人工智能的機械設(shè)計制造及其自動化分析

覃羨烘

（廣東理工學(xué)院 工業(yè)自動化系，廣東 肇慶 526100）

進(jìn)入新時期后，國內(nèi)機械設(shè)計制造及其自動化領(lǐng)域面臨巨大挑戰(zhàn)，作為我國經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱，應(yīng)跟上時代步伐引入新興科技才有利于持續(xù)進(jìn)步。人工智能是二十一世紀(jì)新產(chǎn)物，當(dāng)行業(yè)科學(xué)合理加以運用后，可使自身在激烈競爭中站穩(wěn)腳跟。基于此，機械設(shè)計制造及其自動化開始廣泛運用人工智能，當(dāng)前已在故障診斷、機械設(shè)計、制造等諸多環(huán)節(jié)發(fā)揮作用。人工智能和機械設(shè)計制造自動化的結(jié)合，既提高了機械設(shè)計制造效率、質(zhì)量，還為行業(yè)進(jìn)步指明了方向。

1 人工智能對機械設(shè)計制造及其自動化的影響

1.1 促進(jìn)行業(yè)升級轉(zhuǎn)型

和國外機械設(shè)計制造行業(yè)相比，我國在人工智能上的應(yīng)用時間較晚一些，這也意味著國內(nèi)的智能化水平較為滯后。國外早在上世紀(jì)就開始引入智能技術(shù)，而我國進(jìn)入二十一世紀(jì)后，依然有一些企業(yè)在使用傳統(tǒng)的機械設(shè)計制造方法，這對于整個行業(yè)發(fā)展而言勢必是一種阻礙。人工智能的引入使我國機械設(shè)計制造企業(yè)大面積轉(zhuǎn)變工作理念、方式，企業(yè)開始進(jìn)入全面升級轉(zhuǎn)型階段。再加上社會與經(jīng)濟共同進(jìn)步，在無時無刻中提醒機械設(shè)計制造企業(yè)應(yīng)順應(yīng)時代所需，在改革優(yōu)化浪潮中勇于突破、創(chuàng)新[1]。站在行業(yè)發(fā)展趨勢來看，人工智能的應(yīng)用可以實現(xiàn)機械設(shè)計制造及其自動化高速進(jìn)步。而在該背景下，我國可以生產(chǎn)和制造出更多新型產(chǎn)品，在促進(jìn)國民經(jīng)濟結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型上也同樣發(fā)揮積極作用。

1.2 提高設(shè)計制造精度

在人工智能中包含了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊推理等系統(tǒng)，可以模擬人類大腦思維方式，且最終的產(chǎn)品精度高于人工勞動力，這正是人工智能的優(yōu)勢所在。從我國機械設(shè)計制造傳統(tǒng)情況來看，在使用人工勞動力時會涉及較為復(fù)雜的設(shè)計制造流程，人工勞動力也會受專業(yè)性、經(jīng)驗、時間等因素影響，無法使最終的成品完美呈現(xiàn)出來。而人工智能在模擬人類大腦的同時，可以更快更好的完成設(shè)計制造，將產(chǎn)品設(shè)計制造流程加以縮減，但卻又絲毫不影響最終的產(chǎn)品精度。也正是由于這些優(yōu)勢使其在機械設(shè)計制造及其自動化中的應(yīng)用非常廣泛。

1.3 增強社會與經(jīng)濟效益

人工智能的開發(fā)和運用對于人類來說是一次重要跨越，它使人們的生活、工作更加智能。當(dāng)其應(yīng)用在機械設(shè)計制造及其自動化領(lǐng)域中后，為企業(yè)削減了人工、材料等成本，企業(yè)的經(jīng)濟壓力得到緩解，生產(chǎn)質(zhì)量與效率得到提高[2]。使企業(yè)獲得更多利潤，對于企業(yè)而言產(chǎn)生了非常優(yōu)異的經(jīng)濟效益。當(dāng)企業(yè)將利用人工智能設(shè)計制造出的機械產(chǎn)品流入市場后，可以符合新時期客戶要求。將精度、質(zhì)量較高的產(chǎn)品投入市場，不單單可以推動機械設(shè)計制造進(jìn)步，還可以在社會上引起積極反響，從而提高社會效益。

2 人工智能在機械設(shè)計制造及其自動化中的主要應(yīng)用

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

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在人工智能中極為關(guān)鍵，決定著人工智能的作用與優(yōu)勢是否符合自動化機械設(shè)計制造需求。在實際應(yīng)用過程中，可以通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)把機械生產(chǎn)制造數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)絡(luò)，快速展開分析和儲存工作。在處理數(shù)據(jù)時全程展開動態(tài)化處理，可有效更新和接收實時數(shù)據(jù)，并根據(jù)指令來進(jìn)行自動化設(shè)計制造。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中擁有特殊神經(jīng)元，神經(jīng)元則是輔助系統(tǒng)高效運作的必要內(nèi)容。比如，在獲取自動化機械設(shè)計制造數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)會進(jìn)行分析，分析結(jié)果的提取便需得到神經(jīng)元支持，且后續(xù)的儲存、保護工作都需要神經(jīng)元的參與[3]。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用可以有效提高自動化機械設(shè)計制造效率，將企業(yè)經(jīng)濟損失降低至最小化。

2.2 模糊推理系統(tǒng)的應(yīng)用

正是該系統(tǒng)的存在使人工智能可模擬人類大腦思維。比如，在對自動化生產(chǎn)制造數(shù)據(jù)予以傳達(dá)時，系統(tǒng)會通過語言完成，和人類思維極其相似。在機械設(shè)計制造及其自動化運用時，該系統(tǒng)作用主要體現(xiàn)在對數(shù)據(jù)的分析和高質(zhì)量處理上，給自動化設(shè)計制造帶來基礎(chǔ)保障。模糊推理系統(tǒng)的應(yīng)用雖然具有諸多好處，但在實際運用中還需看到運用不足。如，在系統(tǒng)運作時可能出現(xiàn)連接不穩(wěn)定的情況，這給產(chǎn)品制造埋下隱患。針對當(dāng)前應(yīng)用現(xiàn)狀，相關(guān)領(lǐng)域需加強研究深度，解決模糊推理系統(tǒng)的運用缺陷，使其可以更好地服務(wù)于機械設(shè)計制造及其自動化。

2.3 在故障防控診斷中的應(yīng)用

在自動化機械設(shè)計制造過程中，產(chǎn)生大規(guī)模數(shù)據(jù)參數(shù)是常態(tài)，在實際運作時還會涉及建模、演示等環(huán)節(jié)，而這些內(nèi)容則需融入許多公式。若在任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤，都會影響機械產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致系統(tǒng)停止運行。在應(yīng)用人工智能后，可以通過智能化技術(shù)提前做好數(shù)據(jù)分類、分析工作，預(yù)防運行故障出現(xiàn)。如果自動化設(shè)計制造過程已經(jīng)出現(xiàn)了不可逆故障，也可通過人工智能加以診斷，從而快速定位、解決，避免為后續(xù)設(shè)計制造工作埋下安全隱患。面對自動化設(shè)計制造中存在的故障，企業(yè)可以通過人工智能對故障點數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配、調(diào)整，使設(shè)計制造故障得以糾正，恢復(fù)運行。因為在自動化機械設(shè)計制造運行時產(chǎn)生的所有參數(shù)都會一一記錄在數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)面臨故障產(chǎn)生，人工智能便可以快速找尋數(shù)據(jù)，分析故障導(dǎo)致原因，將解決方案、具體操作全部輸出至終端界面，實現(xiàn)故障診斷可視化。在傳統(tǒng)設(shè)計制造過程中如果出現(xiàn)故障問題，一般都是完全依靠人工勞動力解決，不僅需要花費較長時間，有時還無法保證解決質(zhì)量，嚴(yán)重影響機械產(chǎn)品制造工期[4]。而人工智能的應(yīng)用不僅可以對故障加以預(yù)防控制，即使發(fā)生故障也可在短時間內(nèi)有效解決，全面保障自動化機械設(shè)計制造效果。

2.4 在機械產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用

當(dāng)前我國機械設(shè)計制造業(yè)提倡的是自動化發(fā)展，自動化的實現(xiàn)和人工智能有密切關(guān)系，人工智能的融入使自動化機械設(shè)計制造更具保障。在機械產(chǎn)品設(shè)計中，人工智能也發(fā)揮積極作用。設(shè)計環(huán)節(jié)效果如何直接決定了最終的成品是否可以滿足客戶及社會應(yīng)用所需，且在產(chǎn)品設(shè)計時會受許多內(nèi)外部因素影響，稍有不慎就可能影響設(shè)計成效。企業(yè)通過人工智能展開自動化設(shè)計后，既可以規(guī)避不良風(fēng)險發(fā)生，還能使機械產(chǎn)品實現(xiàn)多元化設(shè)計，可對整個設(shè)計過程予以監(jiān)督。當(dāng)檢測和預(yù)測到設(shè)計風(fēng)險時，就會立刻加以規(guī)避，避免風(fēng)險滋生帶來的設(shè)計問題。同時，人工智能的運行不受時間、空間制約，可長時間完成連續(xù)性工作，企業(yè)無需再添加人工勞動力，只需在啟動人工智能前輸入相關(guān)程序指令，并設(shè)置運行時間便可實現(xiàn)遠(yuǎn)程操控?，F(xiàn)階段，國內(nèi)外在飛機、汽車等設(shè)備的自動化設(shè)計環(huán)節(jié)均已廣泛應(yīng)用人工智能，這也給機械設(shè)計制造及其自動化發(fā)展提供了一條路徑。

2.5 在機械產(chǎn)品制造中的應(yīng)用

從國內(nèi)機械設(shè)計制造及其自動化現(xiàn)狀來看，關(guān)于人工智能在制造過程的運用已經(jīng)十分普遍，尤其是大型企業(yè)均已全面融入人工智能實現(xiàn)自動化制造。人工智能的應(yīng)用使機械產(chǎn)品制造效率效率得以提高，且制造質(zhì)量和精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)人工勞動力。和設(shè)計環(huán)節(jié)一樣，在產(chǎn)品制造時也會受許多客觀因素影響，在沒有融入人工智能前，面對制造環(huán)節(jié)出現(xiàn)的一系列問題很難徹底根治。人工智能在得以運用后，可以預(yù)防產(chǎn)品制造遭受客觀因素影響，從而使制造水平得以提升。另外，人工智能在機械產(chǎn)品制造中的應(yīng)用還體現(xiàn)在數(shù)據(jù)偏差處理上。在機械產(chǎn)品制造前可通過人工智能進(jìn)行檢測，如果發(fā)現(xiàn)制造環(huán)節(jié)涉及到的數(shù)據(jù)與實際制造目標(biāo)存在差異，就會立刻進(jìn)行智能調(diào)節(jié)，確保最終的制造成果與預(yù)期相符[5]?，F(xiàn)階段，在機械設(shè)計制造及其自動化中智能化機械手臂已廣泛使用，有的企業(yè)還將不同類型的機械產(chǎn)品部件合并后加以生產(chǎn)，極大程度上提高了企業(yè)產(chǎn)量。這正是人工智能高時效的體現(xiàn)。

3 人工智能的機械設(shè)計制造及其自動化保障策略

3.1 加快人工智能功能開發(fā)

目前，我國機械設(shè)計制造及其自動化不僅面臨國內(nèi)競爭，還同時面臨國際競爭。為了能在激烈競爭中獲得發(fā)展動力，企業(yè)在引入人工智能的基礎(chǔ)上不能局限于已有功能，還需加快功能開發(fā)力度。在實際開發(fā)過程中，企業(yè)需站在是國內(nèi)外市場現(xiàn)狀、自身發(fā)展戰(zhàn)略及客戶需求多角度綜合考慮，爭取打造差異化設(shè)計。使其既能順應(yīng)時代發(fā)展，能在國內(nèi)外競爭中獲得優(yōu)勢，又能達(dá)到各客戶實際要求。企業(yè)應(yīng)意識到人工智能帶給自動化機械設(shè)計制造的積極與消極影響，并以消極影響為主開發(fā)技術(shù)功能，從而消除消極影響，擴大積極影響，將人工智能作用逐漸放大。

3.2 加強機械設(shè)備革新

人工智能雖然有著諸多優(yōu)勢，但并不意味著企業(yè)只需將其引入就可以了，要想發(fā)揮其強大功能，企業(yè)需對內(nèi)部機械設(shè)備進(jìn)行革新。伴隨自動化機械設(shè)計制造業(yè)不斷發(fā)展及其規(guī)模的擴大，市場中出現(xiàn)了各種各樣的機械設(shè)備，每個時代都有經(jīng)典產(chǎn)品。就以目前市場中已有的機械設(shè)備產(chǎn)品來說，大部分都已摒棄陳舊的運作理念、方式，融入各種科學(xué)技術(shù)，這為人工智能的運用奠定了扎實基礎(chǔ)。無論自動化技術(shù)還是人工智能的運用，都需要得到硬件設(shè)施支撐，因此企業(yè)應(yīng)針對內(nèi)部機械設(shè)備加以創(chuàng)新，引入更多與時俱進(jìn)的機械設(shè)備產(chǎn)品，促使企業(yè)擁有自動化及智能化基礎(chǔ)[6]。這樣一來，更利于引入和應(yīng)用人工智能，使其在機械設(shè)計、制造、故障診斷等眾多環(huán)節(jié)發(fā)揮作用。

3.3 重視生態(tài)化發(fā)展

當(dāng)企業(yè)在融入人工智能時，除了要關(guān)注功能開發(fā)和設(shè)備革新外，還必須重視生態(tài)化發(fā)展，這是持續(xù)發(fā)揮人工智能作用及推動行業(yè)進(jìn)步的長效機制。當(dāng)代社會生態(tài)污染愈加嚴(yán)重，科技開發(fā)和自動化機械設(shè)計制造均是能源消耗較大的領(lǐng)域，基于此，企業(yè)必須擁有生態(tài)保護意識。在該過程中，政府部門應(yīng)發(fā)揮監(jiān)督引導(dǎo)功能，對機械設(shè)計制造企業(yè)加以積極指導(dǎo)，使其能投入到生態(tài)化能源開發(fā)、保護隊伍中來。在購買設(shè)備材料時，企業(yè)應(yīng)盡量選擇污染性較弱、能耗較低的產(chǎn)品，全面了解和踐行可持續(xù)發(fā)展理念。

4 結(jié)語

綜上所述，人工智能已在機械設(shè)計制造及其自動化領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，且發(fā)揮著積極影響，其不僅有助于促進(jìn)行業(yè)升級轉(zhuǎn)型，還能夠提高設(shè)計制造精度，增強社會與經(jīng)濟效益。人工智能中融入了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和模糊推理系統(tǒng)，在企業(yè)故障防控診斷、機械產(chǎn)品設(shè)計、制造等環(huán)節(jié)發(fā)揮著優(yōu)勢作用。為了可以長期穩(wěn)定的應(yīng)用人工智能，企業(yè)需加快人工智能功能開發(fā)，加強機械設(shè)備革新，同時亦要重視生態(tài)化發(fā)展，為實現(xiàn)自身及領(lǐng)域進(jìn)步貢獻(xiàn)力量。