人机智能技术在机械设计专业中的应用

摘 要： 文章对人工智能理论进行了简要的阐述，分析人工智能（AI）在各种智能控制技术领域的应用。最后展望人工智能在机械控制设计中的未来发展。和智能控制的发展趋势。

关键词： 人工智能;智能技术;机械控制;发展前景

人工智能是指可以利用符号、语言和知识表达等方式，用来模拟、延伸、扩展人类智力的智能机器或智能系统。人工智能技术是当前社会科技发展的重要方向，其影响力渗透到社会众多领域，在机械行业它的主要应用是远程控制、故障诊断、以及非线性设计等方面，可以说人工智能技术为传统机械行业指明了发展方向。

一、人机智能技术在机械设计中的应用

1.1机械设计是一个机械构件的综合模拟和分析研究的过程，在这个过程中需要应用到大量的数据分析和工程图绘制，同时还要进行方案选择优化、以及结构的合理化设计。目前行业内通行的设计方式是引入CAD/CAM系统进行辅助设计和分析，随着人工智能技术在CAD/CAM系统中的应用，它可以将传统的逻辑化、模块化的数据处理方式提升为非数值处理，力图使机械设计过程自动化，减少人类专家在设计过程中由于个人因素造成的不足。同时它还可以长期稳定的工作，从而降低研发成本。因此设计智能化已成为机械设计中非常热门的研究课题之一。

1.2 智能控制理论及研究领域

所谓智能机械控制是指通过定性与定量相结合的方式，针对环境和任务的复杂性与不确定性，机械设备能自主地实现复杂信息的处理及优化决策，并进行有效控制操作的功能。智能控制是在人工智能在机械行业中又一项新兴的技术应用。它的应用领域非常广泛，如智能机器人控制、智能过程控制等方面。

二、人机智能技术在人机交互设计中的应用

2.1 人机交互的智能控制

传统的人机交互控制包括手柄、按钮等机械化控制方式，随着技术的发展逐步过渡到电子操作方式，但他们都存在则控制界面大、操作精度低的问题，同时随着使用时间的加长，老式的控制方式都会发生操作反应慢、控制不灵敏的问题。

因此，需将人工智能引入控制系统，从而实现系统的智能化，减少人的不确定操作。即通过采用语音合成、手写识别、语音识别等智能人机交互技术，将人的指令有效地、准确的传达给机器，从而驱动智能机器实现其目标。它是自动控制的最新发展阶段，对智能控制系统的研究和设计，重点放在对人的生理特征描述——人脸和语音的识别以及判断识别机制的设计开发上。

2.2 人机智能学习功能

传统机器设备的控制依据现代控制理论和设计者的主观设计思想来完成，它们的主要特征是由设计师通过精确的系统数学模型来实现控制功能，并推广给客服使用。在这个过程中因为缺乏客户的需求参与，因此在面对不同客户时，特别是在面对一些复杂应用问题时会遇到不少诸如操作不方便、过程控制复杂等难题。

人机智能技术中的机器学习研究，是基于数据的收集分析和学习。即研究如何使计算机能够模拟或实现人类的学习行为，以获取新的知识或技能。通过学习不同操作者的行为习惯、问题解决方式等特征，重新组织已有的知识结构使之不断改善自身的性能。研究从观测数据（样本）出发寻找规律，利用这些规律对未来数据或无法观测的数据进行预测。根据学习模式、学习方法以及算法的不同，机器学习存在不同的分类方法。

2.3 智能视觉功能

计算机视觉是使用计算机模仿人类视觉系统的科学，让计算机拥有类似于人类提取、处理、理解和分析图像以及图像序列的能力。机器视觉在工业领域中的应用主要归为四大类：识别、检测、测量、定位与引导。

2.3.1. 识别

机器视觉系统通过读取一维码、二维码、部件标识码、元件标签、字符内容来进行识别。以外，机器视觉系统还可以通过定位独特的图案来识别元件，或者基于颜色、形状或尺寸来识别元件。目前，机器视觉在识别领域已经用于产品外形和表面缺陷检验，如木材加工检测、金属表面视觉检测、焊缝缺陷自动识别等。

2.3.2. 检测

机器视觉系统通过检测产品是否存在缺陷、污染物、功能性瑕疵和其他不合规之处，来确认产品是否满足品质要求。机器视觉还能够检测产品的完整性，比如在食品和医药行业，机器视觉用于确保产品与包装的匹配性，以及检查包装瓶上的安全密封垫、封盖和安全环是否存在等等。

2.3.3. 测量

机器视觉系统通过计算被测物几何位置之间的距离来进行测量，然后确定这些测量结果是否符合规格。如果不符合，视觉系统将向机器控制器发送一个未通过信号，进而触发生产线上的不合格产品剔除装置，将该物品从生产线上剔除。机器视觉所提供的非接触式测量功能避免了许多传统的接触式测量带来的二次损伤。

2.3.4. 定位和引导

从简单的装配检测，到复杂的机器人应用，都需要采用图案匹配技术来定位相机视场内的目标物品或特征。机器视觉系统可以定位元件的位置和方向，将元件与规定的公差进行比较，确保元件处于正确的角度，以此来验证元件装配是否正确。

引导则是使用机器视觉来报告元件的位置和方向。引导可用于在二维或三维空间内将元件的位置和方向报告给机器或机器控制器，让机器能够定位元件或机器，以便将元件对位。

三、结语

综上所述，人工智能系统其最大的优势是本身的逻辑性和强大的计算能力，而这种优势在较为复杂系统的操作工程中能够发挥重要作用。机械设计制造是十分复杂烦琐的系统的工程，在操作方面存在着较大的难度，但是如果能将人工智能系统很好地应用到这个过程当中，就能够简化操作。在操作时，人工智能系统能够根据操作的要求和目标来选择最适合最简捷的方法。达到最佳的效果。因此，如果我们能够将人工智能系统广泛地且有效地应用到实际生产中，定会为机械设计制造行业带了不少便利，而且，在新时期加强人工智能技术的应用也会对我们的生活质量的提高和社会的进步发展起着极其重要的作用。

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作者简介：

第一作者：陈亮，1979-10，男，汉，湖北武汉，硕士，武汉轻工大学 副教授，包装设计方向