人工智能技術在機械設計制造中的相關應用思考

陳金鵬

江蘇新?lián)P新材料股份有限公司，中國·江蘇 揚州 225000

人工智能是一種新技術，具有較強的綜合性，近些年，人工智能在社會中的應用愈加廣泛，在機械設計制造領域也發(fā)揮出了重要作用。論文結(jié)合實際，運用文獻法、調(diào)查法等對人工智能技術在機械設計制造中的相關應用展開思考探究。第一部分簡要分析人工智能技術；第二部分探究機械設計制造的有關特點；第三部分探究人工智能技術在機械設計制造中的應用目標；第四部分分析人工智能技術在機械設計制造中的具體應用，提出有關觀點，以供借鑒參考。

人工智能；機械設計制造；特點；應用

1 引言

人工智能是現(xiàn)代科技的產(chǎn)物，其功能豐富，形式靈活，用途廣泛，為機械設計制造相關工作帶來了很大便利。下面結(jié)合實際，對機械設計制造中的相關應用展開具體探究。

2 人工智能技術簡析

人工智能是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統(tǒng)的一門新的科學技術。其能模擬人的意識、思維的信息過程。人工智能技術的基礎是計算機科學，研究人工智能的主要目的是探究智能的實質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的能以人工智能相似的方式做出反應的智能機器。當前人工智能領域研究的主要內(nèi)容有專家系統(tǒng)、自然語言處理、圖像識別及機器人[1]。

3 機械設計制造相關特點分析

各項高新技術要得以實現(xiàn)必須依賴相關設備，而設備制造的材料以機械材料為主要代表，因此機械設計制造和自動化程度直接與現(xiàn)代科學技術的時間應用相聯(lián)系。機械設計制造經(jīng)歷了幾個發(fā)展階段，在機械設計制造的初始階段，自動化是指使用機器代替手工的工作方式，但在科技高度發(fā)達的今天，機械設計制造與自動化是基于計算機技術、PLC技術等多種先進技術的一種自動化生產(chǎn)方式[2]。

當前的機械設計制造都由計算機輔助進行。隨著科技的發(fā)展，自動化技術水平也會不斷提高，CAD 技術與專家系統(tǒng)的結(jié)合將成為必然趨勢。CAD 技術引入專家系統(tǒng)后，設計的自動化、智能化水平將大大提高，機械設計制造中的諸多問題都將得到解決。當前的設計技術已經(jīng)有了很大突破，光敏立體成形技術快速發(fā)展起來并在諸多領域有了應用。光敏立體成形技術是以CAD 數(shù)據(jù)為基礎，對計算機控制的激光掃描系統(tǒng)進行計算，將三維數(shù)字模型分成若干層二維片狀圖形，之后采用光學掃描技術，對光敏樹脂液面進行掃描（掃描時按照的圖形為二維片狀圖形），液面經(jīng)過光學掃描后，就會固化成塑料。按照這樣的步驟循環(huán)操作，只需數(shù)小時就能將原型精確地制造出來。該項技術能夠大大提升新產(chǎn)品開發(fā)速度與機械制造效率。

4 人工智能在機械設計制造中的應用目標

4.1 提高機械設計制造效率

機械設計制造及自動化作為一項生產(chǎn)技術，要有利于生產(chǎn)效率的提升與生產(chǎn)成本的下降。傳統(tǒng)機械的自動化程度不高，在生產(chǎn)制造時部分工作仍需人工完成，耗時耗力，生產(chǎn)效率低。人工智能技術在機械設計制造中的應用，要彌補傳統(tǒng)機械的缺陷，通過設計上的優(yōu)化與技術上的創(chuàng)新，大大提高機械的生產(chǎn)效率?，F(xiàn)代機械設計制造及自動化的設計，要朝著全自動、智能化及數(shù)字化方向發(fā)展，要使機械生產(chǎn)不再受制于人工條件，能夠高效快速進行。在機械設計制造及自動化設計中，按照高效性原則將現(xiàn)人工智能技術應用其中，對機械進行優(yōu)化改進，進一步增加機械制造與科學技術的融合深度，提高機械制造效率與質(zhì)量水平[3]。

4.2 提高機械設計制造的安全水平

從事機械制造、運用機械進行生產(chǎn)等均有一定的危險性。據(jù)統(tǒng)計，中國每年因機械設備故障傷亡的人數(shù)約有15 萬。針對此，將人工智能技術應用于機械設計制造，通過人工智能取代一些人的危險活動或操作，從而提升機械設計制造整體的安全水平。具體如將人工智能技術應用于設計環(huán)節(jié)，通過優(yōu)化設計提高機械及相關自動化裝置的安全性能，從而有效減少或避免人員傷亡事故的發(fā)生。如對自動化機械系統(tǒng)加以改良，進一步提高其的穩(wěn)定性與可靠性，防止系統(tǒng)故障及由系統(tǒng)故障出現(xiàn)的人員傷亡。再設計一些比較封閉的機械設備室，于相應部位安裝防護裝置，使機械設備運用起來更加安全。

5 人工智能技術在機械設計制造中的具體應用

5.1 設計環(huán)節(jié)的應用

在機械設計環(huán)節(jié)，利用人工智能中的專家系統(tǒng)構(gòu)建機械模型，通過模型更好地把控機械設計精度，提高設計質(zhì)量。在設計數(shù)控機床模塊時，可通過人工智能技術搜索與模塊有關的資料、方案，從中提取有價值內(nèi)容并將運用于數(shù)控機床模塊設計，使最終的方案更加科學可行。相較于CAD 程序，專家系統(tǒng)要更具針對性與靈活性，可完成對每一個機械設計與制造步驟的解釋，能使設計人員更及時地發(fā)現(xiàn)設計中的不足并提出更完善的設計方案。在設計齒輪等機械零件時，將齒輪輪廓范疇或傳動信息輸入人工智能系統(tǒng)，系統(tǒng)就能自動設計出一個完整的齒輪，且專家系統(tǒng)還能不斷對齒輪廓形進行糾正，機械設計質(zhì)量能得到保證[4]。

5.2 制造過程的應用

人工智能技術功能豐富，實用性強，能為機械工程的進步發(fā)展提供諸多助力。人工智能技術集合了多項先進科技成果，適用于多個行業(yè)，尤其適合用于機械制造業(yè)與機械管理工作。于機械工程中科學合理運用人工智能技術，可大大提升機電設備運行的安全性與穩(wěn)定性，降低設備故障發(fā)生率。于機械制造中科學運用人工智能技術，將顯著提升機械制造質(zhì)量，提高機械精度，使機械設備有更好的應用性能。

人工智能技術以微電子、計算機、自動化、計算機輔助設計等各項先進技術為基礎，這些技術大大提高了機械制造質(zhì)量與效率，降低了機械制造成本。人工智能技術以系統(tǒng)工程理論為為基礎，將信息網(wǎng)絡技術、計算機技術、數(shù)據(jù)庫技術等有機集成，綜合各項技術手段對整個加工制造過程進行監(jiān)控與調(diào)節(jié)，使各項制造計劃順利進行。將人工智能技術（主要是集成自動化功能）應用于機械制造活動后，相關工作人員將居于整個制造活動的中心地位，通過信息網(wǎng)絡、計算機數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等對制造過程進行動態(tài)、遠程調(diào)控，從而大大提高機械制造效率與質(zhì)量，降低機械制造成本。

目前，人工智能技術已在多種制造生產(chǎn)活動中都得到了使用。下面以汽車模具制造為例簡要論述人工智能技術在機械制造中的應用。

現(xiàn)代的汽車模具生產(chǎn)離不開數(shù)控車床，而數(shù)控車床中最關鍵的一項技術就是切削加工。在整體數(shù)控程序應用中，切削參數(shù)包含很多類型的數(shù)據(jù)，如主軸轉(zhuǎn)速、進給速度等，這些參數(shù)主要是通過與之相對應的數(shù)控指令進行控制，此外，在數(shù)控程序中也包含著背吃刀量。在這種情況下，能夠利用數(shù)控方程式的方式，優(yōu)化加工過程中的各項參數(shù)，并以主軸實際轉(zhuǎn)速為依據(jù)，實現(xiàn)其他變量的精準優(yōu)化。為了把機床功率、轉(zhuǎn)速、進給量等控制在合理范圍內(nèi)，并優(yōu)化變量過程，需要在粗加工階段對切削功率、切削刀等進行合理控制，同時需要對精加工階段的表面粗糙度進行有效調(diào)控。以程序中實際獲得的主軸轉(zhuǎn)速、進給速度各項信息等，從而全面掌握虛擬加工過程中切削深度信息，進而實現(xiàn)數(shù)控程序的全面應用，以此為支撐實現(xiàn)各個模塊的自動化修正，同時對切削的參數(shù)數(shù)控程序進行有效性優(yōu)化。在對主軸轉(zhuǎn)速參數(shù)進行控制時，也同時進行了分割和離散處理，因此，需要在修正程序環(huán)節(jié)中，要增設新的程序段，以便對相關參數(shù)信息進行明確和優(yōu)化。如虛擬數(shù)控車床仿真系統(tǒng)主要是作為仿真系統(tǒng)平臺發(fā)揮作用，以此為支撐，對OpenGJ、VC++進行有效性應用，并利用NV 對其進行直接驅(qū)動。由此可見，建模模擬數(shù)控技術既是基礎生產(chǎn)過程，同時也能夠促進實際數(shù)控機床加工的穩(wěn)定性與可靠性。

數(shù)控加工電火花技術是一種十分先進的現(xiàn)代制造技術，該項技術的先進性在于，在模具加工工藝中使用了數(shù)控裝置，從而大大提高了加工精度，實現(xiàn)了超精密加工。電火花加工包括以下三種具體的加工工藝：電火花高速小孔加工工藝、電火花線切割加工工藝、電火花成型加工工藝。電火花加工時，工件與加工所用的工具為極性不同的電極對，加工時，電極之間多充滿工作液，工作液起到恢復電極間絕緣狀態(tài)的作用，維持電火花加工的持續(xù)放電。電火花加工中，工件與電極之間無基礎，兩者之間存有一定間隙。加工時，向電極與工件之間施加電壓，施加電壓后，電極向工件進給，當進給至某一距離時，電壓就會擊穿兩極間的工作液介質(zhì)，從而產(chǎn)生局部的火花放電。局部火花放電會產(chǎn)生瞬時高溫，瞬時高溫會熔化或汽化電極對的表面材料。正是通過這種不斷的火花放電、不斷地溶蝕或汽化，將工件材料加工至預想的樣子。應用數(shù)控加工電火花技術時，ATC 技術與自動編程軟件是兩大要點。通過ATC 技術與自動編程軟件是對加工電極中心的偏移量進行自動測量，并動態(tài)監(jiān)測自動定位狀況，這樣才能確保自動加工過程的順利進行。

在汽車模具制造加工中，對該技術進行優(yōu)化應用，可以進一步提升加工速度，強化加工精度，縮短工作時間，促進產(chǎn)品質(zhì)量的提升。在生產(chǎn)制造中對數(shù)控銑削加工技術、計算機輔助技術CAD 等進行聯(lián)合應用，可以進一步提升汽車模具制造質(zhì)量，推動行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。應用數(shù)控銑削加工技術進行汽車模具加工時，要對機床主軸工作過程進行嚴格控制，把高速切削機床的具體轉(zhuǎn)速范圍控制在合理范圍，同時正確應用機床驅(qū)動系統(tǒng)，做好系統(tǒng)參數(shù)設計，并對整個加工過程進行監(jiān)測與控制，使模具加工按照預想的軌跡進行。

5.3 在其他環(huán)節(jié)的應用

人工智能技術先進，功能可靠，自動化程度高，運用該系統(tǒng)對機械電氣設備進行調(diào)試，只需將機械電氣設備如熱電偶、熱電阻等固定在調(diào)試爐中，之后就不再需要人員的參與，系統(tǒng)會自動完成檢測與調(diào)試。但調(diào)試過程中工作人員需經(jīng)常查看，以免出現(xiàn)異常。系統(tǒng)自動調(diào)試結(jié)束后，會自動生成并打印出調(diào)試報告，工作人員根據(jù)調(diào)試報告對機械電氣設備的質(zhì)量性能與工作情況加以掌握。與傳統(tǒng)調(diào)試技術相比，自動調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試速度快、效率高、且減少了人員干預，人為失誤也相應減少，調(diào)試結(jié)果更為精準可靠，調(diào)試成本也相應下降。

人工智能技術調(diào)試機械設備的另一種模式是：通過系統(tǒng)中各類智能感應設備、信息采集系統(tǒng)等自動采集機電運行數(shù)據(jù)，并以這些現(xiàn)實數(shù)據(jù)為基礎建立DF-CIM 模型，借助該模型進行拓撲結(jié)構(gòu)分析、統(tǒng)計關系分析及關口屬性分析，在精準分析的基礎上再開展設備狀態(tài)判斷，最后完成自動調(diào)試。各類智能感應設備與信息采集系統(tǒng)能為工作人員提供各項計算結(jié)果，輔助工作人員開展設備運行狀態(tài)對比分析，幫助工作人員制定更科學，更合理的調(diào)試方案與管理方案，從而提高機電設備調(diào)試工作的質(zhì)量。

將人工智能技術運用于機械設備管理，相關工作人員也能通過智能手機，PAD 等移動終端對設備進行監(jiān)測、調(diào)控與管理，進而實現(xiàn)對設備的一體化管理與控制。系統(tǒng)通過各類智能感應設備、信息采集數(shù)據(jù)系統(tǒng)等自動采集各類生產(chǎn)設備與工藝系統(tǒng)的參數(shù)、運行數(shù)據(jù)與狀態(tài)信號等等，最終完成對設備的調(diào)控管理。人工智能技術可完成機械設備自動化和過程自動化控制，實現(xiàn)完美的網(wǎng)絡功能，系統(tǒng)功能豐富、性能穩(wěn)定，擴展性好、抗干擾性強，能為機械控制與管理帶來諸多幫助。

6 結(jié)語

綜上所述，論文簡述了人工智能技術，提出人工智能技術理論先進，功能豐富，能在機械設計制造領域發(fā)揮出重要作用。分析了機械設計制造特點，提出當代機械設計制造以先進技術為支撐，CAD 技術等是機械設計制造中的主要技術。探究了人工智能技術在機械設計制造中的應用目標，提出要提高機械設計制造效率、提升機械設計制造的安全性及提高資源利用率等觀點。探討了人工智能技術在機械設計制造中的具體應用，提出在機械設計制造中，人工智能技術在設計環(huán)節(jié)、制造環(huán)節(jié)、調(diào)試環(huán)節(jié)都有重要應用。在機械設計環(huán)節(jié)，利用人工智能中的專家系統(tǒng)構(gòu)建機械模型，從而提高設計質(zhì)量；在制造環(huán)節(jié)，人工智能技術可以操作機械手臂完成相關制造活動，減少人員參與，同時人工智能技術對整個制造過程進行監(jiān)視控制，保證機械制造質(zhì)量。