人工智能技术在机械设计制造及其自动化中的实践

李 红

（集美大学诚毅学院，厦门 361021）

在工业制造业的迅速发展下，人们对机械设计制造技术提出了更高的要求。与传统机械设计制造技术相比，新时期的制造技术具有更强的综合性和数字化特点，融入了自动控制技术、计算机技术、信息技术等先进技术。生产制造业是我国国民经济的支撑产业，离不开先进的机械制造技术的支撑。未来必须要紧跟时代发展潮流，加强智能机械设计制造和自动化技术的改革与创新，为我国工业制造业发展提供强有力保障，推动我国朝着工业强国和制造业强国的目标发展。

1 人工智能技术的发展历程

人工智能技术是计算机领域极具代表性的先进技术，具有智能化技术的本质，是结合人类思想意识形态对智能机器开展一系列的模拟仿真。人工智能技术属于一种综合性技术，研究领域包括虚拟现实技术、人脸识别技术等，涵盖了多个学科。人工智能技术诞生的时期，也是计算机技术的普及时期。在发展的最初阶段，社会生产方式以人工劳动为主。虽然人工智能技术已经逐渐兴起，但是没有在机械设计制造领域发挥重要作用。到了电子信息技术时代，互联网信息技术广泛应用于人们的学习、工作、生活，给人们的生活带来了便捷。目前，人工智能技术已广泛应用于各行各业，但在一些新兴行业依然处于探索和挖掘阶段。

2 人工智能技术在机械设计制造及其自动化中的应用特点

2.1 环保

在企业的生产操作过程中，机械设计制造十分复杂，对企业综合实力要求较高，也对操作人员的技术水平、专业能力、综合素质提出了极高要求。一旦在生产操作中出现人为失误，就会直接导致质量不合格需要进行二次返工，严重时会导致产品报废，给企业增加了时间成本和经济成本，同时会浪费大量原材料与不可再生能源。在过往的企业机械设计制造中，往往会产生大量废弃物。这些废弃物可能存在有毒有害物质，对自然生态环境造成了不良影响[1]。

2.2 安全

对于制造企业来说，安全生产是企业发展的主要目标。过往的人工操作过程中容易出现各种安全事故，究其根本在于机械设备往往以大型精密设备为主，结构复杂，对操作人员的技术要求较高，一旦出现细微的失误，就会给整道生产工序造成极大影响。在这一过程中，应用人工智能技术远程控制设备，不仅能够彻底解放人力劳动，还能实现自动化生产，让工作人员从繁重重复的工作中解放，投入更多精细的生产关系中，减少生产现场安全事故的发生，保障生产现场工作人员的生命财产安全。随着制造企业的不断优化与改革发展，人工智能技术与机械操作不断融合，有利于实现机械制造设备的自动化和现代化发展。

2.3 高效

在机械设计制造中，应用人工智能技术最明显的优点是可以实现高效性生产，为企业生产创造更多的价值。因为企业的一线生产技术人员自身的身体素质、技术水平、熟练程度等存在差异，所以生产效率和生产质量可能参差不齐。特别是在生产一线，一些步骤多、工艺复杂的产品在生产时频频出现人为操作失误，导致企业的生产效率较低。这不仅会出现二次返工现象，还会阻碍企业的发展。应用人工智能技术后，能从根本上解决人的劳动生产效率低等问题，借助计算机系统和程序控制生产流程达到多个生产流程的紧密衔接，减少生产成本和资源的不必要浪费。

3 人工智能技术在机械设计制造及其自动化中的应用优势

3.1 提升稳定性与可靠性

在过往机械设计制造中，一旦机械设备出现故障，维修人员必须迅速前往生产现场，凭借自身的专业技术和过往维修经验检修设备。工作人员在获取故障信息时需要花费一定的时间。在这样的情况下，不仅维修工作人员的工作量大，而且会严重影响生产效率与生产质量，甚至无法保障设备在检修后可以继续安全运行。应用人工智能技术后，一旦设备在生产现场出现事故，可以第一时间进行监测和故障检测，有利于检修人员快速处理问题。在人工智能技术的支撑下，机械设备内部的程序能够定期扫描，在出现问题后可以自行修复，提升设备的安全性和可靠性。此外，通过设备的自我检查修复，有助于延长设备的使用寿命[2]。

3.2 保障质量，提高效率

应用人工智能技术后，能够在机械设计生产现场不断完善生产流程，优化生产中的各个环节，进而节省生产时间。在机械设计制造中应用人工智能技术，能从根本上提高生产效率，保证生产质量。企业在机械设计生产中应用人工智能技术，可以适当减少一线生产现场的员工数量，从而减少因生产现场人为因素而导致的生产问题，同时提升人均产出量，提高企业的生产效率。

3.3 便于维修调整

针对不同客户订单对机械设计生产提出的需求，应用机械设计制造和自动化能够充分调试生产数据，保障企业生产的产品多样。人工智能技术应用到机械设计制造中能够实现机械设备的质量自检和在线检测，及时发现设备运行中存在的问题，并制定出最佳的解决方案，保证产品生产质量。一旦系统运行出现问题，仍然可以通过人工智能技术的自动化技术保护手段自动截停设备运行，避免生产现场工作人员接触故障设备，保障工作人员人身安全，确保设备稳定运行。

3.4 操作便捷

人工智能技术应用于机械设计生产制造能够实现批量化生产，且生产的产品能够体现较强的复合型特点。人工智能技术不仅能够改变机器设备的物理性质，还能实现对设备程序的自动化调整，满足不同产品的生产需求和企业生产现场不同场景的应用，促使企业生产多样化发展。实际应用中，人工智能技术能够自动化处理生产信息的控制调整，不仅优化了操作流程，还能通过设置程序操作设备。生产人员只需启动按钮，就能够保障设备安全平稳运行[3]。

4 人工智能技术在机械设计制造及其自动化中的具体应用

4.1 在机械设计中的应用

随着经济的快速发展，企业要求一线生产系统必须具备先进性和科学性。企业传统的机械设计理念存在一定的滞后，已经无法满足新时代的生产要求和市场发展需求。为了能够进一步顺应市场发展，要积极应用人工智能技术，促使机械设计方案能够朝着智能化、多元化、现代化方向发展。人工智能技术应用于机械设计后，可以构建一个智能系统，保证系统的自动化运行，避免过往因人为主观因素而对生产环节与设计环节造成的影响。相比机械设计的传统理念，将人工智能技术应用于机械设计能够取得良好效果，保障系统始终能够安全运转，减少人力、物力成本的投入，提高企业整体的经济收益。

4.2 在机械制造中的应用

在企业机械制造中，应用人工智能技术不仅能提高生产效率，还能保证产品质量，解放劳动力，为企业节约更多的生产成本。在机械制造中应用人工智能技术，能够充分体现其自动控制功能和自动化处理功能，对机械制造进行精细控制，避免因受外界环境影响而给生产环境造成影响，大幅提高生产水平，保证产品质量。应用人工智能技术能够智能分析生产过程，满足市场个性化需求和新时期的柔性制造需求。当前，智能机器人机械手臂在机械制造的自动化车间中非常常见。人工智能技术能够帮助机器人更好、更快、更精准地完成任务，实现机器人从传统的机械化朝着智能化过渡。在机械制造中，人工智能技术不仅能够增强机器人的智能性，提高机器人的工作效率，还能使机器人承担更多任务，甚至增强任务处理能力的功能性[4]。

4.3 在机械设备故障诊断中的应用

新时期，机械设计制造和自动化本身具有一定的复杂性，涉及多方面内容，如数据的计算、数据的传输等。在进行建模过程中需要来回反复大量的运算和推动，稍有不慎就会出现偏差。特别是在人工预算推导的情况下，失误率较高。一旦某个数据出现失误，那么后续的运算推导都会作废，将浪费大量的时间和精力。机械设计制造和自动化有着极为庞大、错综复杂的系统，要想调整机械设计制造和自动化系统，达到企业的生产目标，必须结合大量的信息数据进行计算。由于数据量过于庞大，分析难度较高，采取人工计算方法会消耗大量的时间和精力，会出现人为因素误差。因此，要想优化计算效果，要积极引入人工智能技术分析、整理、分类、保存数据，提高计算结果的精准性，避免后续运行中发生故障。

另外，人工智能技术可以第一时间诊断机械设备故障问题，便于维修人员及时处理，尽可能以最短的时间恢复到正常运行状态，并投入生产。机械设备发生故障后，人工智能技术检测获得相关信息传输到系统，并应用正向推理方法得到诊断结果。可见，应用人工智能技术可以分类自动化信息，提升信息推导的精准度，把出现失误和风险的概率降到最低。人工智能技术在机械制造故障诊断中发挥关键作用。在人机交互过程中，把机械制造检测的数据输入制造系统进行智能推理获得精准的结果，并给出科学合理的建议。将此次的情况和推导与过往数据库中的相似情况进行比对，根据诸多案例的对比确定机器出现故障的原因，是人工智能技术自动化机械故障诊断处理的主要应用。

结合过往统计数据来看，在全球工业化生产中，因机器设备故障而导致的经济损失超过6 400亿美元。为了避免再次出现经济损失，越来越多的大型制造企业积极引入人工智能技术分析机械设备出现故障的原因，并应用人工技术推断设备剩余的使用寿命，以此结合实际生产情况制定相关的设备维修养护方案。我国针对人工智能技术在机械制造设备故障诊断中的研究成果位于世界前列，早在多年前就开始尝试人工智能技术与机械制造故障诊断的结合，并已经研究出多项成果。目前，故障检测人工智能技术系统开始在更多领域得到应用[5]。

4.4 智能CAD应用

人工智能技术在机械制造领域应用先进的案例之一是智能计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）技术的应用。传统机械制造领域CAD仅能达到对产品数据点线面的测量，按照点线面之间的关系对产品开展设计和制造工作。而智能CAD结合专家系统和神经网络算法，如专家系统可以通过收集领域内的专家给出的问题进行分析，编制成科学的计算机语言。在机械产品的设计和制造中，一旦出现问题，可以应用计算机技术进行辅助解决，并提供最科学的解决方案。神经网络算法主要应用了人工神经元的属性，提供产品在制造设计中因为非线性关联而造成的数据遗失。人工智能技术算法具有极强的记忆能力和计算机自组能力。智能CAD在当前已经集成了专家系统和神经网络算法，为我国制造业的可持续发展提供了先进的技术保障[6]。

5 人工智能技术在机械设计制造及自动化中的未来发展趋势

机电一体化集机械技术和计算机技术信息技术为一体，正在逐渐替代传统的操作模式。机械技术和电子信息技术的结合，为工业生产的智能化发展提供了无限可能[7]。机电一体化技术的精准性较高，能够减小误差。

6 结语

在大数据技术、传感网技术、超级计算机技术等技术的驱动下，人工智能技术迎来了巨大的发展和突破。我国传统工业产业发展百年有余，在传统技术和理论的支撑下，发展人工智能技术迫在眉睫。因此，必须要明确人工智能技术在机械设计制造及自动化中的具体应用，迫切地系统性开发并实施人工智能技术，使人工智能技术在新时代工业系统中发挥真正价值。