機(jī)械工程自動(dòng)化中智能化技術(shù)的應(yīng)用研究

王金鵬

摘 要：機(jī)械工程在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中占據(jù)著十分重要的地位，經(jīng)過長時(shí)間的創(chuàng)新與發(fā)展，機(jī)械工程自動(dòng)化水平顯著提高，有效促進(jìn)了工業(yè)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步?；诂F(xiàn)代機(jī)械工程的支持，能夠?qū)⑹志?、?fù)雜的機(jī)械與機(jī)械裝置創(chuàng)造出來，為人類社會(huì)的發(fā)展提供了無限可能。近些年來，隨著智能化技術(shù)的日趨成熟，在機(jī)械工程自動(dòng)化領(lǐng)域也開始深入、廣泛地應(yīng)用智能化技術(shù)，機(jī)械工程的自動(dòng)化、智能化水平得到進(jìn)一步提高。在未來發(fā)展中，要持續(xù)拓展機(jī)械工程自動(dòng)化中智能化技術(shù)的應(yīng)用深度與廣度，全面發(fā)揮智能化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與作用。

關(guān)鍵詞：機(jī)械工程;自動(dòng)化;智能化技術(shù)

中圖分類號(hào)：TH164? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2022）06-0047-03

0 引言

過去雖然機(jī)械工程自動(dòng)化發(fā)展較快，但人腦與神經(jīng)系統(tǒng)在很大程度上限制到其反應(yīng)速度與操作精度，依然要由人來操作與控制各種機(jī)械。而通過在機(jī)械工程自動(dòng)化中引入智能化技術(shù)，這一限制問題得到有效消除，可推動(dòng)機(jī)械工程自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展。機(jī)械工程與人工智能和人腦與手的關(guān)系類似，區(qū)別在于需借助于機(jī)械制造生產(chǎn)人工智能的硬件。隨著機(jī)械工程自動(dòng)化與人工智能的持續(xù)發(fā)展，機(jī)械工程自動(dòng)化與智能化技術(shù)的結(jié)合將會(huì)更加緊密，隨之推動(dòng)機(jī)械工程自動(dòng)化與人工智能的高速發(fā)展。

1 機(jī)械工程與智能化概述

1.1 機(jī)械工程

在機(jī)械生產(chǎn)實(shí)踐中，機(jī)械工程發(fā)揮著十分關(guān)鍵的作用。只有依托各類機(jī)械設(shè)備，社會(huì)規(guī)?；a(chǎn)方可以得到實(shí)現(xiàn)。基于機(jī)械工程的支持，能夠持續(xù)擴(kuò)大機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用范圍，頻繁、高效地開展規(guī)模化生產(chǎn)活動(dòng)。其中，機(jī)械與控制技術(shù)是機(jī)械工程的主要內(nèi)容，對(duì)機(jī)械開發(fā)、維修、使用等各個(gè)方面進(jìn)行了有效覆蓋，被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)，顯著推動(dòng)了社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展與進(jìn)步[1]。通常情況下，可從機(jī)械設(shè)備、產(chǎn)品與系統(tǒng)研發(fā)、生產(chǎn)與使用等方面劃分機(jī)械工程的組成。

1.2 智能化

隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，逐漸產(chǎn)生了智能化技術(shù)，顯著拓展了智能化的深度與廣度，對(duì)社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展起到了突出的推動(dòng)作用。具體來講，智能化指的是將人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)以及網(wǎng)絡(luò)信息等一系列先進(jìn)技術(shù)綜合運(yùn)用過來，促使人的各種需求得到滿足。通?？蓮膬蓚€(gè)方面進(jìn)行分析：一方面是在信息與問題處理過程中，對(duì)人工智能的理論、方法與技術(shù)進(jìn)行運(yùn)用。另一方面指的是對(duì)人的智能進(jìn)行模擬，自校正、自協(xié)調(diào)、自修復(fù)等皆為智能化技術(shù)的具體應(yīng)用。以無人駕駛汽車為例，其融合了大數(shù)據(jù)技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、傳感器物聯(lián)網(wǎng)等多項(xiàng)技術(shù)，汽車控制系統(tǒng)能夠和人腦一樣收集、分析、處理與操作各類信息，促使人們的實(shí)際出行需求得到滿足。

1.3 機(jī)械工程智能化

機(jī)械工程智能化指的是在機(jī)械設(shè)備、系統(tǒng)、機(jī)群中應(yīng)用人工智能技術(shù)，促使設(shè)備產(chǎn)品的智能化、系統(tǒng)運(yùn)行的自動(dòng)化以及管理方式的系統(tǒng)化得到實(shí)現(xiàn)。相較于常規(guī)機(jī)械工程，智能化機(jī)械工程具備這些特點(diǎn)：

第一，品質(zhì)與效率更高。通過將智能化技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械工程中，可在極大程度上降低生產(chǎn)能耗，產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量與效率也可得到提高，促使人們對(duì)高品質(zhì)產(chǎn)品的需求得到滿足。同時(shí)，企業(yè)生產(chǎn)成本得到控制，有助于企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高。進(jìn)入新時(shí)期后，人們?nèi)遮呹P(guān)注機(jī)械工程生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量與品質(zhì)，對(duì)機(jī)械工程發(fā)展起到了倒逼作用。只有持續(xù)拓展智能化技術(shù)的應(yīng)用深度，消費(fèi)者的多元化需求方可以得到滿足，企業(yè)的創(chuàng)新改革速度才能夠有效加快。

第二， 四流交匯與四維集成。和傳統(tǒng)機(jī)械工程相比，智能化機(jī)械工程的主要特點(diǎn)是智能化，人、機(jī)械、硬件與軟件的交流與集成得到實(shí)現(xiàn)[2]。通過發(fā)揮智能化技術(shù)的控制、協(xié)調(diào)等功能，可促使機(jī)械工程行業(yè)的智能化、現(xiàn)代化發(fā)展得到實(shí)現(xiàn)。

第三，節(jié)能環(huán)保。在機(jī)械工程快速發(fā)展過程中，雖然人類的物質(zhì)文明與生活水平得到大幅度提高，但也嚴(yán)重破壞到自然環(huán)境，資源消耗與環(huán)境污染阻礙到人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。面對(duì)這種情況，人們?nèi)遮呹P(guān)注機(jī)械工程的能耗及污染問題。而通過應(yīng)用智能化技術(shù)，能夠更加高效地利用各類資源，降低生產(chǎn)過程中的能源消耗及環(huán)境污染，節(jié)能與環(huán)保優(yōu)勢(shì)較為顯著，有助于推動(dòng)社會(huì)的長遠(yuǎn)發(fā)展。

2 我國機(jī)械工程智能化的發(fā)展歷程

2.1 國外引進(jìn)

改革開放初期，我國機(jī)械工程對(duì)國外進(jìn)口較為依賴。企業(yè)工廠在機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)中主要采用進(jìn)口系統(tǒng)和技術(shù)，且需要國外技術(shù)人員進(jìn)行指導(dǎo)下操作與使用機(jī)械系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)國內(nèi)一些人員雖然能夠?qū)唵蔚臋C(jī)械工程軟件硬件等進(jìn)行設(shè)計(jì)，但發(fā)達(dá)國家壟斷著先進(jìn)的指導(dǎo)技術(shù)。

2.2 技術(shù)開發(fā)

為推動(dòng)機(jī)械工程的發(fā)展，我國于1986年推出了863計(jì)劃，機(jī)械工程技術(shù)人員依據(jù)發(fā)達(dá)國家的智能化技術(shù)二次研發(fā)引進(jìn)的設(shè)備主機(jī)或主系統(tǒng)，機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)效率、質(zhì)量得到顯著提升，國內(nèi)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)需求得到很大程度的滿足。

2.3 模仿優(yōu)化

為提升我國綜合競爭力，我國積極研發(fā)機(jī)械工程智能化技術(shù)，企業(yè)、高校等投入大量的資源，模仿國外的先進(jìn)智能技術(shù)，將一系列智能產(chǎn)品與系統(tǒng)成功仿制出來。通過研究人機(jī)交互界面、控制器等進(jìn)口設(shè)備與技術(shù)，成功將智能手機(jī)、智能機(jī)器人等智能產(chǎn)品、人機(jī)交互系統(tǒng)等自主開發(fā)出來。

2.4 自主創(chuàng)新

進(jìn)入新時(shí)期后，我國高度重視自主創(chuàng)新，企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)等深入自主研發(fā)與設(shè)計(jì)機(jī)械工程智能技術(shù)，且在社會(huì)生產(chǎn)領(lǐng)域投放了一系列研發(fā)成果，包括智能監(jiān)控系統(tǒng)、無人駕駛汽車等。通過自主研發(fā)與自主創(chuàng)新，顯著提升了機(jī)械生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化水平，進(jìn)一步完善了機(jī)械工程智能化知識(shí)體系。

3 機(jī)械工程自動(dòng)化中智能化技術(shù)的應(yīng)用

3.1 管理與智能化相結(jié)合

過去在機(jī)械工程管理過程中，人力需參與到各個(gè)管理環(huán)節(jié)，存在著較高的人力成本，整體管理效率不高，且容易出現(xiàn)各種各樣的人為失誤，影響到機(jī)械工程的管理效果。而通過將智能化技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械工程管理過程中，借助設(shè)備終端即可完成相應(yīng)的管理操作，這樣不但工作效率得到大幅度提高，整體人力成本也得到了降低。

3.2 生產(chǎn)與智能化相結(jié)合

傳統(tǒng)機(jī)械生產(chǎn)由人工進(jìn)行控制，工作人員要具備較高的技術(shù)水平與良好的體力體質(zhì)，這樣方可以順利實(shí)施機(jī)械工程生產(chǎn)活動(dòng)。當(dāng)持續(xù)一段時(shí)間的生產(chǎn)操作之后，工作人員將會(huì)出現(xiàn)不同程度的疲憊狀態(tài)，導(dǎo)致失誤率明顯增加，難以充分保證產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。而在機(jī)械工程生產(chǎn)環(huán)節(jié)應(yīng)用智能化技術(shù)，可促使機(jī)械自動(dòng)加工得到順利實(shí)現(xiàn)。在智能化生產(chǎn)過程中，工作人員借助于終端設(shè)備、機(jī)械臂等即可快速完成產(chǎn)品的生產(chǎn)任務(wù)。和傳統(tǒng)生產(chǎn)模式相比，不但生產(chǎn)效率得到大幅度提高，精準(zhǔn)性也能夠顯著增強(qiáng)，可以有效控制每一批產(chǎn)品的差異，充分保證產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。同時(shí)，智能化生產(chǎn)不會(huì)受到人的精力的影響，工作人員只需設(shè)定相應(yīng)的生產(chǎn)程序，即可持續(xù)開展生產(chǎn)活動(dòng)，這樣機(jī)械生產(chǎn)效率可以得到顯著提升[3]。

3.3 檢測與智能化相結(jié)合

檢測與生產(chǎn)之間存在著十分密切的聯(lián)系，當(dāng)完成產(chǎn)品生產(chǎn)后，需依據(jù)相關(guān)的質(zhì)量規(guī)范進(jìn)行嚴(yán)格檢測，確認(rèn)沒有問題后，方可以向市場中投入。產(chǎn)品檢測工作的開展情況，直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量與企業(yè)聲譽(yù)，關(guān)系到企業(yè)的長遠(yuǎn)持續(xù)發(fā)展。如果檢測工作沒有嚴(yán)格開展，將會(huì)向市場中投入不合格的產(chǎn)品，這樣將會(huì)降低企業(yè)的社會(huì)信譽(yù)與整體效益。而通過將智能化技術(shù)應(yīng)用于檢測環(huán)節(jié)，能夠充分保證檢測質(zhì)量，避免產(chǎn)品出現(xiàn)缺陷或問題。以汽車零部件為例，如果零部件存在著質(zhì)量問題，將會(huì)影響到汽車行駛的穩(wěn)定性與安全性，增大各類安全事故的發(fā)生率，威脅到社會(huì)民眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，要借助于智能化檢測儀器認(rèn)真檢測各類汽車零部件，保證與相應(yīng)的質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)所符合。

3.4 產(chǎn)品與智能化相結(jié)合

產(chǎn)品設(shè)計(jì)關(guān)系到產(chǎn)品的最終性能，通過在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)引入智能化技術(shù)，可促使產(chǎn)品性能得到優(yōu)化與創(chuàng)新，有助于人們多元化、個(gè)性化需求的滿足。近些年來，在生產(chǎn)生產(chǎn)的各個(gè)方面與領(lǐng)域開始普及應(yīng)用智能化技術(shù)，增強(qiáng)了人們生產(chǎn)生活的便捷性。為充分滿足人們的使用需求，需將智能化技術(shù)融入到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過程中。以手機(jī)為例，通過將智能化系統(tǒng)加入進(jìn)來，手機(jī)的功能日趨豐富，顯著改變了人們的生活。在購物消費(fèi)過程中，人們借助于手機(jī)即可快速完成支付行為，不需要和以往一樣再攜帶大量的現(xiàn)金，不但民眾生活便捷性得到增強(qiáng)，資金安全性也得到了提升。從機(jī)械工程角度來講，智能化元素在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用價(jià)值。以操作控制為例，基于智能化技術(shù)的支持，可以更加簡便、高效地完成操作控制任務(wù)。例如，通過將電控系統(tǒng)、GPRS以及人工智能等先進(jìn)技術(shù)融入到塔吊設(shè)計(jì)中，人員在操作時(shí)不需要局限于駕駛室內(nèi)，在地面即可完成塔吊設(shè)備的操作任務(wù)，這樣能夠增強(qiáng)塔吊設(shè)備操作使用的靈活性，開闊操作人員的整體視野，有效規(guī)避各類安全隱患。隨著智能化技術(shù)的逐漸成熟以及應(yīng)用深度的拓展，人們?cè)诩抑猩踔良纯蛇h(yuǎn)程操作設(shè)備，這樣不良天氣因素的影響也可得到規(guī)避。

3.5 故障診斷與智能化相結(jié)合

通過在故障診斷領(lǐng)域運(yùn)用智能化技術(shù)，可促使故障診斷效率得到大幅度提高，更加高效地排查與解決故障問題。過去主要利用人工手動(dòng)操作的方式排查與診斷故障，不但不具備較高的診斷效率，還容易有一定的安全隱患出現(xiàn)于故障診斷過程中，導(dǎo)致操作人員的人身安全受到威脅。同時(shí)，人工故障診斷方式對(duì)人員的主觀經(jīng)驗(yàn)與水平提出了較高的要求，容易受到主觀因素的不利影響。而通過將智能化故障診斷方式應(yīng)用過來，上述問題能夠得到有效規(guī)避，促使機(jī)械故障問題得到快速消除與解決。和傳統(tǒng)人工故障診斷方式相比，智能化故障診斷的便捷性較強(qiáng)，人員不需要于危險(xiǎn)區(qū)域開展排查工作，有助于保證故障診斷人員的人身安全[4]。例如，部分零件于高溫環(huán)境中生產(chǎn)制造，如果在制造過程中出現(xiàn)異?；蚬收?，要想順利排查和解決故障，人們就需要進(jìn)入到高溫環(huán)境中，這樣不但故障排查效率得不到保證，人員的操作安全也會(huì)受到威脅。而基于智能化技術(shù)的支持，如果有異常或故障出現(xiàn)，只需將檢測程序加入進(jìn)來，系統(tǒng)即可自動(dòng)檢測與診斷故障，向人們快速反饋故障發(fā)生部位、發(fā)生原因等，有助于故障診斷效率的提高。此外，部分故障具有較強(qiáng)的隱蔽性，處于狹小的空間，限制到人工診斷方式的應(yīng)用。面對(duì)這種情況，可將智能化技術(shù)為基礎(chǔ)的小機(jī)器人應(yīng)用過來，由小機(jī)器人于狹小區(qū)域內(nèi)查找設(shè)備故障，這樣能夠更加便捷、高效地診斷設(shè)備故障問題。

3.6 人員與智能化相結(jié)合

智能化技術(shù)雖然能夠模擬人的大腦，但依然離不開人的操作與控制。機(jī)械工程人員只有具備較高的技術(shù)素養(yǎng)與能力水平，方可以將智能化技術(shù)更加深入地應(yīng)用于機(jī)械工程中，切實(shí)體現(xiàn)智能化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和作用。因此，要將智能化知識(shí)教育、培訓(xùn)活動(dòng)等全方位地開展起來，不斷提高人員的專業(yè)水平，熟練掌握智能化技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)與注意事項(xiàng)，深度融合“人”與“智能化”。

4 機(jī)械工程智能化的發(fā)展趨勢(shì)

為更加有效地結(jié)合智能化技術(shù)與機(jī)械工程自動(dòng)化，需對(duì)機(jī)械工程智能化的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行深入了解，以便在機(jī)械工程自動(dòng)化中更好地應(yīng)用智能化技術(shù)。

4.1 性能發(fā)展趨勢(shì)

從領(lǐng)域角度來講，高效化、柔性化以及實(shí)時(shí)智能化是機(jī)械工程的主要發(fā)展趨勢(shì)。通過將高科技應(yīng)用于智能化機(jī)械工程中，可更加高速、高精度地完成生產(chǎn)任務(wù)。依托智能化技術(shù)構(gòu)建控制管理系統(tǒng)，則可結(jié)合場景、生產(chǎn)條件以及生產(chǎn)需求的差異，動(dòng)態(tài)開展調(diào)整工作，促使企業(yè)生產(chǎn)需求得到滿足。此外，利用智能化系統(tǒng)有效控制生產(chǎn)機(jī)床，多道工序能夠同時(shí)完成，復(fù)合加工得到順利實(shí)現(xiàn)，有助于生產(chǎn)效率的提高。

4.2 功能發(fā)展趨勢(shì)

一般來講，可從這些方面分析智能化機(jī)械工程的功能發(fā)展趨勢(shì)：第一，用戶界面改良。通過將虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算可視化等一系列先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用過來，能夠有效改良用戶界面，降低人員的操作控制能力。第二，計(jì)算可視化。基于智能化系統(tǒng)的支持，科學(xué)計(jì)算可視化得到實(shí)現(xiàn)，有助于產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量的提高以及產(chǎn)品生產(chǎn)周期的縮短。第三，插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化。通過將智能化技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械工程中，能夠有效拓展插補(bǔ)圖形的選擇空間。同時(shí)，基于編程語言的支持，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的人性化可以得到提升[5]。

5 結(jié)語

綜上所述，智能化技術(shù)在機(jī)械工程的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)以及故障診斷等各個(gè)領(lǐng)域得到深度應(yīng)用，顯著促進(jìn)了機(jī)械工程行業(yè)的整體發(fā)展。為進(jìn)一步凸顯智能化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，相關(guān)人員要持續(xù)深化對(duì)智能化技術(shù)的研究工作，結(jié)合機(jī)械工程的實(shí)際特點(diǎn)與需求，更加全面、深入地應(yīng)用智能化技術(shù)。

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