湯敏

【摘要】改革開放以來，機(jī)械電子工程得到了快速發(fā)展，在生產(chǎn)生活中的地位也不斷提高。然而，在發(fā)揮著巨大作用的同時(shí)，對(duì)于科學(xué)技術(shù)水平的提高也迫在眉睫。通過人工智能在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用，能夠?yàn)闄C(jī)械電子工程的未來發(fā)展提供更多更好的機(jī)遇。本文通過對(duì)人工智能和機(jī)械電子工程的分析，從而探討人工智能在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵字】人工智能；機(jī)械電子工程；機(jī)器人

"機(jī)器換人"是當(dāng)下的熱門話題，政府、企業(yè)、專家和大眾熱烈討論的背后，不僅反映出人力成本已經(jīng)成為鉗制經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要素，也讓人工智能漸漸深入到普通人的心底。

其實(shí)，早在上個(gè)世紀(jì)，電腦"深藍(lán)"就擊敗了國(guó)際象棋冠軍。而就在今年，一篇名為《8月CPI同比上漲2.0%創(chuàng)12個(gè)月新高》的財(cái)經(jīng)報(bào)道，把人工智能的作用再次推上輿論巔峰。在歷史上，"人工智能"這個(gè)術(shù)語第一次出現(xiàn)在1956年舉辦的"侃談會(huì)"上，而第一部能進(jìn)行機(jī)械加法的計(jì)算器在17世紀(jì)就已經(jīng)被發(fā)明出來，幾年后，法國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了Prolog語言。發(fā)展到如今，在互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的推動(dòng)下，人工智能獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，無人駕駛、語音識(shí)別、圖像分類、智能翻譯、可穿戴設(shè)備等人工智能技術(shù)的先后出現(xiàn)，讓人工智能成為推動(dòng)機(jī)械電子工程發(fā)展的強(qiáng)大助力。

1，人工智能與機(jī)械電子工程

機(jī)械電子工程是從機(jī)械工業(yè)方面發(fā)展而來，是順應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求的產(chǎn)物。在生產(chǎn)方式由手工向機(jī)械化轉(zhuǎn)變之后，信息化帶來了信息技術(shù)，信息技術(shù)在機(jī)械工業(yè)上的應(yīng)用，讓機(jī)械電子工程應(yīng)運(yùn)而生。機(jī)械電子工程是機(jī)械工程、信息工程和電子工程在功能上和物理上的結(jié)合，是包含多個(gè)學(xué)科的機(jī)械活動(dòng)。與傳統(tǒng)的機(jī)械工程相比，機(jī)械電子工程的綜合性和復(fù)雜性更強(qiáng)，這也對(duì)與之結(jié)合的學(xué)科、技術(shù)提出了更高的要求。在設(shè)計(jì)上，機(jī)械電子工程以機(jī)械工程為核心，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、電子工程、生產(chǎn)管理等方面，充分考慮生產(chǎn)制造的方方面面。同時(shí)，也正因?yàn)榕c多學(xué)科的結(jié)合，讓機(jī)械電子工程在產(chǎn)品上，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從"重型"向"微型"的轉(zhuǎn)變。縮小產(chǎn)品的物理體積，通過一些微小的控制組塊，簡(jiǎn)化機(jī)械的外形結(jié)構(gòu)。在性能提高的同時(shí)，也大大方便了實(shí)際生產(chǎn)操作的運(yùn)用。

人工智能在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用，將機(jī)械電子工程的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)一步發(fā)揮，也彌補(bǔ)了機(jī)械電子工程產(chǎn)品上的一些缺陷。通過人工智能的識(shí)別能力和處理能力，能夠及時(shí)對(duì)生產(chǎn)、設(shè)備出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，并運(yùn)算出最合理的解決措施，然后施行。不僅能夠有利于減少設(shè)備出錯(cuò)的可能，對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控維護(hù)，也有利于企業(yè)生產(chǎn)的正常運(yùn)作，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

然而，由于機(jī)械電子工程的環(huán)境和組成比較復(fù)雜，實(shí)際生產(chǎn)生活中，對(duì)于系統(tǒng)的具體要求也各不一樣。人工智能在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用，需要克服多樣化、問題復(fù)雜、需求不統(tǒng)一等困難，這種差異性，要求在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)，更加嚴(yán)謹(jǐn)、準(zhǔn)確和合理，從而減少網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)崩潰的可能。

2，人工智能在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用

社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，帶來了科學(xué)技術(shù)的提高，人工智能在機(jī)械電子工程領(lǐng)域的應(yīng)用增多，也推動(dòng)了人工智能的發(fā)展。單一的機(jī)械電子工程，可以應(yīng)用到低端、要求不是很高的領(lǐng)域，但是對(duì)于操作復(fù)雜、要求較多的領(lǐng)域，就需要機(jī)械電子工程與人工智能的"配合"。

目前，機(jī)械電子工程在輸入與輸出關(guān)系上的描述方法有學(xué)習(xí)并生成知識(shí)、建設(shè)規(guī)則庫(kù)和推導(dǎo)數(shù)學(xué)方程這三種方法，雖然具有嚴(yán)密和精確的特點(diǎn)，但是對(duì)于較為復(fù)雜的系統(tǒng)，這種方法并不能有效地進(jìn)行運(yùn)作。而人工智能的模糊推理系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過對(duì)人腦和神經(jīng)系統(tǒng)的模擬，讓系統(tǒng)擁有人類的思維，作出人類的反應(yīng)。

一般而言，人工智能的模糊推理系統(tǒng)也稱為FIS，具有明確的物理意義，由于沒有相對(duì)固定的連接點(diǎn)，因此不僅計(jì)算量比較小，對(duì)于數(shù)據(jù)的推理輸出精確度也相對(duì)較低。模糊推理系統(tǒng)是從域這個(gè)十分廣泛的區(qū)域進(jìn)行映射，以規(guī)則的方式儲(chǔ)存信息。而相對(duì)而言，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)沒有具體的物理意義，具有相對(duì)固定的連接點(diǎn)，因此計(jì)算量比較大，數(shù)據(jù)推理輸出的精確度也較高。以分布式儲(chǔ)存信息的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，運(yùn)用的是點(diǎn)到點(diǎn)的映射方式。以人作為對(duì)比，模糊推理系統(tǒng)類似于人腦的功能，依靠對(duì)各種語言信號(hào)進(jìn)行接收，通過對(duì)信號(hào)的分析，導(dǎo)出最合理的結(jié)果。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)則類似于人腦的結(jié)構(gòu)，依靠對(duì)各種數(shù)字信號(hào)進(jìn)行接收，通過對(duì)信號(hào)的分析和檢驗(yàn)，從而獲得參考數(shù)據(jù)和計(jì)算數(shù)值。在復(fù)雜非線性問題上，模糊推理系統(tǒng)具有優(yōu)勢(shì)，基于DSP與MCU的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)化電機(jī)控制系統(tǒng)，不僅體積小、易移植，還具備成本低、可靠性高、傳輸速度快等優(yōu)勢(shì)。

在機(jī)械制造過程中，智能控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的應(yīng)用，可以使用計(jì)算機(jī)技術(shù)取代一部分腦力活動(dòng)，模擬人類的制造活動(dòng)。通過模糊推理系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以對(duì)機(jī)械制造的狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，再結(jié)合傳感器融合技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和預(yù)處理，達(dá)到修改控制模式的目的。在這個(gè)過程中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以利用自身的處理和學(xué)習(xí)能力，將殘缺不全的信息進(jìn)行收集和處理，再通過模糊推理系統(tǒng)，將殘缺不全的信息進(jìn)行集合、糅合，讓外環(huán)決策機(jī)構(gòu)通過選取數(shù)據(jù)來選擇相應(yīng)的控制動(dòng)作，最終達(dá)到機(jī)械制造系統(tǒng)的智能檢測(cè)、機(jī)械制造系統(tǒng)的智能監(jiān)控、機(jī)械制造系統(tǒng)的智能排障、機(jī)械故障的智能診斷和智能學(xué)習(xí)等。

而機(jī)器人領(lǐng)域，人工智能的智能控制在機(jī)器人動(dòng)力系統(tǒng)中有著很好的應(yīng)用。利用人工智能，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手臂姿態(tài)和動(dòng)作、行走路徑及其軌跡跟蹤方面的智能控制，并且能夠解決智能控制機(jī)器人在傳感器信息融合與視覺處理方面的問題，早在2010年哈爾濱工業(yè)大學(xué)的新一代機(jī)器人，在參加德國(guó)柏林國(guó)際航空航天展覽會(huì)時(shí)，便與德國(guó)總理默克爾親切握手。而2015年4月舉行的漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，默克爾將手指伸入ABB集團(tuán)推出的雙臂機(jī)器人YuMi的機(jī)械鉗中，YuMi立刻停止了動(dòng)作。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和模糊推理系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)環(huán)境進(jìn)行定位、建模、監(jiān)測(cè)和規(guī)劃，從而保證了機(jī)器人的使用安全。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年，我國(guó)市場(chǎng)的工業(yè)機(jī)器人銷量猛增54%，達(dá)到5.6萬臺(tái)。2014年我國(guó)智能語音交互產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到100億元，指紋、人臉、虹膜識(shí)別等產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)100億元。機(jī)器人產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，進(jìn)一步加快了人工智能在機(jī)械電子工程中應(yīng)用速度。

雖然人工智能尚不完全成熟，在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用還存在一些問題。但是，人工智能與機(jī)械電子工程的相互融合，有利于互補(bǔ)自身的不足，促進(jìn)共同發(fā)展。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，對(duì)人工智能在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用研究更加受到重視，也符合《中國(guó)制造2025》中對(duì)"智能制造"的設(shè)想，將有利于促進(jìn)社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展。

【參考資料】

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