淺談人工智能在機械電子工程中的應(yīng)用

湯敏

【摘要】改革開放以來，機械電子工程得到了快速發(fā)展，在生產(chǎn)生活中的地位也不斷提高。然而，在發(fā)揮著巨大作用的同時，對于科學(xué)技術(shù)水平的提高也迫在眉睫。通過人工智能在機械電子工程中的應(yīng)用，能夠為機械電子工程的未來發(fā)展提供更多更好的機遇。本文通過對人工智能和機械電子工程的分析，從而探討人工智能在機械電子工程中的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵字】人工智能；機械電子工程；機器人

"機器換人"是當(dāng)下的熱門話題，政府、企業(yè)、專家和大眾熱烈討論的背后，不僅反映出人力成本已經(jīng)成為鉗制經(jīng)濟發(fā)展的要素，也讓人工智能漸漸深入到普通人的心底。

其實，早在上個世紀(jì)，電腦"深藍"就擊敗了國際象棋冠軍。而就在今年，一篇名為《8月CPI同比上漲2.0%創(chuàng)12個月新高》的財經(jīng)報道，把人工智能的作用再次推上輿論巔峰。在歷史上，"人工智能"這個術(shù)語第一次出現(xiàn)在1956年舉辦的"侃談會"上，而第一部能進行機械加法的計算器在17世紀(jì)就已經(jīng)被發(fā)明出來，幾年后，法國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了Prolog語言。發(fā)展到如今，在互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的推動下，人工智能獲得了突飛猛進的發(fā)展，無人駕駛、語音識別、圖像分類、智能翻譯、可穿戴設(shè)備等人工智能技術(shù)的先后出現(xiàn)，讓人工智能成為推動機械電子工程發(fā)展的強大助力。

1，人工智能與機械電子工程

機械電子工程是從機械工業(yè)方面發(fā)展而來，是順應(yīng)經(jīng)濟發(fā)展要求的產(chǎn)物。在生產(chǎn)方式由手工向機械化轉(zhuǎn)變之后，信息化帶來了信息技術(shù)，信息技術(shù)在機械工業(yè)上的應(yīng)用，讓機械電子工程應(yīng)運而生。機械電子工程是機械工程、信息工程和電子工程在功能上和物理上的結(jié)合，是包含多個學(xué)科的機械活動。與傳統(tǒng)的機械工程相比，機械電子工程的綜合性和復(fù)雜性更強，這也對與之結(jié)合的學(xué)科、技術(shù)提出了更高的要求。在設(shè)計上，機械電子工程以機械工程為核心，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、電子工程、生產(chǎn)管理等方面，充分考慮生產(chǎn)制造的方方面面。同時，也正因為與多學(xué)科的結(jié)合，讓機械電子工程在產(chǎn)品上，可以實現(xiàn)產(chǎn)品從"重型"向"微型"的轉(zhuǎn)變?？s小產(chǎn)品的物理體積，通過一些微小的控制組塊，簡化機械的外形結(jié)構(gòu)。在性能提高的同時，也大大方便了實際生產(chǎn)操作的運用。

人工智能在機械電子工程中的應(yīng)用，將機械電子工程的優(yōu)點進一步發(fā)揮，也彌補了機械電子工程產(chǎn)品上的一些缺陷。通過人工智能的識別能力和處理能力，能夠及時對生產(chǎn)、設(shè)備出現(xiàn)的問題進行分析，并運算出最合理的解決措施，然后施行。不僅能夠有利于減少設(shè)備出錯的可能，對設(shè)備進行監(jiān)控維護，也有利于企業(yè)生產(chǎn)的正常運作，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

然而，由于機械電子工程的環(huán)境和組成比較復(fù)雜，實際生產(chǎn)生活中，對于系統(tǒng)的具體要求也各不一樣。人工智能在機械電子工程中的應(yīng)用，需要克服多樣化、問題復(fù)雜、需求不統(tǒng)一等困難，這種差異性，要求在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時，更加嚴(yán)謹(jǐn)、準(zhǔn)確和合理，從而減少網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)崩潰的可能。

2，人工智能在機械電子工程中的應(yīng)用

社會和經(jīng)濟的進步，帶來了科學(xué)技術(shù)的提高，人工智能在機械電子工程領(lǐng)域的應(yīng)用增多，也推動了人工智能的發(fā)展。單一的機械電子工程，可以應(yīng)用到低端、要求不是很高的領(lǐng)域，但是對于操作復(fù)雜、要求較多的領(lǐng)域，就需要機械電子工程與人工智能的"配合"。

目前，機械電子工程在輸入與輸出關(guān)系上的描述方法有學(xué)習(xí)并生成知識、建設(shè)規(guī)則庫和推導(dǎo)數(shù)學(xué)方程這三種方法，雖然具有嚴(yán)密和精確的特點，但是對于較為復(fù)雜的系統(tǒng)，這種方法并不能有效地進行運作。而人工智能的模糊推理系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過對人腦和神經(jīng)系統(tǒng)的模擬，讓系統(tǒng)擁有人類的思維，作出人類的反應(yīng)。

一般而言，人工智能的模糊推理系統(tǒng)也稱為FIS，具有明確的物理意義，由于沒有相對固定的連接點，因此不僅計算量比較小，對于數(shù)據(jù)的推理輸出精確度也相對較低。模糊推理系統(tǒng)是從域這個十分廣泛的區(qū)域進行映射，以規(guī)則的方式儲存信息。而相對而言，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)沒有具體的物理意義，具有相對固定的連接點，因此計算量比較大，數(shù)據(jù)推理輸出的精確度也較高。以分布式儲存信息的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，運用的是點到點的映射方式。以人作為對比，模糊推理系統(tǒng)類似于人腦的功能，依靠對各種語言信號進行接收，通過對信號的分析，導(dǎo)出最合理的結(jié)果。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)則類似于人腦的結(jié)構(gòu)，依靠對各種數(shù)字信號進行接收，通過對信號的分析和檢驗，從而獲得參考數(shù)據(jù)和計算數(shù)值。在復(fù)雜非線性問題上，模糊推理系統(tǒng)具有優(yōu)勢，基于DSP與MCU的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)化電機控制系統(tǒng)，不僅體積小、易移植，還具備成本低、可靠性高、傳輸速度快等優(yōu)勢。

在機械制造過程中，智能控制技術(shù)和計算機輔助技術(shù)的應(yīng)用，可以使用計算機技術(shù)取代一部分腦力活動，模擬人類的制造活動。通過模糊推理系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以對機械制造的狀態(tài)進行動態(tài)模擬，再結(jié)合傳感器融合技術(shù)，對數(shù)據(jù)進行采集和預(yù)處理，達到修改控制模式的目的。在這個過程中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以利用自身的處理和學(xué)習(xí)能力，將殘缺不全的信息進行收集和處理，再通過模糊推理系統(tǒng)，將殘缺不全的信息進行集合、糅合，讓外環(huán)決策機構(gòu)通過選取數(shù)據(jù)來選擇相應(yīng)的控制動作，最終達到機械制造系統(tǒng)的智能檢測、機械制造系統(tǒng)的智能監(jiān)控、機械制造系統(tǒng)的智能排障、機械故障的智能診斷和智能學(xué)習(xí)等。

而機器人領(lǐng)域，人工智能的智能控制在機器人動力系統(tǒng)中有著很好的應(yīng)用。利用人工智能，可以實現(xiàn)機器人手臂姿態(tài)和動作、行走路徑及其軌跡跟蹤方面的智能控制，并且能夠解決智能控制機器人在傳感器信息融合與視覺處理方面的問題，早在2010年哈爾濱工業(yè)大學(xué)的新一代機器人，在參加德國柏林國際航空航天展覽會時，便與德國總理默克爾親切握手。而2015年4月舉行的漢諾威工業(yè)博覽會上，默克爾將手指伸入ABB集團推出的雙臂機器人YuMi的機械鉗中，YuMi立刻停止了動作。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和模糊推理系統(tǒng)對機器人的運動環(huán)境進行定位、建模、監(jiān)測和規(guī)劃，從而保證了機器人的使用安全。

據(jù)統(tǒng)計，2014年，我國市場的工業(yè)機器人銷量猛增54%，達到5.6萬臺。2014年我國智能語音交互產(chǎn)業(yè)規(guī)模達到100億元，指紋、人臉、虹膜識別等產(chǎn)業(yè)規(guī)模達100億元。機器人產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴大，進一步加快了人工智能在機械電子工程中應(yīng)用速度。

雖然人工智能尚不完全成熟，在機械電子工程中的應(yīng)用還存在一些問題。但是，人工智能與機械電子工程的相互融合，有利于互補自身的不足，促進共同發(fā)展。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，對人工智能在機械電子工程中的應(yīng)用研究更加受到重視，也符合《中國制造2025》中對"智能制造"的設(shè)想，將有利于促進社會的進步和發(fā)展。

【參考資料】

[1]肖斌，薛麗敏，李照順.對人工智能發(fā)展新方向的思考[J].信息技術(shù). 2009（12）：166-168.

[2]鄭向勇.機械電子工程與人工智能的關(guān)系探究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用. 2014（03）：75.

[3]董志斌.虛擬儀器技術(shù)在機械電子工程專業(yè)綜合實驗中的應(yīng)用[J].科教文匯（上旬刊）. 2013（10）：59.