竇小剛

摘要：隨著人工智能技術(shù)在機械設(shè)計制造領(lǐng)域的應(yīng)用和普及，人工智能技術(shù)的優(yōu)勢和作用也更加突出和明顯，推動著機械設(shè)計制造行業(yè)的進一步轉(zhuǎn)型和發(fā)展。本文基于人工智能技術(shù)在機械設(shè)計制造中應(yīng)用的積極作用分析，探究了人工智能技術(shù)在機械設(shè)計制造中的具體應(yīng)用，以此助力人工智能技術(shù)在機械設(shè)計制造中的更廣泛應(yīng)用和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：人工智能技術(shù) 機械設(shè)計制造 作用 應(yīng)用

引言

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

一、人工智能技術(shù)在機械設(shè)計制造中應(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)的機械設(shè)計制造基本都是依賴于人工來完成的。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)計受人工因素的影響比較明顯。例如：設(shè)計和操作的精準度問題；復(fù)雜和危險環(huán)節(jié)的操作安全問題；人工所能完成的工作量問題等等都會成為影響機械設(shè)計制造工作效率和質(zhì)量的因素。人工智能技術(shù)在機械設(shè)計制造中的應(yīng)用，有效的解決了以上問題的出現(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)可以實現(xiàn)自動化和智能化。另一方面，也正是因為人工智能的自動化和智能化，系統(tǒng)不僅可以二十四小時正常運轉(zhuǎn)，還可以更加精準、及時的預(yù)警故障問題，給出故障解決的建議；并且，在零配件和模具的設(shè)計制造方面，精準性和直觀性更強。不僅可以在機械設(shè)計制造過程中降低成本投入，提升工作效率，還可以進一步保障工作質(zhì)量，為實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟效益打下堅實的基礎(chǔ)。

2.簡化和優(yōu)化機械設(shè)計制造流程

傳統(tǒng)的機械設(shè)計制造過程，很多環(huán)節(jié)需要人工的反復(fù)嘗試和試驗，才可以敲定設(shè)計方案，投入大規(guī)模的生產(chǎn)。在整個過程中，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)在機械設(shè)計制造中的應(yīng)用，推動了機械設(shè)計制造的數(shù)字化和智能化，在機械設(shè)計制造中很多環(huán)節(jié)基于強大的智能技術(shù)和信息系統(tǒng)就可以實現(xiàn)更科學(xué)合理的精準設(shè)計和測試，不再需要過多的人工參與和操作。很多制造設(shè)計流程被簡化和優(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)是對人腦的精準模擬，相比人工，工作反應(yīng)速度更快、工作質(zhì)量更高。所以，在機械設(shè)計制造中，人工智能技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛[ 1 ]。

3.刺激和推動機械設(shè)計制造行業(yè)的轉(zhuǎn)型

任何行業(yè)的生存和發(fā)展都要順應(yīng)時代發(fā)展的規(guī)律。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和進步，人類已然步入人工智能時代，人工智能也被更廣泛的應(yīng)用到社會的各行各業(yè)。但是，我國的機械制造設(shè)計行業(yè)中，還有很多中小型企業(yè)仍然在沿用傳統(tǒng)的機械設(shè)計制造工藝。在激烈的市場競爭當(dāng)中，生存和發(fā)展面臨著嚴峻的考驗。人工智能技術(shù)走進機械設(shè)計制造行業(yè)，推動著我國機械設(shè)計制造水平的進一步提升，也刺激著我國的機械設(shè)計制造行業(yè)實現(xiàn)轉(zhuǎn)型、改造和發(fā)展。當(dāng)今時代，社會需求在不斷升級和變化，機械設(shè)計制造企業(yè)必須積極地去引進和采用人工智能技術(shù)，才能搭上科技飛速發(fā)展的“快車”，跟隨時代進步，引領(lǐng)行業(yè)升級和轉(zhuǎn)型，推動我國制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

二、人工智能技術(shù)在機械設(shè)計制造中的具體應(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)能模仿人的大腦對數(shù)據(jù)信息進行判斷和處理，并且分析和處理速度比人的大腦還要快，反應(yīng)還要及時。經(jīng)模糊處理技術(shù)分析和處理過的信息數(shù)據(jù)可以自動實現(xiàn)和學(xué)科知識的結(jié)合和轉(zhuǎn)換，以確保傳輸數(shù)據(jù)的準確性和可參考性[ 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)分析功能能夠在機械設(shè)計制造的過程當(dāng)中對龐大的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行快速、精準的分析和整理?；谌斯ぶ悄軓姶蟮哪：评砑夹g(shù)實現(xiàn)的數(shù)據(jù)分析和處理，能進一步保障機械設(shè)計制造的精準性，為提高機械設(shè)計制造的質(zhì)量打下堅實的基礎(chǔ)。

借助模糊推理技術(shù)機械設(shè)計制造可以呈現(xiàn)連續(xù)函數(shù)的表達。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，也是接下來人工智能在機械設(shè)計制造中應(yīng)用的一個重點研究方向。

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)也可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的動態(tài)處理。在機械設(shè)計制造中的應(yīng)用就是對相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行快速、準確的處理之后，將數(shù)據(jù)分析和處理結(jié)果轉(zhuǎn)變成機械操作指令，自動完成機械操作任務(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實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果的提取和處理，還能實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的保存和保護，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，也會對指令有所記憶。

當(dāng)前階段，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在機械設(shè)計制造中主要應(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)評定和誤差預(yù)測功能，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在機械設(shè)計制造中，也常常應(yīng)用于機床運動過程中的誤差補償。在零配件設(shè)計和制造方面，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、強度的設(shè)計，一方面，提高設(shè)計的精準性和合理性。另一方面，在降低可能產(chǎn)生的經(jīng)濟損失基礎(chǔ)上，提升生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

3.自動識別技術(shù)的應(yīng)用

傳統(tǒng)的機械設(shè)計制造中控制器的執(zhí)行原理是先建立控制模型，然后利用動態(tài)控制方程開展動態(tài)控制。但由于動態(tài)控制方程的復(fù)雜性，一方面，部分機械設(shè)計制造工程現(xiàn)場不具備動態(tài)控制方程的控制操作條件。另一方面，傳統(tǒng)的動態(tài)控制方程適應(yīng)性一般，對機械工程預(yù)警的判斷缺乏一定的合理性和精準性。人工智能自動識別技術(shù)應(yīng)用于機械設(shè)計制造之后，傳感器可以實現(xiàn)對機電設(shè)備相應(yīng)參數(shù)的實時監(jiān)控，一旦監(jiān)測到參數(shù)異常情況，會自動觸發(fā)系統(tǒng)的報警機制，同時實現(xiàn)自動停機。工作人員接到報警立即切斷電源，進行檢查。既保證了工作人員在安全的環(huán)境下進行工作，又保證了異常數(shù)據(jù)信息的及時發(fā)現(xiàn)和處理。同時，基于自動識別技術(shù)的自動識別—激光掃描--超聲波傳感在機械設(shè)計制造中可以保證對作業(yè)對象的精準識別，結(jié)合現(xiàn)代化的計算機系統(tǒng)，實現(xiàn)指令執(zhí)行。既能提高動態(tài)控制操作的準確性和適應(yīng)性，又進一步簡化了動態(tài)控制流程，提高了動態(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

機電設(shè)備在正常工作過程中的故障問題，是影響工作效率和工作質(zhì)量的重點問題之一。所以，機械設(shè)計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)在機械設(shè)計制造中的應(yīng)用，一方面，可以快速、精準的定位故障問題；另一方面，可以基于精準的故障預(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，提高機械運轉(zhuǎn)效率和質(zhì)量。

同時，人工智能的故障診斷系統(tǒng)可以實現(xiàn)機械設(shè)計制造方面相關(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性。在機械制造設(shè)計中故障診斷系統(tǒng)的應(yīng)用操作一般是：用戶通過人機交互對系統(tǒng)發(fā)出實時監(jiān)控指令；系統(tǒng)在接收到指令之后，結(jié)合數(shù)據(jù)庫中的資料信息對指令信息進行精準的分析和判斷；然后，系統(tǒng)根據(jù)診斷結(jié)果，會自動實現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫中相關(guān)案例信息的參考和比對，依據(jù)精準診斷，確定故障問題，并給出建議性的故障解決方案。而此時，用戶依據(jù)系統(tǒng)的判斷和建議，就可以開展故障修復(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，實現(xiàn)工作效率提升，保障工作質(zhì)量。

5.虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用

從字面意義上判斷，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一定程度上“虛擬”與“現(xiàn)實”的結(jié)合。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機械設(shè)計制造中發(fā)揮著重要的“工具”作用。機械工程師利用三維建模軟件將產(chǎn)品畫出來之后，借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)的環(huán)境模擬功能，可以將三維畫面更真實的展現(xiàn)出來。也就是將三維立體圖形轉(zhuǎn)變成“仿真”模型?；谶@個仿真模型，可以更精準的展現(xiàn)產(chǎn)品的各方位細節(jié)，輔助定位產(chǎn)品的細節(jié)問題，以便及時發(fā)現(xiàn)問題，及時處理問題。所以，很多制造企業(yè)都可以使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)先進行設(shè)計產(chǎn)品的反復(fù)仿真模擬測試，基于測試結(jié)果對產(chǎn)品設(shè)計進行進一步的優(yōu)化和調(diào)整，得到更科學(xué)合理的設(shè)計方案之后，再進行模具生產(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)計不精準而造成的重復(fù)返工成本增加。另一方面，模具的精準性和科學(xué)性，是進一步保障產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)[ 4 ]。

6.機器人技術(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，會讓機器人代替人工。在機械設(shè)計制造中，機器人技術(shù)往往也用來代替人工進行一些復(fù)雜的、安全性能差的工作。與人工相比，機器人的工作時間更長，工作狀態(tài)更穩(wěn)定，工作精準性更高。所以，機器人技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以提高機械設(shè)計制造部分工作的工作效率，還可以盡可能的避免在機械設(shè)計制造過程中可能產(chǎn)生的危險事故。以目前階段的機器人在社會各行各業(yè)中的應(yīng)用情況來看，機器人技術(shù)的升級和普及也是未來機械設(shè)計制造領(lǐng)域的一個重點發(fā)展方向。

三、結(jié)語

順應(yīng)時代發(fā)展的規(guī)律和要求，人工智能技術(shù)被更廣泛的應(yīng)用于機械設(shè)計制造行業(yè)，并推動著機械設(shè)計制造行業(yè)的快速、健康發(fā)展。因人工智能技術(shù)的加入，機械設(shè)計制造企業(yè)的工作效率和工作質(zhì)量都得到了進一步的保障和提升，并帶動了機械設(shè)計制造行業(yè)的轉(zhuǎn)型、升級和發(fā)展。

【參？考？文？獻】

[1] 劉宇祺.人工智能技術(shù)在機械設(shè)計制造中的應(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)在機械制造中的應(yīng)用研究[J].中國設(shè)備工程，2021（12）：24-25.

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

[4] 李雪琴.信息化時代機械設(shè)計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）