人工智能技術在機械設計與制造中的應用

徐大帥

人工智能技術是信息化時代的寵兒，也是全新的產物，在其發展的過程中，人工智能技術已經在多個 領域取得了不錯的實踐成果，在機械設計制造領域也得 到了廣泛應用。有了人工智能技術的支持，機械設計制 造行業能夠進一步縮減成本，尤其是降低勞動成本，同 時也減輕了相關人員的工作壓力，還有利于全面提高機 械制造和設計效率，在質量上也得到了全面的保障。由 此可見人工智能技術的出現改變了傳統的機械生產模式 和方法，也逐漸擴大了其經營規模，因此人工智能的運 用有利于為機械設計制造領域提供更大的動能。

人工智能技術屬于全新領域的全新科技，它指 的是專業科技人員采用相對應的理論和方法對產品進行開 拓和研發，研發的內容應當包括人工智能的模擬、延伸 等內容。人工智能也可以并入計算機領域之中，在設計 理念上，人工智能著重于解決圖像語言識別、專家系統 控制等問題，在出廠之前一般需要測試人工智能的反應 ，人工智能通過對人體大腦和行為軌跡的模擬幫助人類 解決實際問題。

目前人工智能技術還在不斷的創新和研究之中 ，其運用的范圍也在不斷擴大。智能化技術在計算機和 大數據的支持之下形成了自成體系和規模的一種技術分 支，相同的技術分支還包括無線網絡傳輸技術、仿真模 擬技術、智能控制技術。同時人工智能技術還涉及不同 學科和領域，交叉復雜程度較高，人工智能依托于計算 機科技快速發展的全新時代，以各項成熟的單項科技為 基礎，在智能化工作階段取得了本質上的效果提升。 這一時期人們的生產和生活方式因計算機技術發展而改 變，對整體社會運轉模式也造成了一系列的影響，這也 就為人工智能技術的多領域滲透提供了條件。在人們的 日常工作生活中，人工智能的影子無處不在，比如手機 的語音功能、錄像功能，智能家居，智能汽車等，都為 人們的生活提供了極大的便利。人工智能技術和軟件已 經成為了人類不可分割的一部分。當前，人工智能技術 在發展和運用的過程中依然存在一些壁壘和限制，這也 是今后科學家需要攻破的地方。

人工智能技術在機械設計制造領域的運用具有多方面的意義和價值。

第一個方面，它有利于推動機械設計制造行業 的全面轉型，早在20世紀的30年代，西方發達國家就已經 嘗試在機械制造設計領域融入智能化科技，并且取得了 不錯的效果。我國相對于發達國家在機械設計制造領域 的智能投入相對較晚，部分地區采用的是傳統手工業的 制造方法和設計方法，現代化水平相對較低。在企業機 械設計制造過程中主要依靠的是人力成本，廉價的勞動 力限制了企業的目光和格局，并且對行業的發展和進步 也造成了嚴重的制約。進入信息化時代以來，我國的經 濟和科技發展得到了雙重推動，在這一前提之下，機械 設計制造領域引入了人工智能技術，打開了人工智能的 新格局，人工智能科技的參與讓我國機械制造水平得到 了前所未有的提高。我國本身就是一個制造業大國，若 要使機械設計制造行業得到整體調整和逐步轉型，就必 須加強對人工智能技術的使用和創新融合，不斷開發人 工智能蘊藏的新型資源，讓整體行業得到進步，也讓中 國制造行業由中國制造變為中國“質造”。

第二個方面，人工智能技術在機械設計制造領 域的運用能夠有效減低人工成本的投入，傳統的機械設 計制造大多數是依靠人工，相比之下傳統機械生產的質 量和效率不佳，在人工智能技術加入之后，企業購買相 應設備，人力成本得到了大幅度削減，生產效率得到了 快速提升。在機械設計制造領域，人工占比較大，有時 人力支出甚至超過了原材料成本，這也在很大程度上增 加了企業壓力，降低了企業收益。當代的機械設計制造 行業無需過多人工投入，技術人員只需提前編輯程序， 將編輯好的指令輸入到人工智能系統，再投入合格的生 產設備和生產原料，便可以啟動智能化設備的自動運作 ，工作人員不需要24小時固守崗位也可以監管整體生產 流程和生產質量。如果中途發生機械生產故障，系統會 及時根據事先編輯好的報警指令發出報警信息通知管 理人員，有些系統還可以自動辨別故障出現的區域，劃 分故障點，以及分析故障原因并提出解決方案，防止故 障和問題繼續擴散，避免造成更大的經濟損失。相對于 傳統的機械設計制造技術，在人工智能參與下的機械產 品的精確度和良品率均有所提高。

第三個方面，人工智能技術應用在機械設計制 造技術的流程中有利于對機械設計的整體步驟進行優化 。在機械設計加工領域會涉及較多的加工環節和加工周 期，這些環節需要投入較大的人力和物力，但是人工操 作無法做到十全十美，人為因素造成的差錯不在少數， 且難以完全避免。人工誤差率的上升也會導致機械精度 的下降。解決這一問題必須依靠人工智能輔助，因為人 工智能設備具有自動化和智能化的雙重優勢，它可以 模仿人類的大腦和肢體動作，代替人類進行流水線的重 復運作，能夠把人類從繁瑣枯燥的勞動中解放出來，簡 化機械設計制造流程，并且制造出精準程度更高、更加 完美的機械產品，也讓整體流程更加順暢。同時人工智 能技術和設備還具有其他優勢，相關企業需要加強對人 工智能技術的引進，加快人工智能技術在我國機械設計 制造企業中的普及速度。

（一）模糊推理系統的使用

在人工智能系統中，最重要的部位就是模糊推 理系統，機械設計和機械制造時運用模糊推理系統能夠 準確計算出龐大的信息體量并對其進行分析，體現出人 工智能超強的數據處理能力。模糊推理系統能夠模仿人 類大腦的信息處理流程和路徑，提高處理信息的效率和 速度，運用數字化的語言和設計轉換讓數據能夠正確 傳達。在機械設計制造領域，運用模糊推理系統可以 借助連續函數表達式把數據信息呈現出來，表現出人工 智能對數據分析方面的諸多實用價值，但需要注意的是 模糊推理系統的使用需要保障其穩定性。

（二）神經網絡系統的應用

在機械設計制造領域采用神經網絡系統，能夠 使其具備特有的神經元特征，聯通網絡渠道上傳數據展 開信息分享，在短時間內對傳輸的信息數據進行保存。神經網絡系統的使用還可以動態化處理數據，讓機械設 計制造的流程變得更加可觀，更具可讀性，讓工作人員 接收到具體的操作指令。神經網絡系統模擬的是人類大 腦的神經元運動路徑，在接收到信息時能夠模擬神經元 的反射特征，對信息展開分析和處理，逐步得出機械設 計制造的分析結果，進而對數據進行有效的保護。在機械 設計制造行業中運用人工智能主要體現在熱變形控制、 提高設備管理的有效性等方面，還可以進行機床的運動誤 差補償，站在加工工藝的角度，人工智能技術可以參與 工藝參數的評定，并且對加工過程可能會形成的誤差展開 預測及補償，在機械零件的設計和制造過程中，人工智能 技術可以和齒輪形態、齒輪CAD等不同的設計相結合。人 工智能技術的利用能夠全面提高機械設計制造領域的生產 效率。

（三）故障診斷系統的使用

故障診斷系統的使用大多數運用在機電設備之中，機械設計制造領域最常出現故障的就是機電設備，機 電設備一旦發生運行問題，將會影響生產的連續性。為了 提高故障的排查精準度和處理速度，可以把人工智能技術 和故障診斷系統相互結合，進行有效定位和有效排除，達 到節約故障維修成本的效果。

診斷系統通常采用的是故障模型診斷、案例推 理診斷和規則推理診斷三大系統，對故障展開有效的預測 和排除，人工智能系統會自動建立故障案例庫，在診斷 過程中通過推理機制，判斷本次故障是否符合故障案例庫 中的備存案例，同時它還能收集機械設計制造領域相關的 故障常識，并且歸納和總結分析，提高故障檢索的實用性 和便利性。

故障診斷系統在機械設計制造領域的使用中具 有流程化特色，首先它可以通過機電設備打開人機交互界 面，對系統輸入指令進行實時監督;其次它可以以用戶信 息為依據，進行科學的分析和診斷，讓診斷庫的有關資料 和人工智能技術相結合，準確地判斷出結果;除此之外， 人工智能技術可以依據故障案例庫為用戶故障診斷提供分 析并給出維修建議。用戶在操作時可以根據相關的條例和 建議展開操作，提高維修精準度，有效節約維修時間。

（四）電子信息系統的使用

機械設計制造一般會借助電子系統和電子設備 ，啟用輸入和輸出模式，監控有關信息，在這一過程中難 免會出現信息錯誤和信息泄露的情況。人工智能科技加入 后，以上問題能夠得到有效控制和緩解。如果電子系統發 生數據傳輸錯誤以及系統運行不穩定等情況，系統會發出 警報信息，工作人員接收到警報并及時修正，提高電子信 息輸出系統的有效性和準確性。

（五）自動識別系統的使用

機械自動化生產依靠控制器來執行任務，工作 人員需要事先建立模型控制，通過動態控制方案對接下來 的工作流程予以監控，動態控制方案的制作復雜性強、適 應性差，難以準確控制機械工程的預算量。人工智能技 術參與后，利用傳感器對機電設備的運行參數展開24小 時監督，如果參數運行過程中發現問題和異常狀態，便 會及時切斷電源，并對有關工作人員發出報警信號。機械 工程的自動識別主要包括超聲波感應、激光掃描、自動識 別等功能，能夠精準辨別作業對象。自動識別技術能夠對 工程對象展開全面的控制，使機械設計制造的生產效率得 到大幅度的提升。

（一）在機械產品設計中的運用

和傳統的生產模式相比，人工智能技術融入機 械產品的設計能有效提高設計效率。人工智能技術可以利 用專家系統組件構建模型，在模型之中對方案展開模擬， 選擇最優解。在數控機床模塊的整體化設計中，可以對數 控機床進行總布局，之后再進行產品的加工。

和CAD程序相比，專家控制系統具有較強的靈 活性和針對性，它可以對每一個步驟進行細化解釋，如果 發現了錯誤的程序可以進行快速修改，并且在機械結構的 設計過程中，傳統的CAD系統只能對固有的程序展開加工 ，修改起來較為困難，而人工智能技術只需要給出一個 前提條件和數據就可以對整個細節展開重構。此外在設計 齒輪等精細化的機械零件時，人工智能技術只需要工作人 員設計出齒輪輪廓的范疇，輸入傳動信息就可以返給工作 人員一個完整的齒輪模型，它的運用優勢是顯著的。實踐 研究發現，人工智能技術參與之下的機械設計性能更為優 越，噪聲較小，齒輪廓形糾正方便，并且還可以自動生成 零件詳圖，方便參考。

（二）在數控機床控制中的運用

人工智能技術在機械設計制造領域的體現還可 以表現在數控機床的設計中，在操作機床的時候可以測算 現有的數據，觀察數據是否符合約束和要求，比如在機械 零件的加工中控制切削條件，調節振動幅度。機械設計制 造離不開數控機床，傳統的自動化控制系統采用機器人配合中心，對機械設計制造進行了改進，也正因為如此， 工作人員必須要對數控機床展開嚴格的控制，這也就意味 著企業必須要耗損財力安裝計算機輔助設備才能夠引入 自動化技術。但是人工智能技術參與之后卻可以顯著改善 這一缺點，它可以批量化的對機械產品進行設計和制造， 節約時間成本，降低資金消耗，性價比更高。

綜上所述，在機械設計與制造環節，人工智能 技術的參與和滲透能夠提供強大的助力，提升機械設計制 造的整體效率和精準程度。有關工作人員要對人工智能技 術的分支環節進行把控，運用模糊推理系統、神經網絡系 統、故障診斷系統、電子信息系統、自動識別系統等多個分支，改進產品質量，提升機械設計制造的速度，推動整 體行業的高速運轉。