人工智能在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用

摘? 要：本文簡(jiǎn)述了機(jī)械設(shè)計(jì)制造的原則以及人工智能內(nèi)涵，分析了人工智能在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用，以期進(jìn)一步提高機(jī)械設(shè)計(jì)制造水平，滿(mǎn)足機(jī)械發(fā)展需要。

關(guān)鍵詞：人工智能;機(jī)械設(shè)計(jì)制造;自動(dòng)化領(lǐng)域;設(shè)計(jì)原則;實(shí)際應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TH164? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2020）08-0000-00

1人工智能內(nèi)涵

人工智能作為計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)中的重要組成部分，其是具有一定代表性的先進(jìn)技術(shù)。當(dāng)前智能技術(shù)研究主要集中在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和仿真技術(shù)等領(lǐng)域，其具有較強(qiáng)綜合性、實(shí)用性等特點(diǎn)。

2機(jī)械設(shè)計(jì)制造原則及自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)

2.1機(jī)械設(shè)計(jì)制造原則

首先，機(jī)械設(shè)計(jì)制造需滿(mǎn)足其功能要求，確保可以在實(shí)際使用中有效運(yùn)行。從工業(yè)生產(chǎn)方面來(lái)講，機(jī)械設(shè)計(jì)制造需滿(mǎn)足三方面要求，即能量、物質(zhì)和信息。其設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化應(yīng)對(duì)輸入的物質(zhì)、能量和信息等分別進(jìn)行優(yōu)化處理，并輸出相應(yīng)特質(zhì)物質(zhì)、能量和信息。在滿(mǎn)足功能需求的同時(shí)，可劃分為機(jī)電一體化與機(jī)電一體化產(chǎn)品等兩部分內(nèi)容。機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)涉及設(shè)計(jì)、制造和滿(mǎn)足特定功能等專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，綜合性較強(qiáng)，特別是滿(mǎn)足特定功能，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中占有重要地位。

其次，機(jī)械設(shè)計(jì)需要?jiǎng)?chuàng)新，不斷開(kāi)發(fā)應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)。機(jī)械系統(tǒng)和產(chǎn)品分類(lèi)主要以產(chǎn)品功能為依據(jù)。如：（1）物質(zhì)加工就是通過(guò)物質(zhì)輸入與信息能量加工，將其轉(zhuǎn)變并輸出為另一形態(tài)產(chǎn)品，比如印刷機(jī)和紡織機(jī)械等。（2）基于能量加工動(dòng)力機(jī)械轉(zhuǎn)換能量與信息，以輸出各種形式能量，比如內(nèi)燃機(jī)就是熱能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能。（3）信息機(jī)器主要負(fù)責(zé)信息轉(zhuǎn)換，機(jī)器處理輸入的信息和能量，再將圖像和聲音等信息輸出，比如計(jì)算機(jī)等[1]。

2.2機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)

（1）確保生產(chǎn)安全。在實(shí)際生產(chǎn)中，安全性、穩(wěn)定性至關(guān)重要，我國(guó)機(jī)械生產(chǎn)中頻繁發(fā)生人員傷亡事件，其主要原因是因?yàn)樵跈C(jī)械設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，使用工具不夠先進(jìn)，員工操作缺乏科學(xué)有效的安全保障措施，從而埋下事故隱患。而機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程是系統(tǒng)的、完整的，可以提高生產(chǎn)效率，并對(duì)設(shè)備運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，有效采取措施應(yīng)對(duì)突發(fā)事件，一旦發(fā)生緊急狀況還可快速、準(zhǔn)確的加以控制，因此有效降低了事故幾率，有助于實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定生產(chǎn)。

（2）有助于生產(chǎn)效率的提高。傳統(tǒng)生產(chǎn)中，人工操作環(huán)節(jié)多，容易出現(xiàn)人為失誤和疏忽，而導(dǎo)致整體生產(chǎn)效率不足。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造應(yīng)用自動(dòng)化系統(tǒng)下，自動(dòng)化技術(shù)可以幫助實(shí)現(xiàn)精確計(jì)算，同時(shí)實(shí)施自動(dòng)化處理，大大減少了人為操作失誤、降低了事故隱患，使生產(chǎn)效率和質(zhì)量得到極大保障。

（3）維修調(diào)整更加便利。機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化下，生產(chǎn)過(guò)程可以根據(jù)客戶(hù)生產(chǎn)要求調(diào)試生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)從而生產(chǎn)出符合客戶(hù)需要的個(gè)性化產(chǎn)品。同時(shí)還可對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行自檢與在線(xiàn)檢測(cè)，從而發(fā)現(xiàn)其中存在問(wèn)題，保證產(chǎn)品質(zhì)量。此外，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化具有多重復(fù)合功能，滿(mǎn)足各種產(chǎn)品需要，在系統(tǒng)故障下可以自動(dòng)采取措施，使故障設(shè)備被強(qiáng)迫停止運(yùn)轉(zhuǎn)，保障設(shè)備安全和人員安全。

3人工智能在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1機(jī)械設(shè)計(jì)

作為一種智能系統(tǒng)，要實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)全過(guò)程的自動(dòng)化，減少設(shè)計(jì)中的主觀因素影響。相比于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式，現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)中人工智能技術(shù)的應(yīng)用有其顯著優(yōu)勢(shì)，如其可以長(zhǎng)期連續(xù)工作，降低人工成本，使工作人員可以使用多種信息儲(chǔ)存方法，便于查詢(xún)和學(xué)習(xí)。當(dāng)前在很多汽車(chē)制造和飛機(jī)制造中，廣泛使用基于人工智能的設(shè)計(jì)技術(shù)來(lái)完成零件設(shè)計(jì)，突破了人類(lèi)設(shè)計(jì)思維局限。因此人工智能的引進(jìn)，對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)制造來(lái)說(shuō)是新的機(jī)遇[2]。

3.2機(jī)械制造

機(jī)械制造中應(yīng)用人工智能技術(shù)，在提高生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)上，還能保證產(chǎn)品質(zhì)量。人工智能技術(shù)的應(yīng)用，使機(jī)械制造可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化處理、控制相關(guān)功能，在精確控制下避免受到外界因素影響，大大提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)還可以應(yīng)用人工智能技術(shù)智能調(diào)整與處理生產(chǎn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)柔性制造，滿(mǎn)足市場(chǎng)個(gè)性化需求。

3.3信息處理

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化方面通過(guò)電子信息傳輸系統(tǒng)完成信息傳遞，但該過(guò)程中容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，特別是輸入過(guò)多信息的過(guò)程中易產(chǎn)生嚴(yán)重問(wèn)題，造成以上問(wèn)題的關(guān)鍵就在于機(jī)械電子系統(tǒng)自身的不穩(wěn)定性，因此其需引入人工智能技術(shù)，精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)信息傳輸中電子信息系統(tǒng)安全性，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的信息輸入和輸出，以更加有效處理信息，為機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化奠定良好基礎(chǔ)。

3.4故障診斷

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化過(guò)程復(fù)雜，需要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)計(jì)算。比如在建模中需要使用多項(xiàng)公式計(jì)算、推導(dǎo)，此過(guò)程中對(duì)人工依賴(lài)過(guò)大會(huì)加大計(jì)算的失誤幾率，且花費(fèi)大量時(shí)間和精力，不利于生產(chǎn)效益的提升。因此需合理應(yīng)用人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信息的自動(dòng)化歸納和分類(lèi)，使計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確，避免后續(xù)產(chǎn)生故障。此外就是利用人工智能技術(shù)診斷機(jī)械故障，可利用人機(jī)界面?zhèn)鬏敊C(jī)械監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，推理機(jī)推理得到診斷結(jié)果、提出專(zhuān)家建議。最后在系統(tǒng)中檢索相似案例，計(jì)算其相似度，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械故障的正確診斷。

4機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化中的人工智能技術(shù)

4.1模糊推理系統(tǒng)

在人工智能系統(tǒng)中，模糊推理系統(tǒng)是其重要組成部分。將模糊推理系統(tǒng)應(yīng)用于電子機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，可以開(kāi)展對(duì)電子機(jī)械工程大量數(shù)據(jù)的分析，并且保證分析準(zhǔn)確度，強(qiáng)化數(shù)據(jù)處理能力，大大提升了自動(dòng)化生產(chǎn)水平和產(chǎn)品質(zhì)量。模糊推理系統(tǒng)原理借鑒了人類(lèi)大腦處理判斷信息的方式和特點(diǎn)，借助模仿和語(yǔ)言等完成數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換的正確傳達(dá)。但模糊推理系統(tǒng)也存在不足，主要是系統(tǒng)間的聯(lián)系缺乏穩(wěn)定性，因此還需加大研究力度對(duì)其改進(jìn)，使其發(fā)揮出更大作用。

4.2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

機(jī)械設(shè)計(jì)制造中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用，其中神經(jīng)元可以實(shí)現(xiàn)信息傳遞與數(shù)據(jù)共享，高效完成信息的分類(lèi)與保存，有力推動(dòng)著電子機(jī)械工程的發(fā)展。此外神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)處理方面具有較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)化特點(diǎn)，因此可以及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)制造中可變數(shù)據(jù)給出指令。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模擬了人類(lèi)大腦神經(jīng)系統(tǒng)信息處護(hù)理方式，通過(guò)其神經(jīng)元反射特性可以獲取電子機(jī)械工程中數(shù)據(jù)分析結(jié)果，從而保護(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

4.3故障診斷系統(tǒng)

機(jī)械設(shè)計(jì)制造中容易出現(xiàn)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行故障，從而影響連續(xù)生產(chǎn)。因此需在故障診斷系統(tǒng)中引入人工智能技術(shù)，以提高故障處理效率，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的快速處理，事先做好故障預(yù)測(cè)，故障發(fā)生后也可快速準(zhǔn)確排除，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的精準(zhǔn)定位，便于企業(yè)維修、降低維護(hù)成本。故障診斷系統(tǒng)可采用規(guī)則推理、案例推理和故障樹(shù)模型等診斷方法，其具備的機(jī)械故障案例庫(kù)、故障推理機(jī)等可確保完成故障預(yù)測(cè)、檢修和排除工作。如通過(guò)在手機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)制造中對(duì)設(shè)備故障案例進(jìn)行處理，再通過(guò)后續(xù)分類(lèi)歸納可滿(mǎn)足客戶(hù)實(shí)際使用需求。具體流程如下，首先人機(jī)交互界面可以對(duì)系統(tǒng)輸入信息實(shí)施監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)資料分析判斷輸入信息并給出診斷結(jié)果，并快速準(zhǔn)確查找故障庫(kù)中相似案例進(jìn)一步給出故障分析結(jié)構(gòu)、維修建議，基于此用戶(hù)可以高效完成故障處理工作。

5結(jié)語(yǔ)

人工智能具有強(qiáng)大的邏輯性和計(jì)算能力，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用，可以簡(jiǎn)化操作，并提高效率和產(chǎn)品質(zhì)量。當(dāng)前應(yīng)緊跟時(shí)代發(fā)展腳步，不斷積累經(jīng)驗(yàn)、優(yōu)化相關(guān)技術(shù)，通過(guò)人工智能技術(shù)的應(yīng)用推動(dòng)各行業(yè)的智能化發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]程洪巖.機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化發(fā)展方向探究[J].黑龍江科技信息，2016（14）：58-58.

[2]許燕玲.人工智能在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中的實(shí)踐[J].南方農(nóng)機(jī)，2020，51（14）：105-106.

收稿日期：2020-07-11

作者簡(jiǎn)介：付玉強(qiáng)（1978—），男，甘肅定西人，工程碩士，高級(jí)工程師，研究方向：筑路機(jī)械、機(jī)電工程。