李凱旋

【摘? 要】 在推動(dòng)機(jī)械電子工程的現(xiàn)代化過(guò)程中，人工智能技術(shù)對(duì)高精度控制、故障診斷、數(shù)據(jù)分析、提高機(jī)械電子設(shè)備的穩(wěn)定性、發(fā)展機(jī)械自動(dòng)化及用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊推理中都具有重要作用?；诖?，文章分析了人工智能技術(shù)在機(jī)械電子工程領(lǐng)域中的具體應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用方向，旨在探討人工智能技術(shù)在機(jī)械電子工程中的智慧化、高質(zhì)量的應(yīng)用和發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】 人工智能技術(shù)；機(jī)械電子工程；自動(dòng)化工程

一、人工智能技術(shù)的概念和基本內(nèi)涵

人工智能技術(shù)又簡(jiǎn)稱(chēng)AI（Artificial Intelligence），是模擬與人的行為和智力思維盡可能相似的理論、技術(shù)、方法及實(shí)踐應(yīng)用，是模擬人類(lèi)智能，幫助人類(lèi)完成相關(guān)活動(dòng)，拓展人類(lèi)能力發(fā)展的一門(mén)技術(shù)科學(xué)。此技術(shù)不僅可以通過(guò)機(jī)器的智能學(xué)習(xí)與處理，實(shí)現(xiàn)直接完成復(fù)雜計(jì)算的任務(wù)，在某些領(lǐng)域還能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工，高效避免因人為操作失誤所帶來(lái)的安全事故等問(wèn)題。人工智能計(jì)算處理速度和結(jié)果的準(zhǔn)確性相比于電腦操作具有明顯優(yōu)勢(shì)。人工智能技術(shù)包括人工智能編程和外部環(huán)境模擬處理，主要是遺傳算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是一門(mén)包括機(jī)器人感知問(wèn)題、語(yǔ)言識(shí)別、圖像識(shí)別、模式識(shí)別、自然語(yǔ)言處理、邏輯程序設(shè)計(jì)和專(zhuān)家系統(tǒng)等的交叉學(xué)科。在涉及機(jī)械學(xué)習(xí)方面，包括行為規(guī)劃、傳感技術(shù)、控制技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)等內(nèi)容，重點(diǎn)探究對(duì)機(jī)械模仿人類(lèi)實(shí)際功能，讓機(jī)械電子具有邏輯思維、判斷推理、自主學(xué)習(xí)、自主決策、自主優(yōu)化創(chuàng)新等自我處理能力，以達(dá)到更高的控制目標(biāo)。

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷增多。目前，人工智能的研究方向主要有感知智能化、行為智能化、學(xué)習(xí)智能化、思考智能化等。涉及的技術(shù)有幾個(gè)要點(diǎn)：其一是模式識(shí)別。用數(shù)學(xué)計(jì)算方法研究模式的自動(dòng)處理、判讀，對(duì)環(huán)境及客體進(jìn)行識(shí)別，研究人類(lèi)識(shí)別模式的機(jī)理和有效的計(jì)算方法，尋找出目標(biāo)任務(wù)與其他物體之間的差異，并自動(dòng)歸類(lèi)，為人們提供可靠的結(jié)果，從而提升工作的有效性與精準(zhǔn)度。其二是自然語(yǔ)言。自然語(yǔ)言指人機(jī)對(duì)話(huà)，研究的是如何識(shí)別人類(lèi)語(yǔ)言及機(jī)器與人類(lèi)通過(guò)控制臺(tái)或終端顯示屏幕進(jìn)行自然交流，執(zhí)行任務(wù)。該技術(shù)是將機(jī)械程序通過(guò)編程設(shè)計(jì)的方式，提升機(jī)械工作的效率，可以極大地降低人為失誤。還有就是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究的是人腦神經(jīng)單元和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（又稱(chēng)神經(jīng)元）之間的相互連接，然后通過(guò)數(shù)據(jù)模型運(yùn)算和信息處理技術(shù)，高速識(shí)別判斷相應(yīng)信息并優(yōu)化解決，具有良好的智能特性。最重要的是專(zhuān)家系統(tǒng)。專(zhuān)家系統(tǒng)是人類(lèi)借助人工智能技術(shù)所研發(fā)出的程序，擁有某一領(lǐng)域或?qū)W科非常完備的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，能夠像專(zhuān)家一樣解決特定或復(fù)雜領(lǐng)域的問(wèn)題，并做出決策。簡(jiǎn)言之，該技術(shù)就是通過(guò)模擬人腦智能的形式，讓機(jī)械有更高級(jí)的操作，從而解決生產(chǎn)過(guò)程中所常見(jiàn)的問(wèn)題。

二、人工智能技術(shù)在機(jī)械電子工程中的具體應(yīng)用

（一）精準(zhǔn)化操作

機(jī)械電子自動(dòng)化工程要求智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化的信息控制，在機(jī)械電子系統(tǒng)運(yùn)行中，工作人員可以利用人工智能程序?qū)ο到y(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行基礎(chǔ)判斷。因此，結(jié)合機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)行特征，調(diào)整和優(yōu)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)具有明確的目的性和必要性。運(yùn)用人工智能技術(shù)，可以幫助工作人員精準(zhǔn)控制各類(lèi)數(shù)據(jù)和功能信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的調(diào)整優(yōu)化，提高機(jī)械的工作效率，機(jī)械的精準(zhǔn)化需要實(shí)現(xiàn)視覺(jué)標(biāo)定精度和視覺(jué)算法識(shí)別精度以及運(yùn)動(dòng)控制精度。

例如，機(jī)械手臂的精確控制需要強(qiáng)大的傳感器系統(tǒng)，傳感器要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境中的力量、位置、扭矩等物理量，并采用先進(jìn)的力傳感器、視覺(jué)傳感器和編碼器等，為機(jī)械手臂提供準(zhǔn)確的操作信息，從而更精細(xì)地調(diào)整動(dòng)作，確保復(fù)雜場(chǎng)景下的精準(zhǔn)定位和操作能力。而高性能控制算法是機(jī)械運(yùn)動(dòng)的智能核心，在高精度任務(wù)中，控制算法需要考慮運(yùn)動(dòng)控制、運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃、碰撞檢測(cè)等多個(gè)因素。同時(shí)機(jī)械手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，直接影響了精確控制能力，這需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上追求輕量化和剛性平衡，以達(dá)到既能夠平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，提升定位精度，又能減輕機(jī)械負(fù)載，確保了精準(zhǔn)定位操作。在實(shí)際應(yīng)用中，機(jī)械的精確性會(huì)受到零件磨損、環(huán)境變化等因素影響。所以，精細(xì)地校正、校準(zhǔn)是確保機(jī)械持續(xù)高精度運(yùn)行的關(guān)鍵。機(jī)械需要配備自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)，可以檢查調(diào)整關(guān)鍵參數(shù)，以保持其性能精度。

在高精度任務(wù)中，機(jī)械手臂的軌跡控制和路徑規(guī)劃也非常重要，這需要先進(jìn)路徑規(guī)劃算法，依據(jù)任務(wù)要求自動(dòng)生成最優(yōu)路徑。軌跡控制技術(shù)可以保證機(jī)械電子在執(zhí)行過(guò)程中的平穩(wěn)和連續(xù)性。并且，通過(guò)先進(jìn)的集成式人機(jī)交互操作界面，工作人員可以直觀地控制機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同智能優(yōu)化。這需要機(jī)械手臂系統(tǒng)具備智能優(yōu)化功能，自動(dòng)調(diào)整策略和控制參數(shù)，提高操作效率和精度。

（二）數(shù)據(jù)分析處理

在傳統(tǒng)情況下，機(jī)械電子系統(tǒng)通常具有不穩(wěn)定性，在應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題。在系統(tǒng)運(yùn)行中，外部數(shù)據(jù)的變化如傳動(dòng)元件的負(fù)載、各傳動(dòng)元件的機(jī)械匹配以及工作過(guò)程中產(chǎn)生熱量和摩擦等因素都會(huì)影響系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。為此，機(jī)械可以利用人工智能技術(shù)對(duì)海量數(shù)據(jù)信息快速識(shí)別處理，并可以利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的視、聽(tīng)、感覺(jué)、觸覺(jué)及思維方式、感應(yīng)方式的模擬法，實(shí)現(xiàn)降低成本及提高數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性提高效率的目的。

人工智能技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)海量復(fù)雜的信息數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)分析和高效處理，通過(guò)分析處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和設(shè)備的穩(wěn)定性。并且管理人員可根據(jù)人工智能技術(shù)的模糊推理邏輯性思維等快速做好數(shù)據(jù)分析，提高工作效率。在數(shù)據(jù)分析過(guò)程中，工作人員可以依據(jù)人工智能技術(shù)進(jìn)行再推算，無(wú)極限接近連續(xù)函數(shù)，這項(xiàng)技術(shù)未來(lái)將會(huì)有較好的發(fā)展前景。另外，人工智能技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械電子領(lǐng)域中，可以極大減少人工操作以及事故的發(fā)生。為實(shí)現(xiàn)降本增效，一般是把人工智能技術(shù)應(yīng)用在信息系統(tǒng)的輸入、輸出、處理、反饋和控制領(lǐng)域中。所以，加大對(duì)人工智能技術(shù)的深入研究，尤其是在模糊推理與工程設(shè)備之間連接的穩(wěn)定性方面，應(yīng)加強(qiáng)深入性分析。在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代環(huán)境下，相關(guān)人員對(duì)此技術(shù)也在不斷深入研究，研究成果將推動(dòng)我國(guó)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展。

（三）故障診斷

機(jī)械電子設(shè)備復(fù)雜性較高，通常會(huì)出現(xiàn)各種各樣的故障問(wèn)題，影響系統(tǒng)或設(shè)備的有效運(yùn)作效率，以及行業(yè)生產(chǎn)。人工智能系統(tǒng)在對(duì)機(jī)械故障的排查、診斷中有重要作用。如果運(yùn)用人工智能技術(shù)及時(shí)采集系統(tǒng)或設(shè)備在運(yùn)行中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，就能夠精準(zhǔn)研判設(shè)備是否出現(xiàn)故障。對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施工程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，系統(tǒng)規(guī)劃包含操作互聯(lián)、擴(kuò)展研究、傳輸服務(wù)等請(qǐng)求，一旦出現(xiàn)失誤，會(huì)導(dǎo)致時(shí)間浪費(fèi)、成本超支，系統(tǒng)受到嚴(yán)重?fù)p失。人工智能技術(shù)具有人類(lèi)經(jīng)驗(yàn)的診斷能力，能有效解決大量問(wèn)題，提升系統(tǒng)規(guī)劃效能。

人工智能可以通過(guò)提高系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的功能，及時(shí)判斷出故障原因，定位故障位置，并獲得準(zhǔn)確及時(shí)的故障檢修，提高處理故障的效率，有效地保障機(jī)械電子產(chǎn)品的正常運(yùn)行。對(duì)機(jī)械電子工程產(chǎn)品而言，為避免機(jī)械故障和人工操作失誤等問(wèn)題發(fā)生，可以發(fā)揮人工智能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，讓整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程處于規(guī)范化運(yùn)行狀態(tài)。

將機(jī)械電子技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械工程的生產(chǎn)領(lǐng)域，可使機(jī)械加工的穩(wěn)定性、安全性及有效性得到了顯著提升。但在計(jì)算機(jī)控制程序和對(duì)誤差的精準(zhǔn)控制上，機(jī)械制造卻經(jīng)常出現(xiàn)很多問(wèn)題。而應(yīng)用人工智能系統(tǒng)，可以有效提高機(jī)械設(shè)備的精準(zhǔn)度，縮小機(jī)械生產(chǎn)誤差。當(dāng)設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，人工智能系統(tǒng)又能及時(shí)判斷出故障的位置、類(lèi)型，并發(fā)出預(yù)警，從而控制故障產(chǎn)生的影響。另外在節(jié)能優(yōu)化使用上，人工智能技術(shù)可以自動(dòng)分析機(jī)械設(shè)備在生產(chǎn)中所要消耗的資源數(shù)量，精確控制資源的供給量，從而節(jié)省原料成本的投入。

另外，人工智能系統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)功能可以對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，根據(jù)故障類(lèi)型設(shè)置參數(shù)，實(shí)現(xiàn)預(yù)警聯(lián)動(dòng)，解決冗雜的問(wèn)題和故障，提升電子工程系統(tǒng)的智慧化運(yùn)作能力，讓“自動(dòng)化系統(tǒng)”更快速、準(zhǔn)確、更全面地依據(jù)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，查出故障原因并解決問(wèn)題。如使用人工智能在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)采集機(jī)械電子的運(yùn)行數(shù)據(jù)并用網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)，監(jiān)控技術(shù)會(huì)及時(shí)對(duì)故障信息發(fā)出報(bào)警信號(hào)并給出故障分析和排除建議，建立數(shù)字化模型，這個(gè)模型的整體項(xiàng)目結(jié)構(gòu)包括數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、硬件處理層、PCL（可編程邏輯控制器）和智能分析層五大部分。即數(shù)據(jù)采集層裝有采集信息的各類(lèi)傳感器和集成接收模塊，如工程機(jī)械智能硬件上常用的加速度振動(dòng)傳感器T101A，將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)數(shù)字化后傳輸?shù)?PLC硬件系統(tǒng)。PLC對(duì)接收的數(shù)字信息進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為波形數(shù)據(jù)，并通過(guò)PLC和IP協(xié)議地址觸發(fā)臨時(shí)采集程序。智能分析層是對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，生成瀑布圖、趨勢(shì)圖、軌跡圖、拓?fù)鋱D等可視化數(shù)據(jù)圖。在此過(guò)程中技術(shù)人員需要對(duì)人工智能系統(tǒng)進(jìn)行捕捉異常參數(shù)的各種訓(xùn)練，以精準(zhǔn)識(shí)別設(shè)備中存在的或潛在的各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)。

（四）機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化

在機(jī)械設(shè)備工作的過(guò)程中，人工智能技術(shù)是通過(guò)超聲波自動(dòng)識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析加工的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的效果。

流程自動(dòng)化技術(shù)是建立在軟件程序上的智能技術(shù)，將其應(yīng)用到電子工程領(lǐng)域中，需要在機(jī)械前端安裝需要的軟件，監(jiān)測(cè)用戶(hù)在操作界面上的行為并進(jìn)行分析，根據(jù)用戶(hù)操作目的及操作步驟進(jìn)行運(yùn)作。相較于原來(lái)的“任務(wù)編寫(xiě)”，這種工作方式有很高的便捷性，在簡(jiǎn)單的重復(fù)操作中，流程自動(dòng)化技術(shù)可以降低崗位對(duì)專(zhuān)業(yè)性編程的技術(shù)要求，降低企業(yè)的投入成本。在中控系統(tǒng)智能建設(shè)中運(yùn)用流程自動(dòng)化技術(shù)，工作人員可以界定和自動(dòng)調(diào)節(jié)某動(dòng)作的重復(fù)時(shí)間、重復(fù)率通過(guò)靈活的控制方式和強(qiáng)大的集中管理，將生產(chǎn)信息完整又充分及時(shí)地傳送到下個(gè)程序中，提高了不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)的銜接質(zhì)量。

例如現(xiàn)在很多企業(yè)的機(jī)械制造生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)發(fā)揮其自主型智能數(shù)控技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)金屬?gòu)澢宀脑O(shè)備進(jìn)行離線編程，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)自動(dòng)進(jìn)行不同單元的設(shè)計(jì)等工作。企業(yè)可根據(jù)智能數(shù)控技術(shù)建立仿真加工平臺(tái)，針對(duì)性搭建配套的模塊化原型系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)，進(jìn)而輔助完成2D及3D的機(jī)械零件加工。在這個(gè)過(guò)程中，人工智能可按照生產(chǎn)程序運(yùn)行，自主選擇最優(yōu)的零件加工方案，大幅提高機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量，機(jī)械電子工程領(lǐng)域也將能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)人化自動(dòng)制造的目標(biāo)，有效提高機(jī)械生產(chǎn)制造的效能。

（五）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊推理

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種信息運(yùn)算模型，由大量的節(jié)點(diǎn)（或稱(chēng)神經(jīng)元）按不同的連接方式相互連接構(gòu)成不同的網(wǎng)絡(luò)。它以計(jì)算機(jī)信息處理方式模擬人腦神經(jīng)系統(tǒng)及記憶信息存儲(chǔ)的形式，實(shí)現(xiàn)智能化模式、自動(dòng)控制、預(yù)測(cè)估計(jì)等行為的系統(tǒng)?，F(xiàn)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用廣泛，在自動(dòng)控制、模式識(shí)別、輔助決策、信號(hào)處理等很多領(lǐng)域都開(kāi)展了深入研究。在機(jī)械電子智能中，人們通過(guò)軟件模擬和硬件操控結(jié)合的形式來(lái)對(duì)信息處理和分析，根據(jù)分析結(jié)果得到相關(guān)的參考數(shù)據(jù)，為新的模型和算法提供條件。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和較高的智能化水平的優(yōu)點(diǎn)，可以準(zhǔn)確完成巨量的數(shù)據(jù)技術(shù)、信息計(jì)算，提高數(shù)據(jù)計(jì)算的效率，還具有自學(xué)習(xí)功能和高速尋找優(yōu)解的功能。模糊推理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；?、全面化的數(shù)據(jù)處理，擁有較強(qiáng)的實(shí)用性和清晰的結(jié)構(gòu)，能結(jié)合數(shù)據(jù)指令函數(shù)和具體數(shù)據(jù)情況，高效處理數(shù)據(jù)，并形成準(zhǔn)確的相對(duì)性函數(shù)。目前模糊推理在機(jī)械電子中還有明顯的局限性，對(duì)海量復(fù)雜的數(shù)據(jù)信息處理不夠精確。所以，技術(shù)操作人員需要將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊推理二者結(jié)合分析使用。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著科技的發(fā)展，人工智能技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。在故障診斷、數(shù)據(jù)分析、精準(zhǔn)化、電氣工程、機(jī)械電子系統(tǒng)輸入以及工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，都取得了令人矚目的成績(jī)和效果，加強(qiáng)人工智能技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，有助于提高機(jī)械生產(chǎn)效率，降低成本，規(guī)避事故和風(fēng)險(xiǎn)，并增強(qiáng)機(jī)械運(yùn)作的安全性和穩(wěn)定性。未來(lái)應(yīng)明確人工智能技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)是“自動(dòng)化”與“智能化”，提高人工智能技術(shù)應(yīng)用的效率，促進(jìn)機(jī)械電子工程生產(chǎn)的實(shí)效。簡(jiǎn)言之，在機(jī)械電子領(lǐng)域的產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)及操作過(guò)程的智能化與自動(dòng)化都將大力發(fā)展人工智能技術(shù)，提高設(shè)備自動(dòng)控制的性能，加快機(jī)械電子的精準(zhǔn)控制與穩(wěn)定化發(fā)展。

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