基于人工智能的機(jī)械設(shè)計制造及其自動化實踐研究★

張司穎，劉 秀

（江蘇航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212134）

引言

在現(xiàn)代人工智能化的時代背景下，我國越來越重視基于人工智能化的機(jī)械設(shè)計制造技術(shù)研究。人工智能技術(shù)是一種新興技術(shù)，在人們?nèi)粘Ｉ钪械倪\用已十分普及，各類人工智能設(shè)備隨處可見，如智能汽車、智能機(jī)器人、智能家電等，而這些設(shè)備的核心技術(shù)均為人工智能。隨著人工智能技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，已經(jīng)能夠模仿人類的思維和意識，因此，被廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域。機(jī)械制造是現(xiàn)代工業(yè)實現(xiàn)自動化不可或缺的重要基礎(chǔ)。要想實現(xiàn)機(jī)械設(shè)計制造自動化，必然要高度重視人工智能在機(jī)械設(shè)計領(lǐng)域的運用。但由于我國機(jī)械設(shè)計制造及自動化領(lǐng)域發(fā)展晚于發(fā)達(dá)國家，加之相關(guān)技術(shù)不成熟，導(dǎo)致機(jī)械設(shè)計制造的自動化發(fā)展過程尚有諸多問題有待解決。為了推動我國機(jī)械制造業(yè)穩(wěn)定發(fā)展，需要找到問題所在，并積極采取適當(dāng)?shù)慕鉀Q策略，這樣才能夠提高人工智能在機(jī)械制造及自動化領(lǐng)域中的應(yīng)用水平[1-2]。基于人工智能的機(jī)械設(shè)計制造主要是對機(jī)械零件進(jìn)行加工，能夠有效保證機(jī)械零件的外形、尺寸和性能的準(zhǔn)確性，從而有效推動我國機(jī)械制造業(yè)更加穩(wěn)定地發(fā)展。

1 人工智能在機(jī)械設(shè)計制造及其自動化中應(yīng)用現(xiàn)狀

我國機(jī)械設(shè)計制造行業(yè)正處于快速發(fā)展的階段，人工智能技術(shù)逐漸被應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計制造領(lǐng)域中。因市場的長期推動，機(jī)械設(shè)計制造企業(yè)數(shù)量明顯增多。通過對2019年與2017年的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，不但機(jī)械設(shè)計制造企業(yè)數(shù)量呈現(xiàn)出50%以上的增幅，而且人工智能技術(shù)的應(yīng)用范圍得到了有效拓展。傳統(tǒng)手工作業(yè)方式已無法滿足當(dāng)代企業(yè)的發(fā)展需求，取而代之的是基于人工智能的自動化操作，大幅提升了機(jī)械生產(chǎn)制造技術(shù)的水平。因此，智能化發(fā)展已成為當(dāng)代機(jī)械設(shè)計制造行業(yè)必然的發(fā)展趨勢。

積極將人工智能技術(shù)運用到傳統(tǒng)的機(jī)械制造、機(jī)械設(shè)計以及自動化生產(chǎn)領(lǐng)域中，不僅能提升機(jī)械制造的精度，而且還能夠保證機(jī)械生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。針對部分存在高風(fēng)險和高污染的制造工業(yè)，如果采用人工智能技術(shù)來代替，便能夠在保證機(jī)械制造生產(chǎn)質(zhì)量的同時避免工人的人身受到損害，這無疑是制造業(yè)的福音。

從成本引進(jìn)的角度來看，由于在機(jī)械制造領(lǐng)域中引進(jìn)人工智能技術(shù)及相關(guān)設(shè)備需要大量的資金投入，對經(jīng)濟(jì)水平一般的企業(yè)存在一定的難度，因此，當(dāng)前人工智能技術(shù)僅在大型企業(yè)的生產(chǎn)過程中應(yīng)用。除此之外，由于一般的機(jī)械設(shè)計制造企業(yè)尚未普及運用人工智能技術(shù)，加之相關(guān)管理及配套設(shè)施也尚未呈現(xiàn)出大規(guī)模的發(fā)展趨勢，較國外發(fā)達(dá)國家，我國無論是在產(chǎn)業(yè)發(fā)展或是人工智能運用等各方面仍然存在著較大的發(fā)展空間。

2 人工智能在機(jī)械設(shè)計制造及自動化實踐中的應(yīng)用

由于我國目前機(jī)械設(shè)計制造自動化技術(shù)發(fā)展還不成熟，機(jī)械設(shè)計制造本身的難度較高，這樣便導(dǎo)致機(jī)械制造設(shè)計的精準(zhǔn)度和針對性不夠，因此，將人工智能應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計制造及自動化實踐過程中，能夠有效提升機(jī)械設(shè)計制造的效率，企業(yè)可從中獲取較高的經(jīng)濟(jì)利益。

為了在機(jī)械設(shè)計制造及自動化實踐中充分發(fā)揮人工智能的作用，要確保機(jī)械設(shè)計制造與自動化研發(fā)的現(xiàn)實意義，不斷改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)，以便在降低生產(chǎn)資源消耗的同時促進(jìn)我國工業(yè)穩(wěn)步發(fā)展。人工智能在機(jī)械設(shè)計制造及自動化實踐中的應(yīng)用具體表現(xiàn)在以下方面：一是基于自動化的機(jī)械設(shè)計制造能保障生產(chǎn)安全，這便意味著將人工智能合理應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計制造及自動化實踐中，能夠從根源上杜絕因生產(chǎn)事故所導(dǎo)致的人員傷亡。以往的機(jī)械設(shè)計制造技術(shù)落后是導(dǎo)致人員傷亡事故的主要原因，員工的人身安全無法得到保障，增加了危險發(fā)生的概率。用人工智能來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工操作方式，再合理安裝24 h運行的監(jiān)控系統(tǒng)，這樣一旦有危險情況發(fā)生，便可以啟動應(yīng)急處理方案，從而有效解決機(jī)械設(shè)計制造過程中的人員傷亡問題，切實保障機(jī)械設(shè)計制造的安全性和穩(wěn)定性。二是基于自動化技術(shù)的機(jī)械設(shè)計制造極大地促進(jìn)了效率的提升。回顧過往的工業(yè)生產(chǎn)可以發(fā)現(xiàn)，在機(jī)械設(shè)計制造過程中由人工操作的一些復(fù)雜性環(huán)節(jié)，容易出現(xiàn)各種各樣的問題，直接影響機(jī)械設(shè)計制造的生產(chǎn)效率。同時，由于機(jī)械設(shè)計制造具有復(fù)雜性和精確度高的特點，利用人工智能來執(zhí)行機(jī)械設(shè)計制造操作，能夠有效避免因人工操作失誤而影響機(jī)械設(shè)計制造的質(zhì)量。此外，將人工智能應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計制造及自動化實踐過程中，還能夠提前模擬并分析生產(chǎn)的全過程，確保所生成的機(jī)械產(chǎn)品的外形、質(zhì)量或者是其他各方面的條件都能夠滿足設(shè)計的要求，保證生產(chǎn)順利進(jìn)行，從而避免因?qū)嶋H生產(chǎn)時間超出預(yù)定的生產(chǎn)周期。

3 人工智能在機(jī)械設(shè)計制造及自動化實踐中的應(yīng)用途徑

3.1 人工智能在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用

當(dāng)前機(jī)械設(shè)計制造及其自動化已經(jīng)實現(xiàn)了較大的發(fā)展[3]。相較于傳統(tǒng)的設(shè)計工藝及理念，機(jī)械設(shè)計制造及自動化已經(jīng)有了明顯進(jìn)步。人工智能在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用范圍也得到了不斷擴(kuò)大，這主要是以計算機(jī)技術(shù)作支撐，能夠更好地滿足人們對日常生產(chǎn)生活的需求。因此，為了有效提升人工智能在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用實效性，要保證機(jī)械設(shè)計的合理性，更好地滿足人們對機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計的需求。

如圖1所示，為減輕主觀設(shè)計因素對機(jī)械設(shè)計的影響，機(jī)械設(shè)計也需始致力于自身自動化水平的提升。雖然當(dāng)前的機(jī)械設(shè)計已經(jīng)實現(xiàn)了自動化，有效減少了人工資本的投入，但在人工智能時代背景下，對機(jī)械設(shè)計提出了更高的要求。因此，為切實滿足人工智能時代的發(fā)展需求，機(jī)械設(shè)計要打破傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計的思維局限，讓機(jī)械設(shè)計更具靈活性，有效提升機(jī)械設(shè)計的質(zhì)量。

圖1 人工智能在機(jī)械中的應(yīng)用

3.2 應(yīng)用在機(jī)械制造中

通過將人工智能技術(shù)合理應(yīng)用到機(jī)械制造過程中，讓機(jī)械制造實現(xiàn)自動化的目標(biāo)，既能有效促進(jìn)機(jī)械制造生產(chǎn)效率的提升，又能保證理想的生產(chǎn)質(zhì)量。同時，通過對人工智能在機(jī)械制造過程進(jìn)行精準(zhǔn)、嚴(yán)密的控制，能夠?qū)⒂绊憴C(jī)械制造質(zhì)量的因素控制在一定的范圍內(nèi)，從根源上提高機(jī)械制造的生產(chǎn)水準(zhǔn)及效力?；谌斯ぶ悄芗夹g(shù)的智能調(diào)整、分析等功能，還能讓生產(chǎn)過程無限貼近于不同行業(yè)對產(chǎn)品的不同需求，充分突出人工智能的多線程操作，保證機(jī)械制造的穩(wěn)定性，有效提升機(jī)械制造的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 將人工智能技術(shù)應(yīng)用到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)計算和數(shù)據(jù)存儲

當(dāng)前，通過將人工智能應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計制造及其自動化實踐中，其神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮著重要的作用[4-5]。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種類似于人類神經(jīng)系統(tǒng)的信息化系統(tǒng)，不僅功能齊全，而且具有明顯的優(yōu)勢。例如，在信息存儲方面，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有著極為突出的功效。不僅如此，相較于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不僅更加智能，且在單位時間內(nèi)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還能對比分析更多信息數(shù)據(jù)，以此確保計算的準(zhǔn)確度，從而更好地滿足機(jī)械設(shè)計制造及其自動化發(fā)展過程對計算部分的高精準(zhǔn)度要求，如圖2所示。

圖2 人工智能在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的先進(jìn)性，在諸多領(lǐng)域均得到了廣泛運用，并廣受應(yīng)用者的認(rèn)可。如今，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)更是被日本、瑞士等國家列入了重點研究對象，并運用到了電加工領(lǐng)域，以此賦予了電加工技術(shù)更加強(qiáng)大的組織及計算功能。相信在不久的將來，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)各方面功能還將得到進(jìn)一步加強(qiáng)。屆時，該系統(tǒng)的運用領(lǐng)域也將得到擴(kuò)充，并切實發(fā)揮其積極功效，滿足社會日益增長的生產(chǎn)需求。

4 結(jié)語

雖然機(jī)械設(shè)計制造及其自動化目前已在我國諸多領(lǐng)域得到了較為廣泛的運用，如農(nóng)業(yè)、工業(yè)和虛擬設(shè)計等方面。在機(jī)械設(shè)計制造及其自動化的促進(jìn)下，我國各行各業(yè)均得到了長足、穩(wěn)定的發(fā)展。但不可否認(rèn)的是，機(jī)械設(shè)計制造及其自動化尚有諸多不足，因此，為了促進(jìn)我國機(jī)械設(shè)計制造業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，相關(guān)企業(yè)及研究者更需關(guān)注人工智能與機(jī)械設(shè)計制造及其自動化的結(jié)合，在優(yōu)化技術(shù)的同時，為各行業(yè)提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，切實維護(hù)我國經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定增長。