人工智能在機械設計制造及自動化中的實踐分析

黃詩瑤 周世一

摘 要：機械設計制造作為極具發展潛力的行業如今備受關注。為提升機械設計制造自動化水平，文章研究人工智能在機械設計制造及其自動化中的實踐，闡述了人工智能在機械設計制造及其自動化的特點，介紹了人工智能在機械設計制造及其自動化的優勢，提出了人工智能在機械設計中的實踐、人工智能在機械制造中的實踐、人工智能在信息處理中的實踐、人工智能在故障診斷中的實踐幾個應用措施，希望為相關人員提供參考。

關鍵詞：人工智能;機械設計制造;自動化

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）11-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.11.009

近年來，隨著經濟的發展和科學技術的不斷提高，機械設計制造及自動化技術被廣泛應用于各行各業，實現了多領域科學技術的大融合。

在機械設計與制造中，應用人工智能、自動化技術，能夠提升機械設計制造自動化水平，在提高生產效率和質量的同時減少勞動力投入，進而提高設計工作效率，使設計方案與當前時代發展對工業生產制造的要求更為契合，機械內部結構以及各個構件的銜接也更為精準。因此，要以人工智能作為基礎，充分利用人工智能的優勢，深度融合人工智能和機械設計制造，將人工智能引入機械設計、機械制造、信息處理、故障診斷等方面，提高自動化水平，進一步促進產業轉型升級。

1 人工智能在機械設計制造及自動化中的特點

1.1 環保性

在生產操作方面，機械設計制造是較為復雜的，這對操作技術人員的業務能力提出了較高的要求，而人工操作會出現各種錯誤與失誤，容易導致產品質量不合格、返工的問題，甚至導致產品報廢，增加人力成本與時間成本，還會浪費原材料資源與能源。

以往的機械設計制造會產生大量廢棄物，這些廢棄物會對社會生態環境造成不良影響。利用人工智能，有助于提升生產標準，保證生產的有序開展，提高機械操作的準確性與智能性，減少資源浪費與損耗，提高產品生產效率和質量[1]。引入人工智能后，利用先進的環保技術可以實現無害化零排放標準，實現綠色生產。

1.2 安全性

對機械設計制造企業來講，安全生產是首要目標。利用人工操作的形式容易出現各種安全事故，究其原因，機械設備通常都是大型設備，結構相對復雜，容易出現意外或失誤，對技術人員的操作水平提出了較高的要求。在這一過程中，使用計算機遠程控制設備，能夠實現生產自動化，可以把員工從繁重的工作中解放出來，減少安全事故的發生，保證員工的安全。機械設計制造企業通過不斷創新發展，將人工智能技術與機械操作結合，有利于實現設備制造的自動化。

1.3 高效性

在機械設計制造中利用人工智能，主要目的是突出高效率生產，給企業創造更多價值。由于技術人員熟練程度、專業水平、腦力、體系等方面均存在一些差異，導致產品生產效率參差不齊，特別是在設計制造生產步驟較多或工藝較為復雜的產品時，由于人為操作失誤致使生產效率較低，嚴重阻礙企業生產力的提升[2]。利用人工智能，可以解決生產效率低的問題，借助計算機程序控制生產工序，可以實現有效銜接，減少時間成本與資源的浪費。

2 人工智能在機械設計制造及自動化中的優勢

2.1 保證穩定性，提升可靠性

以往，設備發生故障時，只能通過維修人員憑借自身經驗開展檢修，設備無法提供故障信息。在這種情況下，維修人員需要較長時間開展工作，不僅需要投入較多的精力，而且工作量較大，嚴重影響了產品生產效率和質量，也難以保障設備的安全運行。

利用人工智能，在設備發生故障時可以實時監測和及時檢測，進而實現快速處理。在人工智能的支撐下，內部設置相應程序，定期掃描，出現問題時就可以自行修復，提高穩定性與可靠性。此外，通過自我檢修、修復，有助于延長生產設備使用年限。

2.2 提升效率，保證質量

新技術的出現能夠合理設計、不斷完善生產流程，優化生產環節，進而實現節省時間的目的。機械設計制造中，利用人工智能可以提升生產效率，保證生產質量[3]。在人工智能的支撐下，可以適當減少員工數量，避免人為因素導致的生產流程較慢等問題，保證了人均產出。此外，工藝技術、環節流程一樣，產品質量得以保證，避免人為操作引起的質量差異問題，確保產品合格率。

2.3 便于維修，科學調整

針對不同客戶的生產需求，實施機械設計制造及其自動化有助于調試生產設備數據，確保產品的多樣化。在產品質量自檢和在線檢測中也較為便利，可以及時發現其中存在的問題，且及時采取積極措施解決問題，進而保證產品質量。機械設計制造及其自動化具有復合功能，滿足用戶的需要。

系統出現問題時，可以利用自動化保護手段，停止故障設備的運行，避免或減少技術人員接觸故障設備，以有效保證員工的安全和設備和良好運行。

2.4 操作簡便，應用廣泛

利用人工智能生產的產品復合型較強，實現批量化生產，可以利用多種功能，也可以利用功能組合，結合用戶需求實施個性化設計，不改變設備物理性質，僅調整自動化程序設置，適應不同產品要求，實現不同場景應用，促使多樣化發展。

實際工作中，利用人工智能實現自動化處理生產信息和控制功能。在該種作業過程中，操作流程得到了優化，通過設置相應程序，相關人員只需控制一個按鈕，就能操作設備，促使設備全自動運行[4]。

3 人工智能在機械設計制造及自動化中的實踐

3.1 在機械制造中的實踐

利用人工智能技術，可以防止受外界因素、環境因素的影響，加強對機械制造過程的精確控制，保證產品質量和生產效率。通過人工智能技術，分析、調整生產過程，推動生產過程自動化的實現，滿足產品個性化需求。在機械制造中利用人工智能技術，提高生產水平和生產效率，提升產品質量。以人工智能為基礎，可以實現自動化控制及自動化處理等[5]。

此外，利用人工智能，評估設備故障點，如果某一環節出現問題，可以利用人工智能技術，實時監測分析數據信息，且保證分析的客觀性，定位故障位置，找出故障原因，及時診斷和解決。

3.2 在機械設計中的實踐

隨著社會不斷發展和進步，傳統的設計理念已經無法滿足現代化需求，在新時代背景下，人們通過人工智能設計突出思維構建與創造能力。尤其是在機械設計工作時，大部分工作都引入了計算機計算。為提升機械設計水平，要結合實際生產情況融合人工智能技術。人工智能技術可以促進機械設計的多元化發展，因為其是智能系統，在設計工作中致力于實現過程自動化，且避免受到主觀因素的干擾。

隨著人工智能的應用，機械設計打破了傳統設計的束縛，迎來了良好的發展契機。與傳統設計模式不同，在機械設計中利用人工智能技術，可以長時間工作，節省操作時間和人力成本，為技術人員提供多樣化的信息存儲形式，便于查詢和學習。

3.3 在信息處理中的實踐

機械設計制造及自動化以信息傳輸體系為基礎，傳送信息，在該過程中容易出現各種問題，特別是輸入或輸出大量信息時，導致出現一些不可預估的錯誤。為解決該問題，要在信息處理環節利用人工智能技術。

通過人工智能技術，全面、準確地監測信息傳輸中電子信息系統的狀態和穩定性，保證信息傳輸的可靠性、準確性，促使信息處理工作順利開展。

3.4 在故障診斷中的實踐

完成通過人工形式計算處理，不僅要投入大量的精力與時間，而且有可能導致計算錯誤，影響到生產過程[6]。機械設計制造過程較為復雜，在該過程中需要處理和計算大量數據，也是建模和論證過程，要利用大量公式計算推導。因此，在實際工作中要積極利用人工智能技術，自動分類和歸納信息，保證計算的精準性，避免后續發生問題。

同時，利用人工智能準確評估和診斷機械出現的故障類型，把診斷的數據信息傳到系統中，利用正向推理獲得診斷結果，并以其為基礎提出改進意見，通過借鑒相似案例等方法，計算分析相似度，進一步診斷機械故障。

3.5 在計算與存儲數據中的實踐

神經網絡系統的創建，是以神經網絡系統為基礎的電子信息系統，具有較大的存儲量，且保證數據準確性，也是人工智能的一個突出優勢。神經元結構具有緊密性、穩定性的特點，具有較高的智能化水平。神經網絡系統利用模擬結構的形式，分析數據，利用結果，計算參與值。

機械設計制造及其自動化數據，可以發揮神經網絡系統的存儲作用。在大量數據信息面前，可以保證處理的高效性和準確性。一些發達國家已經在實際生產中應用神經網絡系統，具有較強的系統組織能力，促使電加工技術智能化水平更高，進而構建加工智能綜合體。

4 人工智能在機械設計制造及其自動化中的發展趨勢

4.1 機電一體化

機電一體化技術是集電子技術、機械技術、計算機與信息化技術于一體的現代機械技術，正逐步取代傳統的人工操作模式，使機械技術和電子信息技術實現有機結合，為現代工業生產提供了無限的可能。機電一體化技術屬于復合技術，與多項技術有關，具有較強的支持基礎。因此，在機械設計制造中可以利用機電一體化技術，提升機械設備生產效率和能力，保證產品質量。

首先，在使用機電一體化技術時，準確性較高，能夠減少誤差出現。機械設計制造過程通常情況下較為繁雜，而利用機電一體化技術能夠生動展現生產全過程，更便于理解和掌握。

其次，機電一體化技術具有獨特性，在應用時具有較高安全系數，可以為工作人員提供穩定、安全的工作環境。同時，該技術的使用成本較高，中小型企業的資金有限，很難科學合理使用，但是在大型企業中已經獲得廣泛應用。這主要是由于該技術在使用前需要投入一定的成本，在后續使用中需要節約人力、物力等資源，從而提高機械設計制造水平和效率，提升產品質量與企業的綜合效益，促進企業長期穩定發展。

4.2 產品設計虛擬化

以往的機械設計制造過程中，工作人員以圖紙作為主要載體，在完成圖紙設計后需要反復確認，再通過各種畫圖軟件，輔助實現設計內容，控制生產過程。而在機械設計制造及其自動化中，可以利用虛擬化產品設計技術，評估和完善產品設計過程。產品內容虛擬化程度主要體現在利用信息化技術手段，保證生產設計工作效果。

4.3 綠色化

現階段，生態污染問題日趨嚴重，如何保護環境、實現可持續發展，已經成為系統、長期的任務，否則，會對人類生存造成直接威脅。特別是在物質生活質量提升的情況下，人們越來越注重生態環境保護問題，積極采取措施，優化生態環境問題，避免環境污染和資源浪費，機械設計行業也是如此。因此，在機械設計制造及其自動化發展中，人工智能的應用也應該凸顯綠色環保的特點。

基于此，在選擇原料、使用材料、回收材料時，要以環保為基礎，更好地實現綠色生產和綠色產品生產。機械設計制造及其自動化技術的不斷優化和應用，可以給企業帶來更多經濟效益，實現綠色環保生產目標，且以社會大眾環保節能要求為基礎，針對生態需求，提升機械使用率，以防資源浪費，進而促進機械生產綠色環保化發展。

4.4 智能化

在人工智能時代，機械設計制造發展需要突出自動化、智能化相結合的特點。智能化是以控制理論制造為基礎的機器行為，結合生理學、心理學、計算機技術、人工智能等學科領域，且開展邏輯智能化仿真模擬訓練，促使機械產品具備較強、獨立的推理決策能力和邏輯思維評估能力，進而操控機械產品。現階段，部分機械產品已經具備智能化特點，但是未來機械設計制造業會向著自動化、智能化有機融合發展方向，提升機械產品應用水平。

5 結語

機械設計制造是制造業中的重要組成部分，對于完善工業體系，促進國民經濟發展具有重要作用。當前，經濟快速發展，科學技術轉化為生產力的速度也越來越快，新型發展環境下的機械制造技術具備了較強的綜合性，融合了人工智能、計算機信息化、自動控制等多種技術具有良好的發展前景。

在新時代背景下，通過人工智能開展機械設計制造，保證生產質量和效率，提升機械設計制造自動化水平，促進機械設計制造行業更好的發展。目前，由于受到多種因素影響，應用效果不夠理想，究其原因，相關人員沒有意識到人工智能的重要性。因此，在實際工作中，相關人員必須順應時代發展，從多方面入手，把人工智能與機械設計制造相結合，促使機械設計制造朝著智能化方向發展，加快行業轉型升級。

參考文獻

[1] 苗壘.人工智能在機械設計制造及其自動化中的應用探析[J].當代化工研究，2021（9）：175-176.

[2] 王一雯.人工智能在機械制造及其自動化中的應用分析[J].鍛壓裝備與制造技術，2021，56（1）：10-11.

[3] 周萬成.人工智能在機械設計制造及其自動化中的實踐[J].電子世界，2021（3）：138-139.

[4] 胡榮耀.人工智能在機械設計制造及其自動化中的實踐[J].中阿科技論壇（中英文），2020（11）：76-78.

[5] 郁晗.基于人工智能的機械設計制造及其自動化實踐[J].南方農機，2020，51（20）：161-162.

[6] 練正勝.分析人工智能在機械設計制造及其自動化中的實踐[J].中國金屬通報，2020（19）：55-56.