分析人工智能在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中的實(shí)踐

練正勝

（江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)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(huì)開始朝著機(jī)械化、智能化的方向發(fā)展，人工智能技術(shù)開始成為新時(shí)代背景下人們關(guān)注的重點(diǎn)和焦點(diǎn)。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(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中的實(shí)踐方向也會(huì)越來越清晰，在這種情況下對(duì)本課題進(jìn)行深入研究，顯然具有不可忽視的現(xiàn)實(shí)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(jī)器人、智能家居都是人工智能技術(shù)的延伸產(chǎn)物。實(shí)際上，將人工智能技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)制造當(dāng)中也具有一定的可行性，產(chǎn)品將會(huì)因此具有人類思維和模擬意識(shí)，因此可以進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、分析、判斷等能力。早在上個(gè)世紀(jì)初，日本的豐田汽車就提出了精細(xì)化生產(chǎn)的理念，并對(duì)多品種、小規(guī)模的生產(chǎn)需求進(jìn)行了適應(yīng)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(jì)、制造和管理中得到貫徹落實(shí)，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(huì)成為機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化“以人為中心”的最大推動(dòng)力，在今后的發(fā)展中根據(jù)柔性制造需求，對(duì)人工智能技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中的實(shí)踐進(jìn)行研究至關(guān)重要。人工智能技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)的一種發(fā)展成果，同時(shí)也是新時(shí)期計(jì)算機(jī)技術(shù)不可分割的一部分，具有智能化特點(diǎn)、兼?zhèn)淙祟惖乃季S模式，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)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(shí)別技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等，它們分別由不同的學(xué)科組成，因此還具有一定的綜合性。在人工智能尚未獨(dú)立于計(jì)算機(jī)技術(shù)而存在的階段中，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用范圍并不大，此時(shí)社會(huì)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(shí)際應(yīng)用還有很長(zhǎng)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(yīng)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(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的重要作用

機(jī)械設(shè)計(jì)制造工作本身有一定的難度，而自動(dòng)化設(shè)計(jì)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(jì)利潤，就目前來說中國的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化還不夠成熟，想要讓機(jī)械設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)度和針對(duì)性更高、想要讓機(jī)械制造的效率和質(zhì)量更高，就必須要持續(xù)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化進(jìn)行研究，同時(shí)考慮我國未來經(jīng)濟(jì)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(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化的研發(fā)更具現(xiàn)實(shí)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(fèi)、推動(dòng)中國工業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。首先，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)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(gè)目標(biāo)就是安全穩(wěn)定性，從機(jī)械化生產(chǎn)普及以后各種各樣人員傷亡事故屢屢見諸報(bào)端，之所以出現(xiàn)這種問題，主要就是因?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)制造的技術(shù)略顯落后，同時(shí)安全保證措施又不到位，導(dǎo)致人工參與度過高、危險(xiǎn)幾率自然而然也就水漲船高。而利用自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工操作，將人工從有可能有危險(xiǎn)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(shí)，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化本身是可以二十四小時(shí)監(jiān)控運(yùn)行的，也就是說在發(fā)生特殊情況的時(shí)候能夠根據(jù)應(yīng)急處理預(yù)案自動(dòng)進(jìn)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(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的應(yīng)用有利于提高生產(chǎn)效率?；仡欉^去的工業(yè)化生產(chǎn)可以發(fā)現(xiàn)，很多復(fù)雜的環(huán)節(jié)都由人工進(jìn)行操作，其出錯(cuò)率比較高，因此整體生產(chǎn)率就比較低。而利用機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)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(jì)算機(jī)控制，其出現(xiàn)誤差的可能性就會(huì)大幅度壓縮。另外，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)還在于，其能夠?qū)ιa(chǎn)過程進(jìn)行提前分析和模擬，從而確保產(chǎn)品質(zhì)量與預(yù)計(jì)要求相吻合，同時(shí)使一系列復(fù)雜的生產(chǎn)流程按部就班地完成，保證在預(yù)定生產(chǎn)周期內(nèi)完成生產(chǎn)。實(shí)際上，現(xiàn)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)非常普及，比如說現(xiàn)在越來越發(fā)達(dá)的網(wǎng)絡(luò)購物背后，機(jī)械自動(dòng)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(yùn)輸發(fā)展，為促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)足進(jìn)步提供巨大的驅(qū)動(dòng)力。

3 人工智能在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的實(shí)踐

人工智能是計(jì)算機(jī)技術(shù)的一種延伸和發(fā)展產(chǎn)物，它是目前計(jì)算機(jī)領(lǐng)域最先進(jìn)、最受關(guān)注的技術(shù)之一，主要的探討要點(diǎn)在于“智能”的本質(zhì)，希望能夠通過計(jì)算機(jī)來模擬人類的思維和意識(shí)，并借此實(shí)現(xiàn)解放生產(chǎn)力、提高社會(huì)生產(chǎn)效率等目標(biāo)?，F(xiàn)階段來看，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、仿真技術(shù)、語音識(shí)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(yàn)。實(shí)質(zhì)上，人工智能技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)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(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的實(shí)踐可從以下幾方面來理解。

3.1 應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)中

在社會(huì)發(fā)展的過程中，過去的設(shè)計(jì)思路和現(xiàn)在的設(shè)計(jì)思路之間的差別越來越明顯，尤其是在現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)工作中，這種差異變得越來越突出，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用使這一差距日益拉大，從中可以發(fā)現(xiàn)，過去的設(shè)計(jì)模式在今天已經(jīng)不再具有可行性和有效性。因此機(jī)械設(shè)計(jì)工作者必須要根據(jù)實(shí)際發(fā)展進(jìn)度，充分利用人工智能技術(shù)多方向發(fā)展的趨勢(shì)，讓機(jī)械設(shè)計(jì)的方法和思路越來越廣泛。具體來說，在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，除了要保證自動(dòng)化效果之外，還應(yīng)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(yīng)有的作用。和過去的機(jī)械設(shè)計(jì)模式比較起來，現(xiàn)階段的機(jī)械設(shè)計(jì)工作因?yàn)槿斯ぶ悄芗夹g(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(jī)械能保持二十四小時(shí)不間斷運(yùn)行、運(yùn)營成本比較低、信息儲(chǔ)存效果更可觀，最重要的是其應(yīng)用范圍遠(yuǎn)超傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)模式，在汽車制造、飛機(jī)制造等行業(yè)扮演著重要角色，不再受到過去設(shè)計(jì)局限性的影響。實(shí)際上，人工智能技術(shù)的應(yīng)用必將會(huì)掀起機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化領(lǐng)域的一次發(fā)展狂潮，使過去的機(jī)械設(shè)計(jì)弊病得到有效處理。

3.2 應(yīng)用在機(jī)械制造中

將人工智能技術(shù)運(yùn)用到機(jī)械制造過程當(dāng)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(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造自動(dòng)化和機(jī)械制造有效控制，保證制造過程的精確度，將可能導(dǎo)致機(jī)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(zhǔn)，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(jī)械制造中的應(yīng)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(jī)械手正在成為機(jī)械制造車間最常見的設(shè)備，利用人工智能技術(shù)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行操控，就能使之實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化到智能化的跨越，并使機(jī)器人的運(yùn)行效率更加可觀，同時(shí)進(jìn)行多線程操作，保證機(jī)械制造的穩(wěn)定性和秩序性。

3.3 應(yīng)用在信息處理中

人工智能在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的實(shí)踐還可以體現(xiàn)在信息處理過程中，實(shí)際上其信息傳輸是以電子信息系統(tǒng)為渠道實(shí)現(xiàn)的，但是從實(shí)際經(jīng)驗(yàn)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(yīng)用造成負(fù)面影響。而將人工智能應(yīng)用到信息處理中以后，人工智能技術(shù)的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)功能就可以對(duì)信息傳輸進(jìn)行全程式跟蹤監(jiān)控，確認(rèn)信息輸入輸出的準(zhǔn)確度，為機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.4 應(yīng)用在故障診斷中

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化本身具有一定的困難性，涉及到許多數(shù)據(jù)的計(jì)算傳輸?shù)鹊?，比如說在論證和建模的時(shí)候，就需要進(jìn)行大量的運(yùn)算推導(dǎo)，稍有不慎就可能出現(xiàn)錯(cuò)誤，尤其是在人工計(jì)算的情況下，失誤的幾率往往比較高，而一旦某個(gè)數(shù)據(jù)失誤后續(xù)的所有努力都會(huì)付諸東流，導(dǎo)致時(shí)間和精力的浪費(fèi)，這對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化顯然十分不利。所以，充分利用人工智能技術(shù)開展自動(dòng)化信息分類處理，能夠有效提升計(jì)算推導(dǎo)的準(zhǔn)確度，把存在的失誤風(fēng)險(xiǎn)扼殺在搖籃里。另外，人工智能還在機(jī)械故障診斷中發(fā)揮作用，在人機(jī)交互中將機(jī)械檢測(cè)數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)當(dāng)中，而后利用推理機(jī)制獲得針對(duì)結(jié)果，同時(shí)給出處理建議，而后將本次情況與案例庫中的情況進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)諸多案例的相似度確定機(jī)械故障原因，即可實(shí)現(xiàn)人工智能自動(dòng)化機(jī)械故障處理。在實(shí)際的全球工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，機(jī)械故障導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)6470億美元，為了避免這種不必要的經(jīng)濟(jì)損失，很多大型生產(chǎn)企業(yè)都開始積極引進(jìn)人工智能從而分析故障成因、對(duì)設(shè)備的剩余使用年限進(jìn)行推定，從而確定符合實(shí)際情況的設(shè)備維護(hù)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(jī)械設(shè)計(jì)制造故障診斷進(jìn)行結(jié)合，目前故障檢測(cè)智能系統(tǒng)已經(jīng)開始在越來越多的領(lǐng)域得到實(shí)際應(yīng)用。

3.5 運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)計(jì)算和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)

人工智能在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的實(shí)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(gè)應(yīng)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(shì)，比如說其存儲(chǔ)能力非常突出、存儲(chǔ)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的分析計(jì)算比對(duì)，和過去的相應(yīng)數(shù)據(jù)計(jì)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(shí)處理大批量的數(shù)據(jù)信息并準(zhǔn)確不出錯(cuò)。這與機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化的某些需求完全貼合，因此目前運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)計(jì)算和存儲(chǔ)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(yùn)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(jì)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(shí)提升了它的準(zhǔn)確度，這顯然能夠?yàn)槲磥頇C(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化領(lǐng)域的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用提供有力參考。

4 結(jié)語

時(shí)代在發(fā)展、社會(huì)在進(jìn)步，現(xiàn)代化社會(huì)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(dòng)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(shì)功能，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化中扮演了十分關(guān)鍵的角色。根據(jù)目前的實(shí)踐應(yīng)用情況來看，人工智能在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的實(shí)踐方向主要包括機(jī)械制造方向、機(jī)械設(shè)計(jì)方向、信息處理方向、故障診斷方向等等，給機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化行業(yè)的發(fā)展帶來了不可忽視的重要推動(dòng)力。