人工智能技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用

竇小剛

摘要：隨著人工智能技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的應(yīng)用和普及，人工智能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和作用也更加突出和明顯，推動(dòng)著機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的進(jìn)一步轉(zhuǎn)型和發(fā)展。本文基于人工智能技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中應(yīng)用的積極作用分析，探究了人工智能技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的具體應(yīng)用，以此助力人工智能技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的更廣泛應(yīng)用和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：人工智能技術(shù) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造 作用 應(yīng)用

引言

我國(guó)傳統(tǒng)意義上的機(jī)械設(shè)計(jì)制造過(guò)程，對(duì)人工勞動(dòng)力的需求量比較大，而且在具體的設(shè)計(jì)和制造環(huán)節(jié)很多工作內(nèi)容人工操作的危險(xiǎn)性比較高，且精準(zhǔn)性和合理性難以保障。人工智能技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用，不僅可以有效的降低人工成本，還可以推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造的數(shù)字化、信息化和智能化，提高機(jī)械設(shè)計(jì)制造的效率和質(zhì)量，推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的快速、健康發(fā)展。

一、人工智能技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中應(yīng)用的積極作用

1.在降低人工成本的基礎(chǔ)上，大幅度的提升生產(chǎn)效率

傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造基本都是依賴于人工來(lái)完成的。一方面，要投入大量的人工成本。另一方面，很多環(huán)節(jié)的操作和設(shè)計(jì)受人工因素的影響比較明顯。例如：設(shè)計(jì)和操作的精準(zhǔn)度問(wèn)題；復(fù)雜和危險(xiǎn)環(huán)節(jié)的操作安全問(wèn)題；人工所能完成的工作量問(wèn)題等等都會(huì)成為影響機(jī)械設(shè)計(jì)制造工作效率和質(zhì)量的因素。人工智能技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用，有效的解決了以上問(wèn)題的出現(xiàn)。一方面，借助人工智能技術(shù)一定程度上降低了人工成本的投入，很多環(huán)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化。另一方面，也正是因?yàn)槿斯ぶ悄艿淖詣?dòng)化和智能化，系統(tǒng)不僅可以二十四小時(shí)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，還可以更加精準(zhǔn)、及時(shí)的預(yù)警故障問(wèn)題，給出故障解決的建議；并且，在零配件和模具的設(shè)計(jì)制造方面，精準(zhǔn)性和直觀性更強(qiáng)。不僅可以在機(jī)械設(shè)計(jì)制造過(guò)程中降低成本投入，提升工作效率，還可以進(jìn)一步保障工作質(zhì)量，為實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.簡(jiǎn)化和優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)制造流程

傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造過(guò)程，很多環(huán)節(jié)需要人工的反復(fù)嘗試和試驗(yàn)，才可以敲定設(shè)計(jì)方案，投入大規(guī)模的生產(chǎn)。在整個(gè)過(guò)程中，人工的消耗是非常大的，且因人工操作產(chǎn)生誤差的可能性也是非常高的。人工智能技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用，推動(dòng)了機(jī)械設(shè)計(jì)制造的數(shù)字化和智能化，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中很多環(huán)節(jié)基于強(qiáng)大的智能技術(shù)和信息系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)更科學(xué)合理的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)和測(cè)試，不再需要過(guò)多的人工參與和操作。很多制造設(shè)計(jì)流程被簡(jiǎn)化和優(yōu)化，系統(tǒng)關(guān)系更加清晰，操作上更加便捷、順暢。并且人工智能技術(shù)中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是對(duì)人腦的精準(zhǔn)模擬，相比人工，工作反應(yīng)速度更快、工作質(zhì)量更高。所以，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，人工智能技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[ 1 ]。

3.刺激和推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的轉(zhuǎn)型

任何行業(yè)的生存和發(fā)展都要順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的規(guī)律。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和進(jìn)步，人類已然步入人工智能時(shí)代，人工智能也被更廣泛的應(yīng)用到社會(huì)的各行各業(yè)。但是，我國(guó)的機(jī)械制造設(shè)計(jì)行業(yè)中，還有很多中小型企業(yè)仍然在沿用傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝。在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)當(dāng)中，生存和發(fā)展面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。人工智能技術(shù)走進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)，推動(dòng)著我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造水平的進(jìn)一步提升，也刺激著我國(guó)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型、改造和發(fā)展。當(dāng)今時(shí)代，社會(huì)需求在不斷升級(jí)和變化，機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)必須積極地去引進(jìn)和采用人工智能技術(shù)，才能搭上科技飛速發(fā)展的“快車”，跟隨時(shí)代進(jìn)步，引領(lǐng)行業(yè)升級(jí)和轉(zhuǎn)型，推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

二、人工智能技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的具體應(yīng)用

1.模糊推理技術(shù)的應(yīng)用

人工智能系統(tǒng)當(dāng)中模糊推理技術(shù)能模仿人的大腦對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行判斷和處理，并且分析和處理速度比人的大腦還要快，反應(yīng)還要及時(shí)。經(jīng)模糊處理技術(shù)分析和處理過(guò)的信息數(shù)據(jù)可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)和學(xué)科知識(shí)的結(jié)合和轉(zhuǎn)換，以確保傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可參考性[ 2 ]。

模糊推理技術(shù)是當(dāng)前階段人工智能技術(shù)領(lǐng)域最重要的技術(shù)內(nèi)容之一。模糊推理技術(shù)復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析功能能夠在機(jī)械設(shè)計(jì)制造的過(guò)程當(dāng)中對(duì)龐大的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行快速、精準(zhǔn)的分析和整理?；谌斯ぶ悄軓?qiáng)大的模糊推理技術(shù)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)分析和處理，能進(jìn)一步保障機(jī)械設(shè)計(jì)制造的精準(zhǔn)性，為提高機(jī)械設(shè)計(jì)制造的質(zhì)量打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

借助模糊推理技術(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)制造可以呈現(xiàn)連續(xù)函數(shù)的表達(dá)。但是，目前階段，模糊推理技術(shù)在系統(tǒng)連接的穩(wěn)定性方面還有比較明顯的提升空間，也是接下來(lái)人工智能在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中應(yīng)用的一個(gè)重點(diǎn)研究方向。

2.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用

一是，基于目前階段人工智能中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以將數(shù)據(jù)信息迅速上傳網(wǎng)絡(luò)，快速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的保存、傳播和共享。二是，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的動(dòng)態(tài)處理。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用就是對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的處理之后，將數(shù)據(jù)分析和處理結(jié)果轉(zhuǎn)變成機(jī)械操作指令，自動(dòng)完成機(jī)械操作任務(wù)。三是，所謂的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在一定程度上是對(duì)人體的神經(jīng)系統(tǒng)的模仿，基于該技術(shù)的神經(jīng)元反射特性技能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果的提取和處理，還能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的保存和保護(hù)，就像我們?nèi)梭w，基于我們龐大的神經(jīng)系統(tǒng)，可以感知指令，接受指令，并依據(jù)指令做出相應(yīng)操作，也會(huì)對(duì)指令有所記憶。

當(dāng)前階段，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中主要應(yīng)用于設(shè)備管理。加工工藝方面，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的工藝參數(shù)評(píng)定和誤差預(yù)測(cè)功能，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，也常常應(yīng)用于機(jī)床運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的誤差補(bǔ)償。在零配件設(shè)計(jì)和制造方面，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也可以應(yīng)用于指導(dǎo)齒輪CAD、齒輪形狀、大小、強(qiáng)度的設(shè)計(jì)，一方面，提高設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)性和合理性。另一方面，在降低可能產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失基礎(chǔ)上，提升生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

3.自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用

傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造中控制器的執(zhí)行原理是先建立控制模型，然后利用動(dòng)態(tài)控制方程開(kāi)展動(dòng)態(tài)控制。但由于動(dòng)態(tài)控制方程的復(fù)雜性，一方面，部分機(jī)械設(shè)計(jì)制造工程現(xiàn)場(chǎng)不具備動(dòng)態(tài)控制方程的控制操作條件。另一方面，傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)控制方程適應(yīng)性一般，對(duì)機(jī)械工程預(yù)警的判斷缺乏一定的合理性和精準(zhǔn)性。人工智能自動(dòng)識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造之后，傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備相應(yīng)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦監(jiān)測(cè)到參數(shù)異常情況，會(huì)自動(dòng)觸發(fā)系統(tǒng)的報(bào)警機(jī)制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停機(jī)。工作人員接到報(bào)警立即切斷電源，進(jìn)行檢查。既保證了工作人員在安全的環(huán)境下進(jìn)行工作，又保證了異常數(shù)據(jù)信息的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理。同時(shí)，基于自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的自動(dòng)識(shí)別—激光掃描--超聲波傳感在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中可以保證對(duì)作業(yè)對(duì)象的精準(zhǔn)識(shí)別，結(jié)合現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)指令執(zhí)行。既能提高動(dòng)態(tài)控制操作的準(zhǔn)確性和適應(yīng)性，又進(jìn)一步簡(jiǎn)化了動(dòng)態(tài)控制流程，提高了動(dòng)態(tài)控制的工作效率和質(zhì)量[ 3 ]。

4.故障診斷技術(shù)的應(yīng)用

機(jī)電設(shè)備在正常工作過(guò)程中的故障問(wèn)題，是影響工作效率和工作質(zhì)量的重點(diǎn)問(wèn)題之一。所以，機(jī)械設(shè)計(jì)制造中故障診斷也是非常重要的一環(huán)。人工智能技術(shù)中故障診斷技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用，一方面，可以快速、精準(zhǔn)的定位故障問(wèn)題；另一方面，可以基于精準(zhǔn)的故障預(yù)警，有效排除故障，協(xié)助故障處理，降低因故障可能產(chǎn)生的成本消耗，提高機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)效率和質(zhì)量。

同時(shí)，人工智能的故障診斷系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造方面相關(guān)故障信息和案例的收集、分析、總結(jié)和記憶，更提高了故障預(yù)警和故障檢索的速度和精準(zhǔn)性。在機(jī)械制造設(shè)計(jì)中故障診斷系統(tǒng)的應(yīng)用操作一般是：用戶通過(guò)人機(jī)交互對(duì)系統(tǒng)發(fā)出實(shí)時(shí)監(jiān)控指令；系統(tǒng)在接收到指令之后，結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)中的資料信息對(duì)指令信息進(jìn)行精準(zhǔn)的分析和判斷；然后，系統(tǒng)根據(jù)診斷結(jié)果，會(huì)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫(kù)中相關(guān)案例信息的參考和比對(duì)，依據(jù)精準(zhǔn)診斷，確定故障問(wèn)題，并給出建議性的故障解決方案。而此時(shí)，用戶依據(jù)系統(tǒng)的判斷和建議，就可以開(kāi)展故障修復(fù)或者處理工作。一方面，降低故障處理和修復(fù)成本；另一方面，提高故障診斷和處理工作的便捷性和有效性，實(shí)現(xiàn)工作效率提升，保障工作質(zhì)量。

5.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

從字面意義上判斷，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一定程度上“虛擬”與“現(xiàn)實(shí)”的結(jié)合。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中發(fā)揮著重要的“工具”作用。機(jī)械工程師利用三維建模軟件將產(chǎn)品畫出來(lái)之后，借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的環(huán)境模擬功能，可以將三維畫面更真實(shí)的展現(xiàn)出來(lái)。也就是將三維立體圖形轉(zhuǎn)變成“仿真”模型。基于這個(gè)仿真模型，可以更精準(zhǔn)的展現(xiàn)產(chǎn)品的各方位細(xì)節(jié)，輔助定位產(chǎn)品的細(xì)節(jié)問(wèn)題，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)處理問(wèn)題。所以，很多制造企業(yè)都可以使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)先進(jìn)行設(shè)計(jì)產(chǎn)品的反復(fù)仿真模擬測(cè)試，基于測(cè)試結(jié)果對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化和調(diào)整，得到更科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案之后，再進(jìn)行模具生產(chǎn)。一方面，可以有效的降低制造模具的生產(chǎn)成本，避免了因設(shè)計(jì)不精準(zhǔn)而造成的重復(fù)返工成本增加。另一方面，模具的精準(zhǔn)性和科學(xué)性，是進(jìn)一步保障產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)[ 4 ]。

6.機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用

依據(jù)現(xiàn)階段的科學(xué)技術(shù)，日常生活和生產(chǎn)當(dāng)中，由于很多工作的復(fù)雜性和人工操作的困難性，會(huì)讓機(jī)器人代替人工。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，機(jī)器人技術(shù)往往也用來(lái)代替人工進(jìn)行一些復(fù)雜的、安全性能差的工作。與人工相比，機(jī)器人的工作時(shí)間更長(zhǎng)，工作狀態(tài)更穩(wěn)定，工作精準(zhǔn)性更高。所以，機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以提高機(jī)械設(shè)計(jì)制造部分工作的工作效率，還可以盡可能的避免在機(jī)械設(shè)計(jì)制造過(guò)程中可能產(chǎn)生的危險(xiǎn)事故。以目前階段的機(jī)器人在社會(huì)各行各業(yè)中的應(yīng)用情況來(lái)看，機(jī)器人技術(shù)的升級(jí)和普及也是未來(lái)機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的一個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向。

三、結(jié)語(yǔ)

順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的規(guī)律和要求，人工智能技術(shù)被更廣泛的應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)，并推動(dòng)著機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的快速、健康發(fā)展。因人工智能技術(shù)的加入，機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)的工作效率和工作質(zhì)量都得到了進(jìn)一步的保障和提升，并帶動(dòng)了機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的轉(zhuǎn)型、升級(jí)和發(fā)展。

【參？考？文？獻(xiàn)】

[1] 劉宇祺.人工智能技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2021，11（22）：172-174.

[2] 李健生.人工智能技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)設(shè)備工程，2021（12）：24-25.

[3] 劉建軍.人工智能在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化中的應(yīng)用[J].造紙裝備及材料，2021，50（03）：43-45.

[4] 李雪琴.信息化時(shí)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造中人工智能技術(shù)淺析[J].信息與電腦（理論版），2019（16）：130-131.

（責(zé)任編輯：劉占行）