人工智能在机械自动化领域的应用分析

吕甜甜

（江苏省洪泽中等专业学校，江苏 淮安 223100）

1 引言

随着“工业4.0”“中国制造2025”等战略的提出，为更好地应对新一轮科技革命和产业革命，中国机械制造业在生产经营过程中，积极融入智能化、自动化及人工智能技术等转变传统的制造模式，实现机械制造自动化，最终形成大规模计算机集成制造系统，从而达到降低制造成本和提高生产效率的目的，具体在工业中的应用主要包括数控集成、加工中心等。

2 人工智能技术概述

人工智能（Artificial Intelligence）是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新技术科学，主要涵盖专家系统、图像识别、语言识别、机器人等先进技术。人工智能已经融入到机械、电子、经济、哲学等多个领域中，渗透到人们生活的方方面面，变得无处不在。人工智能已经发展为新一轮机械产业变革核心驱动力，助推着产业生产模式创新与发展。

3 人工智能在机械自动化领域中的应用

本文以农机数控车床机械系统为例，具体探讨人工智能在机械自动化领域中的应用实践。

3.1 基于人工智能技术的机械系统分类

伴随着人工智能的快速发展，人工智能在数控车床加工系统中得到了广泛的运用，目前主要可以分为以下4类：

第一类：人工神经网络。利用神经网络可以实现数据的智能化处理，从而通过不断地学习与训练获取知识，对于一些比较复杂的机械系统，在系统中引入人工神经网络，可以提高系统的智能化程度和学习、诊断能力。

第二类：专家系统。专家系统作为一种交互式、可靠的基于计算机的决策系统，通过从专家那里获得知识来解决需要人类专家的许多问题，是人工智能在机械自动化领域中使用的主要分支，比如机械故障诊断，通过对机械症状的观察与分析，推导出症状产生原因及排除故障的方法。

第三类：模糊控制。模糊控制技术是人工智能中的一个重要分支，是利用模糊数学知识模仿人脑思维的一种高级算法策略，被广泛的应用于机器人、机械手控制、汽车控制、电梯控制等机械自动化领域中，可以有效提高机械系统控制的精确性，具有很强的应用价值。

第四类：启发式搜索。启发式搜索算法是一种在解空间中使用的优化算法，这种算法主要用于加速逼近最优解的搜索过程，能够提高系统搜索的速度和智能化程度。

3.2 人工智能在机械自动化中的应用案例

农机零部件加工数控车床主要分为卧式和立式两种类型，其中，卧式数控车床分为倾斜导轨和水平导轨两种类型，相比于水平导轨，倾斜导轨的刚性更大，更利于切削废屑的排除；立式数控车床的主轴与水平面相互垂直，主要用于加工一些比较大型的零部件。

3.2.1 数控车床模块化设计及工作流程

基于人工智能的农机零部件加工数控车床主要由计算机数控装置、输入/输出单元、单片机CPU、主控制器、机床主轴、速度控制单元、伺服电机、位置检测反馈、工作等模块组成。其工作流程如图1所示。

图1 数控车床模块化工作流程

在农机零部件进行加工时，采用上述装置实现数控车床的自动化加工。首先，将待处理的零部件加工要求输入到计算机数控装置中，然后，启动数控编程程序，对加工要求进行译码处理，接着数控系统开始工作，并根据加工要求控制车床道具对零部件进行切割处理，其中，位置检测反馈模块实现对刀具位置的控制，为了提高刀具切割的自动化程度和加工精度，利用人工智能技术对传统数控车床系统模块进行优化不失为一条有效的途径。

目前，实例推理是一种比较常用的人工智能技术。所谓实例推理，是指通过系统输入机制和之前对问题的解决方案获得实例库数据，从而利用该数据来求解

新的问题。引入了实例库的数控加工，首先由计算机数控装置根据农机零部件车削加工过程中的问题描述，在实例库中查找能与之相匹配的实例，如果找到的实例与实际问题完全相符，则可以直接利用该实例；反之，则需要对实例进行一定的优化和改善，使其能够吻合加工需求，与此同时，将此次的问题和答案作为经验数据进行存储，以备下次加工时可以循环利用。相比于传统的数控加工，基于实例推理的人工智能技术的车床，不仅实现了机床各模块的智能优化，而且增加了功能、简化了机械结构、提高了农机零部件的加工效率。

将人工智能技术引入到数控车床中，其主要目的是利用实例库对数控车床的各个模块进行优化和改进（如图2）。

图2 农机零件数控加工车床模块智能优化流程

其中，在农机零部件加工过程中，当设计模块符合加工需求时，选择该模块进行加工；反之，可以通过自主创建模块，并进行人工智能选择，这样就能实现对数控车床各个模块的智能化优化与控制。

3.2.2 基于人工智能的数控车床加工测试

为了检验在数控车床系统中引入人工智能和实例推理的可行性，对车床的功能特征、位置特征、方位面特征、装配几何特征、联系特征、拓扑关系特征等，采用模块化和智能化的拼装，然后对农机零部件数控车床的加工性能进行了测试。

以农机轴承零部件加工为例，如图3所示。轴承是机械设备中的一种重要零部件，其加工精度直接影响着数控车床的加工效率。通过对车床优化前后的轴承车削加工效率进行对比，如表1所示。

图3 农机零部件加工示意图

表1 优化前后加工效率对比

从表1中，可以看出利用人工智能技术优化后的数控车床加工效率明显高于优化之前的，这说明人工智能技术在机械自动化设备中的运用，对于提高车床加工效率的影响是比较明显的。

将优化前后的数控车床加工精度进行对比分析，如表2所示。

表2 优化前后加工精度对比

从表2可以看出，优化后的数控机床加工精度明显要优于优化之前的，这说明采用人工智能技术能够在一定上提高数控机床加工精度。

4 结语

实践表明，将人工智能技术引入到机械自动化领域中，可以全面提高机械自动化工程的工作精准度和工作效率，在一定程度上促进了机械自动化产业的快速发展。数控车床是机械自动化领域中的一个重要组成，研究表明，在数控车床的加工中利用人工智能技术对其模块和程序进行优化，其加工效率和加工质量能够得到显著提升，同时有效提升车床加工的自动化水平。