陳金鵬

江蘇新?lián)P新材料股份有限公司，中國·江蘇 揚(yáng)州 225000

人工智能是一種新技術(shù)，具有較強(qiáng)的綜合性，近些年，人工智能在社會中的應(yīng)用愈加廣泛，在機(jī)械設(shè)計制造領(lǐng)域也發(fā)揮出了重要作用。論文結(jié)合實(shí)際，運(yùn)用文獻(xiàn)法、調(diào)查法等對人工智能技術(shù)在機(jī)械設(shè)計制造中的相關(guān)應(yīng)用展開思考探究。第一部分簡要分析人工智能技術(shù)；第二部分探究機(jī)械設(shè)計制造的有關(guān)特點(diǎn)；第三部分探究人工智能技術(shù)在機(jī)械設(shè)計制造中的應(yīng)用目標(biāo)；第四部分分析人工智能技術(shù)在機(jī)械設(shè)計制造中的具體應(yīng)用，提出有關(guān)觀點(diǎn)，以供借鑒參考。

人工智能；機(jī)械設(shè)計制造；特點(diǎn)；應(yīng)用

1 引言

人工智能是現(xiàn)代科技的產(chǎn)物，其功能豐富，形式靈活，用途廣泛，為機(jī)械設(shè)計制造相關(guān)工作帶來了很大便利。下面結(jié)合實(shí)際，對機(jī)械設(shè)計制造中的相關(guān)應(yīng)用展開具體探究。

2 人工智能技術(shù)簡析

人工智能是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的科學(xué)技術(shù)。其能模擬人的意識、思維的信息過程。人工智能技術(shù)的基礎(chǔ)是計算機(jī)科學(xué)，研究人工智能的主要目的是探究智能的實(shí)質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的能以人工智能相似的方式做出反應(yīng)的智能機(jī)器。當(dāng)前人工智能領(lǐng)域研究的主要內(nèi)容有專家系統(tǒng)、自然語言處理、圖像識別及機(jī)器人[1]。

3 機(jī)械設(shè)計制造相關(guān)特點(diǎn)分析

各項高新技術(shù)要得以實(shí)現(xiàn)必須依賴相關(guān)設(shè)備，而設(shè)備制造的材料以機(jī)械材料為主要代表，因此機(jī)械設(shè)計制造和自動化程度直接與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的時間應(yīng)用相聯(lián)系。機(jī)械設(shè)計制造經(jīng)歷了幾個發(fā)展階段，在機(jī)械設(shè)計制造的初始階段，自動化是指使用機(jī)器代替手工的工作方式，但在科技高度發(fā)達(dá)的今天，機(jī)械設(shè)計制造與自動化是基于計算機(jī)技術(shù)、PLC技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)的一種自動化生產(chǎn)方式[2]。

當(dāng)前的機(jī)械設(shè)計制造都由計算機(jī)輔助進(jìn)行。隨著科技的發(fā)展，自動化技術(shù)水平也會不斷提高，CAD 技術(shù)與專家系統(tǒng)的結(jié)合將成為必然趨勢。CAD 技術(shù)引入專家系統(tǒng)后，設(shè)計的自動化、智能化水平將大大提高，機(jī)械設(shè)計制造中的諸多問題都將得到解決。當(dāng)前的設(shè)計技術(shù)已經(jīng)有了很大突破，光敏立體成形技術(shù)快速發(fā)展起來并在諸多領(lǐng)域有了應(yīng)用。光敏立體成形技術(shù)是以CAD 數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對計算機(jī)控制的激光掃描系統(tǒng)進(jìn)行計算，將三維數(shù)字模型分成若干層二維片狀圖形，之后采用光學(xué)掃描技術(shù)，對光敏樹脂液面進(jìn)行掃描（掃描時按照的圖形為二維片狀圖形），液面經(jīng)過光學(xué)掃描后，就會固化成塑料。按照這樣的步驟循環(huán)操作，只需數(shù)小時就能將原型精確地制造出來。該項技術(shù)能夠大大提升新產(chǎn)品開發(fā)速度與機(jī)械制造效率。

4 人工智能在機(jī)械設(shè)計制造中的應(yīng)用目標(biāo)

4.1 提高機(jī)械設(shè)計制造效率

機(jī)械設(shè)計制造及自動化作為一項生產(chǎn)技術(shù)，要有利于生產(chǎn)效率的提升與生產(chǎn)成本的下降。傳統(tǒng)機(jī)械的自動化程度不高，在生產(chǎn)制造時部分工作仍需人工完成，耗時耗力，生產(chǎn)效率低。人工智能技術(shù)在機(jī)械設(shè)計制造中的應(yīng)用，要彌補(bǔ)傳統(tǒng)機(jī)械的缺陷，通過設(shè)計上的優(yōu)化與技術(shù)上的創(chuàng)新，大大提高機(jī)械的生產(chǎn)效率?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計制造及自動化的設(shè)計，要朝著全自動、智能化及數(shù)字化方向發(fā)展，要使機(jī)械生產(chǎn)不再受制于人工條件，能夠高效快速進(jìn)行。在機(jī)械設(shè)計制造及自動化設(shè)計中，按照高效性原則將現(xiàn)人工智能技術(shù)應(yīng)用其中，對機(jī)械進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，進(jìn)一步增加機(jī)械制造與科學(xué)技術(shù)的融合深度，提高機(jī)械制造效率與質(zhì)量水平[3]。

4.2 提高機(jī)械設(shè)計制造的安全水平

從事機(jī)械制造、運(yùn)用機(jī)械進(jìn)行生產(chǎn)等均有一定的危險性。據(jù)統(tǒng)計，中國每年因機(jī)械設(shè)備故障傷亡的人數(shù)約有15 萬。針對此，將人工智能技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計制造，通過人工智能取代一些人的危險活動或操作，從而提升機(jī)械設(shè)計制造整體的安全水平。具體如將人工智能技術(shù)應(yīng)用于設(shè)計環(huán)節(jié)，通過優(yōu)化設(shè)計提高機(jī)械及相關(guān)自動化裝置的安全性能，從而有效減少或避免人員傷亡事故的發(fā)生。如對自動化機(jī)械系統(tǒng)加以改良，進(jìn)一步提高其的穩(wěn)定性與可靠性，防止系統(tǒng)故障及由系統(tǒng)故障出現(xiàn)的人員傷亡。再設(shè)計一些比較封閉的機(jī)械設(shè)備室，于相應(yīng)部位安裝防護(hù)裝置，使機(jī)械設(shè)備運(yùn)用起來更加安全。

5 人工智能技術(shù)在機(jī)械設(shè)計制造中的具體應(yīng)用

5.1 設(shè)計環(huán)節(jié)的應(yīng)用

在機(jī)械設(shè)計環(huán)節(jié)，利用人工智能中的專家系統(tǒng)構(gòu)建機(jī)械模型，通過模型更好地把控機(jī)械設(shè)計精度，提高設(shè)計質(zhì)量。在設(shè)計數(shù)控機(jī)床模塊時，可通過人工智能技術(shù)搜索與模塊有關(guān)的資料、方案，從中提取有價值內(nèi)容并將運(yùn)用于數(shù)控機(jī)床模塊設(shè)計，使最終的方案更加科學(xué)可行。相較于CAD 程序，專家系統(tǒng)要更具針對性與靈活性，可完成對每一個機(jī)械設(shè)計與制造步驟的解釋，能使設(shè)計人員更及時地發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的不足并提出更完善的設(shè)計方案。在設(shè)計齒輪等機(jī)械零件時，將齒輪輪廓范疇或傳動信息輸入人工智能系統(tǒng)，系統(tǒng)就能自動設(shè)計出一個完整的齒輪，且專家系統(tǒng)還能不斷對齒輪廓形進(jìn)行糾正，機(jī)械設(shè)計質(zhì)量能得到保證[4]。

5.2 制造過程的應(yīng)用

人工智能技術(shù)功能豐富，實(shí)用性強(qiáng)，能為機(jī)械工程的進(jìn)步發(fā)展提供諸多助力。人工智能技術(shù)集合了多項先進(jìn)科技成果，適用于多個行業(yè)，尤其適合用于機(jī)械制造業(yè)與機(jī)械管理工作。于機(jī)械工程中科學(xué)合理運(yùn)用人工智能技術(shù)，可大大提升機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性，降低設(shè)備故障發(fā)生率。于機(jī)械制造中科學(xué)運(yùn)用人工智能技術(shù)，將顯著提升機(jī)械制造質(zhì)量，提高機(jī)械精度，使機(jī)械設(shè)備有更好的應(yīng)用性能。

人工智能技術(shù)以微電子、計算機(jī)、自動化、計算機(jī)輔助設(shè)計等各項先進(jìn)技術(shù)為基礎(chǔ)，這些技術(shù)大大提高了機(jī)械制造質(zhì)量與效率，降低了機(jī)械制造成本。人工智能技術(shù)以系統(tǒng)工程理論為為基礎(chǔ)，將信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等有機(jī)集成，綜合各項技術(shù)手段對整個加工制造過程進(jìn)行監(jiān)控與調(diào)節(jié)，使各項制造計劃順利進(jìn)行。將人工智能技術(shù)（主要是集成自動化功能）應(yīng)用于機(jī)械制造活動后，相關(guān)工作人員將居于整個制造活動的中心地位，通過信息網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等對制造過程進(jìn)行動態(tài)、遠(yuǎn)程調(diào)控，從而大大提高機(jī)械制造效率與質(zhì)量，降低機(jī)械制造成本。

目前，人工智能技術(shù)已在多種制造生產(chǎn)活動中都得到了使用。下面以汽車模具制造為例簡要論述人工智能技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用。

現(xiàn)代的汽車模具生產(chǎn)離不開數(shù)控車床，而數(shù)控車床中最關(guān)鍵的一項技術(shù)就是切削加工。在整體數(shù)控程序應(yīng)用中，切削參數(shù)包含很多類型的數(shù)據(jù)，如主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度等，這些參數(shù)主要是通過與之相對應(yīng)的數(shù)控指令進(jìn)行控制，此外，在數(shù)控程序中也包含著背吃刀量。在這種情況下，能夠利用數(shù)控方程式的方式，優(yōu)化加工過程中的各項參數(shù)，并以主軸實(shí)際轉(zhuǎn)速為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)其他變量的精準(zhǔn)優(yōu)化。為了把機(jī)床功率、轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量等控制在合理范圍內(nèi)，并優(yōu)化變量過程，需要在粗加工階段對切削功率、切削刀等進(jìn)行合理控制，同時需要對精加工階段的表面粗糙度進(jìn)行有效調(diào)控。以程序中實(shí)際獲得的主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度各項信息等，從而全面掌握虛擬加工過程中切削深度信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)控程序的全面應(yīng)用，以此為支撐實(shí)現(xiàn)各個模塊的自動化修正，同時對切削的參數(shù)數(shù)控程序進(jìn)行有效性優(yōu)化。在對主軸轉(zhuǎn)速參數(shù)進(jìn)行控制時，也同時進(jìn)行了分割和離散處理，因此，需要在修正程序環(huán)節(jié)中，要增設(shè)新的程序段，以便對相關(guān)參數(shù)信息進(jìn)行明確和優(yōu)化。如虛擬數(shù)控車床仿真系統(tǒng)主要是作為仿真系統(tǒng)平臺發(fā)揮作用，以此為支撐，對OpenGJ、VC++進(jìn)行有效性應(yīng)用，并利用NV 對其進(jìn)行直接驅(qū)動。由此可見，建模模擬數(shù)控技術(shù)既是基礎(chǔ)生產(chǎn)過程，同時也能夠促進(jìn)實(shí)際數(shù)控機(jī)床加工的穩(wěn)定性與可靠性。

數(shù)控加工電火花技術(shù)是一種十分先進(jìn)的現(xiàn)代制造技術(shù)，該項技術(shù)的先進(jìn)性在于，在模具加工工藝中使用了數(shù)控裝置，從而大大提高了加工精度，實(shí)現(xiàn)了超精密加工。電火花加工包括以下三種具體的加工工藝：電火花高速小孔加工工藝、電火花線切割加工工藝、電火花成型加工工藝。電火花加工時，工件與加工所用的工具為極性不同的電極對，加工時，電極之間多充滿工作液，工作液起到恢復(fù)電極間絕緣狀態(tài)的作用，維持電火花加工的持續(xù)放電。電火花加工中，工件與電極之間無基礎(chǔ)，兩者之間存有一定間隙。加工時，向電極與工件之間施加電壓，施加電壓后，電極向工件進(jìn)給，當(dāng)進(jìn)給至某一距離時，電壓就會擊穿兩極間的工作液介質(zhì)，從而產(chǎn)生局部的火花放電。局部火花放電會產(chǎn)生瞬時高溫，瞬時高溫會熔化或汽化電極對的表面材料。正是通過這種不斷的火花放電、不斷地溶蝕或汽化，將工件材料加工至預(yù)想的樣子。應(yīng)用數(shù)控加工電火花技術(shù)時，ATC 技術(shù)與自動編程軟件是兩大要點(diǎn)。通過ATC 技術(shù)與自動編程軟件是對加工電極中心的偏移量進(jìn)行自動測量，并動態(tài)監(jiān)測自動定位狀況，這樣才能確保自動加工過程的順利進(jìn)行。

在汽車模具制造加工中，對該技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化應(yīng)用，可以進(jìn)一步提升加工速度，強(qiáng)化加工精度，縮短工作時間，促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的提升。在生產(chǎn)制造中對數(shù)控銑削加工技術(shù)、計算機(jī)輔助技術(shù)CAD 等進(jìn)行聯(lián)合應(yīng)用，可以進(jìn)一步提升汽車模具制造質(zhì)量，推動行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。應(yīng)用數(shù)控銑削加工技術(shù)進(jìn)行汽車模具加工時，要對機(jī)床主軸工作過程進(jìn)行嚴(yán)格控制，把高速切削機(jī)床的具體轉(zhuǎn)速范圍控制在合理范圍，同時正確應(yīng)用機(jī)床驅(qū)動系統(tǒng)，做好系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計，并對整個加工過程進(jìn)行監(jiān)測與控制，使模具加工按照預(yù)想的軌跡進(jìn)行。

5.3 在其他環(huán)節(jié)的應(yīng)用

人工智能技術(shù)先進(jìn)，功能可靠，自動化程度高，運(yùn)用該系統(tǒng)對機(jī)械電氣設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，只需將機(jī)械電氣設(shè)備如熱電偶、熱電阻等固定在調(diào)試爐中，之后就不再需要人員的參與，系統(tǒng)會自動完成檢測與調(diào)試。但調(diào)試過程中工作人員需經(jīng)常查看，以免出現(xiàn)異常。系統(tǒng)自動調(diào)試結(jié)束后，會自動生成并打印出調(diào)試報告，工作人員根據(jù)調(diào)試報告對機(jī)械電氣設(shè)備的質(zhì)量性能與工作情況加以掌握。與傳統(tǒng)調(diào)試技術(shù)相比，自動調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試速度快、效率高、且減少了人員干預(yù)，人為失誤也相應(yīng)減少，調(diào)試結(jié)果更為精準(zhǔn)可靠，調(diào)試成本也相應(yīng)下降。

人工智能技術(shù)調(diào)試機(jī)械設(shè)備的另一種模式是：通過系統(tǒng)中各類智能感應(yīng)設(shè)備、信息采集系統(tǒng)等自動采集機(jī)電運(yùn)行數(shù)據(jù)，并以這些現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立DF-CIM 模型，借助該模型進(jìn)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析、統(tǒng)計關(guān)系分析及關(guān)口屬性分析，在精準(zhǔn)分析的基礎(chǔ)上再開展設(shè)備狀態(tài)判斷，最后完成自動調(diào)試。各類智能感應(yīng)設(shè)備與信息采集系統(tǒng)能為工作人員提供各項計算結(jié)果，輔助工作人員開展設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)對比分析，幫助工作人員制定更科學(xué)，更合理的調(diào)試方案與管理方案，從而提高機(jī)電設(shè)備調(diào)試工作的質(zhì)量。

將人工智能技術(shù)運(yùn)用于機(jī)械設(shè)備管理，相關(guān)工作人員也能通過智能手機(jī)，PAD 等移動終端對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測、調(diào)控與管理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的一體化管理與控制。系統(tǒng)通過各類智能感應(yīng)設(shè)備、信息采集數(shù)據(jù)系統(tǒng)等自動采集各類生產(chǎn)設(shè)備與工藝系統(tǒng)的參數(shù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)與狀態(tài)信號等等，最終完成對設(shè)備的調(diào)控管理。人工智能技術(shù)可完成機(jī)械設(shè)備自動化和過程自動化控制，實(shí)現(xiàn)完美的網(wǎng)絡(luò)功能，系統(tǒng)功能豐富、性能穩(wěn)定，擴(kuò)展性好、抗干擾性強(qiáng)，能為機(jī)械控制與管理帶來諸多幫助。

6 結(jié)語

綜上所述，論文簡述了人工智能技術(shù)，提出人工智能技術(shù)理論先進(jìn)，功能豐富，能在機(jī)械設(shè)計制造領(lǐng)域發(fā)揮出重要作用。分析了機(jī)械設(shè)計制造特點(diǎn)，提出當(dāng)代機(jī)械設(shè)計制造以先進(jìn)技術(shù)為支撐，CAD 技術(shù)等是機(jī)械設(shè)計制造中的主要技術(shù)。探究了人工智能技術(shù)在機(jī)械設(shè)計制造中的應(yīng)用目標(biāo)，提出要提高機(jī)械設(shè)計制造效率、提升機(jī)械設(shè)計制造的安全性及提高資源利用率等觀點(diǎn)。探討了人工智能技術(shù)在機(jī)械設(shè)計制造中的具體應(yīng)用，提出在機(jī)械設(shè)計制造中，人工智能技術(shù)在設(shè)計環(huán)節(jié)、制造環(huán)節(jié)、調(diào)試環(huán)節(jié)都有重要應(yīng)用。在機(jī)械設(shè)計環(huán)節(jié)，利用人工智能中的專家系統(tǒng)構(gòu)建機(jī)械模型，從而提高設(shè)計質(zhì)量；在制造環(huán)節(jié)，人工智能技術(shù)可以操作機(jī)械手臂完成相關(guān)制造活動，減少人員參與，同時人工智能技術(shù)對整個制造過程進(jìn)行監(jiān)視控制，保證機(jī)械制造質(zhì)量。