機械工程自動化領域智能化技術的運用探討

郭曉軍

（無錫市新久揚機械制造有限公司，江蘇 無錫 214181）

1 智能化技術概述

智能技術是伴隨著科技進步的高速發展而產生的一項新的技術，具有較好的應用前景。根據智能技術的有效運用，能夠動態監測設備的具體步驟，并且在具體監管過程中，相關人員一旦發現問題，能夠第一時間進行對應的調節工作，確保設備運行中的穩定性以及合理化和多功能性，見圖1。智能技術的應用，能夠進一步提高機械自動化程度，減少設備運行中成本和提升產品質量。智能技術的運用和集成化將有助于企業整體所采用的基礎技術能夠全面的提升，從而可以推動整個市場的穩步發展[1]。

圖1 系統構成框圖

2 智能化技術的優勢

2.1 將系統進行優化

在智能技術的應用環節中，根據與眾不同的自動控制系統，能使各系統間的調整比較方便，操作流程更方便。在智能技術的應用環節中，可以和自動化技術的所有系統開展溝通交流，檢測自動化技術以彌補不足，具體可以完善自動化技術，并且可以提升自動化技術控制的高效率。

2.2 能夠實現高精度控制

從目前實際情況看來，智能技術與自動化技術的結合一般能通過RISC處理芯片和CPU芯片完成。運用CPU系統軟件，進行一定的實際操作，在很大程度上提升生產精密度的指標以及效率，從而可以完成高效率的生產制造。

3 智能化技術在機械工程自動化當中的應用分析

3.1 機械生產中的應用

智能技術的有效運用能夠改善生產方式，突顯生產效率和質量。傳統設備生產需要很多人力物力，生產過程中對工人體力和技術有著很高的規定，并且員工工作強度大，操作過程中很有可能發生錯誤，生產的產品品質不符合相關的規范。智能化生產一般應用設備開展自動加工，從而，僅需組裝機械臂就能在終端設備上進行相應的操作，并快速進行簡單產品的生產。

機械臂抓取梯度算法理論可以給定智能體初始狀態s1，根據所處的狀態在動作空間A中選擇動作a1，智能體進入下一個狀態s2，并獲得獎勵r1；根據狀態s2，繼續選擇動作a2，獲得獎勵r2，并進入狀態s3，以此類推，直到智能體達到終止步數T。將從任意時間t開始到終止狀態這一過程成為一個階段（Episode），對于該階段在時間t時所得到的回報（Return）可以表示為：

其中γ是[0，1）之間的數，所以γ噪表示離時間t越遠，所獲得的獎勵對當前的策略影響越小。

在實際情況下，由于回報的波動較大，所以引入回報的期望作為狀態的價值：

通過最大化狀態價值函數來優化策略的過程，策略即智能體的控制規則，它可以表示為某一狀態下所能采取的動作的概率分布函數，即：

若期望整個階段可以達到獎勵最大化，可以通過智能體選擇在每一狀態下獎勵最大的動作來實現，由此引入Bellman優化方程定義狀態價值：

式中pa，s→s表示智能體在狀態s時選擇動作a后到達s的概率。

根據式（4）可以提取出動作價值函數：

由式（4）和式（5）可以進一步推導出：

經過上述計算可得，機械臂遷移可以快速到達固定目標位置效果理想，在原基礎上的抓取效率也明顯提高。因此，選用智能化生產方法，生產實際操作精確性更高一些，并且產品的品質可以保證。

3.2 在故障診斷中應用

機械自動化的一部分零部件在高溫環境下生產時，工業設備忽然故障，需要大量的專業技術進行現場故障清除。這時，專業技術人員在高溫環境中進行故障清除，對專業技術人員的業務能力的要求更高，這時，若是在故障診斷的過程當中引進智能技術，就能提高故障診斷效率，專業技術僅需根據智能控制系統設備檢查運行情況，見圖2，就可以迅速發現設備在哪個時期出了問題，進而省時省力并提升處理故障診斷的效率。比如：在對離心泵噪音研究時，可以采用小波包閾值去噪原理，小波包分解如下：

上式中u（噪）為低通濾波器，v（噪）為高通濾波器，n為分解級數。將信號進行n層分解之后再重構，重構信號表示如下：

對采集到的振動信號選用“db4”小波基，進行6層小波包分解，再對信號進行重構，從而達到去除噪聲干擾的目的。小波包閾值去噪步驟主要包括：（1）要根據振動的信號以及特點要求對層數進行分解，這次研究將層數設置為6層；（2）由于小波的具有正交性以及時頻緊支撐的優點，小波階數越大小波和信號的相似度就越大，從而提取到的高頻信號能力也就越強，相反則會越小。但較大的小波階數時域性變差，因此選擇db4小波作為小波基最為合適；（3選取閾值進行降噪，為了保持小波系數整體性以及連續好的閾值。

對比圖2和圖3可以看出，與原始振動信號相比，降噪后信號的幅值明顯有所減小，而且信號曲線也更為清晰。圖3基本達到了預期效果，這也表明小波包閾值去噪能充分還原信號。

圖2 振動信號去噪波形圖

圖3 振動信號去噪波形圖

3.3 在檢測中的應用

選用智能檢測方式，可以確保進到市場產品質量符合規定。比如選用智能檢測技術，對汽車各個部位進行全方位檢驗，在設計階段主要包括：風洞試驗，將汽車放到大大的風洞里面“吹”它，并驗證外部造型元素在經過高速氣流時會產生怎樣的影響。碰撞測試，海內外有各種碰撞測試標準，中汽研C-NCAP和中保研C-IASI是國內的，歐洲E-NCAP和美國IIHS是海外主流評價體系；發動機測試，發動機有臺架測試和整車測試，好的發動機可以適應高原、潮濕、高溫、低溫等惡劣環境；耐久性測試，比較出名的是“三高測試”，也就是高溫測試、高原測試、高寒測試，需要在多種極端情況下驗證全車上下兩萬多個零部件的可靠性；整車NVH測試，NVH=噪聲Noise+振動Vibration+聲振粗糙度Harshness，見表1。

表1 整車NVH測試內容

4 智能化技術在機械工程自動化中的發展趨勢

4.1 實現精密化和微型化

在自動化機械發展過程中，精密化和微型化的高速發展愈來愈獲得重視，但是真正促進精密化和微型化發展的重要因素是納米技術。現階段納米技術已廣泛用于很多領域，因而納米技術為機械工程自動化精密化和微型化帶來了更加便捷的前提條件。事實上，納米技術在機械工程自動化技術中的運用有許多優勢，有關專業技術人員務必提升納米技術的應用，為機械工程自動化技術提供更大的發展前景。

4.2 實現高可視化

智能技術的完成與應用使用了計算機圖像基礎理論，有效運用它，能夠實現科學合理的工程項目計算，并且以直觀地方式表述。當代智能技術的應用有廣泛的可視化特點，現階段，該方法已有效用于很多CAD制圖等行業，并且運用的過程中十分完善，最明顯的一大特點是可以將單獨抽象化文本表示為圖像處理，給人們帶來了豐富多樣的信息內容，為促進工程機械設備智能完成帶來了強有力支撐。除此之外，機器視覺與機械臂運動控制系統的融合技術具備精準、高效率、自動調節的特性，已經成為機器人領域重點的新研究方向，根據機器視覺正確引導目標方向的智能化機械臂將會是未來的機器人自動化領域內的關鍵發展前景之一。總而言之，智能技術的高度可視化對促進機械工程市場的發展起著至關重要的作用[5]。

4.3 提高智能化技術的覆蓋范圍

智能技術在機械工程自動化中的運用不但關系機械生產率，也關系產品品質。一些機械設備在項目自動化生產過程中安全系數比較低，需要自動化技術替代傳統手工制作，因而，我們應該挑選智能技術的覆蓋面來促進我國機械工程自動化的高速發展。智能技術運用前期時，一般用于機械工程和采購設備生產調度。如今自動化技術能夠用于許多繁雜的工作，因此我們堅信不久的將來智能技術會遮蓋更多的范疇。因而，需要良好的提升智能技術的適應能力，從而可以充分滿足各種各樣繁雜的應用場景。

5 結語

智能化技術與機械工程自動化技術緊密結合，能夠大大降低機械設備制造對人力成本的需要，與此同時，提升機械設備制造的質量和效率，能使公司得到極大的收益。與此同時，機器制造帶來的好處反作用于智能化，加快其提升過程。因而，智能與機械工程的融合將很好地推動彼此之間的“同頻共振”，從而提升相關行業的整體發展水平。