人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用

魏曉丹

摘?要：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并行處理和發(fā)送信息的數(shù)學(xué)模型或算法手段，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提高，它的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛。本文對(duì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的組成和特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，詳細(xì)論述了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用，為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用提供了新思路和新途徑。

關(guān)鍵詞：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);自動(dòng)化領(lǐng)域;應(yīng)用

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)不斷增長(zhǎng)和變化的需求對(duì)自動(dòng)化領(lǐng)域的自動(dòng)化系統(tǒng)及技術(shù)提出了更高的要求，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為一種模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息的處理和發(fā)送的算法模型，為解決這一問(wèn)題提供了有效的思路和途徑。

一、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

（一）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的定義

于上個(gè)世紀(jì)五十年代出現(xiàn)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立而成，它通過(guò)模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)行為，以一組共同連接的人工神經(jīng)元為媒介，以連接和新值節(jié)點(diǎn)為終點(diǎn)，從而進(jìn)行信息的處理和發(fā)送，是一種算法數(shù)學(xué)模型。隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的不斷發(fā)展，如今，許多國(guó)內(nèi)外科學(xué)家從理論、實(shí)踐層面都在對(duì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在手寫(xiě)識(shí)別、信息處理、生物醫(yī)學(xué)工程等許多領(lǐng)域里，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)都得到了應(yīng)用，并且取得了不錯(cuò)的應(yīng)用成就。

（二）神經(jīng)元

神經(jīng)元是一個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本單位，又被稱為“神經(jīng)細(xì)胞”、“處理元”或“單位”。每一個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)都存在一定的層，每一層都存在一定的神經(jīng)元，每一層的神經(jīng)元具有相同的傳遞函數(shù)，每一層的神經(jīng)元都有著不同的任務(wù)，有著不同任務(wù)的不同層神經(jīng)元組合構(gòu)成一個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)里，輸入帶權(quán)值得到總和后，再通過(guò)傳遞函數(shù)得到神經(jīng)元的輸出值，最后獲得人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的“層”。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的神經(jīng)元和“層”具有輸入輸出、傳遞、反饋誤差、消除誤差等功能。在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)里，將信息輸入，信息將以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所指定的傳遞規(guī)則，從輸入層傳遞到輸出層，如果出現(xiàn)了誤差，信息則會(huì)從輸出層傳遞到輸入層，且在傳遞的過(guò)程中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會(huì)根據(jù)具體情況而發(fā)生自我變化。

（三）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的“學(xué)習(xí)能力”

而這種自我變化，是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在連接中能夠進(jìn)行基于經(jīng)驗(yàn)的加權(quán)，從而使得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擁有了“學(xué)習(xí)能力”。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的“學(xué)習(xí)能力”體現(xiàn)在，它不僅可以借助給出的范例進(jìn)行輸入、輸出，同時(shí)可以區(qū)別各個(gè)輸出值，并且進(jìn)行歸納、識(shí)別，這是人工操作和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)難以實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)運(yùn)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的“學(xué)習(xí)能力”，有利于提高工作的質(zhì)量、效率和精確度，也有利于減少工作可能出現(xiàn)的問(wèn)題和誤差，同時(shí)也成為了科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新方向。

二、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用

（一）自動(dòng)化領(lǐng)域現(xiàn)狀

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度、種類、品種、分工的要求越來(lái)越高，自動(dòng)化領(lǐng)域也需要利用新的算法和技術(shù)來(lái)提高自動(dòng)化系統(tǒng)的效率和精度，從而滿足市場(chǎng)的需求，同時(shí)，新技術(shù)在自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用也是科技發(fā)展研究的新方向。在自動(dòng)化領(lǐng)域里，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為自動(dòng)化系統(tǒng)的創(chuàng)新發(fā)展提供了有效的思路和途徑。

（二）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

美國(guó)田納西大學(xué)太空研究所的科學(xué)家Dietz和Kiech將一個(gè)三層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)安裝在火箭上，對(duì)火箭實(shí)現(xiàn)了近乎實(shí)時(shí)的診斷，且具有較高的可靠性，這可以幫助人們及時(shí)地發(fā)現(xiàn)火箭在運(yùn)行過(guò)程中可能發(fā)生的問(wèn)題，在火箭發(fā)生故障時(shí)及時(shí)、準(zhǔn)確地進(jìn)行診斷，進(jìn)行及時(shí)、有效的應(yīng)急處理，減少悲劇的發(fā)生。德國(guó)人工智能專家Schoneburg和他的同事們也利用了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)診斷系統(tǒng)相結(jié)合，開(kāi)發(fā)了一種名為“DIAMOND”的混合發(fā)動(dòng)機(jī)診斷系統(tǒng)，這一混合發(fā)動(dòng)機(jī)診斷系統(tǒng)基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，借助發(fā)動(dòng)機(jī)專用數(shù)據(jù)庫(kù)中的范例，可以達(dá)到診斷柴油發(fā)動(dòng)機(jī)故障的目的，且保障其準(zhǔn)確性。例如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在全負(fù)荷時(shí)容易出現(xiàn)功率不足，閥門(mén)間隙調(diào)節(jié)容易出現(xiàn)不正常的狀況，在出現(xiàn)這些問(wèn)題時(shí)，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)診斷系統(tǒng)可以及時(shí)地作出反饋。且基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷不是單一的，是多層次的，它可以通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的不同的輸入、輸出層，來(lái)診斷出不同類型的發(fā)動(dòng)機(jī)不同的癥狀和故障。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這一技術(shù)也可以應(yīng)用在汽車(chē)這一交通工具上，一輛汽車(chē)即將通過(guò)一段設(shè)置有路障的路程，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)對(duì)汽車(chē)的行駛速度和行駛方向的檢測(cè)，對(duì)異常速度和異常方向進(jìn)行及時(shí)的診斷、反饋，做出有效的控制指令，使得汽車(chē)能夠及時(shí)避開(kāi)路障，順利地在路上行駛，從而保證汽車(chē)的駕駛安全。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也可以應(yīng)用在手寫(xiě)識(shí)別領(lǐng)域。基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)制造出一個(gè)手寫(xiě)識(shí)別系統(tǒng)，可以作為電腦輸入裝置幫助人們對(duì)不同風(fēng)格的字進(jìn)行手寫(xiě)識(shí)別，這在操作上比鼠標(biāo)和鍵盤(pán)更為方便，有利于提高人們的效率。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也可以應(yīng)用在航天航空領(lǐng)域，幫助人們嚴(yán)格把控航天航空零件的精度;人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也可利用自身的“學(xué)習(xí)能力”，根據(jù)人們輸入提供的程序代碼或范例，自動(dòng)設(shè)計(jì)出產(chǎn)品實(shí)體模型;人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也可以利用自身的監(jiān)測(cè)、反饋功能，對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并且及時(shí)反饋出現(xiàn)的問(wèn)題和故障，便于人們及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和改進(jìn)工作。

三、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用問(wèn)題

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)從理論階段走向應(yīng)用階段，在自動(dòng)化領(lǐng)域里取得了不少成功的應(yīng)用，能夠幫助人們更好地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，提高工作的高效率。然而在自動(dòng)化領(lǐng)域里，還應(yīng)用著各種信息輸入輸出、信息處理方法等技術(shù)，且那些技術(shù)應(yīng)用時(shí)間長(zhǎng)，與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用相比，更富有經(jīng)驗(yàn)和成效。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為一種新的應(yīng)用算法和技術(shù)，有著廣泛、復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)組織，因此在應(yīng)用和構(gòu)造人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)上具有較大的復(fù)雜性和困難性，因此，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用還存在著許多有待解決的問(wèn)題。

四、結(jié)語(yǔ)

人們要從人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的成功應(yīng)用里總結(jié)出成功的經(jīng)驗(yàn)，不斷深入研究，提高實(shí)驗(yàn)的頻率，在實(shí)驗(yàn)中挖掘出更簡(jiǎn)便有效的應(yīng)用方法，使得自動(dòng)化過(guò)程更為快速、精確和完善，突出人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用的必要性和重要性，為如何將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在自動(dòng)化領(lǐng)域提供理論和實(shí)踐支撐，而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將會(huì)成為自動(dòng)化領(lǐng)域甚至其他領(lǐng)域的一個(gè)新的應(yīng)用方向和研究方向。

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