規(guī)則也可以嵌入在目的(objective)中。例如，一個目標(biāo)(goal)是否要最小化、最大化、匹配、作為上限使用、或作為下限使用，都是可以定義在目的中的規(guī)則。多個目標(biāo)的衡量也可以定義在目的中。也可以為目的中一個或多個目標(biāo)中的每一個將權(quán)重應(yīng)用于多個點(diǎn)。例如，可以在具體的rpm點(diǎn)評估目標(biāo)。然后如果需要，可以獨(dú)立加權(quán)那些點(diǎn)中的每一個。而且規(guī)則可以嵌入在策略中。例如，可以在策略中定義變量參數(shù)、約束(例如用于計算某個屬性的公式)、以及測探規(guī)則。
在優(yōu)化系統(tǒng)的多個區(qū)域中嵌入規(guī)則的區(qū)別是應(yīng)用規(guī)則的順序。例如，如果一個附到發(fā)動機(jī)上的管道在基本模型中由一個使出口直徑等于入口直徑的公式定義、并且該管道在策略中被定義為出口和入口直徑可以變化，那么那些規(guī)則執(zhí)行的優(yōu)先權(quán)或順序?qū)⒋_定在優(yōu)化中是否要求直管道或者是否可以產(chǎn)生非直管道。
基本模型或基本設(shè)計配置可以包括將由規(guī)則修改的屬性或元件的起始定義以創(chuàng)建一個優(yōu)化的設(shè)計。“最佳模型”可以是，例如當(dāng)目標(biāo)的指示是匹配一個或多個特定值時，一個最緊密地接近那些值的模型；當(dāng)目標(biāo)是最大化該值時，一個提供最高結(jié)果值的模型；或者當(dāng)目標(biāo)是最小化該值時，一個提供最低結(jié)果值的模型。基本設(shè)計可以包括仿真設(shè)計所需要的所有屬性。而且設(shè)計屬性可以進(jìn)一步保存在設(shè)計屬性庫中。這里，本例中利用的設(shè)計是一個發(fā)動機(jī)設(shè)計，以便在那些發(fā)動機(jī)例子中的基本設(shè)計配置被稱為“基本發(fā)動機(jī)”。因此，那些屬性可以包括尺寸數(shù)據(jù)，例如進(jìn)氣增壓室的尺寸、進(jìn)氣管長度和直徑、排氣管長度和直徑、進(jìn)氣門直徑、排氣門直徑、以及氣缸長度和直徑。那些屬性也可以包括其它數(shù)據(jù)，例如感應(yīng)的數(shù)據(jù)包括進(jìn)氣壓、排氣壓，以及節(jié)氣門位置。而且屬性可以根據(jù)例如元件來邏輯地分組，以便通常組合使用的排氣管長度和排氣管直徑可以分在一組中以定義一個排氣管元件。然后可以給那些元件分配名字以便一個元件的所有屬性被分組到一個唯一的發(fā)動機(jī)元件名。然后本優(yōu)化可以改變選擇的屬性和具有那些變化屬性的發(fā)動機(jī)的仿真操作，從而實(shí)現(xiàn)一個或多個目標(biāo)。
圖1表示本發(fā)明的一個設(shè)計優(yōu)化100。在圖1所示的實(shí)施例中，設(shè)計優(yōu)化100包括2個操作階段設(shè)計和執(zhí)行。設(shè)計包括指定目標(biāo)102、指定變量104、指定約束106、指定實(shí)驗的設(shè)計108和指定優(yōu)化110。執(zhí)行階段包括探測112和解決114。
在102，可以指定包含一個或多個優(yōu)化目標(biāo)的目的。目的(objective)可以包括優(yōu)化的所需結(jié)果的定義。目標(biāo)(goal)可以有至少三個組成部分一個特性、一個指示和一個值。每個特性可以進(jìn)一步是一個將被優(yōu)化的實(shí)體，像例如一個發(fā)動機(jī)的性能特性。指示指導(dǎo)期望用特性實(shí)現(xiàn)什么。例如，一個指示可以是最大化特性值、最小化特性值或匹配一個或多個所需特性值的指導(dǎo)。該值可以提供目的標(biāo)準(zhǔn)以比較每個設(shè)計配置達(dá)到所需結(jié)果的程度。在某些情況下，被最小化或最大化的目標(biāo)可以沒有關(guān)聯(lián)值，而被匹配的目標(biāo)通常有至少一個關(guān)聯(lián)值。
本例的目標(biāo)是通過在測試過程中指定的發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的范圍來實(shí)現(xiàn)最大功率的單個目標(biāo)。因此，所述特性是功率，所述指示是最大化該功率。
測試過程可以，例如指定運(yùn)轉(zhuǎn)范圍、通過該范圍的遞增步長、發(fā)動機(jī)循環(huán)數(shù)(以在每個rpm步長進(jìn)行仿真)、發(fā)動機(jī)使用的燃料、節(jié)氣門位置和周圍條件。范圍可以是，例如每分鐘5000轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)到10000rpm，遞增可以是該范圍內(nèi)1000rpm步長。燃料可以是，例如汽油或柴油。周圍條件包括在進(jìn)氣和排氣點(diǎn)的氣溫、氣壓和濕度。
如上所述，目標(biāo)可以被最小化、最大化或與所需值或一組值進(jìn)行匹配。當(dāng)希望匹配時，與目標(biāo)相關(guān)的值可以與例如一條曲線或定義曲線的一組值進(jìn)行匹配。目標(biāo)也可以用作對設(shè)計的限制。例如，可以設(shè)置目標(biāo)的上限、下限或具有上限和下限的限帶。而且，可以為仿真建立不止一個目標(biāo)。因此，例如用戶可以試圖匹配所需的功率曲線，同時設(shè)置發(fā)動機(jī)排氣管中一氧化碳的具體上限。在此情況下，所有產(chǎn)生高于所述限制的一氧化碳水平的結(jié)果將被忽略，一氧化碳水平低于所述限制的最適合于功率曲線的將被作為結(jié)果來提供。
上限是一個參數(shù)的值或一組值的要求，高于該值設(shè)計配置是不可接受的。上限可以例如放在參數(shù)如燃料消耗中以阻止產(chǎn)生的設(shè)計對于燃料消耗過度地低效。如果在任意一點(diǎn)超過上限，那么可以認(rèn)為該組變量的仿真失敗。
下限是一個參數(shù)的值或一組值的要求，低于該值設(shè)計配置是不可接受的。下限可以例如放在參數(shù)如功率中以阻止產(chǎn)生的設(shè)計有太低的功率。如果在仿真期間的任意一點(diǎn)變量組產(chǎn)生了低于下限的值，那么可以認(rèn)為該組變量的仿真失敗。
限帶包括上限和下限，以便如果在仿真期間的任意一點(diǎn)一組變量超過上限或者在仿真期間的任意一點(diǎn)該組變量產(chǎn)生了低于下限的值，那么可以認(rèn)為該組變量的仿真失敗。
失敗的變量組通常不再用于確定最佳結(jié)果的變量組的優(yōu)先序列中。
策略是用于獲得目的的處理。策略通常包括一個或多個變量并且可以包含或不包含一個或多個約束。
在104，指定將被優(yōu)化的變量?！皟?yōu)化的”變量是那些在優(yōu)化仿真中為了達(dá)到目標(biāo)將會變化的變量。在此作為例子描述的實(shí)施例中將優(yōu)化兩個變量排氣管長度和排氣管直徑?？梢灾付▽⒈粌?yōu)化的每個變量的初始值。然后可以設(shè)置運(yùn)行仿真的值的界限。已經(jīng)為本例確定希望使用長度在100mm到1000mm之間的排氣管來裝配適合發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的汽車。還為本應(yīng)用確定希望使用直徑在100mm和200mm之間的排氣管來裝配該汽車。由于考慮長度在100mm和1000mm之間的排氣管，排氣管長度的界限是100mm和1000mm。相似地，排氣管直徑的界限是100mm和200mm。其中每個變量代表的一個座標(biāo)軸，可以用圖來查看由界限包圍的區(qū)域并稱其為“設(shè)計空間”。
出于實(shí)踐的目的，通過使用在優(yōu)化期間允許變化的變量或?qū)傩缘墓?，可以限制要仿真的發(fā)動機(jī)數(shù)量?？梢砸砸粋€變量所希望的最小增量來設(shè)置公差，以便要仿真的變量值限于落在公差點(diǎn)的值。沒有使用公差的話，在任何設(shè)計空間中將存在無限多的要仿真的設(shè)計。通過利用公差，消除了設(shè)計空間中無限小的步驟，并且使設(shè)計空間中存在有限數(shù)量的仿真。當(dāng)使用公差時，使要仿真的變量值四舍五入到最近的公差點(diǎn)，以便不仿真落在那些點(diǎn)之間的值。設(shè)計公差可以等于制造公差，但也可以簡單地是設(shè)計者希望優(yōu)化考慮的每個步驟的數(shù)量。例如，可以希望考慮有10mm增量的長度和1mm增量的直徑的排氣管。因此，排氣管長度的公差可以設(shè)置在10mm，排氣管直徑的公差可以設(shè)置在1mm。從圖來看，有界限的設(shè)計空間現(xiàn)在可以看作有位于多個公差的每一個上的點(diǎn)的格。關(guān)于公差，可以設(shè)置基于變量函數(shù)(例如變量大小)的總公差。然而，其中如果需要，變量的公差可以設(shè)置為任意值。公差也可以偏移，以便公差點(diǎn)可以在不是零點(diǎn)的其它點(diǎn)或公差的一個倍數(shù)開始。因此，例如可以希望從25mm開始以10mm增量來考慮一個排氣管，從而提供一個公差偏移。然后從25mm起以10mm增量(例如，25mm、35mm、45mm等)來考慮排氣管長度。
具有設(shè)置在公差處的變量的優(yōu)化還為優(yōu)化程序提供了自然的終止。一旦一個進(jìn)行優(yōu)化的點(diǎn)周圍所有公差點(diǎn)都進(jìn)行了仿真，并且未產(chǎn)生更好的特性值，那么可以終止優(yōu)化。而且，基于仿真的公差的使用有利地減少了仿真運(yùn)行的數(shù)量，因為互相接近的變量值被四舍五入到同一公差點(diǎn)，并且同一點(diǎn)的仿真無需進(jìn)行兩次。當(dāng)然，本發(fā)明能夠識別要仿真的變量組是否與先前仿真過的變量組相同，從而不對相同變量組進(jìn)行第二次的仿真。
在106，指定包括參數(shù)公式的多個約束。一個初始設(shè)計屬性可以被定義為一個常數(shù)值或通過一個參數(shù)方程定義。在此將參數(shù)公式稱為一類約束。參數(shù)公式根據(jù)一個或多個其它屬性來定義一個屬性。可以不優(yōu)化由參數(shù)公式定義的屬性。然而，它可以隨著被優(yōu)化變量的改變而改變。例如，可以將管的入口直徑定義為等于其連接的端口的直徑。因此，管入口直徑將隨著端口尺寸的變化而變化。作為替代地，參數(shù)公式可以定義元件的幾何形狀，例如通過使出口直徑等于入口直徑來定義一個平行管。因此可以確信只有管的入口和出口相等的配置將被考慮。作為參數(shù)公式的另一例子，發(fā)動機(jī)沖程可以基于發(fā)動機(jī)的排量和內(nèi)徑?jīng)_程比。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，分兩步來仿真在設(shè)計空間中用于設(shè)計配置的變量組。第一步，在此稱為探測，在設(shè)計空間的不同區(qū)域中仿真變量組；第二步，在此稱為優(yōu)化，在設(shè)計空間最有希望的區(qū)域中仿真設(shè)計配置。在探測中，選擇少量變量組以確定在設(shè)計空間中哪個或哪些區(qū)域是最有希望的。因此，例如，可以選擇每個變量的三個值，使其在每個變量將被考慮的范圍值內(nèi)平均分布。在優(yōu)化中，接近在探測中探測得出的最有希望設(shè)計配置的設(shè)計配置被仿真，以在那些區(qū)域中找到最優(yōu)解決方案。
在108，指定實(shí)驗設(shè)計的屬性。實(shí)驗設(shè)計屬性可以確定在探測112和優(yōu)化114中將仿真多少設(shè)計配置。實(shí)驗設(shè)計屬性可以包括為每個變量探測的級別數(shù)、希望進(jìn)一步考慮的最佳運(yùn)行的數(shù)量、希望進(jìn)一步考慮的其它區(qū)域的數(shù)量以及運(yùn)行限制數(shù)。級別是每個在探測期間將被考慮的變量的值的數(shù)量。從圖來看每個變量在圖上定義一個軸，在從要考慮的最小值起至要考慮的最大值止，級別是在探測112中的每個軸上要仿真的點(diǎn)的數(shù)量。因此探測112仿真的解決方案的數(shù)量可以是每個變量級別數(shù)的積。
當(dāng)指定實(shí)驗設(shè)計108時，可以為變量設(shè)置整體或局部級別。當(dāng)為所有變量指定整體級別時，對每個變量考慮的值的數(shù)量相同。例如，可以默認(rèn)提供整體級別為3。其中為每個變量選擇三個值，在探測中將考慮的設(shè)計配置的數(shù)量是3n，其中n等于設(shè)計配置中的變量數(shù)。
當(dāng)為每個變量設(shè)置局部級別時，為每個變量獨(dú)立選擇在探測期間要考慮的值的數(shù)量。而且，可以提供整體級別作為默認(rèn)值，并且為一個或多個要探測的變量指定局部級別的替換值。還可以指定零級別，以便對一個或多個變量禁用探測112。作為替代地，也可以由用戶考慮探測112來指定值，或者可以利用另一技術(shù)以選擇在探測112中要使用的值。
可以指定最佳運(yùn)行的數(shù)量以指導(dǎo)優(yōu)化114關(guān)于有多少最緊密地接近目標(biāo)的設(shè)計配置將被保留。那些最佳設(shè)計配置在單個區(qū)域中的位置常常相互接近。然而，最佳設(shè)計配置可以位于設(shè)計空間的不同部分、并且可以通過優(yōu)化探測112中找到的不止一個設(shè)計配置而得到。
可以希望提供在設(shè)計空間的一個或多個局部最優(yōu)區(qū)域(不包含最佳設(shè)計配置的區(qū)域)中的最優(yōu)設(shè)計配置。例如，在一個局部最優(yōu)區(qū)域中的解決方案可以足夠接近目標(biāo)以滿足設(shè)計者，并且可以基本上最有成本效益地實(shí)施。因此，可以指定其它區(qū)域的數(shù)量以提供最優(yōu)設(shè)計，以便在局部最優(yōu)區(qū)域中的設(shè)計配置也可以由優(yōu)化114來提供。
也可以指定運(yùn)行限制的數(shù)量以便對將要仿真的設(shè)計配置的數(shù)量進(jìn)行限制?？梢酝ㄟ^從可被仿真的設(shè)計配置總數(shù)中隨機(jī)選擇要仿真的設(shè)計配置來實(shí)現(xiàn)運(yùn)行限制的數(shù)量。而且可以在計算機(jī)系統(tǒng)中指定隨機(jī)數(shù)種子，以便通過選擇相同的種子可以仿真相同的設(shè)計配置，選擇不同的種子可以仿真不同的設(shè)計配置。
在110指定優(yōu)化。在優(yōu)化中，可以通過從基本設(shè)計仿真步進(jìn)到相鄰的設(shè)計配置來仿真相鄰的設(shè)計配置，從而找到在探測112中選擇的每個區(qū)域中的最優(yōu)解決方案。在優(yōu)化說明階段，確定是否以及如何在優(yōu)化114中組合變量。如此前所解釋的，可以獨(dú)立或者組合優(yōu)化變量。在優(yōu)化114期間，步驟可以被“獨(dú)立”應(yīng)用，其中當(dāng)仿真相鄰設(shè)計配置時只有一個變量發(fā)生變化，或者被“組合”應(yīng)用，其中當(dāng)仿真相鄰設(shè)計配置時至少兩個變量的組合發(fā)生變化。圖7a表示一個變量獨(dú)立變化的例子，其創(chuàng)建了四個將被仿真的新的設(shè)計配置；圖7b表示一個變量組合變化的例子，其創(chuàng)建了八個將被仿真的新的設(shè)計配置。如在本例中將會看到的，當(dāng)以組合而不是獨(dú)立地考慮參數(shù)時，有更多設(shè)計配置將被提交給優(yōu)化系統(tǒng)來考慮。
可以注意到可以組合或不組合所有變量，或者可以在一個或多個組合中組合變量的子集。
此外，可以指定步長和步長增量開始和結(jié)束因數(shù)，可以指定閾值，可以指定優(yōu)化方法，以及可以指定對每個優(yōu)化通過的運(yùn)行數(shù)量的限制?？梢詾槊總€變量定義步長大小。一個步長可以在格上定義一個高于和/或低于將在優(yōu)化中考慮的基點(diǎn)的區(qū)域。一個有用的步長大小是測探點(diǎn)之間的距離，其使優(yōu)化在每個周圍探測點(diǎn)上形成一個基點(diǎn)?？梢远x步長增量開始和結(jié)束因數(shù)作為步長的百分比或步長的部分。步長增量開始因數(shù)可以定義從基點(diǎn)開始的距離作為步長的一部分，在此將產(chǎn)生第一優(yōu)化通過。步長增量結(jié)束因數(shù)可以定義從基點(diǎn)開始的距離作為步長的一部分，如果沒有通過其它方式來終止優(yōu)化，在此將產(chǎn)生最后的優(yōu)化通過。而且，可以從優(yōu)化114中刪除一個或多個變量，因為那些變量只對探測112是必需的。
可以由優(yōu)化來使用步長增量因數(shù)，以根據(jù)探測格中兩個相鄰點(diǎn)之間距離的一部分來為變量組確定一個新值?？梢栽诿總€通過來評估閾值以確定優(yōu)化是否完成。因此優(yōu)化可以根據(jù)達(dá)到閾值來終止或者可以在達(dá)到閾值之前出于別的原因而終止。例如，優(yōu)化可以終止的另一原因是因為已經(jīng)仿真了在基點(diǎn)周圍的設(shè)計空間中所有公差的設(shè)計配置，并且沒有找到更好的結(jié)果。
本實(shí)施例的優(yōu)化方法是基于最陡下降分析。作為替代地，可以利用單工向下或其它形式的分析。單工向下不允許任何組合并且不可以理想地與公差組合來完成，因為它依賴小變化使其推進(jìn)。
如前所討論的，如果希望對在每個通過中要仿真的運(yùn)行次數(shù)進(jìn)行限制，則可以指定這種限制，并且在超過所述限制時可以指定隨機(jī)數(shù)種子以限制執(zhí)行優(yōu)化的次數(shù)。
在探測112期間，可以基于每個變量的級別或其它指定值來組合所有變量以探測設(shè)計空間。最初可以運(yùn)行基線仿真。可以運(yùn)行基線仿真以與其它仿真的配置進(jìn)行比較。因此，例如可以通過改變排氣管長度和直徑來優(yōu)化汽車發(fā)動機(jī)的功率。仿真可以利用來自基線仿真的為所有設(shè)計配置定義完整發(fā)動機(jī)的值同時只改變排氣管長度和直徑的值。因此，如果要仿真的發(fā)動機(jī)當(dāng)前利用的排氣管長度為700mm、直徑為150mm，可以確定該配置的功率超過了基線仿真的發(fā)動機(jī)速度的所需范圍。本例的發(fā)動機(jī)速度范圍是5000到10000rpm。然后可以將基線仿真的結(jié)果與在優(yōu)化期間考查的排氣管長度和直徑的其它變化進(jìn)行比較。
然而，不必運(yùn)行基線仿真?？梢院唵蔚嘏帕蟹抡娼Y(jié)果以確定變量的哪種配置是最佳的。探測112可以在變量的邊界設(shè)置(在本例中是排氣管長度從100mm到1000mm，直徑從100mm到200mm)之內(nèi)的不同的定義點(diǎn)上計算結(jié)果(在本例中是發(fā)動機(jī)功率)。然后可以排列那些結(jié)果以確定變量的哪種配置提供了最佳結(jié)果。
圖2用圖描繪了排氣管長度和直徑的仿真的一組采樣。在將排氣管的最小長度100mm設(shè)置為左邊界、排氣管的最大長度1000mm設(shè)置為右邊界、排氣管的最小直徑100mm設(shè)置為下邊界、排氣管的最大直徑200mm設(shè)置為上邊界的地形平面上以地形的方式描繪了功率性能。在圖2中，以高分辨率來執(zhí)行探測以例示設(shè)計空間中功率等高線的值的例子。
圖3表示一種為本發(fā)明的探測112確定組合值的方法230。方法230可視化地操作以創(chuàng)建一個對應(yīng)于兩個變量的二維柵格。然而，應(yīng)當(dāng)意識到可以利用本發(fā)明來優(yōu)化任意數(shù)量的變量。在圖示的方法230中每個變量的范圍等于該變量的最大邊界值減去該變量的最小邊界值。在232，將計數(shù)器“N”設(shè)為“1”。如在252和254中將會看到的，將增加該計數(shù)器直到其達(dá)到為第一變量設(shè)置的水平，其中所述變量在圖示的本實(shí)施例中是排氣管長度(“Len”)。在234，計算將長度范圍分成等份的步長。當(dāng)首先執(zhí)行236時，計算長度的第一部分的變量值。因此，從圖上看，在236確定在X軸上從最小長度開始到實(shí)驗點(diǎn)的第一設(shè)計的長度范圍的距離。接著確定在Y軸上從最小直徑開始到實(shí)驗點(diǎn)的所述第一設(shè)計的距離以精確定位實(shí)驗點(diǎn)的第一設(shè)計。因此，在238裝入排氣管直徑的嵌套環(huán)。在238，將計數(shù)器“M”設(shè)為1。如在248和250中將會看到的，將增加該計數(shù)器直到其達(dá)到為第二變量設(shè)置的水平，其中所述變量在圖示的本實(shí)施例中是排氣管直徑(“Dia”)。在240，計算將直徑范圍分成等份的步長。當(dāng)首先執(zhí)行242時，計算直徑的第一部分的變量值。因此，在只考慮兩個變量的本實(shí)施例中，將要仿真的實(shí)驗點(diǎn)的第一設(shè)計的排氣管長度和排氣管直徑是從步驟236得出的長度和從步驟242得出的直徑的交叉點(diǎn)。
在某個通過圖3所描述的方法產(chǎn)生復(fù)制的變量值的實(shí)施例中，將要仿真的變量值保存在一個數(shù)據(jù)庫或表中。在每次產(chǎn)生了用于運(yùn)行仿真的一組新變量的迭代之后，將與仿真有關(guān)的該組變量和保存在數(shù)據(jù)庫中的變量組進(jìn)行比較。因此，如果一組變量已經(jīng)存在于數(shù)據(jù)庫中，可以丟棄復(fù)制的變量組以免將仿真資源浪費(fèi)在變量組的額外仿真上。因此，在244，將在236和242確定的長度和直徑與先前計算并保存在數(shù)據(jù)庫中的值進(jìn)行比較。如果長度和直徑的值與先前的值匹配，則不保存當(dāng)前的值，并且該方法返回到248以計算實(shí)驗點(diǎn)的下一設(shè)計。然而，如果長度和直徑值未匹配任何保存在數(shù)據(jù)庫中的值，那么在246在數(shù)據(jù)庫中保存實(shí)驗值的當(dāng)前設(shè)計以用于將來的仿真。
在248，如果計數(shù)器“M”小于為第二變量“直徑”選擇的級別，那么在250增加計數(shù)器“M”，并且處理返回到242以計算下一步所需的直徑值。當(dāng)計數(shù)器“M”等于為第二變量“直徑”選擇的級別時，此后處理繼續(xù)到252。在252，如果計數(shù)器“N”小于為第一變量“長度”選擇的級別，那么在254增加計數(shù)器“N”，并且處理返回到236以計算下一步所需的長度值。當(dāng)計數(shù)器“N”等于為第一變量“長度”選擇的級別時，此后處理在256結(jié)束。
應(yīng)當(dāng)意識到在圖3的實(shí)驗值確定方法230的設(shè)計中計算的值無需保存在數(shù)據(jù)庫中，但可以，例如在將它們計算出來之后立即進(jìn)行仿真。然而，結(jié)合圖3描述的方法有助于刪除復(fù)制的仿真。還應(yīng)當(dāng)注意當(dāng)增加了第一變量的循環(huán)時，不必重新計算直徑點(diǎn)，因為直徑值將會與那些在第一通過中計算的相匹配。因此采用遞歸算法有助于有效確定將要仿真的實(shí)驗點(diǎn)的設(shè)計。
圖4描繪了可以確保在一個具體運(yùn)行中將利用的變量值是在所需范圍之內(nèi)、并且有落在公差點(diǎn)上的所需大小的公差確定方法130。其中，就像在本實(shí)施例中，在每個解決方案中要考慮多個變量，需要為每個將被考慮的變量值執(zhí)行一次選擇與變量有關(guān)的參數(shù)的方法130。在132，將所需的開始值輸入公差方法中。在134-142，公差方法130確保輸入的開始值不會大于為該變量設(shè)置的最大邊界，并且在144-152，公差方法130確保輸入的開始值不會小于為該變量設(shè)置的最小邊界。
在134，檢查開始值以確定其是否大于該變量的最大邊界。如果開始值大于為該變量設(shè)置的最大邊界，那么在136將最大邊界值賦予開始值。在138，將開始值設(shè)置為等于開始值除以公差所得的整數(shù)并將其乘以公差。替代地，在138可以指定非整數(shù)的值。因此在138，將開始值設(shè)置為公差的倍數(shù)。舉例來說，如果輸入的排氣管長度為1005mm，將考慮的最大長度是1000mm，并且公差是10mm，那么在136將開始值設(shè)置為等于最大長度1000mm。(1000mm/10mm)的整數(shù)*10mm是1000mm。因此確定1000mm是公差10mm的倍數(shù)。
在取整數(shù)功能在138中使用并且未將邊界設(shè)置為公差的倍數(shù)的情況下，138公式的結(jié)果可能落在邊界之外。因此如果開始值大于設(shè)置的最大邊界，在140和142，該方法將從開始值中減去一個公差。
在144，檢查開始值以確定其是否小于該變量的最小邊界。如果開始值小于為該變量設(shè)置的最小邊界，那么在146將最小邊界值賦予開始值。在148，將開始值設(shè)置為等于開始值除以公差所得的整數(shù)并將其乘以公差。因此在148，總是將開始值設(shè)置為公差的倍數(shù)。如果開始值小于設(shè)置的最小邊界，在150和152，該方法將從開始值中增加一個公差，并且在154，公差方法終止。
在探測112期間，可以產(chǎn)生在邊界內(nèi)平均分布的多組變量值并且對那些組中的每一個運(yùn)行仿真。在本實(shí)施例中，首先計算出將被探測的各組值，然后運(yùn)行每個仿真。該順序的好處在于可以同時運(yùn)行多個仿真。當(dāng)仿真在有多個處理器可用于同時運(yùn)行仿真的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中執(zhí)行的情況下，該順序特別有利。然而，作為替代地，可以在確定變量值時運(yùn)行仿真。
圖5表示一種執(zhí)行本發(fā)明的探測112的方法。在202，確定在邊界范圍內(nèi)實(shí)驗點(diǎn)的各種設(shè)計的變量值。那些點(diǎn)通常像格子一樣位于為每個變量設(shè)置的邊界之間以在所考慮的值的全部范圍內(nèi)作為解決方案的采樣。在204，在實(shí)驗點(diǎn)的每個設(shè)計上運(yùn)行解決方案，并為實(shí)驗點(diǎn)的那些設(shè)計中的每一個確定目標(biāo)的結(jié)果。在206，按照最緊密地接近目標(biāo)的解決方案排在第一，最遠(yuǎn)離目標(biāo)的解決方案排在最后，來排列解決方案。在210收集所需的最佳解決方案的數(shù)量。在212，通過例如使用最陡上升分析，來確定最佳局部解決方案。最陡上升分析包括(i)在每個點(diǎn)確定最陡上升，以及(ii)創(chuàng)建并不上升接近任何相鄰點(diǎn)的所有點(diǎn)的集合。在相鄰點(diǎn)有更合意的結(jié)果時產(chǎn)生上升。最陡上升產(chǎn)生在接近一個具有所有相鄰點(diǎn)中的最合意結(jié)果的點(diǎn)。在218，刪除任何在210確定為最佳解決方案的點(diǎn)并且對最佳局部解決方案進(jìn)行排序。接著在218，選擇等于所需的其它局部解決方案數(shù)量的局部最佳解決方案。
如果在探測112產(chǎn)生的運(yùn)行數(shù)量超過了運(yùn)行限制的數(shù)量，那么選定或取消選定變量組直到要運(yùn)行的仿真數(shù)量等于運(yùn)行限制?？梢噪S機(jī)化地選定或取消選定。而且，隨機(jī)化可以基于種子以便結(jié)果在需要時是可重復(fù)的或可修改的。
圖6表示優(yōu)化114的一個實(shí)施例。將利用術(shù)語“基點(diǎn)”來描述一個點(diǎn)，從該點(diǎn)將產(chǎn)生解決方案通過。優(yōu)化114仿真接近基點(diǎn)的設(shè)計配置并選擇最佳的設(shè)計配置。該通過的這個最佳設(shè)計配置是在最緊密地接近所需目標(biāo)值的值中產(chǎn)生的設(shè)計配置。然后來自通過的最佳設(shè)計配置成為下一優(yōu)化通過的基本設(shè)計。如果在一個通過中產(chǎn)生的設(shè)計配置沒有改善基本設(shè)計配置，那么將在下一通過中仿真更接近基本設(shè)計的設(shè)計空間中的設(shè)計配置。當(dāng)為下一通過選擇一個新的基本發(fā)動機(jī)時，該處理被稱為“移動”。當(dāng)為下一通過保留相同的基本發(fā)動機(jī)并且執(zhí)行更接近所述基本設(shè)計的設(shè)計配置的仿真時，該處理被稱為“收縮”。因此，在移動中，將基本發(fā)動機(jī)從座標(biāo)上的一個位置移動到另一位置，以便可以在所述改進(jìn)的發(fā)動機(jī)周圍產(chǎn)生額外的發(fā)動機(jī)。在收縮中，使基本發(fā)動機(jī)維持在其當(dāng)前位置，并且產(chǎn)生更接近所述基本發(fā)動機(jī)的替代發(fā)送機(jī)。
步長大小是基于在指定優(yōu)化110期間指定的步長增量。優(yōu)化可以繼續(xù)處理移動和收縮，直到達(dá)到步長增量結(jié)束因數(shù)或者已經(jīng)仿真了鄰近基點(diǎn)的所有公差的設(shè)計配置而沒找到更好的性能結(jié)果。因此，例如，步長增量開始因數(shù)可以是步長增量的64％，步長增量結(jié)束因數(shù)可以是步長增量的1％。因而最初可以在離基點(diǎn)64％步長對設(shè)計進(jìn)行仿真，接著在離基點(diǎn)32％步長、離基點(diǎn)16％步長、離基點(diǎn)8％步長、離基點(diǎn)4％步長、離基點(diǎn)2％步長、以及離基點(diǎn)1％步長，此時收縮通過產(chǎn)生。如先前指出的，在移動期間，可以不選擇與當(dāng)前通過重疊的先前通過中的發(fā)動機(jī)設(shè)計進(jìn)行重建，因為它們先前已經(jīng)產(chǎn)生過。
在302，通過為一個先前指定的步長增量開始因數(shù)設(shè)置收縮因數(shù)來開始優(yōu)化。通過實(shí)驗已經(jīng)找到，有等于探測點(diǎn)之間步長大小的64％的收縮因數(shù)的第一通過是有用的，因此在下述的例子中將使用的收縮因數(shù)為64％，并且將每個變量的探測點(diǎn)之間的距離用作每個變量的步長大小。
在304，確定從當(dāng)前基點(diǎn)傳播的仿真值。如在圖7a和7b中所看到的，可以獨(dú)立或組合地執(zhí)行每個解決方案通過。圖7a表示一個獨(dú)立地產(chǎn)生長度和直徑變量的解決方案通過，而圖7b表示一個同時產(chǎn)生長度和直徑變量的解決方案通過。在目前的兩個變量的例子中，如圖7a所標(biāo)出的，對變量獨(dú)立地執(zhí)行解決方案通過將引起仿真器在(i)基點(diǎn)長度值和基點(diǎn)直徑值加上在直徑方向上探測步長的64％，這可被稱為直徑的增加模型、(ii)基點(diǎn)長度值和基點(diǎn)直徑值減去在直徑方向上探測步長的64％，這可被稱為直徑的減少模型、(iii)基點(diǎn)長度值加上在長度方向上探測步長的64％和基點(diǎn)直徑值，這可被稱為長度的增加模型、以及(iv)基點(diǎn)長度值減去在長度方向上探測步長的64％和基點(diǎn)直徑值，這可被稱為長度的減少模型，從中選擇與基點(diǎn)相鄰的額外的值進(jìn)行仿真。在本例中，如圖7b所標(biāo)出的，對變量組合地執(zhí)行解決方案通過將引起仿真器選擇在獨(dú)立解決方案通過中選過的額外值和在(i)基點(diǎn)長度值加上在長度方向上探測步長的64％和基點(diǎn)直徑值加上在直徑方向上探測步長的64％，其被稱為加-加模型、(ii)基點(diǎn)長度值加上在長度方向上探測步長的64％和基點(diǎn)直徑值減去在直徑方向上探測步長的64％，其被稱為加-減模型、(iii)基點(diǎn)長度值減去在長度方向上探測步長的64％和基點(diǎn)直徑值加上在直徑方向上探測步長的64％，其被稱為減-加模型、以及(iv)基點(diǎn)長度值減去在長度方向上探測步長的64％和基點(diǎn)直徑值減去在直徑方向上探測步長的64％，其被稱為減-減模型，其中的額外值。
應(yīng)當(dāng)注意當(dāng)在仿真中考慮兩個或更多變量的情況下，可以組合任意兩個或更多變量，而獨(dú)立地或分別組合地考慮其它變量。而且，本發(fā)明考慮了基于來自先前的最佳解決方案的結(jié)果的改進(jìn)度的變量動態(tài)組合。動態(tài)組合可以包括，例如在與其它未改變的變量組合的先前通過的最佳結(jié)果中變化的任意變量。作為替代地，在先前通過的最佳結(jié)果中可以組合任意或所有變量。而且，在最后的通過中變化的任意或所有變量可以與任意或所有未改變的變量組合。例如，每個未改變的變量可以與任意或所有在先前通過中變化的變量的組合進(jìn)行組合。
在306，對所有變量應(yīng)用圖4中表示的公差方法。
如先前討論的，已仿真的變量組可以保存在數(shù)據(jù)庫中，新確定的變量組可以與那些先前仿真過的變量組進(jìn)行比較，以便可以丟棄重復(fù)的變量組并且不對其進(jìn)行第二次仿真。因此在308，將在304和306確定的變量組與已仿真過的變量組進(jìn)行比較，并且在310，將非重復(fù)的變量組保存在數(shù)據(jù)庫中。
在311，如果在優(yōu)化通過中產(chǎn)生的運(yùn)行次數(shù)超過了運(yùn)行限制數(shù)，那么選擇或取消選擇變量組直到運(yùn)行的仿真次數(shù)等于運(yùn)行限制?？梢噪S機(jī)化地選擇或取消選擇。而且，隨機(jī)化可以基于種子以便在需要時結(jié)果可重復(fù)或可修改。
在312，確定關(guān)于在當(dāng)前基點(diǎn)周圍是否存在將被仿真的任何額外仿真。因為本實(shí)施例是基于公差的，當(dāng)已探測過基點(diǎn)周圍所有公差的倍數(shù)時，隨著解決方案通過的執(zhí)行，時間可能增加。當(dāng)已探測過基點(diǎn)周圍所有公差倍數(shù)時，解決方案處理將前進(jìn)到322。如果基點(diǎn)周圍的所有公差倍數(shù)并非都已探測過，解決方案處理將前進(jìn)到314。
在314，對通過中的每組變量值運(yùn)行仿真，并且在316將最后的仿真結(jié)果與先前的仿真結(jié)果進(jìn)行比較以找到此時的最佳仿真結(jié)果。
在318，確定關(guān)于最后解決方案通過的結(jié)果之一是否優(yōu)于先前的最佳結(jié)果，是否超過閾值地大于先前的最佳結(jié)果。如果最后解決方案通過中的結(jié)果之一是最佳結(jié)果，那么在320將基點(diǎn)重置到有最佳結(jié)果的新的點(diǎn)，并且處理回到304。如果最后解決方案通過的結(jié)果中沒有最佳結(jié)果，解決方案處理前進(jìn)到322。在322，用兩個或某個其它因數(shù)來除當(dāng)前百分比，并且在324，確定關(guān)于當(dāng)前百分比是否小于步長增量結(jié)束因數(shù)。如果當(dāng)前百分比大于或等于步長增量結(jié)束因數(shù)，處理回到304以在例如離基點(diǎn)一半的距離處進(jìn)行另一解決方案通過。如果當(dāng)前百分比小于步長增量結(jié)束因數(shù)，在326終止優(yōu)化。當(dāng)然，在步長增量結(jié)束因數(shù)的一個百分比終止不是必需的，但它有效地阻止了仿真繼續(xù)通過一個從進(jìn)一步仿真得到的好處很小的點(diǎn)。
可以標(biāo)準(zhǔn)化優(yōu)化結(jié)果。例如，可以標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果以說明每個目標(biāo)大小中的差異。因此一個標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)果可以基于平均結(jié)果的百分比。也可以加權(quán)結(jié)果以便在目標(biāo)有變化的重要性的情況下賦予一個目標(biāo)比另一個更大的權(quán)重。
一項用于與目標(biāo)有關(guān)的技術(shù)在此被稱為“匹配設(shè)計”。匹配設(shè)計是指定一組值，例如功率或燃料消耗，以通過計算最小乘方擬合來產(chǎn)生一個誤差值從而評估仿真的結(jié)果。而且可以標(biāo)準(zhǔn)化誤差值，例如，用于說明每個目標(biāo)的結(jié)果大小中的差異。因此標(biāo)準(zhǔn)化的誤差值可以基于所述百分比，其平均結(jié)果從所需匹配變化。也可以加權(quán)誤差值以便在目標(biāo)有變化的重要性的情況下賦予一個誤差值比另一個更大的權(quán)重。
動態(tài)優(yōu)先級是優(yōu)化用于確定其自身相對于可能同時運(yùn)行的其它優(yōu)化的優(yōu)先級的自動處理。動態(tài)優(yōu)先級可以，例如，是在通過中產(chǎn)生的運(yùn)行次數(shù)的負(fù)數(shù)，從而給予一個有更小運(yùn)行次數(shù)的通過更高的優(yōu)先級。在一個實(shí)施例中，標(biāo)記優(yōu)化完成為用戶提供了一種中止優(yōu)化的方法。
在完成優(yōu)化之后，優(yōu)化系統(tǒng)可以自動確定每個變量的敏感度。這可通過對每個變量往正方向移動一個公差步長、或另一所需長度和往負(fù)方向移動一個公差步長、或另一所需長度并且在那些點(diǎn)的每一個執(zhí)行仿真來實(shí)現(xiàn)。然后通過將在最優(yōu)值產(chǎn)生的目標(biāo)值和在往負(fù)方向一個步長產(chǎn)生的目標(biāo)值之間的差異加上在最優(yōu)值產(chǎn)生的目標(biāo)值和在往正方向一個步長產(chǎn)生的目標(biāo)值之間的差異來計算每個變量的敏感度(例如，|Δ1|+|Δ2|)。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，可以采用基本模型選擇專家系統(tǒng)以協(xié)助選擇一個有屬性的基本模型，并且可以采用同一或另一專家系統(tǒng)以協(xié)助選擇一個優(yōu)化所述模型的優(yōu)化策略。關(guān)于選擇基本發(fā)動機(jī)屬性，可以將發(fā)動機(jī)屬性保存在知識庫的一個發(fā)動機(jī)屬性數(shù)據(jù)庫部分中。那些屬性可以包括尺寸數(shù)據(jù)，例如進(jìn)氣增壓室的尺寸、進(jìn)氣管長度和直徑、排氣管長度和直徑、進(jìn)氣門直徑、排氣門直徑、以及氣缸長度和直徑。那些屬性也可以包括其它數(shù)據(jù)，例如感應(yīng)的數(shù)據(jù)，包括進(jìn)氣壓、排氣壓，以及節(jié)氣門位置。而且屬性可以根據(jù)例如元件來邏輯地分組，以便通常組合使用的排氣管長度和排氣管直徑可以分在一組中以定義一個排氣管元件。然后可以給那些元件分配名字以便一個元件的所有屬性被分組在一個唯一的發(fā)動機(jī)元件名下。而且可以將元件組合成組。例如，在一個八氣缸發(fā)動機(jī)中的八個氣缸可以組成一個氣缸組。
可以將定義多個發(fā)動機(jī)配置的屬性或元件保存在發(fā)動機(jī)屬性數(shù)據(jù)庫中以便有多個預(yù)先配置的發(fā)動機(jī)可用于優(yōu)化。例如，可以定義一個兩沖程單氣缸的發(fā)動機(jī)的屬性或元件以及一個四沖程十二氣缸的發(fā)動機(jī)的屬性或元件。因此，專家系統(tǒng)可以協(xié)助定義非常多種發(fā)動機(jī)或其它模型。
而且，通過專家系統(tǒng)可以識別發(fā)動機(jī)屬性或元件，以便可以將適當(dāng)?shù)膶傩曰蛟衷谝唤M以定義所需類型的工作發(fā)動機(jī)。例如，在需要一個有兩公升排量的四氣缸發(fā)動機(jī)的情況下，有那些特性和已知運(yùn)行良好的發(fā)動機(jī)的屬性或元件將被專家系統(tǒng)分在一組以創(chuàng)建一個可以用于優(yōu)化的發(fā)動機(jī)的定義。因為在定義一個發(fā)動機(jī)時可能涉及如此多的屬性，所以在下述例子中假定所有屬性作為元件被邏輯地分組。因此在每個例子中將組合可能包含不止一個屬性的元件以創(chuàng)建一個發(fā)動機(jī)定義。
可以將初始發(fā)動機(jī)屬性定義為常量或通過參數(shù)方程來定義。參數(shù)方程根據(jù)一個或多個其它屬性來定義一個屬性。例如，可以將管的入口直徑定義為等于其連接端口的直徑。作為替代地，參數(shù)方程可以定義元件的幾何形狀，例如通過使出口直徑等于入口直徑來定義一個平行管。再比方說，發(fā)動機(jī)的沖程可以根據(jù)發(fā)動機(jī)的排量和內(nèi)徑?jīng)_程比。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，采用發(fā)動機(jī)配置專家系統(tǒng)以協(xié)助選擇要優(yōu)化的初始發(fā)動機(jī)配置。發(fā)動機(jī)配置專家系統(tǒng)可以，例如，接收某些指定由用戶輸入的發(fā)動機(jī)特征的信息。發(fā)動機(jī)配置專家系統(tǒng)可以意識到一個完整的發(fā)動機(jī)定義要求指定比用戶指定的更多的發(fā)動機(jī)特征。然后發(fā)動機(jī)配置專家系統(tǒng)可以根據(jù)由用戶指定的特征來指定額外的發(fā)動機(jī)特征。然后發(fā)動機(jī)配置專家系統(tǒng)可以根據(jù)由用戶提供的規(guī)格以及包括由發(fā)動機(jī)配置專家系統(tǒng)指定的額外特征，來提供一個完整的發(fā)動機(jī)規(guī)格。因此，在本發(fā)明的所述實(shí)施例中，可以通過用戶只給予部分規(guī)格的發(fā)動機(jī)配置專家系統(tǒng)來指定一個完整的發(fā)動機(jī)。然后如用戶所需的，可以優(yōu)化完整的發(fā)動機(jī)規(guī)格。
通過比較由設(shè)計者為第一屬性指定的值和在保存的模型中所述第一屬性的值，并選擇每個具有與為第一屬性而指定的值匹配的第一屬性值的模型，發(fā)動機(jī)配置專家系統(tǒng)可以選擇一個模型。如果由設(shè)計者來指定第二屬性，可以將該屬性的值與匹配第一屬性的基本模型中的第二屬性進(jìn)行比較?？梢杂孟嗨频姆绞絹肀容^額外的屬性，并且可以將最緊密地匹配由設(shè)計者指定的屬性的模型返回作為建議的基本模型。
如在此使用的一個目的，包括專家系統(tǒng)的所需結(jié)果的定義。優(yōu)化的目的可以包括一個或多個子目的。每個子目的可以進(jìn)一步包括用于評估關(guān)于目標(biāo)的模型結(jié)果的至少一個目標(biāo)和至少一個測試過程。目標(biāo)可以是，例如發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的結(jié)果，也就是已知的發(fā)動機(jī)輸出。發(fā)動機(jī)輸出包括，例如，功率、轉(zhuǎn)矩以及某些化學(xué)物例如一氧化碳的排放。因此，可以將目標(biāo)設(shè)置為最小化或最大化發(fā)動機(jī)輸出?？梢赃M(jìn)一步將目標(biāo)設(shè)置為使發(fā)動機(jī)輸出與所需值或形成例如一個曲線的一組值相匹配。還可以將目標(biāo)設(shè)置為對要設(shè)計的發(fā)動機(jī)的限制。在設(shè)置限制目標(biāo)的情況下，可以將目標(biāo)設(shè)置為上限、下限或一個有上限和下限的限帶。
因此，例如，當(dāng)設(shè)置對發(fā)動機(jī)廢氣中一氧化碳的具體上限時，用戶可以試圖匹配所需的功率曲線。在該例中，將丟棄所有產(chǎn)生一氧化碳水平高于限制的結(jié)果，并且對有一氧化碳水平低于限制的功率曲線的最佳擬合可被作為結(jié)果來提供。
產(chǎn)生的每個目的可以與其知識庫中的先前版本(如果有的話)的家譜鏈接一起來保存，以便它能被再次使用。因此，知識庫中的目的可以繼續(xù)增加和改進(jìn)。
可以結(jié)合發(fā)動機(jī)配置專家系統(tǒng)使用或者與發(fā)動機(jī)配置系統(tǒng)分別使用的另一專家系統(tǒng)是策略專家系統(tǒng)。策略專家系統(tǒng)為優(yōu)化模型而選擇策略。策略專家系統(tǒng)可以，例如接收某些指定由用戶輸入的發(fā)動機(jī)優(yōu)化策略屬性的信息。策略專家系統(tǒng)可以意識到一個完整的優(yōu)化策略要求指定比用戶指定的更多的策略特征。然后策略專家系統(tǒng)可以根據(jù)由用戶指定的屬性來指定額外的優(yōu)化策略屬性。然后策略專家系統(tǒng)可以根據(jù)由用戶提供的屬性以及包括由策略專家系統(tǒng)指定的額外屬性，來提供一個完整的優(yōu)化策略要求。因此，在所述實(shí)施例中，可以通過用戶只給予部分要求的策略專家系統(tǒng)來指定一個完整的優(yōu)化策略。然后可以利用優(yōu)化策略來優(yōu)化由例如用戶或發(fā)動機(jī)配置專家系統(tǒng)指定的發(fā)動機(jī)。
在專家系統(tǒng)的一個實(shí)施例中，策略包括變量、約束和推理機(jī)，所述推理機(jī)有多個屬性。那些變量和約束以及推理機(jī)進(jìn)一步定義了如何修改基本模型屬性以實(shí)現(xiàn)目的。策略屬性也可以分組成策略元件以對應(yīng)于基本模型元件。在此，變化的模型屬性被稱為“變量”。每個變量可以包括，例如最小值、最大值、公差和級別。當(dāng)它們存在時，可以認(rèn)為最小值和最大值定義了設(shè)計空間的邊界。公差，在被指定的情況下，在應(yīng)用時，通過促使發(fā)動機(jī)屬性值為公差的倍數(shù)加上一個偏移，來確定策略屬性的容許值。約束是以有一個或多個變量值的公式的方式變化的基本模型屬性。約束允許用戶定義設(shè)計約束，例如如果入口直徑作為優(yōu)化的部分而被改變則保持平行管的部分，或通過調(diào)節(jié)部分長度作為另一部分長度的函數(shù)來保持整個管長度。在策略發(fā)展期間，專家系統(tǒng)可以進(jìn)一步用于獲得在定義策略屬性中的幫助。
探測，例如圖5中所示的，可用于評估分布在整個設(shè)計空間的點(diǎn)，并且其后通常跟隨具有所需結(jié)果的探測點(diǎn)的優(yōu)化，例如圖6中所示的優(yōu)化。級別，當(dāng)在探測中使用時，可以如先前在此描述的進(jìn)行操作，并且如果需要設(shè)計空間的探測，可以指定在這種探測期間，基本發(fā)動機(jī)屬性將有多少個值。例如，如果變量的總范圍是250mm并且探測是要評估該變量在增量25mm時的影響，那么將級別設(shè)置為11。作為替代地，如果探測是要評估在增量50mm的變量，那么將級別設(shè)置為6。
如果需要自動計算級別，在此稱為“自動級別”，推理機(jī)可以根據(jù)由對應(yīng)的推理機(jī)屬性指定的發(fā)動機(jī)最大數(shù)量來計算級別數(shù)。例如，考慮一個選擇了自動級別的例子，指定在探測中仿真的發(fā)動機(jī)最大數(shù)量是256，并且優(yōu)化兩個變量。在該例中，推理機(jī)將計算在探測中應(yīng)當(dāng)為每個變量考慮十六個值。第一變量的十六個值乘以第二變量的十六個值等于在探測中總共要仿真256個點(diǎn)。
舉例來說，希望設(shè)計有兩個變量(各自有最小和最大值以及公差)的排氣管元件以匹配功率曲線。用戶可以指定可允許改變排氣管直徑和長度屬性以匹配所需的功率曲線?？梢允褂门艢夤苤睆胶烷L度的最小和最大值，例如，用于匹配包裝要求。可以將公差設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)的管直徑和長度增量。然后可以運(yùn)行仿真以找到最明顯地匹配所需功率曲線的排氣管。
產(chǎn)生的每個策略可以與其在知識庫中的家譜鏈接一起來保存，并可再次使用。因此，系譜鏈接也可用于表示先前使用的策略和該策略的后代以及(除了開發(fā)該策略的人之外的)它的前任。因此，知識庫中的策略可以繼續(xù)增加和改進(jìn)。
在發(fā)動機(jī)設(shè)計專家系統(tǒng)的一個實(shí)施例中，可以利用符號元件來將一個或多個策略屬性與一個或多個基本設(shè)計屬性相關(guān)聯(lián)。使用符號元件的好處在于與一個變量一起使用的策略可以與其它變量或另一模型配置中的相同變量一起再次使用。因此，例如在策略屬性中定義發(fā)動機(jī)的要考慮的氣門直徑范圍，使其與每個氣缸的氣缸直徑和氣門數(shù)量相關(guān)。然后該策略可用于優(yōu)化有多種尺寸和配置的發(fā)動機(jī)的氣門直徑。通常，一旦確定策略在創(chuàng)建一個有具體所需結(jié)果的設(shè)計時是成功的，可以保留和再次使用該策略以從其它基本設(shè)計達(dá)到所述的或相似的所需結(jié)果。
在利用符號元件的實(shí)施例中，最初給策略元件分配一個符號名。例如，可以給排氣管分配符號名“排氣部件1”。然后可以將“排氣部件1”鏈接到定義一個排氣管的初始發(fā)動機(jī)元件。
策略元件可以進(jìn)一步有一個或多個與此相關(guān)的符號變量。那些符號變量可以是基本模型的元件中變量的對應(yīng)物，所述符號變量與其相關(guān)。因此，符號元件可以定義基本模型元件中的一些或所有變量。
可以將符號策略元件定義為絕對值、相對值或百分值。絕對值可以作為固定數(shù)值來輸入并且使變量僅對位于最小和最大絕對值之間的值來進(jìn)行優(yōu)化。相對值是從當(dāng)前值中減少以達(dá)到優(yōu)化的最小值和從當(dāng)前值中增加以達(dá)到優(yōu)化的最大值的數(shù)量。百分值可以是從當(dāng)前值中減少以達(dá)到最小值和從當(dāng)前值增加以達(dá)到最大值的當(dāng)前值的百分比。
舉例來說符號策略元件的使用，可以選擇被稱為“EXP1”的基本發(fā)動機(jī)元件用于基本模型中。該基本發(fā)動機(jī)元件可以定義一個直的排氣管并且可以包括值為100mm的排氣管出口直徑的第一屬性、值為100mm的排氣管入口直徑的第二屬性以及值為1000mm的排氣管長度的第三屬性。
其中要求優(yōu)化“EXP1”，可以創(chuàng)建或者在已存在情況下選擇包含用于優(yōu)化排氣管的優(yōu)化策略的符號元件。該符號策略元件的名字可以是，例如，像用于本例中的“排氣部件1”。在本例中的“排氣部件1”指定了最小出口直徑為25mm，最大出口直徑為200mm，出口直徑的公差為5mm，以便在優(yōu)化期間僅仿真增量為5mm的從25mm到200mm的出口直徑?！芭艢獠考?”還指定了入口直徑等于出口直徑，以至于只仿真直管。而且，“排氣部件1”指定了長度在基本發(fā)動機(jī)的值減去該值的50％到基本發(fā)動機(jī)的值加上該值的50％之間變化。
如果將基本發(fā)動機(jī)元件“EXP1”鏈接到符號策略元件“排氣部件1”，優(yōu)化可以在從25-200mm變化排氣出口直徑、變化排氣入口直徑使其等于排氣出口直徑、從500-1500mm變化排氣管長度的同時，仿真基本發(fā)動機(jī)屬性。
如所看到的，如果對有排氣出口直徑為100mm、排氣入口直徑為75mm以及排氣管長度為2000mm的基本發(fā)動機(jī)應(yīng)用“排氣部件1”，優(yōu)化仍將在25-200mm變化排氣出口直徑因為那些值在“排氣部件1”中被設(shè)置為絕對值。相似地，優(yōu)化仍將改變排氣入口直徑使其等于排氣出口直徑因為排氣入口直徑在“排氣部件1”中被定義為等于排氣出口直徑。然而，排氣管長度將在不同的范圍例如對于長度為2000mm的基本發(fā)動機(jī)來說在1000-3000mm變化，因為排氣管長度策略在“排氣部件1”中被定義為基本發(fā)動機(jī)的排氣管長度值的百分比。
因此，可以看到可用符號來定義策略，以便其對于各種基本模型都是可應(yīng)用的。相似地，可以對各種模型應(yīng)用各種策略以達(dá)到有不同配置的最優(yōu)解決方案。
符號元件也可以保存在策略中的知識庫中，從而增加知識庫中可用于其它應(yīng)用的信息分組。
通過在保存于數(shù)據(jù)庫的庫中匹配指定特征，可以將額外特征增加到一份規(guī)格中。例如，一個發(fā)動機(jī)的物理特性可以包括如下規(guī)格，例如燃料運(yùn)輸和點(diǎn)火時間特性以及凸輪輪廓。發(fā)動機(jī)庫可以包括多個發(fā)動機(jī)定義，其中每個發(fā)動機(jī)定義包括列出的物理特性中的每一個。用戶可以輸入某些發(fā)動機(jī)配置信息，包括例如發(fā)動機(jī)排量、氣缸數(shù)、塊配置(例如90°V或60°V)或者每個氣缸的氣門數(shù)，并且發(fā)動機(jī)配置專家系統(tǒng)將選擇一個最緊密地匹配由用戶從庫中輸入信息的完整的發(fā)動機(jī)定義。
圖8表示設(shè)計屏幕1100的實(shí)施例。設(shè)計屏幕1100包括一個樹形視圖窗口1102、一個流程圖窗口1104以及一個診斷窗口1106。樹形視圖窗口1102包括用于執(zhí)行發(fā)動機(jī)優(yōu)化的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)可以包括，例如定義要優(yōu)化的發(fā)動機(jī)的信息和關(guān)于如何引導(dǎo)優(yōu)化的信息。顯示在圖8中的樹形視圖窗口1102包括一個等級格式的測試過程和一個帶有其所有元件的基本發(fā)動機(jī)以及一個等級格式的元件集、元件和值，其中元件集是通過選擇元件集旁邊的加號可以顯示的相似元件的集合。
診斷窗口1106為用戶提供關(guān)于設(shè)計屏幕1100中輸入的狀態(tài)的信息。診斷窗口可以通知用戶存在于正在定義的模型或測試過程中的任何警告和/或錯誤。例如，在診斷窗口1106的第一條線1107中，用戶被告知發(fā)動機(jī)定義必須包含至少一個氣缸而還沒有定義任何氣缸。這樣在執(zhí)行發(fā)動機(jī)設(shè)計程序之前，提供給用戶關(guān)于設(shè)計屏幕1100的相關(guān)信息以確定在設(shè)計屏幕1100中輸入了適當(dāng)?shù)男畔ⅰ?br> 圖9表示圖8的設(shè)計屏幕1100，其中有一個打開的可由用戶完成的專家發(fā)動機(jī)模板1110的實(shí)施例。例如，可以通過從主菜單1101選擇“文件”“新建”和“專家模板”來打開發(fā)動機(jī)規(guī)格模板1110。發(fā)動機(jī)規(guī)格模板1110提供了空間使用戶可提供基本發(fā)動機(jī)信息，從中發(fā)動機(jī)配置專家系統(tǒng)可以選擇一個或多個最緊密地匹配在模板1110中輸入的信息的完整基本發(fā)動機(jī)規(guī)格。在要優(yōu)化的發(fā)動機(jī)屬性的名稱欄1112中，專家發(fā)動機(jī)模板1110提供了項目1114。如圖10中所示，用戶可以為名稱欄1112中的項目1114輸入字符1116放置于值欄1118中。字符1116可以是數(shù)字、字母或從菜單例如下拉菜單中選擇的條目。在適用時，單位欄1120提供了值欄1118中的字符1116的單位1122。
調(diào)整圖9的專家發(fā)動機(jī)模板1110以允許功率匹配于所選擇的發(fā)動機(jī)速度。可以提供其它模板以協(xié)助創(chuàng)建有其它設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)動機(jī)或有任何所需設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的非發(fā)動機(jī)。在功率輸入窗口1132的RPM欄1130中輸入所需發(fā)動機(jī)速度1128。在功率欄1136中輸入在每個發(fā)動機(jī)速度1128的所需功率1134。從輸入的功率1134和發(fā)動機(jī)速度1128數(shù)據(jù)創(chuàng)建所列出的發(fā)動機(jī)速度1128的所需功率1134的圖1140。
圖11表示圖8的設(shè)計屏幕1100，有一個在其中定義的發(fā)動機(jī)并表示在樹形視圖1102中的自動發(fā)動機(jī)設(shè)計?？梢酝ㄟ^從樹形視圖1102中選擇發(fā)動機(jī)元件、把表示那些元件的符號放置在流程圖1104中以及鏈接所需元件來定義發(fā)動機(jī)。因此，流程圖窗口1104可以包括在優(yōu)化中考慮的發(fā)動機(jī)的每個元件的定義。在圖11所示的例子中，流程圖窗口包括(i)進(jìn)氣壓(INTATM)1150，(ii)進(jìn)氣增壓室的尺寸(INTPLN)1152，(iii)第一進(jìn)氣管(INP1)1154，(iv)節(jié)氣門(THRT1)1156，(v)第二進(jìn)氣管(INP2)1158，(vi)進(jìn)氣門(INV1)1160，(vii)氣缸(CYL1)1162，(viii)排氣門(EXV1)1164，(ix)排氣管(EXP1)1166，以及(x)在排氣管出口處的排氣壓(EXHATM)1168。
圖12-17表示創(chuàng)建目的。圖12表示圖8的設(shè)計屏幕1100，有一個打開為選中目標(biāo)標(biāo)簽1201的目的說明屏幕1200實(shí)施例?？梢酝ㄟ^當(dāng)鼠標(biāo)指針在樹形視圖1102中的“說明(1)”上時右擊鼠標(biāo)并從產(chǎn)生的菜單中選擇“設(shè)計”來打開目的說明屏幕1200?？捎媚繕?biāo)窗口1202提供了可供選擇的目標(biāo)，選中目標(biāo)窗口1204包括為當(dāng)前目的說明而選中的所有目標(biāo)。應(yīng)當(dāng)注意可以為一個目的定義多個說明，并且在每個說明中可以包括多個目標(biāo)。
圖13表示述設(shè)計屏幕1100和一個目的說明屏幕1200，有一個打開的目標(biāo)設(shè)置對話框1210實(shí)施例的圖12的所選中目標(biāo)標(biāo)簽1201。目標(biāo)設(shè)置對話框1210為用戶提供了定義目標(biāo)的空間。在1212指定目標(biāo)名稱并將其與從可用目標(biāo)窗口1202中選擇的目標(biāo)匹配。在1214指定目標(biāo)類型，可以是，例如最大化目標(biāo)值、最小化目標(biāo)值或匹配目標(biāo)值或目標(biāo)值的設(shè)定。在1216指定目標(biāo)成本。該成本可以根據(jù)目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值或絕對值。目標(biāo)成本是目標(biāo)與其它目標(biāo)比較時的權(quán)重。因此，對于每個目標(biāo)1.0的目標(biāo)成本使每個目標(biāo)同樣重要。例如，對于一個燃料節(jié)約是主要關(guān)注的應(yīng)用來說，可以使燃料消耗的權(quán)重為2.0，使功率的權(quán)重為1.0。結(jié)果是燃料消耗的相對重要性是功率的兩倍。
圖14表示圖8的設(shè)計屏幕1100，有打開為選中速度鉤標(biāo)簽1220的目的說明屏幕1200。選中速度鉤標(biāo)簽1220的目的說明屏幕1200提供了可以輸入與執(zhí)行仿真時的速度有關(guān)的條目的空間。在1222表示從一個RPM的仿真移動到另一RPM的仿真的類型或方法。選擇了步進(jìn)的類型，這將引起優(yōu)化在仿真一些發(fā)動機(jī)循環(huán)之后從一個RPM一步步地到另一個。在1230，可以輸入在每一步中要仿真的循環(huán)次數(shù)。在描述的例子中，在每個RPM步驟中要仿真的循環(huán)次數(shù)是五。在1224，輸入仿真開始值，并在1226，輸入仿真結(jié)束值。在描述的例子中開始值是5000RPM，在描述的例子中結(jié)束值是11000RPM。在1228輸入1000RPM的增量。這樣，在5000RPM、以步長1000RPM直到11000RPM進(jìn)行仿真。
圖15表示圖8的設(shè)計屏幕1100，有打開為選中穩(wěn)定性標(biāo)簽1240的目的說明屏幕1200。穩(wěn)定性是仿真發(fā)動機(jī)，例如通過發(fā)動機(jī)在給定RPM的多個旋轉(zhuǎn)以達(dá)到該發(fā)動機(jī)在該RPM穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。可以通過比較通過最近仿真結(jié)果的長線斜率和可接受的長斜率值以及比較通過最近仿真結(jié)果的更小一組的短線和可接受的短斜率值來衡量穩(wěn)定性。如果這些線的斜率是可接受的，那么比較兩線的平均值之間的差異和該差異的可接受值。如果兩線的平均值中的差異是可接受的，那么在該RPM，仿真穩(wěn)定。差異1242是長線平均值和短線平均值之間的數(shù)學(xué)差異，并且可以例如值為0.01，單位為大氣壓。長斜率1246是通過在長計數(shù)1 248中指定點(diǎn)的線的斜率的最大可接受值，并且可以例如值為0.01。長計數(shù)1248是用于計算長斜率的最近穩(wěn)定點(diǎn)的數(shù)量，并且可以例如值為10，單位為循環(huán)，其中循環(huán)表示要仿真的發(fā)動機(jī)循環(huán)數(shù)。短斜率1250是通過在短計數(shù)1252中指定點(diǎn)的線的斜率的最大可接受值，并且可以例如值為0.01。短計數(shù)1252是用于計算短斜率的最近穩(wěn)定點(diǎn)的數(shù)量，是長計數(shù)1248中點(diǎn)的子集，并且可以例如值為5，單位為循環(huán)，其中循環(huán)表示要仿真的發(fā)動機(jī)循環(huán)數(shù)。最大旋轉(zhuǎn)1254是仿真器將運(yùn)行的試圖穩(wěn)定在要仿真的RPM點(diǎn)的發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)的最大次數(shù)。最大旋轉(zhuǎn)1254可以例如值為99，單位為循環(huán)，其中循環(huán)表示要仿真的發(fā)動機(jī)循環(huán)數(shù)。穩(wěn)定值1256指定了一個特征，其值用于確定何時認(rèn)為優(yōu)化已穩(wěn)定。穩(wěn)定值1256可以應(yīng)用于基本模型，例如，要優(yōu)化的基本發(fā)動機(jī)的任意特征。例如，BMEP值可以是對其應(yīng)用穩(wěn)定性的特征。
圖16表示圖8的設(shè)計屏幕1100，有打開為選中仿真標(biāo)簽1260的目的說明屏幕1200。選中仿真標(biāo)簽1260的目的說明屏幕1200提供了可以輸入與仿真器所用設(shè)置有關(guān)的條目的空間。有多個仿真器可用來使用，因此目的屏幕1200的仿真標(biāo)簽1260提供了選擇所需仿真器并定義該仿真器特征的空間。因此，提供了仿真器名稱域1272用于輸入或選擇要使用的仿真器。例如，可以輸入SIMLEV6A以選擇有該名稱的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機(jī)仿真器。而且，可以保留每個用過的仿真器以便可以再次產(chǎn)生結(jié)果。此外，可以提供其它域，包括一個點(diǎn)燃的/有發(fā)動機(jī)的域1274，這是一個其中可以輸入“點(diǎn)燃的”以表示發(fā)動機(jī)利用點(diǎn)燃的燃料或者可以輸入“有發(fā)動機(jī)的”以表示其中燃料是未點(diǎn)燃的發(fā)動機(jī)的域。還可以在需要或方便定義仿真器時，在目的屏幕1200的仿真標(biāo)簽1260下提供其它域。
圖17表示圖8的設(shè)計屏幕1100，有打開為選中燃料標(biāo)簽1300的目的說明屏幕1200。選中燃料標(biāo)簽1300的目的說明屏幕1200提供了可以輸入與發(fā)動機(jī)加燃料有關(guān)的條目的空間。可以在1302選擇燃料。選中的燃料可以是，例如汽油或柴油。對于標(biāo)準(zhǔn)燃料例如汽油或柴油，可以自動填充域1304-1310。然而，如果在1302輸入的是非標(biāo)準(zhǔn)的燃料，可以手動填充域1304-1310以定義該燃料。可以在1304輸入燃料的氧碳分子比(O/C)。例如，乙醇(C2H5OH)的O/C比為0.5。汽油的O/C比為0.0?？梢栽?306輸入燃料的氫碳(H/C)比。例如，辛烷(C8H18)的H/C比為2.25。可以在1308輸入燃料的卡燃料值。卡燃料值表示當(dāng)在熱量計中完全燃燒一單位質(zhì)量的燃料時釋放熱量的卡數(shù)，其中熱量計是測量一個物質(zhì)或體中的熱量的設(shè)備。汽油的卡燃料值可以是每千克43,500,000焦耳?？梢栽?310輸入汽化熱。汽化熱是在液體的沸點(diǎn)必須提供給液體使其在與液體相同的溫度下完全轉(zhuǎn)化成氣體的每單位質(zhì)量燃料的熱量。汽化熱的值可以，例如在燃料是汽油的情況下為420,000，單位是焦耳每千克。
圖18表示圖8的設(shè)計屏幕1100，有一個打開的自動發(fā)動機(jī)設(shè)計策略屏幕1320實(shí)施例?？梢酝ㄟ^當(dāng)鼠標(biāo)指針在樹形視圖1102中的“策略”上時右擊鼠標(biāo)并從產(chǎn)生的菜單中選擇“設(shè)計”來打開發(fā)動機(jī)設(shè)計策略屏幕1320。自動發(fā)動機(jī)設(shè)計策略屏幕1320包括變量1322、約束1380以及推理機(jī)1420的標(biāo)簽。當(dāng)選擇變量標(biāo)簽1322時，自動發(fā)動機(jī)設(shè)計策略屏幕1320包括一個樹形視圖窗口1324和一個選中變量窗口1326。當(dāng)選擇變量標(biāo)簽時，可用于當(dāng)前設(shè)計中的策略元件文件夾列在樹形視圖1324中。選中變量窗口1326包含從樹形視圖窗口中選擇的用于優(yōu)化的變量列表。在圖示例子中，樹形視圖包括當(dāng)選中時與發(fā)動機(jī)元件有關(guān)的被分類為氣缸、終端、管和提升閥系統(tǒng)的策略元件?？梢赃x擇那些類的每一個以顯示每類中的策略元件列表。
在自動發(fā)動機(jī)設(shè)計策略屏幕1320的變量標(biāo)簽1322的選中變量窗口1326中，每個變量可以包括名稱欄1328中的組標(biāo)志1327和變量名1329、最小值欄1330中的最小值、當(dāng)前值欄1322中的當(dāng)前值、最大值欄1334中的最大值、公差欄1336中的公差以及單位欄1338中的單位。在優(yōu)化的解決方案階段期間，組標(biāo)志1327使變量組合使用。可以為所述組合將所需數(shù)量的變量分組，例如通過將其順序列出并在組中每個變量旁邊提供適當(dāng)?shù)慕M標(biāo)志1327。字母“G”表示組中的第一變量，字母“M”表示組中間的一個或多個變量，字母“E”表示組中的最后一個變量。應(yīng)當(dāng)注意可以按需要定義多個組。最小值是希望該變量優(yōu)化的最小值。當(dāng)前值是基本設(shè)計中的變量值。最大值是希望該變量優(yōu)化的最大值。
在所述實(shí)施例中包括在選中變量窗口1326中的變量是排氣管出口直徑(EXP1.S[4].ExitDia)和排氣管長度(EXP1.S[4].Len)。選中變量窗口1326進(jìn)一步表示選中的管有至少20.0mm的出口直徑、100.0mm的最大直徑和5.0mm的公差。選中變量窗口1326還表示選中的管有75.0mm的最小長度、1000.0mm的最大長度和25.0mm的公差。應(yīng)當(dāng)注意選中變量窗口1326表示選中的管有38.0mm的當(dāng)前直徑和915.0mm的當(dāng)前長度?？梢栽诨景l(fā)動機(jī)中定義這些當(dāng)前值并且這些當(dāng)前值可以是，例如當(dāng)前使用的發(fā)動機(jī)的尺寸或者用戶希望使用的與發(fā)動機(jī)設(shè)計結(jié)果或隨著發(fā)動機(jī)設(shè)計進(jìn)展比較的值。因此，起初可以由設(shè)計程序來考慮使用當(dāng)前值配置的基本發(fā)動機(jī)，可以將落在選中變量窗口1326中定義的范圍中的其它發(fā)動機(jī)與當(dāng)前發(fā)動機(jī)進(jìn)行比較以確定是否產(chǎn)生了一個改進(jìn)的發(fā)動機(jī)設(shè)計和改進(jìn)的程度。
圖19表示圖8的設(shè)計屏幕1100，有一個打開為選中變量標(biāo)簽1322的自動發(fā)動機(jī)設(shè)計策略屏幕1320并且有一個打開的優(yōu)化變量設(shè)置窗口1350實(shí)施例?？梢酝ㄟ^，例如選擇變量并且當(dāng)鼠標(biāo)指針在選中變量標(biāo)簽1322的發(fā)動機(jī)設(shè)計策略屏幕1320中的“編輯”按鈕上方時左擊鼠標(biāo)，來打開優(yōu)化變量設(shè)置窗口1350。優(yōu)化變量設(shè)置窗口1350提供了可以定義變量特征的空間。例如，可以打開一個現(xiàn)有變量，可以修改一個或多個特征并且可以保存修改過的變量。綜合設(shè)置窗口1352包括名稱欄1364的字段在1354的變量名、在1356的符號名、在1358的公差、在1360的級別和在1362的使用自動級別?？梢栽谥禉?366中定義包括在名稱欄1364中的特征值，可以在單位欄1368中定義包括在名稱欄1364中的特征的單位。在圖19所示例子中，用于定義變量的設(shè)置包括變量名為EXP1.S[4].Len，符號名為EXP1，單位為mm的公差為25.0，級別為5，并且不使用自動級別。
在優(yōu)化變量設(shè)置窗口1350中的范圍窗口1370提供了可以定義變量的最小、當(dāng)前和最大值的字段。在范圍窗口1370中的值可以定義為絕對值、相對值或百分值，并且可以通過適當(dāng)?shù)膯挝粊碜R別。
因此，例如如果當(dāng)前值是915.0mm，最小值表示為-50％，那么最小值將是915.0mm的50％，或者457.5mm。如果當(dāng)前值是915.0mm，最大值定義為+50％，那么最大值將是915.0mm的150％，或者1372.5mm。然后可以將那些最小和最大值近似為增加到公差開始點(diǎn)的公差的倍數(shù)。公差是25mm，公差開始點(diǎn)是0，因此可以最小值約為475.0mm?？梢杂迷S多方法來計算公差開始點(diǎn)，并且可以是例如當(dāng)前值，以便從當(dāng)前值中減去公差倍數(shù)直到最小值以及向當(dāng)前值中增加公差倍數(shù)直到最大值。
圖20表示圖8的設(shè)計屏幕1100，有一個打開為選中約束標(biāo)簽1380的自動發(fā)動機(jī)設(shè)計策略屏幕1320。當(dāng)選擇約束標(biāo)簽1380時，在自動發(fā)動機(jī)設(shè)計策略屏幕1320的約束窗口1382中列出使用其它屬性或變量來改變要仿真的設(shè)計屬性的公式。
圖21表示自動發(fā)動機(jī)設(shè)計策略屏幕1320，在圖20中選中約束標(biāo)簽1380時有一個打開的編輯策略公式屏幕1390實(shí)施例。編輯策略公式屏幕1390提供了可以顯示或修改約束公式的特征的空間。在所描述的例子中，“EXP1.S(4)EntranceDia”是在自動發(fā)動機(jī)設(shè)計策略窗口1320中選擇的約束，因此將關(guān)于選中約束“EXP1.S(4)EntranceDia”的詳細(xì)信息列在編輯策略公式屏幕1390中。選中的約束是排氣管的入口直徑，在編輯策略公式屏幕1390的左側(cè)1392中輸入該約束(EXP1.S(4)EntranceDia)的名稱。使排氣管入口直徑等于同一排氣管的出口直徑(EXP1.S(4)ExitDia)，其在編輯策略公式屏幕1390的右側(cè)1394中輸入。該公式使得優(yōu)化只產(chǎn)生有恒定直徑的排氣管并且入口和出口直徑相等的發(fā)動機(jī)配置。在由公式計算的屬性的最小值是需要的情況下，可以在最小值對話框1396中輸入這種最小值。相似地，在由公式計算的屬性的最大值是需要的情況下，可以在最大值對話框1398中輸入這種最大值。
圖22表示一個選擇變量屏幕1400的實(shí)施例，其可以通過選擇在選中約束標(biāo)簽1380的自動發(fā)動機(jī)設(shè)計策略屏幕1320中的“編輯左側(cè)”按鈕打開。選擇變量屏幕1400提供了從樹形視圖1404中選擇的屬性列表1402。因而可以從屬性列表1402中選擇希望由約束公式定義的屬性?？梢詮呐c圖22中所示的選擇變量屏幕1400相似的選擇變量屏幕中選擇在編輯策略公式屏幕1390的左側(cè)中使用的屬性。
圖23表示圖8的設(shè)計屏幕1100，有打開為推理機(jī)標(biāo)簽1420的自動發(fā)動機(jī)設(shè)計策略屏幕1320。在基本推理機(jī)設(shè)計策略窗口1422中顯示基本推理機(jī)設(shè)計策略信息?；就评頇C(jī)設(shè)計策略窗口1422包括名稱欄1426中基本推理機(jī)因子1424的列表。每個基本推理機(jī)因子1424可以包括一個可在值欄1428中輸入的值和可在單位欄1430中輸入的單位。基本推理機(jī)因子1424包括在1432關(guān)于是否需要探測的二元選擇、在1434在探測期間要仿真的發(fā)動機(jī)的最大數(shù)量、在1436所需的解決方案總數(shù)、在1438在每個通過中仿真的發(fā)動機(jī)的最大數(shù)量、在1440隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器的種子以及在1442關(guān)于是否需要高級選項的二元選擇。
可以啟用或禁用優(yōu)化的探測階段，在其中可以選擇不止一個開始點(diǎn)作為尋找最優(yōu)解決方案的開始點(diǎn)。如果不需要探測，將發(fā)生單個尋找以獲得最優(yōu)解決方案。從地形上看設(shè)計空間中的解決方案，常常有多個被波谷分隔開的波峰。因此，不使用探測的危險在于解決方案將會達(dá)到一個不包括最優(yōu)解決方案在內(nèi)的峰值。通過使用探測并且從設(shè)計空間的不止一點(diǎn)開始優(yōu)化處理，增加了找到最優(yōu)解決方案的可能性。
在使用探測以仿真在設(shè)計空間的不止一點(diǎn)開始的發(fā)動機(jī)的情況下，可以在要仿真的發(fā)動機(jī)數(shù)量旁邊輸入在設(shè)計空間中選擇的開始點(diǎn)的數(shù)量?？梢栽诳偨鉀Q方案旁邊輸入所需解決方案的總數(shù)?？梢酝ㄟ^在每個解決方案通過中的發(fā)動機(jī)旁邊輸入所需發(fā)動機(jī)數(shù)量來指定從那些開始點(diǎn)的每一個點(diǎn)仿真的發(fā)動機(jī)數(shù)量。
可以出于實(shí)際目的來限制要仿真的發(fā)動機(jī)數(shù)量。在不使用公差時，在任意設(shè)計空間中將存在無限多個要仿真的發(fā)動機(jī)。通過使用公差，刪除了設(shè)計空間中無限小的步驟并且使設(shè)計空間中存在有限數(shù)量的仿真。然而，即使使用了公差，設(shè)計空間中潛在解決方案的數(shù)量也可能很大。因此，在某些環(huán)境下希望進(jìn)一步減少要仿真的潛在解決方案的數(shù)量。其中希望只仿真一部分的潛在解決方案，可以隨機(jī)選擇要仿真的潛在解決方案。例如，通過應(yīng)用基于種子的蒙特卡洛選擇法可以選擇隨機(jī)發(fā)動機(jī)。如那些熟知統(tǒng)計處理的人所知的，使用種子允許從一個優(yōu)化到另一個的可重復(fù)性。
只有在基本推理機(jī)設(shè)計策略窗口1422中的值需要由用戶輸入。如果只完成了基本推理機(jī)設(shè)計策略窗口1422，定義如何在由自動發(fā)動機(jī)設(shè)計策略屏幕1320的變量標(biāo)簽1322定義的設(shè)計空間中引導(dǎo)優(yōu)化所需要的所有其它信息將由推理機(jī)來推斷。作為替代地，在用戶想要額外地控制在設(shè)計空間中如何執(zhí)行優(yōu)化時，可以完成高級選項窗口1450和/或整體選項窗口1480。
圖23還表示了一個高級選項窗口1450的實(shí)施例。使用在高級選項窗口1450中定義的高級選項，可以允許使用一種探測處理類型。在包括在名稱欄1454中的高級推理機(jī)因子1452的列表中包括高級推理機(jī)信息。每個高級推理機(jī)因子1452可以包括可在值欄1456中輸入的值和可在單位欄1458中輸入的單位。高級推理機(jī)因子1452包括在1460的所需探測處理。所需探測處理可以包括，例如可從下拉框中選擇的內(nèi)部矩陣或完整矩陣。內(nèi)部矩陣表示要使用位于設(shè)計空間邊界內(nèi)的點(diǎn)，而完整矩陣表示在探測中要使用位于設(shè)計矩陣邊界上和邊界內(nèi)部的點(diǎn)。
希望優(yōu)化達(dá)到的解決方案總數(shù)可以包括最佳設(shè)計解決方案和局部最優(yōu)解決方案。最佳設(shè)計解決方案是從所有探測開始點(diǎn)的全部中找到的最佳解決方案。局部最優(yōu)解決方案是從不是得到最佳解決方案的探測開始點(diǎn)的探測開始點(diǎn)找到的解決方案。在從地形上看設(shè)計空間中存在多個峰值的情況下，從不同探測開始點(diǎn)提供解決方案(局部最優(yōu))提供了設(shè)計空間中的比較。如前述討論的，從發(fā)現(xiàn)局部最優(yōu)得到好處的例子是，在例如局部最優(yōu)解決方案接近于最優(yōu)解決方案并且構(gòu)建局部最優(yōu)解決方案更不昂貴，因為例如它對當(dāng)前設(shè)計要求更少的變化的情況下，相比于最優(yōu)解決方案，可能更希望得到次于最優(yōu)的解決方案。因此，在1462可以輸入所需局部最優(yōu)解決方案的數(shù)量，在1464可以輸入所需最佳設(shè)計的數(shù)量。
在1466，可以顯示關(guān)于每個解決方案是否需要第二探測的二元標(biāo)志。每個解決方案的第二探測表示需要另一探測，因為例如正在優(yōu)化大量的變量以至于出于實(shí)際的目的，限制每個變量級別數(shù)的值為二。因此，可以執(zhí)行第二探測通過以選擇額外的探測點(diǎn)。當(dāng)需要時，可以執(zhí)行額外的探測通過。
在1468，可以顯示關(guān)于是否需要動態(tài)組合的二元標(biāo)志。在1470，可以顯示關(guān)于是否應(yīng)當(dāng)保存探測結(jié)果的二元標(biāo)志。探測結(jié)果是在探測期間仿真的設(shè)計配置的結(jié)果。在1472，可以顯示關(guān)于是否保存解決方案結(jié)果的二元標(biāo)志。解決方案結(jié)果是最佳設(shè)計和局部最優(yōu)的仿真的結(jié)果。在1474，可以做關(guān)于是否產(chǎn)生校準(zhǔn)表的二元標(biāo)志。校準(zhǔn)表是與指定的RPM有關(guān)的最優(yōu)值的表。例如，可以指定在貫穿RPM范圍內(nèi)在每多個規(guī)則的RPM步長處進(jìn)行發(fā)動機(jī)的優(yōu)化，并且與每個指定的RPM有關(guān)的最優(yōu)值是所需的。校準(zhǔn)表可以提供所述信息。
在1476，出于在一個或多個初始通過中仿真步長的一部分的目的，輸入一個開始百分比，并且在1478，出于在一個或多個最后通過中仿真步長的一部分的目的，輸入一個結(jié)束百分比。
圖23還包括一個全局選項窗口1480。全局選項窗口1480包括包含了全局因子1484的列表的名稱欄1482、包含與全局因子1484有關(guān)的字符的值欄1486以及在適當(dāng)時，包含與全局因子有關(guān)單位的單位欄1488。
在1490，輸入默認(rèn)最小/最大增量值，并且在1492，輸入默認(rèn)最小/最大增量描述。當(dāng)默認(rèn)最小/最大增量描述是“乘以當(dāng)前變量值”時，默認(rèn)最小/最大增量值可以包括一個乘法器，其乘以當(dāng)前值并從當(dāng)前值中減去以達(dá)到最小值和向當(dāng)前值增加以達(dá)到最大值。其它默認(rèn)最小/最大選項可以包括“乘以當(dāng)前變量公差”。
在1494，輸入默認(rèn)公差值，并且在1496，輸入默認(rèn)公差描述。當(dāng)默認(rèn)公差描述是“乘以當(dāng)前變量公差”時，默認(rèn)公差值可以包括一個乘以默認(rèn)內(nèi)部公差以達(dá)到默認(rèn)公差的乘法器。其它默認(rèn)公差選項可以包括“乘以當(dāng)前變量值”。
應(yīng)當(dāng)注意可以定義設(shè)計策略信息并且無需重新考慮和重新分配該信息就可再次使用。例如，一旦可能通過使用系統(tǒng)的實(shí)驗或經(jīng)驗確定一個策略適合用于某些情況下，就可批準(zhǔn)該策略用于那些情況下。因此，經(jīng)驗可以保留在系統(tǒng)中，可能沒有建立該策略經(jīng)驗的初級設(shè)計者仍然可以通過利用他人的經(jīng)驗來參與設(shè)計。
圖24表示圖8的設(shè)計屏幕1100，有一個打開的符號元件分析屏幕1500實(shí)施例。可以從設(shè)計屏幕1100通過選擇樹形視圖1102中的“符號元件”并從產(chǎn)生的菜單中選擇“設(shè)計”來打開符號元件分析屏幕1500。符號元件分析屏幕1500提供了可以使一個或多個策略屬性與一個或多個基本設(shè)計屬性相關(guān)的區(qū)域。在圖24中描述的符號變量是一個元件定義，具體來說，定義了一個排氣管。如在符號元件分析屏幕1500中可看到的，符號變量元件1502是一個管，符號名1504是“EXHAUSTRUNNER”，該發(fā)動機(jī)變量的實(shí)際名稱1506是EXP1。這使得對元件“管”下的發(fā)動機(jī)元件“EXP1”應(yīng)用與符號名“EXHAUST RUNNER”有關(guān)的策略屬性。
專家系統(tǒng)可以包括許多可能根據(jù)由專家系統(tǒng)執(zhí)行的功能而變化的元件部分。最基本地，典型的專家系統(tǒng)可以包括一個知識庫、一個推理機(jī)以及一個用戶界面。知識庫可以包含提供給專家系統(tǒng)的練習(xí)積累的信息。推理機(jī)可以包括一組根據(jù)通常包含在知識庫中的信息而執(zhí)行從而例如創(chuàng)建一個優(yōu)化的設(shè)計的指令或規(guī)則。用戶界面通常允許用戶向?qū)＜蚁到y(tǒng)輸入信息和指令(例如，訓(xùn)練該系統(tǒng))并向用戶提供專家系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)果。用來創(chuàng)建機(jī)械或其它設(shè)備的設(shè)計的專家系統(tǒng)通常還包括一個允許計算機(jī)仿真設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的仿真器。
本專家系統(tǒng)可以包括一個信息庫或知識庫并且也可以根據(jù)該知識來執(zhí)行操作。專家系統(tǒng)通常是一個基于系統(tǒng)的計算機(jī)，該系統(tǒng)有一個用于執(zhí)行計算的處理器和一個將包含知識庫的信息保存在存儲設(shè)備中的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。專家系統(tǒng)可以類比于人類專家，因為它要求訓(xùn)練，在存儲器或存儲設(shè)備中保存所學(xué)的信息，以及將所學(xué)信息與計算機(jī)處理器智能相結(jié)合以提供所需結(jié)果。然而，專家系統(tǒng)提供了額外的優(yōu)勢，即提供一種利用一個或多個人類專家能力的方法。
通過向?qū)＜蚁到y(tǒng)的知識庫提供與一個或多個專家系統(tǒng)要操作的處理、設(shè)備或系統(tǒng)相關(guān)的信息，可以訓(xùn)練該專家系統(tǒng)。在由專家系統(tǒng)設(shè)計發(fā)動機(jī)的例子中，所述信息可以與一個或多個發(fā)動機(jī)和有關(guān)元件相關(guān)。
還可以通過向?qū)＜蚁到y(tǒng)的知識庫提供與那些處理、設(shè)備或系統(tǒng)的操作和相互作用相關(guān)的信息，來訓(xùn)練該專家系統(tǒng)。在由專家系統(tǒng)設(shè)計發(fā)動機(jī)的例子中，所述操作和相互作用信息可以表現(xiàn)為一個或多個仿真器的形式，所述仿真器包含傳遞給專家系統(tǒng)的、關(guān)于有各種元件的發(fā)動機(jī)當(dāng)那些元件在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的不同級別處組合在一起時如何執(zhí)行的指令。
還可以通過向?qū)＜蚁到y(tǒng)的知識庫提供與希望由專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的目的和用于評估每個設(shè)計的規(guī)則相關(guān)的信息，來訓(xùn)練該專家系統(tǒng)。該目的信息通常與尋找提供所需結(jié)果或性能的處理、設(shè)備或系統(tǒng)的過程中出現(xiàn)的處理、設(shè)備或系統(tǒng)中的變化相關(guān)。在設(shè)計發(fā)動機(jī)的例子中，該目的信息可以表現(xiàn)為一個或多個測試過程和一個或多個定義一個或多個目標(biāo)的說明的形式?？梢栽诓呗灾卸x在所需公差步長的所需范圍內(nèi)一個或多個變量元件的所需變化以識別組合的最接近于獲得所需操作的元件。目的還可以包括一種量化結(jié)果以與目標(biāo)比較的方法。
保存在專家系統(tǒng)中的處理、設(shè)備或系統(tǒng)信息，操作和相互作用信息，目的信息和任何其它信息可以被組合地稱為知識庫。
在有積累的信息的知識庫之前存在的專家系統(tǒng)可以被稱為“框架”。該框架可以包括一個或多個包括指令(關(guān)于如何對從知識庫提供的信息應(yīng)用規(guī)則)的推理機(jī)和一個或多個仿真器，以及硬件例如處理器、存儲器、數(shù)據(jù)存儲設(shè)備和用戶接口硬件。然后知識庫是框架可以操作的積累的信息。包含知識庫的信息可以由被稱為知識工程師的人來輸入，并且也可以通過專家系統(tǒng)的操作來創(chuàng)建和積累。因為專家系統(tǒng)利用其知識庫來操作，在一些或所有所述知識庫是由知識工程師輸入的情況下，由專家系統(tǒng)獲得的結(jié)果將傾向于根據(jù)由知識工程師放置于知識庫中的信息而變化。因此，當(dāng)由不同的知識工程師來執(zhí)行一個共同的專家系統(tǒng)框架時，可以在知識庫中放置不同的信息并且通過專家系統(tǒng)的那些執(zhí)行可以獲得各不相同的結(jié)果。
應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步意識到有積累的專家知識的專家系統(tǒng)可以由一個不如專家的人來操作而仍然提供與如果一個專家(例如知識工程師)來操作該專家系統(tǒng)將獲得的相同的專家結(jié)果。例如，一個知識工程師可以利用其輸入知識庫中的信息來操作專家系統(tǒng)以確保該信息提供了所需的結(jié)果。如果合適，該信息可以進(jìn)一步由知識工程師分組，以便可以將與具體設(shè)備、程序或系統(tǒng)相關(guān)的信息分在一個特定的應(yīng)用項目組中。然后非專家(例如應(yīng)用工程師)可以在項目中利用信息以創(chuàng)建一個或多個與由知識工程師創(chuàng)建的設(shè)計相同的設(shè)計。因此，知識工程師的知識可以通過使用專家系統(tǒng)在遍及一個由專家和非專家等等使用的組織中來使用該知識而被利用。
而且，例如相比于知識工程師，一個對市場需求有更深程度見解的人可以利用包括在專家系統(tǒng)中的知識工程師的知識以創(chuàng)建符合市場需求的最優(yōu)解決方案。因此，專家系統(tǒng)可以解決難題或創(chuàng)建設(shè)計，否則這將要求費(fèi)時的多人之間的交叉培訓(xùn)。
利用一個優(yōu)化用在例如機(jī)動車中的發(fā)動機(jī)和相關(guān)元件的專家系統(tǒng)，可以在發(fā)動機(jī)定義中定義不被改變的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)元件(由于例如變更那些發(fā)動機(jī)系統(tǒng)元件的成本太高)?？梢愿淖兊陌l(fā)動機(jī)系統(tǒng)的元件可被稱為變量并且可在專家系統(tǒng)中定義。還可以在專家系統(tǒng)中提供對那些變量的變化大小的限制?？梢栽趯＜蚁到y(tǒng)的目的部分定義測試過程以使用計算機(jī)仿真術(shù)語來描述發(fā)動機(jī)和元件將被測試或仿真的方式。
可以調(diào)整發(fā)動機(jī)設(shè)計專家系統(tǒng)以便于非設(shè)計專家使用系統(tǒng)。例如，可以在每個對應(yīng)于一個發(fā)動機(jī)基本類型的項目中配置發(fā)動機(jī)設(shè)計專家系統(tǒng)。然后項目可以包括各種有固定或可變值的元件的定義(也稱為“發(fā)動機(jī)定義”)，測試過程和將進(jìn)一步在圖25中討論的子知識庫。知識工程師可以創(chuàng)建項目以便它們只包括已知的創(chuàng)建該發(fā)動機(jī)的合意設(shè)計的定義。然后應(yīng)用工程師可以利用包括在項目內(nèi)的定義，通過利用專家系統(tǒng)來創(chuàng)建與知識工程師將利用專家系統(tǒng)創(chuàng)建的設(shè)計相同的該發(fā)動機(jī)的新設(shè)計，因為那些設(shè)計使用了與知識工程師將使用的相同的信息。那些新設(shè)計可以被改變，并且可以優(yōu)化，例如發(fā)動機(jī)的燃料效率、功率或噴射或匹配具體所需的發(fā)動機(jī)功能特性。應(yīng)用工程師還可以仿真已設(shè)計的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)以例如驗證在不同發(fā)動機(jī)速度時的操作，從而確定那些設(shè)計在所有發(fā)動機(jī)速度下是適當(dāng)?shù)摹?br> 專家系統(tǒng)還提供設(shè)計的質(zhì)量保證，因為對應(yīng)用工程師可以修改的參數(shù)進(jìn)行了控制。
應(yīng)用特殊接口可以作為由應(yīng)用工程師或其他用戶使用的專家系統(tǒng)的一部分來提供。應(yīng)用特殊接口可以允許那些應(yīng)用工程師訪問具有經(jīng)專家創(chuàng)建并批準(zhǔn)的系統(tǒng)定義的項目和利用那些定義以創(chuàng)建最優(yōu)設(shè)計。
因此，應(yīng)用特殊接口提供了一個容易使用的并且傳送的結(jié)果等同于知識工程師將提供的結(jié)果的設(shè)備。這反過來使知識工程師自由地關(guān)注于其它設(shè)計，而應(yīng)用工程師、市場人員或其他人在創(chuàng)建設(shè)計時無需知識工程師的參與。
圖25表示一個自動發(fā)動機(jī)設(shè)計專家系統(tǒng)屏幕1600的實(shí)施例的用戶樹形視圖1602。用戶樹形視圖1602允許訪問整個專家系統(tǒng)以便可以由知識工程師來修改專家系統(tǒng)。如在1604中可看到的，可以在專家系統(tǒng)之內(nèi)創(chuàng)建一個或多個項目。包括一個名為“初始測試”1606的項目作為應(yīng)用特殊接口項目。在該應(yīng)用特殊接口項目1606中，有一個或多個在發(fā)動機(jī)文件1608中的發(fā)動機(jī)定義，一個或多個在測試過程文件1610中的測試過程，以及一個或多個子知識庫1612。每個子知識庫1612可以包含一個具有一個或多個目的的目的文件夾1614，一個具有一個或多個策略的策略文件夾1616，以及一個或多個自動發(fā)動機(jī)設(shè)計1618。自動發(fā)動機(jī)設(shè)計1618可以包括一個具體的發(fā)動機(jī)、一個具體的測試過程、一個具體的目的、以及一個或多個策略，所有這些都可以由應(yīng)用工程師從項目中選擇以用于例如優(yōu)化。
圖26表示從發(fā)動機(jī)設(shè)計專家系統(tǒng)屏幕1600中選擇一個自動發(fā)動機(jī)設(shè)計以產(chǎn)生一個下拉菜單1650，通過從該下拉菜單1650中選擇應(yīng)用特殊接口選項1652可用于訪問應(yīng)用特殊接口。
此外，通過從菜單1650中選擇自動發(fā)動機(jī)設(shè)計狀態(tài)選項1656可以訪問管理接口(未畫出)。
而且，通過從菜單1650中選擇知識工程接口選項1658可以訪問知識工程接口(未畫出)。
圖27表示對于一個具體項目，一個應(yīng)用特殊接口屏幕1700的實(shí)施例。應(yīng)用特殊接口屏幕1700包括一個應(yīng)用特殊接口樹形視圖1702。雖然定義和優(yōu)化在該視圖1702中設(shè)計的發(fā)動機(jī)所需的信息可以是大量的，可能包括數(shù)千個用于仿真和優(yōu)化的發(fā)動機(jī)特性和規(guī)則，樹形視圖1702只允許修改那些特性和規(guī)則中的有限個?？梢杂芍R工程師確定在應(yīng)用特殊接口屏幕1700中可用項目的限制以限制應(yīng)用工程師使用屏幕來修改特性和規(guī)則的能力，因為應(yīng)用特殊接口屏幕1700的應(yīng)用工程師或其他用戶將不能修改任何不可訪問的信息。
通常，應(yīng)用特殊接口屏幕1700顯示了大量的目的信息，以便使用該屏幕的應(yīng)用工程師可以廣泛地修改設(shè)計的目的1704。然而，應(yīng)用特殊接口屏幕1700簡單地列出了將在仿真期間使用的策略1706和將在仿真期間使用的發(fā)動機(jī)定義1708且不允許應(yīng)用工程師修改所述設(shè)計的那些特征。通過允許應(yīng)用工程師廣泛地訪問和修改目的1704，創(chuàng)建該應(yīng)用特殊接口屏幕1700的知識工程師允許應(yīng)用工程師公式化目標(biāo)1709，例如在1710使功率與所需功率曲線匹配，在1712輸入對碳?xì)浠衔镙敵龅纳舷?，以及?714最小化燃料消耗。創(chuàng)建的知識工程師還允許應(yīng)用工程師公式化要使用的測試過程1716的某些特征，以便應(yīng)用工程師可以指定如下情況，諸如在1718仿真中使用的燃料、在1720執(zhí)行仿真時的發(fā)動機(jī)速度以及在1722打開的節(jié)氣門區(qū)域的比例。然而，通過阻止應(yīng)用工程師更改策略1706和發(fā)動機(jī)1708，知識工程師阻止了應(yīng)用工程師篡改可能由更有經(jīng)驗的知識工程師來處理更為合適的發(fā)動機(jī)設(shè)計的特征。
應(yīng)當(dāng)注意，如果對目的參數(shù)進(jìn)行了任何改變，應(yīng)用工程師可以并且應(yīng)當(dāng)可能修改與目的1724有關(guān)的描述和與自動發(fā)動機(jī)設(shè)計1726有關(guān)的描述，以至于可以唯一識別每個設(shè)計變化。
專家系統(tǒng)還可以包括管理接口功能，其允許管理以查看在專家系統(tǒng)中發(fā)生的操作狀態(tài)并允許管理以控制那些操作執(zhí)行的優(yōu)先權(quán)。
像人力資源一樣，計算機(jī)系統(tǒng)通常是有限的資源以至于在給定時間內(nèi)計算機(jī)系統(tǒng)可執(zhí)行的操作次數(shù)是有限的。然而，不同于人力資源的是，可以在很少或沒有效率損失的情況下，將計算機(jī)系統(tǒng)資源從一個或多個活動快速地重新分配到一個或多個其它活動。這是相對于一組人類專家，專家系統(tǒng)給管理提供更多靈活性的一種方法。
可以向管理人員和其他人員提供顯示一個或多個專家系統(tǒng)當(dāng)前處理的操作狀態(tài)的狀態(tài)監(jiān)控器(未畫出)。狀態(tài)監(jiān)控器可以表示，例如，目標(biāo)、專家系統(tǒng)達(dá)到目標(biāo)的進(jìn)展以及完成執(zhí)行中的每個操作的處理所需要的處理數(shù)量。例如，可以通過簡單地選擇一個優(yōu)化來查看并更新該優(yōu)化的狀態(tài)來查看對優(yōu)化狀態(tài)的回顧。
一個具體操作的目標(biāo)可以是，例如優(yōu)化一個發(fā)動機(jī)設(shè)計以在發(fā)動機(jī)速度范圍內(nèi)通過修改發(fā)動機(jī)和相關(guān)元件特性來匹配所需功率曲線。對這種操作，狀態(tài)監(jiān)控器可以用圖顯示所需功率曲線，并在同一幅圖上畫出用作開始點(diǎn)的發(fā)動機(jī)設(shè)計的功率曲線以及迄今創(chuàng)建的最佳發(fā)動機(jī)設(shè)計。狀態(tài)監(jiān)控器可以進(jìn)一步包括已仿真發(fā)動機(jī)數(shù)量和在該優(yōu)化中要仿真的發(fā)動機(jī)數(shù)量的估計。狀態(tài)監(jiān)控器還可以顯示每個優(yōu)化所需的完成時間或每個優(yōu)化執(zhí)行的優(yōu)先級。
管理人員或其他人員使用顯示的信息以決定關(guān)于系統(tǒng)操作應(yīng)當(dāng)如何實(shí)時地向前進(jìn)行。例如，管理人員可以控制一個優(yōu)化以允許更快地完成另一優(yōu)化。如果，例如目標(biāo)接近可接受的水平而又不希望執(zhí)行進(jìn)一步的優(yōu)化，或者如果優(yōu)化執(zhí)行得如此不好以至于它應(yīng)被修改并再次執(zhí)行時，管理人員或其他用戶也可以終止優(yōu)化。管理人員或其他用戶還可以修改優(yōu)化運(yùn)行的優(yōu)先權(quán)以滿足所需進(jìn)度。
專家系統(tǒng)可以動態(tài)地修改優(yōu)化的優(yōu)先權(quán)以滿足每個優(yōu)化運(yùn)行所需的完成時間。專家系統(tǒng)也可以執(zhí)行其它的自動功能。例如，當(dāng)在優(yōu)化運(yùn)行期間選擇改變許多特性時，優(yōu)化系統(tǒng)可能不能有效地執(zhí)行，因為變化的組合數(shù)可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過可用來執(zhí)行操作的優(yōu)化硬件，或執(zhí)行優(yōu)化的時間可能非常長。因此專家系統(tǒng)可以通過將一個或多個最佳解決方案反饋到第二或更多輪優(yōu)化中，來優(yōu)化特性子集或組中的那些特性。也可以通過將從后輪優(yōu)化得到的結(jié)果用于先前執(zhí)行的特征組的開始設(shè)計中來循環(huán)該處理。
專家系統(tǒng)可以執(zhí)行以改進(jìn)產(chǎn)生的設(shè)計的自動功能的另一個例子是檢查在優(yōu)化中變化的每個變量的敏感度并且再評估顯示了高敏感度的變量。敏感度與當(dāng)進(jìn)行變量的小變化(例如一個公差值)時設(shè)計變化的程度有關(guān)。從變量值的小變化中產(chǎn)生的大變化表示高敏感度并且可能表示可以改進(jìn)優(yōu)化結(jié)果。因此，專家系統(tǒng)可以為表現(xiàn)出高敏感度的變量設(shè)置減少的公差，并且利用得到的設(shè)計作為基本設(shè)計為那些變量再次運(yùn)行優(yōu)化。
然而，當(dāng)在多臺機(jī)器上執(zhí)行優(yōu)化時可以利用的另一功能是選擇功能，從而可以自動選擇有更多容量和/或更少負(fù)荷的機(jī)器來為高優(yōu)先級的運(yùn)行，或為滿足截止期限而提供最有效的利用。
此外，可以連續(xù)或同時地多次操作專家系統(tǒng)以達(dá)到所需結(jié)果。例如，通過使用不同的策略可以運(yùn)行多個優(yōu)化以找到最佳解決方案。在另一例子中，可能需要多個變量，并且可以為那些變量組連續(xù)地運(yùn)行專家系統(tǒng)的多個操作，其中每個后續(xù)運(yùn)行使用一個或多個從先前運(yùn)行得到的最佳解決方案。
應(yīng)當(dāng)注意包括知識工程師、應(yīng)用工程師和管理人員在內(nèi)的術(shù)語意在施加由人執(zhí)行的功能，并且在對應(yīng)于那些人類功能的功能部分來描述專家系統(tǒng)。然而，應(yīng)當(dāng)承認(rèn)任何人都可以執(zhí)行不止一個的那些功能，因而可以訪問專家系統(tǒng)的多個功能特征。
在專家系統(tǒng)的一個實(shí)施例中，考慮這樣一個結(jié)構(gòu)，其組織專家系統(tǒng)的工作，用于不同級別的用戶使用以及專家系統(tǒng)操作的管理遠(yuǎn)見。通過組織知識庫中的信息來鞏固該結(jié)構(gòu)。
在知識庫中包括多個項目子知識庫?？梢詷?gòu)造每個項目以包括創(chuàng)建所需設(shè)計或處理而需要或認(rèn)為需要的所有知識。項目可以進(jìn)一步再細(xì)分為也包含認(rèn)為創(chuàng)建所需設(shè)計或處理需要的知識的子項目。然后可以限制對那些項目和子項目的訪問以限制用戶(例如初學(xué)者用戶)可以訪問的知識。因此，在設(shè)計發(fā)動機(jī)的專家系統(tǒng)的例子中，每個項目和子項目可以包含至少一個基本發(fā)動機(jī)定義、至少一個測試過程、至少一個目的以及至少一個策略。在仿真期間或在對設(shè)計進(jìn)行了仿真(例如優(yōu)化一個基本發(fā)動機(jī)來滿足所需目的)之后，可以創(chuàng)建得到的在此被稱為自動發(fā)動機(jī)設(shè)計的發(fā)動機(jī)定義，并且也可以將其保存在知識庫中以用于適當(dāng)?shù)捻椖俊Ｔ谝粋€典型的應(yīng)用中，知識工程師可以在項目中放置適當(dāng)?shù)男畔?例如，基本發(fā)動機(jī)定義、測試過程、目的和策略)，而應(yīng)用工程師可以通過各種組合來利用該信息以達(dá)到所需目的。還可以考慮其它變化，例如，知識工程師沒有提供目的，而允許應(yīng)用工程師創(chuàng)建基于例如市場需求的目的而無需知識工程師的輸入。在此方法中，由知識工程師提供可用的最佳設(shè)計信息，并且可以由應(yīng)用工程師將該信息與市場需求組合以創(chuàng)建一個或多個最優(yōu)設(shè)計或處理。
在項目中需要細(xì)分信息以例如構(gòu)建包含在項目中的知識庫或者進(jìn)一步控制對包含在項目中的知識庫的訪問的情況下，子項目也是有用的。
還可以在非項目的子知識庫中組織被創(chuàng)建來包括在項目中的信息。例如，在一個實(shí)施例中，在知識庫中包含策略子知識庫。該策略子知識庫包含多個子目錄以組織策略。策略子目錄可以包括一個用于專家系統(tǒng)提供者所開發(fā)的策略的提供者子目錄、一個用于由用戶組織之外的其它來源提供的策略的未分配子目錄、用于組織中的每個知識工程師的獨(dú)立子目錄、一個經(jīng)批準(zhǔn)的子目錄以及一個垃圾箱子目錄。當(dāng)知識工程師確定他創(chuàng)建并保存在其子目錄中的策略是無用的，該知識工程師可以將該策略移入垃圾箱。然后管理人員可以查看垃圾箱中的策略并刪除管理人員確定不再使用的那些策略。管理人員也可以從任何子目錄中將被證明為有用的策略移動或復(fù)制到經(jīng)批準(zhǔn)的子目錄。策略的該組織創(chuàng)建了一個框架以向管理人員提供監(jiān)督知識庫策略部分的開發(fā)的能力。
當(dāng)例如對多個項目應(yīng)用項目之外的信息時，項目外部的信息組織是有用的。某些信息對于多個項目可能是不適用的，因而只可保留在適當(dāng)?shù)捻椖恐校渌畔⑾衲承┎呗?，對于多個項目可能是適用的?？梢栽陧椖孔幽夸浿饨M織對于多個項目可能是適用的信息，(例如用于有潛力使用不止一次的策略的策略子知識庫中)。項目之外組織的策略和其它信息然后被復(fù)制到所有適當(dāng)?shù)捻椖课募?，或否則使其與適當(dāng)?shù)捻椖肯嚓P(guān)。還可以執(zhí)行項目之外的各種形式信息的組織，除了例如策略。
在一個由專家系統(tǒng)設(shè)計發(fā)動機(jī)的實(shí)施例中，可以執(zhí)行被稱為自動發(fā)動機(jī)設(shè)計(“AED”)的結(jié)構(gòu)。每個AED包含一個來自知識庫的信息的子集，這可被稱為子知識庫。該信息可用于執(zhí)行意在找到最優(yōu)發(fā)動機(jī)設(shè)計的優(yōu)化或仿真組。一個或多個用戶可以在AED中放置某些信息，包括一個或多個基本設(shè)計定義、一個或多個定義要優(yōu)化什么的目的以及一個或多個定義如何執(zhí)行優(yōu)化的策略?？梢詫⒛切┗景l(fā)動機(jī)定義、目的和策略分別保存在標(biāo)題為“發(fā)動機(jī)”、“目的”和“策略”的與本實(shí)施例中的AED相關(guān)的文件中。當(dāng)創(chuàng)建一個AED時，那些“發(fā)動機(jī)”、“目的”和“策略”文件可以是空的。然后可以由適當(dāng)?shù)娜讼蚰切┪募黾舆m當(dāng)?shù)男畔?。例如，可以由知識工程師來增加要運(yùn)行的優(yōu)化的基本發(fā)動機(jī)定義，可以由知識工程師來增加與該類型發(fā)動機(jī)有關(guān)的不同優(yōu)化的經(jīng)檢驗策略，并且可以由應(yīng)用工程師來增加目的。替代地，可以在AED中創(chuàng)建到那些基本發(fā)動機(jī)定義、目的和策略的指針，而將那些基本發(fā)動機(jī)定義、目的和策略保存在知識庫中的其它地方。
一旦向AED增加了適當(dāng)?shù)男畔?，?yīng)用工程師可以選擇一個適當(dāng)?shù)幕景l(fā)動機(jī)定義，選擇一個或多個所需目的，并選擇一個或多個適合于修改基本發(fā)動機(jī)定義以創(chuàng)建一個優(yōu)化了那些目的的發(fā)動機(jī)策略。然后通過創(chuàng)建和仿真多個來自選擇的基本發(fā)動機(jī)定義、目的和策略的發(fā)動機(jī)設(shè)計來優(yōu)化選擇的信息。
在仿真期間，通常創(chuàng)建所得到的發(fā)動機(jī)設(shè)計并保存最佳的產(chǎn)生的發(fā)動機(jī)設(shè)計。在執(zhí)行了優(yōu)化之后，可以將用于該仿真中的基本發(fā)動機(jī)設(shè)計、目的和策略以及保存的產(chǎn)生的設(shè)計保存在AED之內(nèi)的子目錄中。這樣，管理人員和工程師掌握了告知他們?nèi)绾蝿?chuàng)建一個產(chǎn)生的發(fā)動機(jī)設(shè)計的歷史。然后可以為許多目的利用該信息，包括決定哪個策略提供了最佳結(jié)果以及應(yīng)被移入“經(jīng)批準(zhǔn)的”目錄。
盡管參照某些實(shí)施例來公開了本發(fā)明，大量對所描述實(shí)施例的修改、更改和變化是可行的而不背離如在附上的權(quán)利要求書中定義的本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明意在并不限于所描述的實(shí)施例，而是擁有由下述權(quán)利要求書及其等價內(nèi)容的語言所定義的全部范圍。
權(quán)利要求
1.一種指定要優(yōu)化的變量的屬性的方法，其包含選擇一個基本變量值；指定一個高變量值作為所述基本變量值加上所述基本變量值的一部分；以及指定一個低變量值作為所述基本變量值減去所述基本變量值的一部分。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述部分大于所述基本變量值。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述部分是所述基本變量值的一個百分比。
4.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包含指定一個設(shè)計公差，該設(shè)計公差是所述變量在優(yōu)化期間將改變的最小步長。
5.一種指定一個用于仿真的模型的方法，其包含指定少于所述模型的所有屬性的屬性在仿真期間被考慮；以及選擇一個或多個被保存的模型，其具有在仿真期間要考慮的所有屬性。
6.權(quán)利要求5的方法，進(jìn)一步包含為一個或多個具有與指定屬性相匹配的屬性的模型而尋找具有在仿真期間要考慮的所有屬性的被保存的模型。
7.權(quán)利要求5的方法，進(jìn)一步包含將為第一屬性指定的值與被保存的多個模型中所述第一屬性的值相比較，并選擇具有與為第一屬性指定的所述值相匹配的第一屬性值的每個模型；以及將為第二屬性指定的值與被選擇的多個模型中所述第二屬性的值相比較，并進(jìn)一步選擇具有與為第二屬性指定的所述值相匹配的第二屬性值的每個模型。
8.一種指定一個優(yōu)化策略的方法，其包括指定少于所述策略的所有屬性的屬性在仿真期間被遵循；以及選擇一個或多個被保存的策略，其具有在仿真期間要遵循的所有屬性。
全文摘要
一種用于創(chuàng)建和操作一個專家系統(tǒng)的方法、裝置和系統(tǒng)。
文檔編號G06F17/10GK1685346SQ03822624
公開日2005年10月19日 申請日期2003年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月23日
發(fā)明者約翰·G·克蘭戴爾, 格倫·F·查特菲爾德 申請人:最佳動力技術(shù)有限合伙公司