人工智能与机械电子工程技术关系探究

天津市第七中学 梅既澜

1.引言

机械电子工程是传统机械工程（由制造和动力两大类组成）与电子工程（包括电测量技术、调整技术和电子技术等）以信息技术为桥梁结合的产物[1]，能够极大提高社会生产力。近年来随着电子技术和大数据的发展，机械电子工程技术正由传统的能量连接转向信息连接[2]，而人工智能是当今信息技术发展的产物，将人工智能技术与机械电子工程相结合，能大大提高机械电子工程中信息连接的水平，对机械电子工程技术的进步和社会的全面发展具有重大意义。

2.机械电子工程的内涵

机械电子工程是将传统以动力和制造为主的传统机械工程与集控制技术、测量技术和调整技术为一体的电子工程通过以计算机技术为主的信息技术相结合的新型技术[3]，具有极强的学科综合性。机械电子工程的发展主要经历了萌芽阶段、标准件阶段和现在的机械电子工程三个阶段[4]。在萌芽阶段中，生产主要依靠手工，提高生产力的办法一般是雇佣大量的劳动力，这种生产方式不仅效率慢，生产成本高，而且生产的稳定性差，产品质量得不到保证，难以跟上社会的进步。在标准件阶段，流水线是生产的主要方式，机器设备得到了大规模的应用，生产对劳动力的依赖逐渐减少，生产的效率和质量得到了显著提高，但由于标准件的规格限制，这种生产模式生产灵活性较差，人们对生产产品的多样化越来越高的需求，使得标准件生产越来越难以适应时代的发展。在机械电子工程阶段，电子工程与机械工程的有机结合使产品最终具有了较强的灵活性，提高了产品的质量，大大推动了社会生产力的发展。

机械电子工程将机械和电子工程相融合，与传统工业机械工程比有许多优势[5]。在设计方面，机械电子工程具有极强的综合性，其包含了以机械工程为核心的各个相关学科的核心优势；在产品方面，其产品小巧灵活，结构复杂，功能强大，而且更新换代的速度较快，具有较强的适应性，能更好的跟上社会的发展；在效率方面，其自动化水平较高，可以节省大量的劳动力，更多地降低了生产成本，可以为社会带来更多的经济效益。

3.人工智能的内涵

人工智能是现代信息技术发展的新兴产业，它是在计算机技术、控制决策论、信息论、神经生物科学、语言学等多学科交叉基础上发展形成的一门模拟人类智能的科学技术[6]，其核心是在计算机技术的载体下，借助计算机来模拟人的思维方式，进而应用到实际生活中，帮助人类处理实际问题。

人工智能经历了不同历史发展阶段。在初级阶段，人工智能技术的主要研究特点集中在问题求解的方法上，而忽略了知识的必要性[7]，以致于随着机器翻译的失败，人工智能进入低谷；在转折阶段，由于专家系统、第五代计算机的研制和神经网络的飞速发展，人工智能在自然语言理解、计算机视觉与机器人等方面取得了较大进展，对知识工程应用以及商业化发展具有重大作用；在发展阶段，由于网络技术的快速发展，人工智能研究主要从原来的单个主体转向分布式发展；当前，随着计算机技术和大数据的进一步发展，目前人工智能发展向着更智能化、复杂化和实用化的方向不断进展。

4.机械电子工程与人工智能的关系

随着科学技术的进步以及各学科间的交叉融合，人工智能逐渐应用于机械电子工程中，从建模，控制到诊断的过程，利用人工智能挖掘信息的功能，对机械电子工程自动化和智能化的发展起着重要作用。在机械电子工程“建模—论证—生产”过程中，机械电子系统往往呈现不稳定性或非线性，对其输入输出关系的描述方法通常有三种，一是通过物理方程构建数学解析式，二是根据丰富的经验建立规则库，三是通过实践学习生成知识[8]。在实际操作过程中，通过理论分析用数学解析的形式构建出系统因果关系虽然精确、严密，但是由于解析解求解过程的难度，这种方法往往只适用于线性简单系统，而机械电子工程是一个复杂的非线性巨系统，不得不处理不同类型的信息，因此在求解过程中很有可能会无法计算。对于不能用数学解析方法解决的问题，由于人工智能与计算机科学之间的紧密联系以及强大的数据分析处理能力，使其可以应对庞大的数据信息，清晰地描述输入输出关系，进而使系统具有较高的自动化水平，具有更强的稳定性，为机械电子工程提供了新的解决方案，将其应用于其中可以快速精确地进行大量计算，提升效率[9]。此外，人工智能在机械电子工程应用过程中，通过将信息归纳与整理，能够极大地避免后续环节故障。

目前人工智能优化输入输出关系较为成熟的是神经网络系统和模糊推理系统的应用[10]。神经推理系统并不是直接模拟人脑神经的工作模式，而是其呈逻辑树状的分布的，点到点的处理数据的方式很像人脑神经的连接方式，具有精确度高，对数据分析程度深的优点，但这种方法的计算量较大。模糊推理则是通过对大量数据的分析，得出一些逻辑关系不强的结论，这种方法目前还不够精确，但其所需要的计算量较小。在人工智能的发展过程中，神经网络与模糊推理两种方法优势互补，相得益彰，使人工智能够处理较为复杂的数据，适应较为复杂的环境，具有不可比拟的灵活性和适应性。

总而言之，人工智能技术与机械电子工程相辅相成，机械电子工程借助人工智能完善了其自身工作处理系统，提高了工业机械生产效率；而人工智能也利用在机械电子工程应用过程中遇到的难题，在其算法处理上得到了更好的发展，引起社会更广泛的关注。

5.结语

随着社会的飞速发展，各个学科、各个领域之间的结合越发重要。针对于电子机械工程存在的功能多元化需求和系统不稳定性缺陷，人工智能与机械电子工程的融合提高了系统的自动化和智能化，从而促进社会生产力和经济产业的快速发展。因此，在此背景下应加大力度促进人工智能与机械电子工程技术相融合，使人工智能在机械电子工程领域得到更加广泛的应用。