人工智能技术在机械设计与制造中的应用

徐大帅

人工智能技术是信息化时代的宠儿，也是全新的产物，在其发展的过程中，人工智能技术已经在多个 领域取得了不错的实践成果，在机械设计制造领域也得 到了广泛应用。有了人工智能技术的支持，机械设计制 造行业能够进一步缩减成本，尤其是降低劳动成本，同 时也减轻了相关人员的工作压力，还有利于全面提高机 械制造和设计效率，在质量上也得到了全面的保障。由 此可见人工智能技术的出现改变了传统的机械生产模式 和方法，也逐漸扩大了其经营规模，因此人工智能的运 用有利于为机械设计制造领域提供更大的动能。

人工智能技术属于全新领域的全新科技，它指 的是专业科技人员采用相对应的理论和方法对产品进行开 拓和研发，研发的内容应当包括人工智能的模拟、延伸 等内容。人工智能也可以并入计算机领域之中，在设计 理念上，人工智能着重于解决图像语言识别、专家系统 控制等问题，在出厂之前一般需要测试人工智能的反应 ，人工智能通过对人体大脑和行为轨迹的模拟帮助人类 解决实际问题。

目前人工智能技术还在不断的创新和研究之中 ，其运用的范围也在不断扩大。智能化技术在计算机和 大数据的支持之下形成了自成体系和规模的一种技术分 支，相同的技术分支还包括无线网络传输技术、仿真模 拟技术、智能控制技术。同时人工智能技术还涉及不同 学科和领域，交叉复杂程度较高，人工智能依托于计算 机科技快速发展的全新时代，以各项成熟的单项科技为 基础，在智能化工作阶段取得了本质上的效果提升。 这一时期人们的生产和生活方式因计算机技术发展而改 变，对整体社会运转模式也造成了一系列的影响，这也 就为人工智能技术的多领域渗透提供了条件。在人们的 日常工作生活中，人工智能的影子无处不在，比如手机 的语音功能、录像功能，智能家居，智能汽车等，都为 人们的生活提供了极大的便利。人工智能技术和软件已 经成为了人类不可分割的一部分。当前，人工智能技术 在发展和运用的过程中依然存在一些壁垒和限制，这也 是今后科学家需要攻破的地方。

人工智能技术在机械设计制造领域的运用具有多方面的意义和价值。

第一个方面，它有利于推动机械设计制造行业 的全面转型，早在20世纪的30年代，西方发达国家就已经 尝试在机械制造设计领域融入智能化科技，并且取得了 不错的效果。我国相对于发达国家在机械设计制造领域 的智能投入相对较晚，部分地区采用的是传统手工业的 制造方法和设计方法，现代化水平相对较低。在企业机 械设计制造过程中主要依靠的是人力成本，廉价的劳动 力限制了企业的目光和格局，并且对行业的发展和进步 也造成了严重的制约。进入信息化时代以来，我国的经 济和科技发展得到了双重推动，在这一前提之下，机械 设计制造领域引入了人工智能技术，打开了人工智能的 新格局，人工智能科技的参与让我国机械制造水平得到 了前所未有的提高。我国本身就是一个制造业大国，若 要使机械设计制造行业得到整体调整和逐步转型，就必 须加强对人工智能技术的使用和创新融合，不断开发人 工智能蕴藏的新型资源，让整体行业得到进步，也让中 国制造行业由中国制造变为中国“质造”。

第二个方面，人工智能技术在机械设计制造领 域的运用能够有效减低人工成本的投入，传统的机械设 计制造大多数是依靠人工，相比之下传统机械生产的质 量和效率不佳，在人工智能技术加入之后，企业购买相 应设备，人力成本得到了大幅度削减，生产效率得到了 快速提升。在机械设计制造领域，人工占比较大，有时 人力支出甚至超过了原材料成本，这也在很大程度上增 加了企业压力，降低了企业收益。当代的机械设计制造 行业无需过多人工投入，技术人员只需提前编辑程序， 将编辑好的指令输入到人工智能系统，再投入合格的生 产设备和生产原料，便可以启动智能化设备的自动运作 ，工作人员不需要24小时固守岗位也可以监管整体生产 流程和生产质量。如果中途发生机械生产故障，系统会 及时根据事先编辑好的报警指令发出报警信息通知管 理人员，有些系统还可以自动辨别故障出现的区域，划 分故障点，以及分析故障原因并提出解决方案，防止故 障和问题继续扩散，避免造成更大的经济损失。相对于 传统的机械设计制造技术，在人工智能参与下的机械产 品的精确度和良品率均有所提高。

第三个方面，人工智能技术应用在机械设计制 造技术的流程中有利于对机械设计的整体步骤进行优化 。在机械设计加工领域会涉及较多的加工环节和加工周 期，这些环节需要投入较大的人力和物力，但是人工操 作无法做到十全十美，人为因素造成的差错不在少数， 且难以完全避免。人工误差率的上升也会导致机械精度 的下降。解决这一问题必须依靠人工智能辅助，因为人 工智能设备具有自动化和智能化的双重优势，它可以 模仿人类的大脑和肢体动作，代替人类进行流水线的重 复运作，能够把人类从繁琐枯燥的劳动中解放出来，简 化机械设计制造流程，并且制造出精准程度更高、更加 完美的机械产品，也让整体流程更加顺畅。同时人工智 能技术和设备还具有其他优势，相关企业需要加强对人 工智能技术的引进，加快人工智能技术在我国机械设计 制造企业中的普及速度。

（一）模糊推理系统的使用

在人工智能系统中，最重要的部位就是模糊推 理系统，机械设计和机械制造时运用模糊推理系统能够 准确计算出庞大的信息体量并对其进行分析，体现出人 工智能超强的数据处理能力。模糊推理系统能够模仿人 类大脑的信息处理流程和路径，提高处理信息的效率和 速度，运用数字化的语言和设计转换让数据能够正确 传达。在机械设计制造领域，运用模糊推理系统可以 借助连续函数表达式把数据信息呈现出来，表现出人工 智能对数据分析方面的诸多实用价值，但需要注意的是 模糊推理系统的使用需要保障其稳定性。

（二）神经网络系统的应用

在机械设计制造领域采用神经网络系统，能够 使其具备特有的神经元特征，联通网络渠道上传数据展 开信息分享，在短时间内对传输的信息数据进行保存。神经网络系统的使用还可以动态化处理数据，让机械设 计制造的流程变得更加可观，更具可读性，让工作人员 接收到具体的操作指令。神经网络系统模拟的是人类大 脑的神经元运动路径，在接收到信息时能够模拟神经元 的反射特征，对信息展开分析和處理，逐步得出机械设 计制造的分析结果，进而对数据进行有效的保护。在机械 设计制造行业中运用人工智能主要体现在热变形控制、 提高设备管理的有效性等方面，还可以进行机床的运动误 差补偿，站在加工工艺的角度，人工智能技术可以参与 工艺参数的评定，并且对加工过程可能会形成的误差展开 预测及补偿，在机械零件的设计和制造过程中，人工智能 技术可以和齿轮形态、齿轮CAD等不同的设计相结合。人 工智能技术的利用能够全面提高机械设计制造领域的生产 效率。

（三）故障诊断系统的使用

故障诊断系统的使用大多数运用在机电设备之中，机械设计制造领域最常出现故障的就是机电设备，机 电设备一旦发生运行问题，将会影响生产的连续性。为了 提高故障的排查精准度和处理速度，可以把人工智能技术 和故障诊断系统相互结合，进行有效定位和有效排除，达 到节约故障维修成本的效果。

诊断系统通常采用的是故障模型诊断、案例推 理诊断和规则推理诊断三大系统，对故障展开有效的预测 和排除，人工智能系统会自动建立故障案例库，在诊断 过程中通过推理机制，判断本次故障是否符合故障案例库 中的备存案例，同时它还能收集机械设计制造领域相关的 故障常识，并且归纳和总结分析，提高故障检索的实用性 和便利性。

故障诊断系统在机械设计制造领域的使用中具 有流程化特色，首先它可以通过机电设备打开人机交互界 面，对系统输入指令进行实时监督;其次它可以以用户信 息为依据，进行科学的分析和诊断，让诊断库的有关资料 和人工智能技术相结合，准确地判断出结果;除此之外， 人工智能技术可以依据故障案例库为用户故障诊断提供分 析并给出维修建议。用户在操作时可以根据相关的条例和 建议展开操作，提高维修精准度，有效节约维修时间。

（四）电子信息系统的使用

机械设计制造一般会借助电子系统和电子设备 ，启用输入和输出模式，监控有关信息，在这一过程中难 免会出现信息错误和信息泄露的情况。人工智能科技加入 后，以上问题能够得到有效控制和缓解。如果电子系统发 生数据传输错误以及系统运行不稳定等情况，系统会发出 警报信息，工作人员接收到警报并及时修正，提高电子信 息输出系统的有效性和准确性。

（五）自动识别系统的使用

机械自动化生产依靠控制器来执行任务，工作 人员需要事先建立模型控制，通过动态控制方案对接下来 的工作流程予以监控，动态控制方案的制作复杂性强、适 应性差，难以准确控制机械工程的预算量。人工智能技 术参与后，利用传感器对机电设备的运行参数展开24小 时监督，如果参数运行过程中发现问题和异常状态，便 会及时切断电源，并对有关工作人员发出报警信号。机械 工程的自动识别主要包括超声波感应、激光扫描、自动识 别等功能，能够精准辨别作业对象。自动识别技术能够对 工程对象展开全面的控制，使机械设计制造的生产效率得 到大幅度的提升。

（一）在机械产品设计中的运用

和传统的生产模式相比，人工智能技术融入机 械产品的设计能有效提高设计效率。人工智能技术可以利 用专家系统组件构建模型，在模型之中对方案展开模拟， 选择最优解。在数控机床模块的整体化设计中，可以对数 控机床进行总布局，之后再进行产品的加工。

和CAD程序相比，专家控制系统具有较强的灵 活性和针对性，它可以对每一个步骤进行细化解释，如果 发现了错误的程序可以进行快速修改，并且在机械结构的 设计过程中，传统的CAD系统只能对固有的程序展开加工 ，修改起来较为困难，而人工智能技术只需要给出一个 前提条件和数据就可以对整个细节展开重构。此外在设计 齿轮等精细化的机械零件时，人工智能技术只需要工作人 员设计出齿轮轮廓的范畴，输入传动信息就可以返给工作 人员一个完整的齿轮模型，它的运用优势是显著的。实践 研究发现，人工智能技术参与之下的机械设计性能更为优 越，噪声较小，齿轮廓形纠正方便，并且还可以自动生成 零件详图，方便参考。

（二）在数控机床控制中的运用

人工智能技术在机械设计制造领域的体现还可 以表现在数控机床的设计中，在操作机床的时候可以测算 现有的数据，观察数据是否符合约束和要求，比如在机械 零件的加工中控制切削条件，调节振动幅度。机械设计制 造离不开数控机床，传统的自动化控制系统采用机器人配合中心，对机械设计制造进行了改进，也正因为如此， 工作人员必须要对数控机床展开严格的控制，这也就意味 着企业必须要耗损财力安装计算机辅助设备才能够引入 自动化技术。但是人工智能技术参与之后却可以显著改善 这一缺点，它可以批量化的对机械产品进行设计和制造， 节约时间成本，降低资金消耗，性价比更高。

综上所述，在机械设计与制造环节，人工智能 技术的参与和渗透能够提供强大的助力，提升机械设计制 造的整体效率和精准程度。有关工作人员要对人工智能技 术的分支环节进行把控，运用模糊推理系统、神经网络系 统、故障诊断系统、电子信息系统、自动识别系统等多个分支，改进产品质量，提升机械设计制造的速度，推动整 体行业的高速运转。