人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其在機械工程領(lǐng)域中的應(yīng)用

宋慶樂+郁進展+韋安康

摘要：本文是針對人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在機械工程領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用進行淺要的分析，主要探討人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的性質(zhì)和特點，并在此基礎(chǔ)上，選擇具有代表性的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在機械工程領(lǐng)域的應(yīng)用情況，找尋在機械工程領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)勢和特點，分析人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是如何利用本身的特性對機械進行有效應(yīng)用的。

關(guān)鍵詞：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；機械工程領(lǐng)域；應(yīng)用

一、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的內(nèi)涵與特點

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在上世紀(jì)八十年代就開始得到興起，它主要是指一種具有創(chuàng)新技術(shù)的建模手段，是以研究人腦組織而組建起來的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，由大量的處理單元多方位的聯(lián)接而形成的，能夠體現(xiàn)人腦的特點，但是與人腦的存在一定的區(qū)別，不能夠代表人腦，只是對人腦的模擬和簡化。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點主要有四點，首先是非線性，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)⒃S多的變量或定量之間實現(xiàn)不同的非線性的映射，由于非線性領(lǐng)域的發(fā)展空間還很大，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在其中的還有較大的應(yīng)用空降；其次是結(jié)構(gòu)性，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型主要是由很多功能簡約的神經(jīng)元單元構(gòu)成的， 它能夠?qū)⑸窠?jīng)元的輸出與輸入根據(jù)已制定的權(quán)值進行相互的連接，不同的對象構(gòu)成不同的結(jié)構(gòu)，不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)成不同的神經(jīng)模型，這也是為什么人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型也被稱為結(jié)構(gòu)性模型；還有分布式與魯棒式，分布式是指人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信息的存儲方式時分布的、廣泛的，是將信息利用拓撲結(jié)構(gòu)進行分布，而不是分別存儲在各個單元中。而利用這種信息的分布方式，使人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型就有教強的聯(lián)想能力與辨別能力，不會因為神經(jīng)元的部分損壞而影響整體的性能；最后是信息的并行性，這種信息的并行性將神經(jīng)元的輸出與輸入都是按照并行的形式來進行的，有快速變化響應(yīng)的能力，在環(huán)境的變換中信息模型能夠很好的適應(yīng)，具有機動靈活性，在機械工程領(lǐng)域中也得到了廣泛的應(yīng)用。

二、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在機械工程領(lǐng)域中的應(yīng)用

1.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機械在故障診斷中的應(yīng)用

前面說過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有并行性和非線性的特性，而這兩個特點就為機械工程中的故障診斷提供了使用基礎(chǔ)。機械故障診斷系統(tǒng)的運行方式就是輸入機械故障癥狀的可信度，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中并行性特性將故障數(shù)據(jù)進行計算，最后再將算出的機械故障的可信度輸出。輸出故障信息的有效性是較高的，科技人員和機械工人對于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對機械故障診斷的信息也是給予肯定的。隨著研發(fā)的進步和診斷的精確，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行故障診斷的對象也從最簡單的發(fā)電機轉(zhuǎn)變到航天飛機甚至核電設(shè)備等等，診斷的手段也在不斷的更新，增加了聲發(fā)射和油樣分析為主的幾個手段。

2.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機械在監(jiān)測與預(yù)防中的應(yīng)用

機械制造業(yè)具有其他行業(yè)所沒有的不確定性和隨機性，對于體積較大、運行復(fù)雜的機械制造來說，機器的監(jiān)測和預(yù)防都有一定的困難，這個現(xiàn)象是機械工程領(lǐng)域一直存在的問題，機器的監(jiān)測不全面，造成的損失和傷害比比皆是，而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中非線性的特點就能針對這個問題。非線性的映射能力就能夠利用本身的高速運算能力和函數(shù)的通近能力，輸入采集的機器的振動頻率、噪音、溫度、各種作用等動態(tài)信號，經(jīng)過運算輸出機器目前的狀態(tài)。對于機器的預(yù)防來說，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控機器運行的過程，觀察機器的砂輪或者刀具的磨損和位置狀態(tài)等等，通過對機器在運行中的監(jiān)測進行長遠的預(yù)測，準(zhǔn)備好機器設(shè)備維修的管理和方法。

3.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在機械智能拉控和辨別中的應(yīng)用

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的非線性功能不僅對機械的故障診斷、監(jiān)測和預(yù)防有一定的作用，對于機械的智能拉控和辨別也有一定的作用。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是模擬人腦來進行塑造的，因此，對于機械的拉控來說能夠并行的進行適應(yīng)、學(xué)習(xí)以及處理。例如在智能機械工業(yè)的制造領(lǐng)域中，數(shù)控機床中刀具的位置就是利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來進行及時的拉控，來降低機床刀具位置的誤差。還有就是加工過程中對切削量的自主性控制，這是以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為刀具來進行切削的。它能夠自主、智能的進行選擇和控制，這也是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠在國防現(xiàn)代化和前言技術(shù)研究中占據(jù)重要地位的原因。除此之外，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也逐漸來開始研究如何提高機器的智商，使機器能夠主動根據(jù)要求和材料進行自動優(yōu)化的切削安排，將邏輯性輸入機器中，使機器具有高智商，這是科技研究的一個新的領(lǐng)域。

4.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在機器模型結(jié)構(gòu)的分析、設(shè)計和優(yōu)化中的應(yīng)用

對于機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)來說，結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計和優(yōu)化都是構(gòu)成機械模型的重要步驟，結(jié)構(gòu)分析是從開始設(shè)計機械參數(shù)到機械模型參數(shù)的一個映射，而設(shè)計是與結(jié)構(gòu)分析形成一個互補的關(guān)系。機械工程的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是最為復(fù)雜多變的，對性能的要求也是最為嚴(yán)格的，而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)把機械的實際問題中用到最多的知識轉(zhuǎn)化為計算機能夠優(yōu)化的向題，再通過合適的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、函數(shù)以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)最優(yōu)化。

結(jié)語：

綜上所述，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在機械過程領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用，能夠促進機械工程領(lǐng)域的長期發(fā)展和效益的穩(wěn)定，這也不單是依靠科技人員的高度熱枕，也是因為機械工程領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，更是因為國家、企業(yè)和社會對于科技發(fā)展的高度重視。

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