楊洋 周建 鄭偉

摘 要 人工智能概念的提出與發(fā)展加快了社會智能化發(fā)展的步伐，帶領各個領域進入智能化發(fā)展的軌道。根據(jù)人工智能技術所代表的智能化、降低勞動成本的方式，本文對當前機械電子工程領域的發(fā)展面臨的主要瓶頸進行分析，總結(jié)出人工智能技術應用于機械電子工程領域的優(yōu)勢。[1]本文基于當前人工智能技術的主要應用現(xiàn)狀進行了分析與研究，對數(shù)據(jù)實時處理技術、神經(jīng)網(wǎng)絡技術、對象識別等相關技術進行了探究，總結(jié)出學科的融合與交叉促進，將會進一步促進整體生產(chǎn)力水平的提升。

關鍵字 人工智能技術 機械電子工程 融合應用

中圖分類號：TP18 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2020）02-0013-03

科技水平的飛速發(fā)展，已經(jīng)使我國工業(yè)機械從傳統(tǒng)機械水平發(fā)展進入到了機械電子時代，而近幾年計算機技術的飛速發(fā)展將機械技術的發(fā)展帶入了智能化發(fā)展階段。[2]隨著人工智能理念的提出到人工智能技術的發(fā)展，該技術在機械電子工程領域的融合和應用也日漸廣泛，因此，本文針對當前人工智能技術在機械電子工程領域的發(fā)展近況，對當前的應用現(xiàn)狀進行分析與研究。

1 人工智能與機械電子

1.1 人工智能技術的內(nèi)涵及特點

人工智能是一門綜合性的新型學科，以計算機科學和電子信息學科、數(shù)學計算等學科為基礎。人工智能是人基于軟件算法的融合與控制來實現(xiàn)智能化的方法。人工智能技術包含著云計算、大數(shù)據(jù)處理技術、腦機接口、自動駕駛、神經(jīng)網(wǎng)絡、自動導航等多種自動化的技術。[3]當前人工智能技術不斷被應用于人們生產(chǎn)與生活各個環(huán)節(jié)，逐步覆蓋了社會生活的各個領域，推動相關領域信息化進程。[4]人工智能技術的主要特點可以總結(jié)為：

（1）智能化。人工智能技術通過對前期經(jīng)驗數(shù)據(jù)的整理與分析，建立自主學習模型，通過自主學習的方式構建了高實時性、高效的算法設計來實現(xiàn)設備的智能化運行、智能化檢驗、智能化預測。[5]

（2）減少人的重復性勞動。人工智能技術將人工的重復性操作進行學習，以機器人的方式替代人的重復性勞動，節(jié)省了勞動力的同時提升了整體的工作效率，降低了工作失誤率。[6]

1.2 機械電子工程的特點

機械電子工程是以機械工程為設備依托，以硬件制造、結(jié)構設計、動力設計等為理論支撐的廣泛應用于各個大型制造企業(yè)的工程學科。機械電子工程通常包含了硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分來實現(xiàn)機電一體化的控制。[7]因此，機械電子工程領域中需要對硬件設備及時維護，同時也需要對上層軟件進行不斷更新與迭代，達到更小的工作誤差、更高的操作精度來控制機械設備工作。當前軟件設計關系著機械電子工程的發(fā)展進程，軟件程序的開發(fā)與設計是機械電子實現(xiàn)智能化發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，也是較為困難的步驟。[8]

1.3 人工智能技術與機械電子工程的融合發(fā)展

機械電子工程領域的發(fā)展需要配備相應的檢測、維護、管理的系統(tǒng)來共同維護，而這個過程依賴于電子信息平臺實現(xiàn)設備與軟件的交互，在進行信息輸入、信息輸出的過程中難免會遇到輸入出錯等問題，這將會引起機械電子設備處于故障狀態(tài)無法工作，在工作需求較大的環(huán)境中和交互數(shù)據(jù)量較大的過程中，會增加出錯的機率，造成了工程的經(jīng)濟損失和效率降低。而人工智能技術的發(fā)展，由于其智能化的特點較好的彌補了人為出錯，并且通過應用相關的人工智能技術能夠不斷將交互數(shù)據(jù)進行記錄與分析，對交互狀態(tài)實時監(jiān)控與處理，能及時的發(fā)現(xiàn)問題、預測問題，能夠?qū)C械電子設備的數(shù)據(jù)信息實現(xiàn)更有效的利用與處理。因此將人工智能技術應用到機械電子工程領域?qū)且粓鰵v史性的變革，是社會智能化發(fā)展的重要階段。

2 人工智能技術與機械電子工程領域的應用

2.1虛擬現(xiàn)實技術在機械電子工程領域的應用

虛擬現(xiàn)實技術是一套集跟蹤、觸覺感知、音頻、高性能運算設備、圖像處理設備等設備構成的一套能夠建立虛擬環(huán)境的系統(tǒng)，虛擬現(xiàn)實技術是對當前環(huán)境所構建的虛擬環(huán)境，它源自20世紀70年代美國科學家研制出的虛擬物體的系統(tǒng)，后來不斷的應用到不同的領域。由于虛擬現(xiàn)實技術構建了人與虛擬世界交互的方式，因此該技術不斷的被應用于數(shù)據(jù)可視化處理，機械電子領域的仿真系統(tǒng)操作平臺的模擬、遠程協(xié)同操作等方面。在高精度的醫(yī)療機械設備中，為了實現(xiàn)高精度的手術操作，很多學者提出了基于虛擬現(xiàn)實技術和增強現(xiàn)實技術而搭建的手眼協(xié)同操作機器人操作平臺，通過將醫(yī)療機器人設備進入手術部位，通過虛擬現(xiàn)實技術或增強現(xiàn)實技術實現(xiàn)對人體內(nèi)部器官場景的模擬，將計算后得出的結(jié)果展示在醫(yī)生的屏幕中，醫(yī)生通過在遠端操作設備，共同實現(xiàn)手術端設備的移動，通過高精度的控制算法來達到微小的手術操作。[9]

2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡技術在機械故障診斷中的應用

在實際工程環(huán)境中，當機械設備發(fā)生故障時，容易引起事故造成經(jīng)濟損失，因此近幾年人工智能技術的發(fā)展推動了故障診斷方法智能化的趨勢，提升了故障診斷的速度，降低了故障診斷的時間，提高了故障診斷的準確性。所謂機械設備的故障診斷是指根據(jù)設備檢測獲取的數(shù)據(jù)來分析當前系統(tǒng)的工作狀況的方法，傳統(tǒng)的機械故障診斷方法主要依靠信號處理方法根據(jù)經(jīng)驗進行診斷，但是此種方法對于內(nèi)部結(jié)構復雜的機械設備來說很難準確的確定故障發(fā)生的位置。[10]

在人工智能領域中的神經(jīng)網(wǎng)絡技術依靠多層非線性的網(wǎng)絡而搭建，通過對神經(jīng)網(wǎng)絡不斷的訓練，可以實現(xiàn)自學習。通過學習大量的學習樣本數(shù)據(jù)特征，構建數(shù)據(jù)的潛在特征，對設備的典型故障可以進行分類或者預測，該技術的提出不僅降低了設備診斷的成本，也提升了對于復雜機械設備故障診斷的準確性。[11]基于深度學習的機械設備故障診斷方法通過自適應讀取復雜多變的故障數(shù)據(jù)來實現(xiàn)對設備的診斷，克服了診斷設備種類的差異，減小了由人為干預帶來的測量誤差。

2.3 機器人自動導航與避障技術

在人工智能時代，機器人技術作為機械電子工程領域智能化的產(chǎn)物，也體現(xiàn)了人工智能技術在機械電子工程領域的應用。[12]例如當前提出的除草機器人，在基于機械原理設計的硬件機器人平臺上，設計相關的自動導航的算法，實現(xiàn)除草機器人的自主導航和自主割草操作。許多學者對相關的導航技術進行研究，例如使用多種視覺傳感器設備融合與卡爾曼濾波器共同建立視覺導航系統(tǒng)，通過安裝在設備上的攝像頭實現(xiàn)對實時除草環(huán)境的捕捉，通過應用導航算法根據(jù)輸入圖像計算構建出機器人所處環(huán)境的電子地圖，并根據(jù)地圖規(guī)劃出機器人的行走路徑，實現(xiàn)自主除草避障的效果。[13]

2.4 圖像識別技術在機械電子工程領域的應用

圖像識別技術是指依靠計算機智能算法來實現(xiàn)對某種特定對象的識別，人工智能技術中通過激光掃射等方式實現(xiàn)對對象的自主判斷。圖像識別技術的發(fā)展包括圖像的融合、匹配、目標檢測等多個方面。在機械工程領域中，通過圖像識別技術，可以實現(xiàn)對工作環(huán)境的測量，實現(xiàn)對相關生產(chǎn)環(huán)節(jié)的控制。例如在工業(yè)機器人的操作環(huán)境中，通過構建圖像識別算法輸入攝像頭中，將攝像頭搭載在機械臂終端，可以實現(xiàn)對目標物體的準確識別與抓取。在自動駕駛環(huán)境中，圖像識別技術能夠?qū)囕v行駛的道路前方存在的障礙物體進行識別，并根據(jù)算法設計實現(xiàn)自動規(guī)避障礙，降低了事故發(fā)生的風險。[14]今年疫情期間，各大機場、火車站、超市等人流密集的場所就是運用紅外遙感溫度感知與人工智能圖像識別技術相結(jié)合的技術，實現(xiàn)人體溫度的實時監(jiān)控。

2.5 數(shù)據(jù)處理技術在機械電子工程領域的應用

數(shù)據(jù)處理技術是人工智能技術中包含的一種對批量的數(shù)據(jù)進行處理的技術，也是一種輔助化管理方式。[15]由于信息化技術的發(fā)展無時無刻都在產(chǎn)生數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)處理技術不僅實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的收集和管理，還能夠建立有用數(shù)據(jù)和無用數(shù)據(jù)的評分機制，建立相關數(shù)學模型，將有用數(shù)據(jù)加以利用快速處理和分析。[16]在機械電子工程中通常會基于多種類傳感器搭建機械硬件系統(tǒng)，當設備處于工作狀態(tài)時，傳感器實時告訴采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理技術實現(xiàn)了實時對傳感器數(shù)據(jù)的快速運算過程，增強了系統(tǒng)的實時處理性能，適用于實時性要求較高的場合。在大型制造企業(yè)中，需要同時對多類機械設備進行維護，可以通過搭載多種類的傳感器設備實時采集設備的運行時參數(shù)和待機時參數(shù)等，通過對參數(shù)數(shù)據(jù)的處理與計算實現(xiàn)對設備狀態(tài)的整體監(jiān)測，提升了智能化運維水平。[17]

從虛擬現(xiàn)實技術、神經(jīng)網(wǎng)絡技術到圖像識別技術，自動導航避障技術再到數(shù)據(jù)處理技術，人工智能技術的關鍵技術正從不同的方面滲透到機械電子工程領域中來，不斷的實現(xiàn)了軟件設計算法的智能化和設備運行的智能化。[18]因此人工智能技術打破了傳統(tǒng)機械領域的局限性，將信息化的方法引入到硬件設施中來，實現(xiàn)設備的自主控制與運行，提升了設備的工作精度的同時，降低了人員的維護成本。[19]

3 結(jié)語

綜合上述分析，多學科交叉、綜合發(fā)展也是未來科技發(fā)展的方向，人工智能技術將會帶領機械電子工程領域走向新一輪設備自動化、算法智能化的進程，人工智能技術在機械電子工程領域具有廣闊的應用前景與發(fā)展前景，因此，科研工作者應該充分發(fā)揮人工智能技術與機械電子工程技術的結(jié)合，充分利用智能化的優(yōu)勢，來解決傳統(tǒng)機械電子行業(yè)發(fā)展所面臨的問題，充分發(fā)揮學科交叉的作用，充分的將人工智能技術應用到機械電子工程領域的各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)技術的相互促進發(fā)展，進而推動整體科技水平的提高。[20]

參考文獻：

[1] 穆柄廷.人工智能技術在機械電子工程領域的應用[J].計算機產(chǎn)品與流通，2020（10）：119.

[2] 張宇，劉一婧，吳惠娟.人工智能技術在機械電子工程領域的應用探究[J].中國新通信，2020，22（15）：111.

[3] 史宏，王澤松，李曉巖，蘇娜，譚春波.人工智能技術與機械電子工程領域融合及應用研究[J].信息與電腦（理論版），2020，32（14）：157-159.

[4] 楊亞寧.人工智能技術在機械電子工程領域中的運用價值[J].輕紡工業(yè)與技術，2020，49（06）：67-68.

[5] 王興達.關于人工智能技術在機械電子工程領域的應用[J].電子元器件與信息技術，2020，04（06）：58-59.

[6] 時祥宇.人工智能技術在機械電子工程領域的應用[J].湖北農(nóng)機化，2020（11）：73-74.

[7] 張洋，教傳艷.機械電子工程領域?qū)θ斯ぶ悄芗夹g的應用[J].湖北農(nóng)機化，2020（11）：74-75.

[8] 趙金微.人工智能技術在機械電子工程領域的應用[J].湖北農(nóng)機化，2020（09）：76-77.

[9] 潘云峰，胡浪飛.人工智能技術在機械電子工程領域的應用研究[J].科技資訊，2020，18（05）：24+26.

[10] 李楠.人工智能技術在機械電子工程領域的應用[J].科技風，2020（04）：13.

[11] 徐偉，付占軍.人工智能技術在機械電子工程領域的應用[J].中國金屬通報，2020（01）：68-69.

[12] 曹鳳芹，張華欣.人工智能技術在機械電子工程領域的應用[J].南方農(nóng)機，2019，50（24）：175.

[13] 孫啟祥.人工智能技術在機械電子工程領域的應用分析[J].電子世界，2019（23）：85-86.

[14] 夏再鵬，劉曉亮，馬良花，王慶波，孫華魁.人工智能技術在機械電子工程領域的應用[J].南方農(nóng)機，2019，50（18）：3.

[15] 劉紅星.人工智能技術在機械電子工程領域的應用研究[J].化工管理，2019（27）：103-104.

[16] 佟巳剛.人工智能技術在機械電子工程領域的應用[J].湖北農(nóng)機化，2019（12）：32.

[17] 張泳.在機械電子工程領域人工智能技術的應用[J].科技創(chuàng)新導報，2019，16（18）：26-27.

[18] 尚忠華.人工智能技術在機械電子工程領域的應用[J].科技風，2019（17）：107.

[19] 王金鋒.人工智能技術在機械電子工程領域的應用[J].南方農(nóng)機，2019，50（09）：112.

[20] 高俊明.機械電子工程領域中的人工智能技術運用[J].南方農(nóng)機，2019，50（07）：115.

沈陽化工大學，遼寧 沈陽