分析人工智能在機械設(shè)計制造及其自動化中的實踐

練正勝

（江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學院南京工程分院，江蘇 南京 211135）

隨著各種高新科技研究不斷取得新成果，社會開始朝著機械化、智能化的方向發(fā)展，人工智能技術(shù)開始成為新時代背景下人們關(guān)注的重點和焦點。人工智能技術(shù)是一種具有代表性的現(xiàn)代化技術(shù)，它在各行各業(yè)中逐漸開始扮演重要角色，特別是在高新技術(shù)更新?lián)Q代越來越快的今天，人工智能技術(shù)在未來的發(fā)展前景一片光明，其在機械設(shè)計制造及其自動化中的實踐方向也會越來越清晰，在這種情況下對本課題進行深入研究，顯然具有不可忽視的現(xiàn)實意義。

1 人工智能技術(shù)概述

現(xiàn)階段中國的現(xiàn)代化建設(shè)已經(jīng)初步取得了成果，人工智能技術(shù)開始在人們的生活中發(fā)揮作用，智能汽車、智能機器人、智能家居都是人工智能技術(shù)的延伸產(chǎn)物。實際上，將人工智能技術(shù)應用到機械設(shè)計制造當中也具有一定的可行性，產(chǎn)品將會因此具有人類思維和模擬意識，因此可以進行自主學習、分析、判斷等能力。早在上個世紀初，日本的豐田汽車就提出了精細化生產(chǎn)的理念，并對多品種、小規(guī)模的生產(chǎn)需求進行了適應和分析，這一思想的提出，從根本上降低了該企業(yè)的生產(chǎn)成本和人力成本等，并在汽車產(chǎn)品設(shè)計、制造和管理中得到貫徹落實，這使得日本汽車工業(yè)快速超越美國、生產(chǎn)總值成為世界第一，而這恰恰體現(xiàn)出了“以人為中心”的必要性。在第四次工業(yè)革命即將到來的今天，人工智能這種極為特殊的技術(shù)，將會成為機械設(shè)計制造及自動化“以人為中心”的最大推動力，在今后的發(fā)展中根據(jù)柔性制造需求，對人工智能技術(shù)在機械設(shè)計制造及其自動化中的實踐進行研究至關(guān)重要。人工智能技術(shù)是計算機技術(shù)的一種發(fā)展成果，同時也是新時期計算機技術(shù)不可分割的一部分，具有智能化特點、兼?zhèn)淙祟惖乃季S模式，能夠?qū)崿F(xiàn)機械設(shè)備的智能化模擬，比較常見的人工智能方向有語音識別技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實技術(shù)等，它們分別由不同的學科組成，因此還具有一定的綜合性。在人工智能尚未獨立于計算機技術(shù)而存在的階段中，計算機技術(shù)的應用范圍并不大，此時社會生產(chǎn)方式大多為手工生產(chǎn)，雖然人工智能的概念已經(jīng)初步出現(xiàn)，但距離實際應用還有很長的一段路，直至電子信息技術(shù)的普及和興起，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)才開始在生產(chǎn)生活中發(fā)揮作用，人工智能技術(shù)的應用領(lǐng)域仍然比較稀少。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，人工智能技術(shù)才開始真正為人們所知，并在生產(chǎn)生活中大規(guī)模地存在。

2 機械設(shè)計制造及其自動化的重要作用

機械設(shè)計制造工作本身有一定的難度，而自動化設(shè)計制造則能夠提升工業(yè)生產(chǎn)效率、讓企業(yè)獲得更多的經(jīng)濟利潤，就目前來說中國的機械設(shè)計制造及自動化還不夠成熟，想要讓機械設(shè)計的精準度和針對性更高、想要讓機械制造的效率和質(zhì)量更高，就必須要持續(xù)對機械設(shè)計制造及其自動化進行研究，同時考慮我國未來經(jīng)濟建設(shè)的方向，參考現(xiàn)階段已有技術(shù)基礎(chǔ)，保證研究的效率和有效性。只有做到這些，才能夠確保機械設(shè)計制造及自動化的研發(fā)更具現(xiàn)實意義，從而讓人工智能盡快在其中發(fā)揮作用，降低生產(chǎn)資源浪費、推動中國工業(yè)進一步發(fā)展。首先，機械設(shè)計制造及其自動化能夠保障生產(chǎn)安全性。生產(chǎn)中最重要的、最不容忽視的一個目標就是安全穩(wěn)定性，從機械化生產(chǎn)普及以后各種各樣人員傷亡事故屢屢見諸報端，之所以出現(xiàn)這種問題，主要就是因為機械設(shè)計制造的技術(shù)略顯落后，同時安全保證措施又不到位，導致人工參與度過高、危險幾率自然而然也就水漲船高。而利用自動化機械設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工操作，將人工從有可能有危險的崗位上撤出來，就能夠從根本上避免人員傷亡事故。與此同時，機械設(shè)計制造及其自動化本身是可以二十四小時監(jiān)控運行的，也就是說在發(fā)生特殊情況的時候能夠根據(jù)應急處理預案自動進行故障控制，這樣一來生產(chǎn)的穩(wěn)定性也能得到保證。其次，機械設(shè)計制造及其自動化的應用有利于提高生產(chǎn)效率。回顧過去的工業(yè)化生產(chǎn)可以發(fā)現(xiàn)，很多復雜的環(huán)節(jié)都由人工進行操作，其出錯率比較高，因此整體生產(chǎn)率就比較低。而利用機械設(shè)計制造及其自動化系統(tǒng)進行生產(chǎn)以后，所有具有難度、精確度要求比較高的生產(chǎn)環(huán)節(jié)都由計算機控制，其出現(xiàn)誤差的可能性就會大幅度壓縮。另外，機械設(shè)計制造及其自動化的優(yōu)勢還在于，其能夠?qū)ιa(chǎn)過程進行提前分析和模擬，從而確保產(chǎn)品質(zhì)量與預計要求相吻合，同時使一系列復雜的生產(chǎn)流程按部就班地完成，保證在預定生產(chǎn)周期內(nèi)完成生產(chǎn)。實際上，現(xiàn)在機械設(shè)計制造及其自動化系統(tǒng)的應用已經(jīng)非常普及，比如說現(xiàn)在越來越發(fā)達的網(wǎng)絡(luò)購物背后，機械自動化技術(shù)就始終扮演著不可替代的積極作用，它正在與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)一起，支撐著我國網(wǎng)絡(luò)電商的支付和物流運輸發(fā)展，為促進我國經(jīng)濟長足進步提供巨大的驅(qū)動力。

3 人工智能在機械設(shè)計制造及其自動化的實踐

人工智能是計算機技術(shù)的一種延伸和發(fā)展產(chǎn)物，它是目前計算機領(lǐng)域最先進、最受關(guān)注的技術(shù)之一，主要的探討要點在于“智能”的本質(zhì)，希望能夠通過計算機來模擬人類的思維和意識，并借此實現(xiàn)解放生產(chǎn)力、提高社會生產(chǎn)效率等目標。現(xiàn)階段來看，虛擬現(xiàn)實技術(shù)、仿真技術(shù)、語音識別技術(shù)等人工智能技術(shù)正在生產(chǎn)生活的方方面面發(fā)揮作用，并為人們帶來更多的便利和新奇體驗。實質(zhì)上，人工智能技術(shù)在機械設(shè)計制造及其自動化中，同樣扮演著不可替代的重要角色。具體來說，人工智能在機械設(shè)計制造及其自動化的實踐可從以下幾方面來理解。

3.1 應用在機械設(shè)計中

在社會發(fā)展的過程中，過去的設(shè)計思路和現(xiàn)在的設(shè)計思路之間的差別越來越明顯，尤其是在現(xiàn)代化機械設(shè)計工作中，這種差異變得越來越突出，計算機技術(shù)的應用使這一差距日益拉大，從中可以發(fā)現(xiàn)，過去的設(shè)計模式在今天已經(jīng)不再具有可行性和有效性。因此機械設(shè)計工作者必須要根據(jù)實際發(fā)展進度，充分利用人工智能技術(shù)多方向發(fā)展的趨勢，讓機械設(shè)計的方法和思路越來越廣泛。具體來說，在進行機械設(shè)計的過程中，除了要保證自動化效果之外，還應盡可能降低主觀因素產(chǎn)生的一系列影響，讓人工智能充分發(fā)揮應有的作用。和過去的機械設(shè)計模式比較起來，現(xiàn)階段的機械設(shè)計工作因為人工智能技術(shù)的介入和使用而顯得更加高效和優(yōu)質(zhì)，比如說現(xiàn)代機械能保持二十四小時不間斷運行、運營成本比較低、信息儲存效果更可觀，最重要的是其應用范圍遠超傳統(tǒng)機械設(shè)計模式，在汽車制造、飛機制造等行業(yè)扮演著重要角色，不再受到過去設(shè)計局限性的影響。實際上，人工智能技術(shù)的應用必將會掀起機械設(shè)計制造及自動化領(lǐng)域的一次發(fā)展狂潮，使過去的機械設(shè)計弊病得到有效處理。

3.2 應用在機械制造中

將人工智能技術(shù)運用到機械制造過程當中，除了能提升生產(chǎn)效率之外，還能提升生產(chǎn)質(zhì)量，人工智能技術(shù)可以同時實現(xiàn)機械制造自動化和機械制造有效控制，保證制造過程的精確度，將可能導致機械制造質(zhì)量問題的外在因素控制在一定范圍內(nèi)，從根本上提升生產(chǎn)水準，提升制造業(yè)的發(fā)展效果。除此之外，人工智能技術(shù)在機械制造中的應用，還具有智能調(diào)整、智能分析的功能，從而讓生產(chǎn)制造過程更符合不同行業(yè)的產(chǎn)品需求，現(xiàn)階段機械手正在成為機械制造車間最常見的設(shè)備，利用人工智能技術(shù)對機械手進行操控，就能使之實現(xiàn)機械自動化到智能化的跨越，并使機器人的運行效率更加可觀，同時進行多線程操作，保證機械制造的穩(wěn)定性和秩序性。

3.3 應用在信息處理中

人工智能在機械設(shè)計制造及其自動化的實踐還可以體現(xiàn)在信息處理過程中，實際上其信息傳輸是以電子信息系統(tǒng)為渠道實現(xiàn)的，但是從實際經(jīng)驗來看，這種信息傳輸方式并不穩(wěn)定，在輸入信息或輸出信息過多的情況下，可能發(fā)生信息傳輸失誤、傳輸中斷等問題，給后續(xù)的信息應用造成負面影響。而將人工智能應用到信息處理中以后，人工智能技術(shù)的精準監(jiān)測功能就可以對信息傳輸進行全程式跟蹤監(jiān)控，確認信息輸入輸出的準確度，為機械設(shè)計制造及其自動化的發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。

3.4 應用在故障診斷中

機械設(shè)計制造及自動化本身具有一定的困難性，涉及到許多數(shù)據(jù)的計算傳輸?shù)鹊龋热缯f在論證和建模的時候，就需要進行大量的運算推導，稍有不慎就可能出現(xiàn)錯誤，尤其是在人工計算的情況下，失誤的幾率往往比較高，而一旦某個數(shù)據(jù)失誤后續(xù)的所有努力都會付諸東流，導致時間和精力的浪費，這對于機械設(shè)計制造及自動化顯然十分不利。所以，充分利用人工智能技術(shù)開展自動化信息分類處理，能夠有效提升計算推導的準確度，把存在的失誤風險扼殺在搖籃里。另外，人工智能還在機械故障診斷中發(fā)揮作用，在人機交互中將機械檢測數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)當中，而后利用推理機制獲得針對結(jié)果，同時給出處理建議，而后將本次情況與案例庫中的情況進行比對，根據(jù)諸多案例的相似度確定機械故障原因，即可實現(xiàn)人工智能自動化機械故障處理。在實際的全球工業(yè)生產(chǎn)當中，機械故障導致的經(jīng)濟損失高達6470億美元，為了避免這種不必要的經(jīng)濟損失，很多大型生產(chǎn)企業(yè)都開始積極引進人工智能從而分析故障成因、對設(shè)備的剩余使用年限進行推定，從而確定符合實際情況的設(shè)備維護方案。我國在這方面的研究成果居于世界前列，早在十多年前就已經(jīng)嘗試將人工智能與機械設(shè)計制造故障診斷進行結(jié)合，目前故障檢測智能系統(tǒng)已經(jīng)開始在越來越多的領(lǐng)域得到實際應用。

3.5 運用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)計算和存儲數(shù)據(jù)

人工智能在機械設(shè)計制造及其自動化的實踐十分豐富，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)正是其中最具代表性的一個應用方向，從原理上來說，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是模擬人類神經(jīng)系統(tǒng)形成的電子信息系統(tǒng)，具有多種優(yōu)勢，比如說其存儲能力非常突出、存儲準確性有保障等等。換句話來說，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可在結(jié)構(gòu)人工智能化的情況下，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的分析計算比對，和過去的相應數(shù)據(jù)計算技術(shù)比較起來，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的智能化程度更高，能夠同時處理大批量的數(shù)據(jù)信息并準確不出錯。這與機械設(shè)計制造及自動化的某些需求完全貼合，因此目前運用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)計算和存儲數(shù)據(jù)也成為人們關(guān)注的一大課題。日本、瑞士等國家在這方面的研究比較深入，已經(jīng)能夠?qū)⑸窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運用到電加工領(lǐng)域中去，并通過其具有的巨大的數(shù)據(jù)組織計算能力，提升電加工技術(shù)的使用效果，在保證電加工穩(wěn)定性的同時提升了它的準確度，這顯然能夠為未來機械設(shè)計制造及自動化領(lǐng)域的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應用提供有力參考。

4 結(jié)語

時代在發(fā)展、社會在進步，現(xiàn)代化社會的生產(chǎn)力較過去有了巨大的提升，而各種新型生產(chǎn)技術(shù)顯然起到了推動作用，比如說人工智能技術(shù)就是如此，它具有數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷喾矫娴膬?yōu)勢功能，在機械設(shè)計制造及自動化中扮演了十分關(guān)鍵的角色。根據(jù)目前的實踐應用情況來看，人工智能在機械設(shè)計制造及其自動化的實踐方向主要包括機械制造方向、機械設(shè)計方向、信息處理方向、故障診斷方向等等，給機械設(shè)計制造及自動化行業(yè)的發(fā)展帶來了不可忽視的重要推動力。