機(jī)械電子工程與人工智能的關(guān)系探究

王 琪

新疆塔林投資（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，新疆克拉瑪依 834009

機(jī)械電子工程與人工智能的關(guān)系探究

王 琪

新疆塔林投資（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，新疆克拉瑪依 834009

近年來(lái)，世界各個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家競(jìng)相發(fā)展機(jī)械電子工程，以提高本國(guó)的成產(chǎn)力水平，機(jī)械電子工程也不斷向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化發(fā)展，機(jī)械電子工程與人工智能的完美融合給這一產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了革命性的變革和驚人的經(jīng)濟(jì)效益。本文分別從機(jī)械電子工程、人工智能、兩者融合3個(gè)方面探討了這一趨勢(shì)。

機(jī)械電子工程；人工智能；信息處理

0 引言

傳統(tǒng)的機(jī)械工程一般分為兩大類，包括動(dòng)力和制造。制造類工程包括機(jī)械加工、毛坯制造和裝配等生產(chǎn)過(guò)程，而動(dòng)力類工程包括各式發(fā)電機(jī)。電子工程與傳統(tǒng)的機(jī)械工程相比來(lái)言是較新的學(xué)科，兩者于上世紀(jì)逐漸結(jié)合在一起。最初，電子工程與機(jī)械工程是以塊與塊的分離模式或功能替代的模式相結(jié)合，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷向前推動(dòng)，傳統(tǒng)的機(jī)械工程與現(xiàn)代的電子工程通過(guò)信息技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，形成了現(xiàn)在的機(jī)械電子工程學(xué)科。隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械電子工程由傳統(tǒng)的能量連接、動(dòng)能連接逐步發(fā)展為信息連接，使得機(jī)械電子工程具有了一定的人工智能。傳統(tǒng)的機(jī)械電子工程通過(guò)現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)進(jìn)入到一個(gè)新的發(fā)展領(lǐng)域，同時(shí)，人工智能技術(shù)伴隨著機(jī)械電子工程的日益復(fù)雜，也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。

1 機(jī)械電子工程

1.1 機(jī)械電子工程的發(fā)展史

20 世紀(jì)是科學(xué)發(fā)展最輝煌的時(shí)期，各類學(xué)科相互滲透、相輔相成，機(jī)械電子工程學(xué)科也在這一時(shí)期應(yīng)運(yùn)而生，它是由機(jī)械工程與電子工程、信息工程、智能技術(shù)、管理技術(shù)相結(jié)合而成的新的理論體系和發(fā)展領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械電子工程也變的日益復(fù)雜。

機(jī)械電子工程的發(fā)展可以分為3個(gè)階段：第一階段是以手工加工為主要生產(chǎn)力的萌芽階段，這一時(shí)期生產(chǎn)力低下，人力資源的匱乏嚴(yán)重制約了生產(chǎn)力的發(fā)展，科學(xué)家們不得不窮極思變，引導(dǎo)了機(jī)械工業(yè)的發(fā)展。第二階段則是以流水線生產(chǎn)為標(biāo)志的標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)階段，這種生產(chǎn)模式極大程度上提高了生產(chǎn)力，大批量的生產(chǎn)開始涌現(xiàn)，但是由于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件的要求較高，導(dǎo)致生產(chǎn)缺乏靈活性，不能適應(yīng)不斷變化的社會(huì)需求。第三階段就是現(xiàn)在我們常見(jiàn)的現(xiàn)代機(jī)械電子產(chǎn)業(yè)階段，現(xiàn)代社會(huì)生活節(jié)奏快，亟需靈活性強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)、轉(zhuǎn)產(chǎn)周期短、產(chǎn)品質(zhì)量高的高科技生產(chǎn)方式，而以機(jī)械電子工程為核心的柔性制造系統(tǒng)正是這一階段的產(chǎn)物。柔性制造系統(tǒng)由加工、物流、信息流三大系統(tǒng)組合而成，可以在加工自動(dòng)化的基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)物料流和信息流的自動(dòng)化。

1.2 機(jī)械電子工程的特點(diǎn)

機(jī)械電子工程是機(jī)械工程與電子技術(shù)的有效結(jié)合，兩者之間不僅有物理上的動(dòng)力連結(jié)，還有功能上的信息連結(jié)，并且還包含了能夠智能化的處理所有機(jī)械電子信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。機(jī)械電子工程與傳統(tǒng)的機(jī)械工程相比具有其獨(dú)特的特點(diǎn)：

1）設(shè)計(jì)上的不同。機(jī)械電子工程并非是一門獨(dú)立學(xué)科，而是一種包含有各類學(xué)科精華的綜合性學(xué)科。在設(shè)計(jì)時(shí)，以機(jī)械工程、電子工程和計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的機(jī)械電子工程會(huì)依據(jù)系統(tǒng)配置和目標(biāo)的不同結(jié)合其他技術(shù)，如：管理技術(shù)、生產(chǎn)加工技術(shù)、制造技術(shù)等。工程師在設(shè)計(jì)時(shí)將利用自頂向下的策略使得各模塊緊密結(jié)合，以完成設(shè)計(jì)；2）產(chǎn)品特征不同。機(jī)械電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，沒(méi)有過(guò)多的運(yùn)動(dòng)部件或元件。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，但卻縮小了物理體積，拋棄了傳統(tǒng)的笨重型機(jī)械面貌，但卻提高了產(chǎn)品性能。

機(jī)械電子工程的未來(lái)屬于那些懂得運(yùn)用各種先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)優(yōu)化機(jī)械工程與電子技術(shù)之間聯(lián)系的人，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，優(yōu)化兩者之間的聯(lián)系代表了生產(chǎn)力的革新，人工智能的發(fā)展使得這一想法變成可能。

2 人工智能

2.1 人工智能的定義

人工智能是一門綜合了控制論、信息論、計(jì)算機(jī)科學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、心理學(xué)、語(yǔ)言學(xué)、哲學(xué)等多門學(xué)科的交叉學(xué)科，是21世紀(jì)最偉大的三大學(xué)科之一。尼爾遜教授將人工智能定義為：人工智能是關(guān)于怎樣表示知識(shí)和怎樣獲得知識(shí)并使用知識(shí)的科學(xué)。溫斯頓教授則認(rèn)為：人工智能就是研究如何使計(jì)算機(jī)去做過(guò)去只有人才能做的智能工作。至今為止，人工智能仍沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的定義，筆者認(rèn)為，人工智能是研究通過(guò)計(jì)算機(jī)延伸、擴(kuò)展、模擬人的智能的一門科學(xué)技術(shù)。

2.2 人工智能的發(fā)展史

2.2.1 萌芽階段

17 世紀(jì)的法國(guó)科學(xué)家B.Pascal發(fā)明了世界上第一部能進(jìn)行機(jī)械加法的計(jì)算器轟動(dòng)世界，從此之后，世界各國(guó)的科學(xué)家們開始熱衷于完善這一計(jì)算器，直到馮諾依曼發(fā)明第一臺(tái)計(jì)算機(jī)。人工智能在這一時(shí)期發(fā)展緩慢，但是卻積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為下一階段的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.2.2 第一個(gè)發(fā)展階段

在1956年舉辦的“侃談會(huì)”上，美國(guó)人第一次使用了“人工智能”這一術(shù)語(yǔ)，從而引領(lǐng)了人工智能第一個(gè)興旺發(fā)展時(shí)期。這一階段的人工智能主要以翻譯、證明、博弈等為主要研究任務(wù)，取得了一系列的科技成就，LISP語(yǔ)言就是這一階段的佼佼者。人工智能在這一階段的飛速發(fā)展使人們相信只要通過(guò)科學(xué)研究就可以總結(jié)人類的邏輯思維方式并創(chuàng)造一個(gè)萬(wàn)能的機(jī)器進(jìn)行模仿。

2.2.3 挫折階段

60年代中至70年代初期，當(dāng)人們深入研究人工智能的工作機(jī)理后卻發(fā)現(xiàn)，用機(jī)器模仿人類的思維是一件非常困難的事，許多科學(xué)發(fā)現(xiàn)并未逃離出簡(jiǎn)單映射的方法，更無(wú)邏輯思維可言。但是，仍有許多科學(xué)家前赴后繼的進(jìn)行著科學(xué)創(chuàng)新，在自然語(yǔ)言理解、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、機(jī)器人、專家系統(tǒng)等方面取得了卓爾有效的成就。1972年，法國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了Prolog語(yǔ)言，成為繼LISP語(yǔ)言之后的最主要的人工智能語(yǔ)言。

2.2.4 第二個(gè)發(fā)展階段

以1977年第五屆國(guó)際人工智能聯(lián)合會(huì)議為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，人工智能進(jìn)入到以知識(shí)為基礎(chǔ)的發(fā)展階段，知識(shí)工程很快滲透于人工智能的各個(gè)領(lǐng)域，并促使人工智能走向?qū)嶋H應(yīng)用。不久之后，人工智能在商業(yè)化道路上取得了卓越的成就，展示出了頑強(qiáng)的生命力與廣闊的應(yīng)用前景，在不確定推理、分布式人工智能、常識(shí)性知識(shí)表示方式等關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題和專家系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、自然語(yǔ)言理解、智能機(jī)器人等實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題上取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。

2.2.5 平穩(wěn)發(fā)展階段

由于國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，人工智能逐漸由單個(gè)主體向分布式主體方向發(fā)展，直到今天，人工智能已經(jīng)演變的復(fù)雜而實(shí)用，可以面向多個(gè)智能主體的多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行求解。

3 人工智能在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用

物質(zhì)和信息是人類社會(huì)發(fā)展的最根源的兩大因素，在人類社會(huì)初期，由于生產(chǎn)力水平低，人類社會(huì)以物質(zhì)為首要基礎(chǔ)，僅靠“結(jié)繩記事”的方法傳遞信息，但隨著社會(huì)生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，信息的重要性不斷被人們發(fā)現(xiàn)，文字成為傳遞信息最理想的途徑，最近五十年間，網(wǎng)絡(luò)的普及給信息傳遞帶來(lái)了新的生命，人類進(jìn)入到了信息社會(huì)，而信息社會(huì)的發(fā)展離不開人工智能技術(shù)的發(fā)展。不論是模型的建立與控制，還是故障診斷，人工智能在機(jī)械電子工程當(dāng)中都起著處理信息的作用。

由于機(jī)械電子系統(tǒng)與生俱來(lái)的不穩(wěn)定性，描述機(jī)械電子系統(tǒng)的輸入與輸出關(guān)系就變得困難重重，傳統(tǒng)上的描述方法有以下幾種：1）推導(dǎo)數(shù)學(xué)方程的方法；2）建設(shè)規(guī)則庫(kù)的方法；3）學(xué)習(xí)并生成知識(shí)的方法。傳統(tǒng)的解析數(shù)學(xué)的方法嚴(yán)密、精確，但是只能適用于相對(duì)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，如線性定常系統(tǒng)，對(duì)于那些復(fù)雜的系統(tǒng)由于無(wú)法給出數(shù)學(xué)解析式，就只能通過(guò)操作來(lái)完成?，F(xiàn)代社會(huì)所需求的系統(tǒng)日益復(fù)雜，經(jīng)常會(huì)同時(shí)處理幾種不同類型的信息，如傳感器所傳遞的數(shù)字信息和專家的語(yǔ)言信息。由于人工智能處理信息時(shí)的不確定性、復(fù)雜性，以知識(shí)為基礎(chǔ)的人工智能信息處理方式成為解析數(shù)學(xué)方式的替代手段。

通過(guò)人工智能建立的系統(tǒng)一般使用兩類方法：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和模糊推理系統(tǒng)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以模擬人腦的結(jié)構(gòu)，分析數(shù)字信號(hào)并給出參考數(shù)值；而模糊推理系統(tǒng)是通過(guò)模擬人腦的功能來(lái)分析語(yǔ)言信號(hào)。兩者在處理輸入輸出的關(guān)系上有相同之處也有不同之處，相同之處是：兩者都通過(guò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形式以任意精度逼近一個(gè)連續(xù)函數(shù)；不同之處是：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)物理意義不明確，而模糊推理系統(tǒng)有明確的物理意義；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)用點(diǎn)到點(diǎn)的映射方式，而模糊推理系統(tǒng)運(yùn)用域到域的映射方式；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以分布式的方式儲(chǔ)存信息，而模糊推理系統(tǒng)則以規(guī)則的方式儲(chǔ)存信息；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)輸入時(shí)由于每個(gè)神經(jīng)元之間都有固定聯(lián)系，計(jì)算量大，而模糊推理系統(tǒng)由于連接不固定，計(jì)算量較??；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)輸入輸出時(shí)精度較高，呈光滑曲面，而模糊推理系統(tǒng)精度較低，呈臺(tái)階狀。

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，單純的一種人工智能方法已經(jīng)不能滿足日益增長(zhǎng)的社會(huì)需要，許多科學(xué)家開始研究綜合性的人工智能系統(tǒng)。綜合性的人工智能系統(tǒng)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與模糊推理系統(tǒng)相結(jié)合的方法，取長(zhǎng)補(bǔ)短，以獲得更全面的描述方式，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)便是一成功范例。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)做到了兩者功能的最大融合，使信息在網(wǎng)絡(luò)各層當(dāng)中找到一個(gè)最適合的完全表達(dá)空間。邏輯推理規(guī)則能夠?qū)υ鰪?qiáng)節(jié)點(diǎn)函數(shù)，為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供函數(shù)連結(jié)，使兩者的功能達(dá)到最大化。

4 結(jié)論

科學(xué)的不斷發(fā)展帶來(lái)的不僅是學(xué)科的高度細(xì)化、深化，而且是學(xué)科間的高度融合。人工智能就是各學(xué)科交叉與綜合之后的結(jié)果，秉承這一天性，人工智能與機(jī)械電子工程自然的進(jìn)行了完美融合，這一全新領(lǐng)域的發(fā)展必將引領(lǐng)世界潮流，促進(jìn)生產(chǎn)力的飛速發(fā)展。

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