机械电子与人工智能的发展及深度融合探析

曹颖

（山东省济宁市第一人民医院，山东济宁，272111）

机械电子与人工智能的发展及深度融合探析

曹颖

（山东省济宁市第一人民医院，山东济宁，272111）

机械电子与人工智能是智能时代的两大主要应用技术。阐述了两者各自技术、理论和应用特征，探索和分析了两者融合的突破口，即机械电子工程的初步应用需通过嵌入人工智能技术和方法等方可得以实现。人工智能不仅可优化机械电子工程，也要在优化过程中寻求“智能”的提升。两者有机耦合将引领我国科学技术（工程）走向更高阶段。

机械电子工程；人工智能；融合；优化

引言

传统机械工程主要对机械动力、工艺流程等内容进行研究，采用物理机械力矩等方法实现设备运行。机械电子工程侧重于传统机械工程与电子信息技术的融合，主要目标是实现电子控制、自动化和智能化，技术融合为机械制造发展开辟了新领域。

当今智能化水平日趋提高，很多产品实现了智能化应用操作，对机械电子工程应用领域具有很大拓展，无人飞机、机器人等就是先进代表。

本文对两者进行耦合研究，探讨其产品或工程的发展前景。

1 机械电子工程

在上世纪40年代,全球科技研究掀起热潮，技术快速进步，实现了电磁学科、电与力等多领域交叉互动，能源得以广泛应用，促进了社会的进步。在机械与电子融合工程初期，由于人们思想上受限于当时计算机以及集成电路、软件等技术，很多机械产品如汽车等都由传统手工制作完成，电子含量极低，更谈不上自动化。随着科学技术的不断发展和完善，利用电子信息技术手段提高了生产力，促进了机械工程的发展[1]。目前机械电子工程技术的效率和水平已经得到了大幅度提升，使得海洋开发、航天宇航等高精尖项目得以实现，机械电子技术融合达到极高水平。

机械电子工程是一门复杂的学科，实现了多学科的有机融合，是一种以机械、计算机和电子为核心，采用多模块设计，旨在发挥各种技术的最大化优势的学科。机械电子工程主要以机械工程为核心，并借鉴了电子工程和计算机技术等学科。

机械电子工程应用的知识较多，其内部机理越来越复杂，但是产品体积越来越小。主要利用一些传统机械电子元件技术进步，得益于元器件产业技术进步，进行科学组合，以期发挥产品最大性能，减少资金浪费，提高产品质量。机械电子工程产品外观较简单，物理体积小，产品内部性能较高。

自动化生产线成为现实。机械电子工程与机械工程的融合，促进了机械电子产品的流水线作业，提升了工作效率，在一定程度上提高了产品生产效率，实现了规模化生产，可以在短期内将机械电子产品输送到市场。但是由于我国很多生产线路都是从国外引进的，生产模式与我国差距较大，很多产品都不能满足当前市场需求。为了促进机械电子工程的发展，必须结合我国发展状况，实现人工智能与机械电子工程相融合，展示机械电子工程与人工智能的优势，最终实现产品智能化和产业化发展。

集约化程度越来越高。在科学技术的影响下，目前机械电子工程已经成功进入到集约化生产阶段，成为目前加工制造业的主要发展模式，可以制造出柔性好[2]、灵活性强的产品，而且缩短了产品生产时间，更好地适应了当前市场经济的发展。此阶段生产的产品具有较高技术含量，提升了企业的核心竞争力。

2 人工智能技术

计算机控制系统是人工智能发展的基础。从人工智能研究范围来看，涉及的范围较广，第一要包括“人工系统”——即五官的系统，如语言识别、图像识别和语音识别等专家系统等操作，还涉及心理学、信息论等学科；第二要包括“智能系统”，就是用计算机、控制芯片等硬件，配合软件系统，结合机械力学、电磁感应等内容，形成智能系统。

人工智能实际上是心理语言知识和哲学理论知识以“机器人”、“无人机”等形式的体现，是一种提高机器工作效率、替代人操作的系统，已经成为当今最前沿的综合系统。

从人工智能的发展来看，可以将其划分为五个阶段：

（1）萌芽阶段。人工智能最早起源于上世纪五十年代[3]，以申农为主的人员率先研究了机器模拟等问题，拉开了人工智能的序幕。此阶段发展较缓慢，但是此阶段的进展给人工智能研究积累了大量经验。第一台计算机的顺利诞生给人们创造了新的研究角度，但依然没有取得实质性突破。所以不妨将此阶段理解为经验积累阶段，是今后智能化研究的坚实基础。

（2）第一发展期。人工智能在上世纪60年代处于核心阶段，主要进行语言翻译等操作。“人工智能”命题的提出促进了其发展。此阶段主要进行基本证明，取得的最大化成果就是解放了人类思想，为今后研究提供了理论数据支持。

（3）瓶颈阶段。上世纪70年代科学家反复研究后发现，机器模仿人类思想是一个较大的系统，现有理论根本无法进行研究。

（4）第二发展期。人工智能和实际生产实现了结合，促进了人工智能的发展，使其进入到知识层面研究[4]。此阶段中的很多人工智能成果已经成功应用到商业领域中。

（5）平稳阶段。随着科学技术和互联网技术的发展，人工智能开始成为分布式主体，促进了其进一步发展。

人工智能是一种扩展人类思维的技术，“专家系统”是计算机、元器件、控制、机械、系统工程等领域技术大融合的产品，可以帮助人们、乃至替代人们完成操作、控制、解决实际问题，是一门发展前景光明的学科。

3 融合探析

3.1 控制重点

随着信息化社会的发展，计算机网络技术开始渗透到人们生活生产的各个领域，已经成为信息传输的重要媒介，也在一定程度上改变了人们的生活方式，为机械电子工程技术创造了新的发展机会。人工智能的加入，更是给机械电子工程提供了更广阔的发展舞台，这是因为传统机械电子系统的稳定性较差，尤其是数据量增加时，无法使用人工方式处理信息，必须及时采用一些信息技术进行处理。人工智能首先利用构建和控制模型等操作处理信息，再对信息故障问题进行诊断分析。此外，人工智能还可以采用神经网络与模糊推力等两种系统详细全面地描述系统数据，进而科学合理地完成相关操作。二者融合应用领域很广，本文以飞机地面控制系统为例，两者的耦合具体应用有以下三方面：

第一，机械电子工程的初步应用需通过人工智能得以实现。传统机械电子工程运行非常不稳定，尤其是在输入和输出等方面。所以，机械电子系统必须要建设一个规范的数据库，采用数学方程验证后再输出。但是该种方法只能进行简单运算，不能处理复杂问题。随着网络技术的发展和应用，人们对计算机也提出了较高要求，只有实现人工智能与计算机及互联网的有机结合，才能占领大范围和高速度优势，进而处理复杂问题。例如飞机动力地面模拟系统就实现了两者的结合，图1为其系统工作原理图。

图1 飞机动力地面模拟系统工作原理图

第二，人工智能要致力于优化机械电子工程。人工智能可利用神经网络和模糊推理两种方式及时描述数据信息，进而实现机械电子工程的科学控制。神经网络与模糊推理系统具有相辅相成的关系：神经网络主要进行数字信号的接受和传输；模糊推理可模仿人脑，实现语言信号到数字信号的转变。但这两种方法也存在很大差异，各具自身的发展优势：神经网络可利用分布式手段实现信息储存操作，内部各个神经元均紧密相连，而且可承担复杂的处理任务；模糊推理相对简单一些，可以利用规则方式实现信息储存。精确度方面，神经网络系统更加灵活[5]。虽然以上两种处理方式非常有效，但是进行复杂系统处理时，依然会遇到很多问题，所以必须实现两种系统的融合，更加精确、详细地完成信息处理和系统描述等操作。

第三，人工智能要在优化机械电子工程的过程中寻求自身的升华。借助数学方程构建模型，采用人工智能方式改变传统的学习模式，并将解析数学方程式应用到机械电子工程中。随着现代化技术的发展，电子工程比原有工程更加复杂，处理的问题难度更大，在分析和处理问题中，必须利用多种系统进行构造，实现信息的精确划分。从机械电子工程角度分析，由于人工智能的实际应用存在较大差异，所以还不能精确描述网络系统，因此构建系统资料库时，必须及时进行数学分析，避免任一环节出现的问题阻碍网络系统构建和机械电子工程的发展。为了保证机电工程系统的顺利开展，还要及时改进工作方式，构建完善的人工智能服务。此外，由于传统机械电子工程系统不稳定，信息量较大，仅采用人工方式操作难度和强度较大，所以必须利用可以进行不同类别信息处理的技术。在此种发展环境下，人工智能技术给机械电子工程提供了较大支持，可以利用建立、控制模型等进行信息处理，进而更好地完成故障处理等操作。

3.2 操作重点

当人工智能与机械电子工程互动应用成为体系后，就可以显著提高工作效率。

人工智能已被广泛应用到机械电子工程中，例如图2所示为智能化电梯机械停车设备的系统操作图，形成了稳定的模糊逻辑和神经网络系统，可以利用两者模拟人类思想，处理实际工作中遇到的各种工程应用问题。此外，将人工智能应用到机械电子工程中，还可以在应用中不断完善自身缺陷，给人工智能的发展创造了新途径。

图2 智能化电梯机械停车设备系统操作图

从上述分析可知，机械电子工程和人工智能密切相关。一方面，由于人工智能在机械电子工程中的成功应用，将为机械电子工程提供更多的发展机会，以促进其发展。另一方面，人工智能在机械工程领域中的应用，必将为其提供一个新的发展路径。

4 结束语

机械电子工程的形成，给传统电子工程注入了新力量，已经成为工作制造和生产的主要发展趋势。随着科学技术的发展，各学科之间不断交融，知识深度不断扩展，为智能化机械电子工程的发展提供了较广的发展空间。另外，智能化机械电子工程的生产效率也比较高，降低了生产成本。本文主要从机械电子工程与人工智能的特点及耦合两方面分析了人工智能化机械电子工程在未来的发展趋势，希望可供相关研究人员参考，提高我国人工智能技术发展水平。

参考文献

[1]高杨. 机械电子工程与人工智能的关系探究[J]. 中国高新技术企业, 2015(8): 26-27.

[2]殷芬. 机械电子工程与人工智能的关系分析研究[J]. 电子世界, 2014(16): 254-255.

[3]周正. 基于机械电子工程与人工智能的关系探究[J]. 山东工业技术, 2015(8): 166.

[4]田海湧. 关于机械电子工程与人工智能的相关性分析[J]. 电子技术与软件工程, 2014(11): 104-105.

[5]冯哲. 关于机械电子工程与人工智能关系的探讨[J]. 现代交际, 2013(11): 28.

Status Quo and Thorough Coupling Investigation of Mechatronic Engineering and Artificial Intelligence

CAO Ying
(Jining No.1 People’s Hospitai, Jining, Shandong,272111, China)

Mechatronic engineering and artificial intelligence are two leading technologies in the smart era. Starting from the concept and status quo of them, their respective characteristics are expounded for further exploration and analysis of breakthrough of their coupling: a preliminary application of mechatronic engineering should be realized through artificial intelligence; artificial intelligence is committed not only to the optimization of mechatronic engineering, but also seeking on its sublimation in the optimization process. The organic coupling of them trends to lead to higher stage of science and technology in China.

Mechatronic Engineering; Artificial Intelligence; Coupling; Optimization

P756.6

A

2095-8412 (2016) 06-1303-04

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.06.068

曹颖(1976-)，女，网络工程师。研究方向：机械电子工程。