机械电子工程与人工智能技术的整合探讨

摘要：本文首先阐述了机械电子工程的特点，对于传统的机械能量连接、功能连接，突出了信息连接的作用。将人工智能技术引入到机械电子工程中，并提出改造发展传统机械系统的核心就是信息的采集、交换传输、集中处理，以此为基础来实现机械工程的智能化。

关键词：机械电子工程；人工智能；信息

1.引言

对于传统的机械工程，大致分为两类：制造类；动力类。制造类具体囊括了毛坯制造、机械加工以及装配这三大生产流程；相对的，动力类则包括多种发动机。机械工程与电子技术的结合始于上世纪，电子技术开启了机械工程的新篇章。随着计算机技术日新月异的发展，机械和电子通过信息的纽带终于联系在一起，形成了机械电子工程。

人工智能技术在机械电子工程的发展和渗透，促进了信息的连接和使用。运用现代新技术改造机械业，能引领传统的机械业快速的向前发展。而且机械系统日益复杂，融入人工智能技术也是迫在眉睫。

2.机械电子工程简介

20世纪，学科的发展趋势是各门学科的交叉渗透。21世纪，机电工程将电子、信息、智能化等融合起来，使机械工程有了新的理论和方法，进一步的开拓新的领域。早期的机械业主要依靠手工技术，在生产力水平低下的阶段，不过使用性强；三十年代出现流水线，大批量生产，可是缺乏灵活性；如今的生产大多数要求周期短、生产灵活并且质量好，所以最经常使用的就是一机械电子工程为主要内容的FMS（柔性制造系统），基本可以达到所有的要求。

2.1机械电子工程的特点

相对于传统的机械业，机械电子工程有这明显的特点。如果就设计而言，机械电子工程没有严苛的界限，在设计过程中也不是独立的工程学科。机械电子工程会根据结构配置，把电子工程、计算机技术作为核心部分与制造、管理和生产加工有机地结合起来，利用基于信息的后入先出的模块化方案来完成设计。

2.2机械电子产品的特点

机械电子产品结构简单，组成元件少。以小巧的电子技术替代“傻大粗”的机械系统，缩小了产品的体积，又提高了产品性能。

机械电子工程把机械和电子技术有效结合，为了构成最优系统。现代的机械电子系统在“块与块”之间的动力联系外，还有信息间的紧密联系。生产改革的未来属于懂得优化机械电子系统的人，而在先进生产和制造的应用中，关于优化已经更为迫切；在这些系统中，人工智能技术和先进的工艺制造系统必将组成以后工厂生产的关键工艺。

3.将人工智能技术融入机械电子工程

信息、物质和能量始终作用人类社会的方方面面。生产力低下时，人类为了生存，靠的是物质和能量；生产力提高以后，人类不光想着如何让生存，还计划着该如何发展，这就要依靠信息了。

鉴于如今面对的系统越来越复杂，所以要处理各种各样的信息类型。在信息的获取方面，会出现两类不同的信息来源，一个是传感器采集到的信息，一个是相关专家提供的语言信息。但是智能化处理是以知识信息为基础的推理，含有复杂多变、模糊的特点。利用人工智能技术建立系统模型，经常使用的两大方法就是模糊逻辑推理系统和神经网络系统。

3.1模糊逻辑推理系统：模糊系统模拟人脑功能，应对语言信号，物理含义明确

3.2神经网络系统：神经网络系统模拟的是人脑结构，应对数字信号，只给出数值参考。

模糊逻辑推理系统和神经网络系统在输入输出的处理上非线性映射有着相似的网络结构形式，只有处理进程不一样。二者在给定的条件下都可以以任意精度逼近一个连续函数。明显不同的地方在于：

（1）映射方式不同：模糊邏辑推理系统主要实现域到域的映射；而神经网络系统负责点到点的映射。

（2）精度不同：模糊逻辑推理系统的输入输出呈台阶状，精度低；神经网络系统呈光滑曲面，精度高。

（3）信息存储方式不同：模糊逻辑推理系统已规则方式存储；神经网络系统以权系数分布方式存储。

（4）连接方式不同：模糊逻辑推理系统每一次输入只和原来的规则相关连接不稳定，计算量较小；神经网络系统每个神经元与前一级神经元都有联系，连接固定，计算量大。

（5）结构不尽相同：模糊逻辑推理系统的隶属度数反应的是模糊变量明确的物理意义；神经网络系统对权系数不能做出物理解释，意义不明确。

不论是神经网络系统，还是模糊逻辑推理系统，有效地解决了认识应用系统的复杂性问题。如今，单一的人工智能技术已经不能满足机械电子工程系统复杂性的需要。因此，众多学者都认为综合性的智能技术必将取代单一的智能系统。

4.机械电子工程与人工智能技术的完美整合

为了实现机械电子工程与人工智能技术完美结合，已经开始综合多种智能技术利用互补相融的方法来体现不同智能技术的优点，弥补各自的不足。模糊神经网络系统是综合智能技术的成功典范，一直是人工智能领域的热点话题。模糊逻辑推理系统与神经网络系统的融合方式大致分为两种：

4.1功能互补型

功能互补就是把模糊逻辑推理功能插入神经元中，使得整个神经网络系统同样具有逻辑推理能力。

4.2功能相似型

采用神经网络中神经元的非线性映射部分与模糊变量隶属函数作用相似的融合，通过调整神经元输出属性来进一步实现函数的优化。

5.总结

本文开始，简要阐述了机械电子工程的特点，紧接着重点讨论了人工智能技术，这主要囊括模糊逻辑推理系统和神经网络系统在机械电子工程中的应用。机械电子工程是机械工业发展过程中开辟的新领域。数据信息的交换传输，是机械电子工程的重点，关于信息的采集、处理和使用是机械电子工程的关键。人工智能技术为机械电子工程的信息处理指明了新路径。

参考文献：

[1]周广林，赵汗青，王宏.《定向培养机械电子工程专业毕业设计的改革探索》.黑龙江教育学院学报，2010，29（11）

[2]洪华杰，柯冠岩.《关于高校机械电子工程专业创新教育的思考》.高等教育研究学报，2009，32（4）

[3]李英杰，关秋菊，张日红.《机械电子工程专业的建设研究》.仲恺农业工程学院学报，2010，23（z2）

作者简介：

刘永刚（1976—），男，汉族，云南省文山市人，学历：大学本科学历，讲师职称，主要研究方向：机械电子工程。