人工智能技術在機械設計制造及自動化中的應用

文/孔藤橋

在我國經濟高速發展的過程中，制造業發揮了顯著的促進作用。與此同時，信息化技術不斷更新升級，智能化、自動化逐漸成為制造業轉型升級的熱門。例如，在機械設計制造領域，人工智能等新興技術得到了廣泛應用，不僅加快了整個制造業的發展步伐，還推動了產業升級和轉型進程。

人工智能技術的出現標志著人類社會邁入了一個嶄新的時代。在此背景下，將人工智能技術運用于機械設計制造及自動化對整個行業的發展具有積極的推動作用。因此，本文重點探討了機械設計制造及自動化產業中人工智能技術的有效應用策略。

一、人工智能技術概述

人工智能技術作為一種現代化的新興技術，具有顯著的綜合性特征，它不僅與電子信息、計算機網絡等多種技術息息相關，還涉及心理學、哲學等專業學科。當前，很多產業都直接或間接地受到人工智能技術的影響，為人工智能技術的全面推廣奠定了堅實基礎。例如，在人工智能技術的支持下，機械設計制造領域的發展逐漸具備了信息化的特征，并有效規避了傳統設計制造模式下模型不清晰等問題，能夠在穩定的網絡環境下為用戶提供更好的體驗。具體而言，人工智能技術在機械設計制造與自動化中的應用主要呈現以下兩方面的特征。（1）功能與需求相符，有助于在整合產品設計、研發及生產環節的同時進一步豐富產品功能。（2）有利于推動科學技術的應用和推廣。例如，機械制造企業可通過在產品生產過程中持續加大信息化技術的應用，以優化傳統的設計方法，提高制造質量，提升生產線的自動化水平。

二、在機械設計制造及自動化中應用人工智能技術的必要性

一方面，將人工智能技術引入機械設計制造和自動化領域可有效提高機械制造企業的生產效率。以前，由于機械制造企業對人工操作的依賴性較高，加上操作的復雜性，人為失誤的情況時有發生，這在一定程度上影響了生產效率的提升。[1]而在引入人工智能技術后，企業管理人員通過程序設置就能實現產品的自動化制造和加工，從而提高產品的生產效率，同時避免人為失誤帶來的不利影響。另一方面，人工智能技術在機械設計制造和自動化領域的應用，能夠保證機械制造企業的安全生產。安全生產一直是機械制造企業遵循的最重要的原則之一。而在傳統生產模式下，工人經常要輪班作業。由于精力有限，部分工人較易忽視細節問題進而給生產車間埋下安全隱患。如今，有了人工智能技術的支持，機械制造企業就可以直接打造自動化的生產車間，并借助攝像設備實現對生產機器的全天候、全方位監控。另外，當生產車間的機器突發故障時，管理人員也可以運用智能化系統進行應急處理，以避免故障的進一步擴大。

三、人工智能技術在機械設計制造及自動化中的有效應用

（一）智能CAD 的應用

與傳統的機械設計與制造技術相比，智能CAD 不僅可以將產品數據的點、線、面聯系在一起，還可以在集合專家、神經網絡等系統和算法的基礎上，為機械設計與制造人員提供科學指導。例如，在開始制造前，機械制造企業可以利用專家系統收集產品生產的常見問題，之后在算法系統的支持下將其編譯成相應的計算機語言。在接下來的產品設計和制造過程中，一旦出現與專家系統收集信息相一致的問題，管理人員就能立即采取相應的解決辦法，從而保證生產安全和產品質量。[2]除此之外，作為人工智能技術的實現方式，神經網絡也在機械設計制造及自動化領域得到了廣泛應用。神經網絡可以對神經元進行仿真，進而為機器的設計與制造提供技術支持。例如，在產品設計過程中，對于由非線性關聯造成的數據斷點，管理人員可借助神經網絡進行模擬，或者利用神經網絡的記憶功能進行數據“焊接”。因此，神經網絡不僅能保證產品的生產質量，還有利于促進機械制造企業的穩定發展。

（二）在機械制造環節的應用

在機械制造環節，人工智能技術的作用主要體現在對產品的生產和加工過程進行自動化處理與控制，在保證產品精度的前提下，盡可能降低外部環境對生產效率與質量的不利影響。例如，在人工智能技術的支持下，生產車間的管理人員能夠有效把握市場需求變化，智能調整生產計劃，充分滿足客戶的多樣化需求。同時，在機械制造環節，機器人和機械手的應用越來越普遍。而在引入人工智能技術后，機器人和機械手的工作效率顯著提升，不僅能取代大量的人工作業，還可以同時開展多項任務，為機械制造企業創造更高的經濟效益。

（三）在數控機床控制系統設計中的應用

人工智能技術在機械設計與制造領域的應用主要體現在，利用自動控制技術來開展數控機床控制系統設計。通常，在運行期間，數控機床主要通過分析和計算已有的測量數據來判斷加工參數的適配性，并在鏜孔環節將切削振動控制在合理范圍內。在傳統機械設計與制造模式下，技術人員的主要工作是操作數控機床完成生產任務。而在運用人工智能技術搭建自動控制系統后，機械制造企業可打造工業機器人協同裝配中心，以便技術人員更加精準地操控數控機床。需要注意的是，自動控制技術離不開計算機技術的輔助。也就是說，在引進自動控制技術之前，機械制造企業必須安裝計算機輔助系統，以充分發揮自動控制技術在節約時間成本、降低能耗、提高綜合效益等方面的優勢。

（四）在信息處理中的應用

現階段，機械設計制造及自動化等領域大多采用電子信息系統，但此類系統容易在數據信息傳輸過程中發生故障，造成數據信息傳送失敗等后果。其原因在于電子信息系統的穩定性不足。因此，機械制造企業有必要將人工智能技術應用于信息處理工作。人工智能技術不僅能解決高難度的計算問題，還能在數據信息傳輸過程中對整個電子信息系統的安全性及穩定性進行精準定位與動態監測，以確保數據信息傳輸的準確性、全面性、時效性，方便相關工作人員高效處理數據信息，為機械設計制造及自動化產業的發展提供有力支持。

（五）在神經網絡的信息數據存儲計算中的應用

基于人工智能技術的網絡系統同時也是模擬人的神經系統搭建而成的電子信息系統，該系統在信息數據存儲計算與分析等方面具有顯著優勢，如內存容量大、檢索效率高等優勢。[3]具體來說，在進行機械設計制造的過程中，在人工智能技術支持下的神經網絡不僅可以模擬相關設備、生產模式等，還可以全面深入分析相關數據信息，切實提高加工參數的準確性，保證產品生產的有序性與高效性。另外，從神經網絡結構層面來分析，產品生產流程中的每一個節點都可以看作是一個神經元。正因為如此，電子信息系統的結構更加緊湊、穩定，神經網絡的智能化水平不斷提升。

（六）在故障診斷系統中的應用

在機械產品設計與制造過程中采用故障診斷技術，有助于縮短設備的維護周期和降低維護費用。就當前來看，常見的故障診斷系統主要由機械故障案例庫、故障推理機以及故障診斷過程三部分組成。而在故障診斷過程中，技術人員常用的方法也有三種：一是應用故障樹模型進行診斷；二是基于案例推理進行診斷；三是通過規則推理進行診斷?；诖?，在實現機械設計制造及自動化的過程中，機械制造企業的具體操作主要涉及以下三個環節：（1）用戶登錄人機交互界面并點擊進入機電設備實時監測系統，在相應模塊輸入數據信息；（2）借助故障診斷系統的分析和判斷功能對用戶輸入的數據信息進行診斷，并記錄診斷結果；（3）根據診斷結果和相似案例的處理方式，為機電設備的維修提供可行建議，指導完成故障診斷和設備維修等工作。

四、結語

隨著時代的發展與進步，傳統的機械設計制造及自動化體系已經無法滿足當前階段的市場需求，必須進行升級和優化。因此，機械制造企業必須加大人工智能技術的應用，不斷提高生產效率與產品質量。目前，人工智能技術在機械設計制造及自動化中的應用主要體現在智能CAD、機械制造、數控機床控制系統設計等多個領域。目前，人工智能技術在機械設計制造及自動化中的應用范圍仍有較大空間，各機械制造企業要結合產業需求和智能化、自動化轉型方向，不斷優化生產模式，促進機械設計制造和智能產業的穩定發展。