摘 要： 文章對(duì)人工智能理論進(jìn)行了簡(jiǎn)要的闡述，分析人工智能（AI）在各種智能控制技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。最后展望人工智能在機(jī)械控制設(shè)計(jì)中的未來(lái)發(fā)展。和智能控制的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞： 人工智能;智能技術(shù);機(jī)械控制;發(fā)展前景

人工智能是指可以利用符號(hào)、語(yǔ)言和知識(shí)表達(dá)等方式，用來(lái)模擬、延伸、擴(kuò)展人類智力的智能機(jī)器或智能系統(tǒng)。人工智能技術(shù)是當(dāng)前社會(huì)科技發(fā)展的重要方向，其影響力滲透到社會(huì)眾多領(lǐng)域，在機(jī)械行業(yè)它的主要應(yīng)用是遠(yuǎn)程控制、故障診斷、以及非線性設(shè)計(jì)等方面，可以說(shuō)人工智能技術(shù)為傳統(tǒng)機(jī)械行業(yè)指明了發(fā)展方向。

一、人機(jī)智能技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1.1機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)機(jī)械構(gòu)件的綜合模擬和分析研究的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中需要應(yīng)用到大量的數(shù)據(jù)分析和工程圖繪制，同時(shí)還要進(jìn)行方案選擇優(yōu)化、以及結(jié)構(gòu)的合理化設(shè)計(jì)。目前行業(yè)內(nèi)通行的設(shè)計(jì)方式是引入CAD/CAM系統(tǒng)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)和分析，隨著人工智能技術(shù)在CAD/CAM系統(tǒng)中的應(yīng)用，它可以將傳統(tǒng)的邏輯化、模塊化的數(shù)據(jù)處理方式提升為非數(shù)值處理，力圖使機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程自動(dòng)化，減少人類專家在設(shè)計(jì)過(guò)程中由于個(gè)人因素造成的不足。同時(shí)它還可以長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作，從而降低研發(fā)成本。因此設(shè)計(jì)智能化已成為機(jī)械設(shè)計(jì)中非常熱門的研究課題之一。

1.2 智能控制理論及研究領(lǐng)域

所謂智能機(jī)械控制是指通過(guò)定性與定量相結(jié)合的方式，針對(duì)環(huán)境和任務(wù)的復(fù)雜性與不確定性，機(jī)械設(shè)備能自主地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜信息的處理及優(yōu)化決策，并進(jìn)行有效控制操作的功能。智能控制是在人工智能在機(jī)械行業(yè)中又一項(xiàng)新興的技術(shù)應(yīng)用。它的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，如智能機(jī)器人控制、智能過(guò)程控制等方面。

二、人機(jī)智能技術(shù)在人機(jī)交互設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 人機(jī)交互的智能控制

傳統(tǒng)的人機(jī)交互控制包括手柄、按鈕等機(jī)械化控制方式，隨著技術(shù)的發(fā)展逐步過(guò)渡到電子操作方式，但他們都存在則控制界面大、操作精度低的問(wèn)題，同時(shí)隨著使用時(shí)間的加長(zhǎng)，老式的控制方式都會(huì)發(fā)生操作反應(yīng)慢、控制不靈敏的問(wèn)題。

因此，需將人工智能引入控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化，減少人的不確定操作。即通過(guò)采用語(yǔ)音合成、手寫(xiě)識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別等智能人機(jī)交互技術(shù)，將人的指令有效地、準(zhǔn)確的傳達(dá)給機(jī)器，從而驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)。它是自動(dòng)控制的最新發(fā)展階段，對(duì)智能控制系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)，重點(diǎn)放在對(duì)人的生理特征描述——人臉和語(yǔ)音的識(shí)別以及判斷識(shí)別機(jī)制的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)上。

2.2 人機(jī)智能學(xué)習(xí)功能

傳統(tǒng)機(jī)器設(shè)備的控制依據(jù)現(xiàn)代控制理論和設(shè)計(jì)者的主觀設(shè)計(jì)思想來(lái)完成，它們的主要特征是由設(shè)計(jì)師通過(guò)精確的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能，并推廣給客服使用。在這個(gè)過(guò)程中因?yàn)槿狈蛻舻男枨髤⑴c，因此在面對(duì)不同客戶時(shí)，特別是在面對(duì)一些復(fù)雜應(yīng)用問(wèn)題時(shí)會(huì)遇到不少諸如操作不方便、過(guò)程控制復(fù)雜等難題。

人機(jī)智能技術(shù)中的機(jī)器學(xué)習(xí)研究，是基于數(shù)據(jù)的收集分析和學(xué)習(xí)。即研究如何使計(jì)算機(jī)能夠模擬或?qū)崿F(xiàn)人類的學(xué)習(xí)行為，以獲取新的知識(shí)或技能。通過(guò)學(xué)習(xí)不同操作者的行為習(xí)慣、問(wèn)題解決方式等特征，重新組織已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)使之不斷改善自身的性能。研究從觀測(cè)數(shù)據(jù)（樣本）出發(fā)尋找規(guī)律，利用這些規(guī)律對(duì)未來(lái)數(shù)據(jù)或無(wú)法觀測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。根據(jù)學(xué)習(xí)模式、學(xué)習(xí)方法以及算法的不同，機(jī)器學(xué)習(xí)存在不同的分類方法。

2.3 智能視覺(jué)功能

計(jì)算機(jī)視覺(jué)是使用計(jì)算機(jī)模仿人類視覺(jué)系統(tǒng)的科學(xué)，讓計(jì)算機(jī)擁有類似于人類提取、處理、理解和分析圖像以及圖像序列的能力。機(jī)器視覺(jué)在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用主要?dú)w為四大類：識(shí)別、檢測(cè)、測(cè)量、定位與引導(dǎo)。

2.3.1. 識(shí)別

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)通過(guò)讀取一維碼、二維碼、部件標(biāo)識(shí)碼、元件標(biāo)簽、字符內(nèi)容來(lái)進(jìn)行識(shí)別。以外，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)還可以通過(guò)定位獨(dú)特的圖案來(lái)識(shí)別元件，或者基于顏色、形狀或尺寸來(lái)識(shí)別元件。目前，機(jī)器視覺(jué)在識(shí)別領(lǐng)域已經(jīng)用于產(chǎn)品外形和表面缺陷檢驗(yàn)，如木材加工檢測(cè)、金屬表面視覺(jué)檢測(cè)、焊縫缺陷自動(dòng)識(shí)別等。

2.3.2. 檢測(cè)

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)產(chǎn)品是否存在缺陷、污染物、功能性瑕疵和其他不合規(guī)之處，來(lái)確認(rèn)產(chǎn)品是否滿足品質(zhì)要求。機(jī)器視覺(jué)還能夠檢測(cè)產(chǎn)品的完整性，比如在食品和醫(yī)藥行業(yè)，機(jī)器視覺(jué)用于確保產(chǎn)品與包裝的匹配性，以及檢查包裝瓶上的安全密封墊、封蓋和安全環(huán)是否存在等等。

2.3.3. 測(cè)量

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算被測(cè)物幾何位置之間的距離來(lái)進(jìn)行測(cè)量，然后確定這些測(cè)量結(jié)果是否符合規(guī)格。如果不符合，視覺(jué)系統(tǒng)將向機(jī)器控制器發(fā)送一個(gè)未通過(guò)信號(hào)，進(jìn)而觸發(fā)生產(chǎn)線上的不合格產(chǎn)品剔除裝置，將該物品從生產(chǎn)線上剔除。機(jī)器視覺(jué)所提供的非接觸式測(cè)量功能避免了許多傳統(tǒng)的接觸式測(cè)量帶來(lái)的二次損傷。

2.3.4. 定位和引導(dǎo)

從簡(jiǎn)單的裝配檢測(cè)，到復(fù)雜的機(jī)器人應(yīng)用，都需要采用圖案匹配技術(shù)來(lái)定位相機(jī)視場(chǎng)內(nèi)的目標(biāo)物品或特征。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可以定位元件的位置和方向，將元件與規(guī)定的公差進(jìn)行比較，確保元件處于正確的角度，以此來(lái)驗(yàn)證元件裝配是否正確。

引導(dǎo)則是使用機(jī)器視覺(jué)來(lái)報(bào)告元件的位置和方向。引導(dǎo)可用于在二維或三維空間內(nèi)將元件的位置和方向報(bào)告給機(jī)器或機(jī)器控制器，讓機(jī)器能夠定位元件或機(jī)器，以便將元件對(duì)位。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，人工智能系統(tǒng)其最大的優(yōu)勢(shì)是本身的邏輯性和強(qiáng)大的計(jì)算能力，而這種優(yōu)勢(shì)在較為復(fù)雜系統(tǒng)的操作工程中能夠發(fā)揮重要作用。機(jī)械設(shè)計(jì)制造是十分復(fù)雜煩瑣的系統(tǒng)的工程，在操作方面存在著較大的難度，但是如果能將人工智能系統(tǒng)很好地應(yīng)用到這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，就能夠簡(jiǎn)化操作。在操作時(shí)，人工智能系統(tǒng)能夠根據(jù)操作的要求和目標(biāo)來(lái)選擇最適合最簡(jiǎn)捷的方法。達(dá)到最佳的效果。因此，如果我們能夠?qū)⑷斯ぶ悄芟到y(tǒng)廣泛地且有效地應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，定會(huì)為機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)帶了不少便利，而且，在新時(shí)期加強(qiáng)人工智能技術(shù)的應(yīng)用也會(huì)對(duì)我們的生活質(zhì)量的提高和社會(huì)的進(jìn)步發(fā)展起著極其重要的作用。

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作者簡(jiǎn)介：

第一作者：陳亮，1979-10，男，漢，湖北武漢，碩士，武漢輕工大學(xué) 副教授，包裝設(shè)計(jì)方向