王麗敏

(遼寧職業(yè)學(xué)院，遼寧 鐵嶺 112001)

0 引言

21世紀(jì)以來，計算機、物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，人工智能作為新興產(chǎn)業(yè)逐漸進入人類生產(chǎn)生活的各個層面，為機械制造和自動化創(chuàng)新發(fā)展提供了新的發(fā)展方向與基本的技術(shù)支撐。人工智能是新一代信息技術(shù)的產(chǎn)物，通過賦予機器設(shè)備以人的思維和思考方式，使設(shè)備能按照人的基本思路和想法去完成工作任務(wù)。近年來，隨著中國制造2025計劃的不斷實現(xiàn)，人工智能在人類的生產(chǎn)生活中隨處可見。同時，機械加工是國民經(jīng)濟發(fā)展和人民日常生活的保障，將人工智能技術(shù)與機械加工融合發(fā)展，是現(xiàn)代學(xué)者重點研究的對象。

1 人工智能的基本概述

1.1 人工智能的定義

人工智能(Artificial Intelligence，AI)，是一門綜合性和實用性較強的計算機技術(shù)[1]，人類通過對產(chǎn)品設(shè)計、開發(fā)、訓(xùn)練，使得產(chǎn)品能模仿人類的基本思考和決策能力，并將機械、電氣和控制等學(xué)科領(lǐng)域進行融合，使產(chǎn)品具有一定的執(zhí)行能力，代替人類進行在生產(chǎn)過程中高強度、高難度、高精度的復(fù)雜作業(yè)。

1.2 人工智能的學(xué)科范疇與基本內(nèi)涵

人工智能是一個多學(xué)科領(lǐng)域互相融合、協(xié)同發(fā)展的技術(shù)領(lǐng)域，各門類學(xué)科作為人工智能的基本科學(xué)支持，通過將制造、裝配等具體問題和人工智能的基本成果進行結(jié)合，不斷拓寬其在自然語言、智能搜索、知識獲取和復(fù)雜系統(tǒng)等方面的研究范疇，最終實現(xiàn)在生產(chǎn)生活中常見到的智能服務(wù)，如智能控制、專家系統(tǒng)、黑燈工廠等(圖1)，具體闡述如下。

圖1 人工智能的基本內(nèi)涵

哲學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、數(shù)學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、計算機科學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展是實現(xiàn)人工智能的基礎(chǔ)。如通過哲學(xué)，確定生產(chǎn)系統(tǒng)中以人為中心的設(shè)計規(guī)劃理念，通過數(shù)學(xué)中微分、離散等知識抽象出具體問題中的相互關(guān)系，通過神經(jīng)心理學(xué)確定人工智能的基本學(xué)習(xí)規(guī)則和方法，最后計算機科學(xué)作為載體，運用計算機技術(shù)在虛擬端實現(xiàn)智能裝備的訓(xùn)練和調(diào)試。

自然語言處理、智能搜索、機器學(xué)習(xí)等研究領(lǐng)域是在基礎(chǔ)學(xué)科的支撐下，結(jié)合現(xiàn)實問題所研究出來的，其是實現(xiàn)在基礎(chǔ)學(xué)科和智能應(yīng)用服務(wù)之間的連接關(guān)系，根據(jù)智能服務(wù)要滿足的具體功能，其借助計算機語言，智能算法等對具體問題進行數(shù)學(xué)描述，對數(shù)據(jù)記性提取和整理。

人工智能在制造業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域主要涉及到產(chǎn)品的生產(chǎn)和質(zhì)量控制過程，如通過數(shù)據(jù)爬蟲服務(wù)爬取數(shù)據(jù)庫中專家系統(tǒng)構(gòu)建、模式識別狀態(tài)下在制品質(zhì)量把控、數(shù)字孿生工廠中的黑燈工廠構(gòu)建等。

2 人工智能在機械制造及其自動化過程中的應(yīng)用

機械加工及自動化技術(shù)的融合發(fā)展，對我國工業(yè)的發(fā)展起到重要的技術(shù)保證，本節(jié)重點介紹我國機械加工及其自動化的發(fā)展現(xiàn)狀和人工智能在機械加工過程中的融合發(fā)展途徑。

2.1 機械加工及其自動化現(xiàn)狀

機械加工及自動化技術(shù)已經(jīng)成為裝備制造業(yè)中的支柱性技術(shù)，隨著我國經(jīng)濟體量的不斷擴大，大型機械設(shè)備逐步取代了人工作業(yè)的方式，機械加工與自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，滿足了大批量生產(chǎn)需求的同時，將人工成本和時間成本控制在最小。雖然近年來我國的機械制造業(yè)得到了快速發(fā)展，但其在管理、設(shè)計、制造工藝、自動化技術(shù)方面還存在較大的改善空間。

2.1.1 管理模式有待革新

我國現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展較晚，在管理模式和管理思想上與發(fā)達國家仍存有差距，同時管理工具的不完善也使得我國機械自動化技術(shù)程度不高，在機械加工過程設(shè)計和管理上缺乏數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。

2.1.2 數(shù)據(jù)處理能力薄弱

與發(fā)達國家相比，我國在機械加工過程信息數(shù)據(jù)處理方面的能力仍不足，缺少有力的技術(shù)手段對機械加工過程中的自動化工具進行設(shè)計和制造，這也是我國現(xiàn)階段機械自動化程度低、發(fā)展受限的原因。

2.1.3 標(biāo)準(zhǔn)文件系統(tǒng)不成熟

傳統(tǒng)作坊式生產(chǎn)模式對于建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化工藝文件產(chǎn)生不利影響，機械自動化技術(shù)需要操作人員對機械設(shè)備下達明確的加工指令，設(shè)備才能按照操作者的要求進行作業(yè)，我國傳統(tǒng)的作坊式生產(chǎn)模式導(dǎo)致部分員工未養(yǎng)成及時記錄工藝數(shù)據(jù)的習(xí)慣。

我國的自動化技術(shù)在國際自動化水平中仍處于落后地位，尤其是現(xiàn)階段人們均在追求個性化定制產(chǎn)品，這對于我國的自動化技術(shù)產(chǎn)生了極大的挑戰(zhàn)，機械加工在柔性制造、多軸聯(lián)動機床的設(shè)計和實現(xiàn)等方面仍有較大的進步空間。

2.2 人工智能在機械加工及自動化技術(shù)融合發(fā)展途徑

2.2.1 在機械加工工藝設(shè)計階段

隨著技術(shù)的不斷革新發(fā)展，機械加工工業(yè)設(shè)計的方法也發(fā)生翻天覆地的變化，相對于傳統(tǒng)的操作者按照經(jīng)驗技術(shù)對機械加工的工藝過程進行設(shè)計，人工智能支持機械加工設(shè)計前的虛擬驗證，由設(shè)計者將數(shù)據(jù)整理后，借助CAD、Pro.E、ANASYS等三維視圖工具對機械加工的基本工藝流程和加工過程中的能量損耗進行評估，選擇最優(yōu)工序。

2.2.2 加工過程中的質(zhì)量把控

過程質(zhì)量是標(biāo)志機械加工自動化水平的重要指標(biāo)，將人工智能運用到機械自動化加工過程中，能極大避免因外部干預(yù)導(dǎo)致的產(chǎn)品質(zhì)量不合格等問題，從根本上保證了機械自動化加工的精度，提升了機械加工的水準(zhǔn)。此外，將人工智能如模式識別、自動對刀、信息反饋等技術(shù)與機械自動化加工技術(shù)相結(jié)合，還能讓設(shè)備具有智能調(diào)整、智能分析的功能，使得產(chǎn)品滿足更多人的需求。

2.2.3 設(shè)備與產(chǎn)品的信息數(shù)據(jù)收集

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是人工智能的基礎(chǔ)支撐性技術(shù)，其對設(shè)備端和產(chǎn)品端的數(shù)據(jù)采集和傳輸具有重要作用。工程師通過在設(shè)備關(guān)鍵部件設(shè)置傳感裝置，在加工現(xiàn)場布置物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，通過設(shè)定固定的數(shù)據(jù)采集頻率，實現(xiàn)機械加工過程中的設(shè)備運行數(shù)據(jù)、產(chǎn)品健康狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集、傳輸和儲存。人工智能的聰明程度取決于訓(xùn)練數(shù)據(jù)和訓(xùn)練次數(shù)的多少，通過在機械加工過程中的數(shù)據(jù)進行收集，并將該數(shù)據(jù)作為人工智能的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，能極大提高機械加工的智能程度。

3 人工智能助力機械加工及其自動化的支撐技術(shù)

3.1 計算機輔助設(shè)計技術(shù)

計算機輔助設(shè)計技術(shù)是工程學(xué)領(lǐng)域中常用的基本工具[2]，其主要解決在產(chǎn)品工藝設(shè)計過程中的計算、信息存儲和圖形繪制等工作。機械加工的基本依據(jù)就是產(chǎn)品圖紙，人工智能與機械自動化加工融合發(fā)展的過程，計算機輔助設(shè)計能實現(xiàn)智能終端與設(shè)計者之間的信息交流，同樣需要以圖紙作為基本指令要求。

3.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)又稱為“靈境技術(shù)”，其將計算機圖形學(xué)與人機接口技術(shù)、傳感器技術(shù)等結(jié)合，實現(xiàn)逼真的人工模擬環(huán)境。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是人工智能的重要組成部分[3]，如在機械自動化加工前，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，全面完整地展示加工的整個過程，對于完善作業(yè)內(nèi)容、提升加工質(zhì)量具有重要意義。

3.3 有限元仿真分析技術(shù)

有限元分析技術(shù)是利用數(shù)據(jù)近似的方法對真實物理系統(tǒng)進行模擬，是虛擬仿真技術(shù)的一種，但其可以通過有限網(wǎng)格劃分對設(shè)備的強度、剛度等屬性進行數(shù)據(jù)化表示。如在機械加工過程中，通過對加工過程中刀具的受力情況進行分析，按剛度將刀具劃分為不同的等級，在進行不同產(chǎn)品的機加過程中智能選擇合適的刀具，減少不必要的浪費和避免加工過程中的安全隱患。

4 結(jié)語

人工智能與機械加工及自動化技術(shù)發(fā)展，是未來機械加工行業(yè)的必然發(fā)展趨勢，本文探討了人工智能的基本概念和內(nèi)涵，分析了我國現(xiàn)階段機械自動化加工技術(shù)的短板，指出了人工智能與機械加工及自動化的融合發(fā)展途徑，最后對人工智能實現(xiàn)過程中基本的支撐技術(shù)作出簡要說明。

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