人工智能技術(shù)在機械設(shè)計與制造中的應(yīng)用

徐大帥

人工智能技術(shù)是信息化時代的寵兒，也是全新的產(chǎn)物，在其發(fā)展的過程中，人工智能技術(shù)已經(jīng)在多個 領(lǐng)域取得了不錯的實踐成果，在機械設(shè)計制造領(lǐng)域也得 到了廣泛應(yīng)用。有了人工智能技術(shù)的支持，機械設(shè)計制 造行業(yè)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(guān)人員的工作壓力，還有利于全面提高機 械制造和設(shè)計效率，在質(zhì)量上也得到了全面的保障。由 此可見人工智能技術(shù)的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)的機械生產(chǎn)模式 和方法，也逐漸擴大了其經(jīng)營規(guī)模，因此人工智能的運 用有利于為機械設(shè)計制造領(lǐng)域提供更大的動能。

人工智能技術(shù)屬于全新領(lǐng)域的全新科技，它指 的是專業(yè)科技人員采用相對應(yīng)的理論和方法對產(chǎn)品進行開 拓和研發(fā)，研發(fā)的內(nèi)容應(yīng)當包括人工智能的模擬、延伸 等內(nèi)容。人工智能也可以并入計算機領(lǐng)域之中，在設(shè)計 理念上，人工智能著重于解決圖像語言識別、專家系統(tǒng) 控制等問題，在出廠之前一般需要測試人工智能的反應(yīng) ，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(shù)還在不斷的創(chuàng)新和研究之中 ，其運用的范圍也在不斷擴大。智能化技術(shù)在計算機和 大數(shù)據(jù)的支持之下形成了自成體系和規(guī)模的一種技術(shù)分 支，相同的技術(shù)分支還包括無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、仿真模 擬技術(shù)、智能控制技術(shù)。同時人工智能技術(shù)還涉及不同 學科和領(lǐng)域，交叉復雜程度較高，人工智能依托于計算 機科技快速發(fā)展的全新時代，以各項成熟的單項科技為 基礎(chǔ)，在智能化工作階段取得了本質(zhì)上的效果提升。 這一時期人們的生產(chǎn)和生活方式因計算機技術(shù)發(fā)展而改 變，對整體社會運轉(zhuǎn)模式也造成了一系列的影響，這也 就為人工智能技術(shù)的多領(lǐng)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(shù)和軟件已 經(jīng)成為了人類不可分割的一部分。當前，人工智能技術(shù) 在發(fā)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(shù)在機械設(shè)計制造領(lǐng)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(shè)計制造行業(yè) 的全面轉(zhuǎn)型，早在20世紀的30年代，西方發(fā)達國家就已經(jīng) 嘗試在機械制造設(shè)計領(lǐng)域融入智能化科技，并且取得了 不錯的效果。我國相對于發(fā)達國家在機械設(shè)計制造領(lǐng)域 的智能投入相對較晚，部分地區(qū)采用的是傳統(tǒng)手工業(yè)的 制造方法和設(shè)計方法，現(xiàn)代化水平相對較低。在企業(yè)機 械設(shè)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(yè)的目光和格局，并且對行業(yè)的發(fā)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(jīng) 濟和科技發(fā)展得到了雙重推動，在這一前提之下，機械 設(shè)計制造領(lǐng)域引入了人工智能技術(shù)，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(yè)大國，若 要使機械設(shè)計制造行業(yè)得到整體調(diào)整和逐步轉(zhuǎn)型，就必 須加強對人工智能技術(shù)的使用和創(chuàng)新融合，不斷開發(fā)人 工智能蘊藏的新型資源，讓整體行業(yè)得到進步，也讓中 國制造行業(yè)由中國制造變?yōu)橹袊百|(zhì)造”。

第二個方面，人工智能技術(shù)在機械設(shè)計制造領(lǐng) 域的運用能夠有效減低人工成本的投入，傳統(tǒng)的機械設(shè) 計制造大多數(shù)是依靠人工，相比之下傳統(tǒng)機械生產(chǎn)的質(zhì) 量和效率不佳，在人工智能技術(shù)加入之后，企業(yè)購買相 應(yīng)設(shè)備，人力成本得到了大幅度削減，生產(chǎn)效率得到了 快速提升。在機械設(shè)計制造領(lǐng)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(yè)壓力，降低了企業(yè)收益。當代的機械設(shè)計制造 行業(yè)無需過多人工投入，技術(shù)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(tǒng)，再投入合格的生 產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)原料，便可以啟動智能化設(shè)備的自動運作 ，工作人員不需要24小時固守崗位也可以監(jiān)管整體生產(chǎn) 流程和生產(chǎn)質(zhì)量。如果中途發(fā)生機械生產(chǎn)故障，系統(tǒng)會 及時根據(jù)事先編輯好的報警指令發(fā)出報警信息通知管 理人員，有些系統(tǒng)還可以自動辨別故障出現(xiàn)的區(qū)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(xù)擴散，避免造成更大的經(jīng)濟損失。相對于 傳統(tǒng)的機械設(shè)計制造技術(shù)，在人工智能參與下的機械產(chǎn) 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(shù)應(yīng)用在機械設(shè)計制 造技術(shù)的流程中有利于對機械設(shè)計的整體步驟進行優(yōu)化 。在機械設(shè)計加工領(lǐng)域會涉及較多的加工環(huán)節(jié)和加工周 期，這些環(huán)節(jié)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(shù)， 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(shè)備具有自動化和智能化的雙重優(yōu)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(shè)計制造流程，并且制造出精準程度更高、更加 完美的機械產(chǎn)品，也讓整體流程更加順暢。同時人工智 能技術(shù)和設(shè)備還具有其他優(yōu)勢，相關(guān)企業(yè)需要加強對人 工智能技術(shù)的引進，加快人工智能技術(shù)在我國機械設(shè)計 制造企業(yè)中的普及速度。

（一）模糊推理系統(tǒng)的使用

在人工智能系統(tǒng)中，最重要的部位就是模糊推 理系統(tǒng)，機械設(shè)計和機械制造時運用模糊推理系統(tǒng)能夠 準確計算出龐大的信息體量并對其進行分析，體現(xiàn)出人 工智能超強的數(shù)據(jù)處理能力。模糊推理系統(tǒng)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(shù)字化的語言和設(shè)計轉(zhuǎn)換讓數(shù)據(jù)能夠正確 傳達。在機械設(shè)計制造領(lǐng)域，運用模糊推理系統(tǒng)可以 借助連續(xù)函數(shù)表達式把數(shù)據(jù)信息呈現(xiàn)出來，表現(xiàn)出人工 智能對數(shù)據(jù)分析方面的諸多實用價值，但需要注意的是 模糊推理系統(tǒng)的使用需要保障其穩(wěn)定性。

（二）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用

在機械設(shè)計制造領(lǐng)域采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能夠 使其具備特有的神經(jīng)元特征，聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)渠道上傳數(shù)據(jù)展 開信息分享，在短時間內(nèi)對傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)進行保存。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的使用還可以動態(tài)化處理數(shù)據(jù)，讓機械設(shè) 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(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模擬的是人類大 腦的神經(jīng)元運動路徑，在接收到信息時能夠模擬神經(jīng)元 的反射特征，對信息展開分析和處理，逐步得出機械設(shè) 計制造的分析結(jié)果，進而對數(shù)據(jù)進行有效的保護。在機械 設(shè)計制造行業(yè)中運用人工智能主要體現(xiàn)在熱變形控制、 提高設(shè)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(shù)可以參與 工藝參數(shù)的評定，并且對加工過程可能會形成的誤差展開 預(yù)測及補償，在機械零件的設(shè)計和制造過程中，人工智能 技術(shù)可以和齒輪形態(tài)、齒輪CAD等不同的設(shè)計相結(jié)合。人 工智能技術(shù)的利用能夠全面提高機械設(shè)計制造領(lǐng)域的生產(chǎn) 效率。

（三）故障診斷系統(tǒng)的使用

故障診斷系統(tǒng)的使用大多數(shù)運用在機電設(shè)備之中，機械設(shè)計制造領(lǐng)域最常出現(xiàn)故障的就是機電設(shè)備，機 電設(shè)備一旦發(fā)生運行問題，將會影響生產(chǎn)的連續(xù)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(shù) 和故障診斷系統(tǒng)相互結(jié)合，進行有效定位和有效排除，達 到節(jié)約故障維修成本的效果。

診斷系統(tǒng)通常采用的是故障模型診斷、案例推 理診斷和規(guī)則推理診斷三大系統(tǒng)，對故障展開有效的預(yù)測 和排除，人工智能系統(tǒng)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(shè)計制造領(lǐng)域相關(guān)的 故障常識，并且歸納和總結(jié)分析，提高故障檢索的實用性 和便利性。

故障診斷系統(tǒng)在機械設(shè)計制造領(lǐng)域的使用中具 有流程化特色，首先它可以通過機電設(shè)備打開人機交互界 面，對系統(tǒng)輸入指令進行實時監(jiān)督;其次它可以以用戶信 息為依據(jù)，進行科學的分析和診斷，讓診斷庫的有關(guān)資料 和人工智能技術(shù)相結(jié)合，準確地判斷出結(jié)果;除此之外， 人工智能技術(shù)可以依據(jù)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(jù)相關(guān)的條例和 建議展開操作，提高維修精準度，有效節(jié)約維修時間。

（四）電子信息系統(tǒng)的使用

機械設(shè)計制造一般會借助電子系統(tǒng)和電子設(shè)備 ，啟用輸入和輸出模式，監(jiān)控有關(guān)信息，在這一過程中難 免會出現(xiàn)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(tǒng)發(fā) 生數(shù)據(jù)傳輸錯誤以及系統(tǒng)運行不穩(wěn)定等情況，系統(tǒng)會發(fā)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(tǒng)的有效性和準確性。

（五）自動識別系統(tǒng)的使用

機械自動化生產(chǎn)依靠控制器來執(zhí)行任務(wù)，工作 人員需要事先建立模型控制，通過動態(tài)控制方案對接下來 的工作流程予以監(jiān)控，動態(tài)控制方案的制作復雜性強、適 應(yīng)性差，難以準確控制機械工程的預(yù)算量。人工智能技 術(shù)參與后，利用傳感器對機電設(shè)備的運行參數(shù)展開24小 時監(jiān)督，如果參數(shù)運行過程中發(fā)現(xiàn)問題和異常狀態(tài)，便 會及時切斷電源，并對有關(guān)工作人員發(fā)出報警信號。機械 工程的自動識別主要包括超聲波感應(yīng)、激光掃描、自動識 別等功能，能夠精準辨別作業(yè)對象。自動識別技術(shù)能夠?qū)?工程對象展開全面的控制，使機械設(shè)計制造的生產(chǎn)效率得 到大幅度的提升。

（一）在機械產(chǎn)品設(shè)計中的運用

和傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式相比，人工智能技術(shù)融入機 械產(chǎn)品的設(shè)計能有效提高設(shè)計效率。人工智能技術(shù)可以利 用專家系統(tǒng)組件構(gòu)建模型，在模型之中對方案展開模擬， 選擇最優(yōu)解。在數(shù)控機床模塊的整體化設(shè)計中，可以對數(shù) 控機床進行總布局，之后再進行產(chǎn)品的加工。

和CAD程序相比，專家控制系統(tǒng)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(fā)現(xiàn)了錯誤的程序可以進行快速修改，并且在機械結(jié)構(gòu)的 設(shè)計過程中，傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)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(shù)只需要給出一個 前提條件和數(shù)據(jù)就可以對整個細節(jié)展開重構(gòu)。此外在設(shè)計 齒輪等精細化的機械零件時，人工智能技術(shù)只需要工作人 員設(shè)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(yōu)勢是顯著的。實踐 研究發(fā)現(xiàn)，人工智能技術(shù)參與之下的機械設(shè)計性能更為優(yōu) 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(shù)控機床控制中的運用

人工智能技術(shù)在機械設(shè)計制造領(lǐng)域的體現(xiàn)還可 以表現(xiàn)在數(shù)控機床的設(shè)計中，在操作機床的時候可以測算 現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，觀察數(shù)據(jù)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(diào)節(jié)振動幅度。機械設(shè)計制 造離不開數(shù)控機床，傳統(tǒng)的自動化控制系統(tǒng)采用機器人配合中心，對機械設(shè)計制造進行了改進，也正因為如此， 工作人員必須要對數(shù)控機床展開嚴格的控制，這也就意味 著企業(yè)必須要耗損財力安裝計算機輔助設(shè)備才能夠引入 自動化技術(shù)。但是人工智能技術(shù)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(chǎn)品進行設(shè)計和制造， 節(jié)約時間成本，降低資金消耗，性價比更高。

綜上所述，在機械設(shè)計與制造環(huán)節(jié)，人工智能 技術(shù)的參與和滲透能夠提供強大的助力，提升機械設(shè)計制 造的整體效率和精準程度。有關(guān)工作人員要對人工智能技 術(shù)的分支環(huán)節(jié)進行把控，運用模糊推理系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系 統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)、電子信息系統(tǒng)、自動識別系統(tǒng)等多個分支，改進產(chǎn)品質(zhì)量，提升機械設(shè)計制造的速度，推動整 體行業(yè)的高速運轉(zhuǎn)。