Μοντελοποίηση θεμελιώδους σχεδιασμού βασισμένη στην τεχνητή νοημοσύνη
Authors: Μουλιανίτης Βασίλειος 
Published: August 2021

Ο σχεδιασμός, ως ανθρώπινη ενασχόληση για πολλούς αιώνες, στηρίχθηκε κυρίως στην εμπειρία και στο ταλέντο. Μετά τα μέσα του 20ου αιώνα, αναπτύχθηκαν επιστημονικές προσπάθειες ώστε ο σχεδιασμός να αποτελέσει αυτόνομο επιστημονικό πεδίο. Από τότε αναπτύχθηκαν αρκετές φιλοσοφίες, μοντέλα, μέθοδοι και τεχνικές για το σχεδιασμό. Επειδή ο σχεδιασμός είναι μια νοητική εργασία με ειδικά χαρακτηριστικά για κάθε άτομο ή ομάδα, η συστηματική του οργάνωση είναι πολύ δύσκολη. Η θεωρητική θεμελίωση του σχεδιασμού είναι ακόμη δυσκολότερη και μέχρι τώρα έχουν εμφανιστεί λίγες απόπειρες για την ανάπτυξη μιας γενικευμένης θεωρίας συστηματικού σχεδιασμού, η οποία βρίσκεται σε προεπιστημονικό στάδιο, ενώ έχει αναπτυχθεί πλούσια γνώση που αναφέρεται σε μεθοδολογίες σχεδιασμού καθώς και εφαρμογές. Στη διατριβή αυτή εισάγεται ένα μαθηματικό μοντέλο που συνεισφέρει στη συστηματικοποίηση του θεμελιώδους σχεδιασμού. Ερμηνεύονται με μαθηματικό τρόπο οι γενικές διαδικασίες παραγωγής και αξιολόγησης των λύσεων στο θεμελιώδη σχεδιασμό, και μοντελοποιούνται τα αντικείμενα και οι κανόνες χρησιμοποιώντας ασαφή ή δίτιμη ή πολύτιμη λογική ανάλογα με το πόσο καλά καθορισμένο είναι το πρόβλημα που πρέπει να επιλυθεί. Στη διατριβή αναπτύχθηκε ένα μαθηματικό μοντέλο για τη διαδικασία παραγωγής λύσεων στο θεμελιώδη σχεδιασμό. Αναπτύχθηκε ένας μηχανισμός για την αυτόματη παραγωγή βαθμών ικανοποίησης των εφικτών λύσεων ως προς τις σχεδιαστικές προδιαγραφές και των σχεδιαστικών περιορισμών. Το σύνολο των υποψηφίων τελικών λύσεων παράγεται από ένα πίνακα που περιέχει τους βαθμούς αυτούς. Η παραγωγή του συνόλου των τελικών λύσεων που είναι ένα υποσύνολο του συνόλου των υποψηφίων τελικών λύσεων πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας το Ευκλείδειο μέτρο. Επειδή, λόγω συνδυαστικής έκρηξης, η αναζήτηση των λύσεων μερικές φορές είναι χρονοβόρα, αναπτύχθηκαν δύο ευρετικές μέθοδοι οι οποίες στηρίζονται σε στοιχεία διανυσματικής ανάλυσης για να επιταχυνθεί αυτή η διαδικασία. Εισάγεται επίσης ένα γενικευμένο πλαίσιο κατασκευής δεικτών για την αξιολόγηση των θεμελιωδών λύσεων. Για την κατασκευή των δεικτών χρησιμοποιούνται τελεστές της ασαφούς λογικής και πιο συγκεκριμένα οι T-norms και οι τελεστές μέσου όρου. Αναπτύχθηκαν επίσης οδηγίες για την επιλογή της κλάσης των τελεστών αλλά και για τους τελεστές αυτούς καθαυτούς. Ο σχεδιαστής μπορεί να κατασκευάσει δείκτες αξιολόγησης με τους οποίους μπορεί να αξιολογήσει και να επιλέξει θεμελιώδεις λύσεις με βάση ειδικά χαρακτηριστικά, όπως είναι η μηχανοτρονικότητα κ. άλ. που θέλει να κατέχει το τελικό προϊόν. Επίσης, εισήχθηκε ο “Μηχανοτρονικός Δείκτης” με τον οποίο ο σχεδιαστής μπορεί να επιλέξει τις πιο ευέλικτες, ευφυείς και με τη μικρότερη πολυπλοκότητα λύσεις. Η διαμόρφωση του δείκτη στηρίχθηκε στα τρία αυτά χαρακτηριστικά που κατέχουν τα μηχανοτρονικά προϊόντα. Αναπτύχθηκε ένα σύστημα βασισμένο σ’ αυτή τη γνώση για το μηχανοτρονικό σχεδιασμό ρομποτικών αρπάγων για το χειρισμό εύκαμπτων υλικών. Η απαραίτητη για τον σκοπό αυτό γνώση προήλθε από την σχετική βιβλιογραφία και από τους ειδικούς (experts) και κατόπιν οργανώθηκε κατάλληλα. Το σύστημα αυτό αποτελεί το πρώτο που εμφανίζεται στη βιβλιογραφία για το χειρισμό εύκαμπτων υλικών, και το πρώτο που υλοποιεί το θεμελιώδη σχεδιασμό αρπαγών. Στο σύστημα αυτό δοκιμάστηκαν και μελετήθηκαν οι παραπάνω μέθοδοι παραγωγής και αξιολόγησης λύσεων. Οι μέθοδοι που αναπτύσσονται στην παρούσα διατριβή μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την πραγματοποίηση του μηχανοτρονικού θεμελιώδους σχεδιασμού ή για την ανάπτυξη νέων πιο αποτελεσματικών συστημάτων βασισμένων σε γνώση για το μηχανοτρονικό θεμελιώδη σχεδιασμό.