人工神經(jīng)網(wǎng)絡在機械優(yōu)化設計中的應用研究

李 淵，杜秋月，張明慧

（1.山西大同大學機電工程學院，山西大同 037003；2.北京工商大學材料與機械工程學院，北京 100048）

0 引言

隨著智能理論以及科學技術的高速發(fā)展，當前社會中應用智能計算方式來完成日常生活與工作，已經(jīng)成為人們生活中必不可少的一種方式，提高機械優(yōu)化設計不僅可以為社會發(fā)展帶來更多的便利，同時也能幫助人們完成以往難以完成的工種。在機械優(yōu)化設計中，最重要的問題之一就是如何將機械工程設計問題直接轉化為最優(yōu)化問題，選擇最恰當?shù)姆绞絹硗瓿缮鐣约叭藗儗τ跈C械優(yōu)化設計的需求。如果按照傳統(tǒng)的機械優(yōu)化設計算法完成優(yōu)化，會遇到非常多的阻礙，然而利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡完成機械優(yōu)化設計算法，則能夠解決以往難以解決的問題。本研究的主要目的就是分析人工神經(jīng)網(wǎng)絡在機械優(yōu)化設計中的應用。

1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡概述

人工神經(jīng)網(wǎng)絡是一種模仿動物神經(jīng)網(wǎng)絡行為的新型系統(tǒng)。與以往計算機優(yōu)化設計的算法不同，這種優(yōu)化設計算法及主要是進行分布式信息存儲的數(shù)字算法模型。雖然人工神經(jīng)網(wǎng)絡算法的優(yōu)點較多，并且可以幫助機械產(chǎn)品在完成設計和制造后符合社會以及當前人們的需求。然而由于人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型的處理相對復雜，在其對應的處理系統(tǒng)中，需要大量的信息節(jié)點來幫助信息進行傳達以及命令進行發(fā)展。為此，要求所有技術人員針對人工神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)進行深入的學習和了解，只有這樣才能保證人工神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)構建的效果符合機械優(yōu)化的實際需求。

在應用人工神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)時，不難發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)具有較強的自主學習能力以及自主適應能力，這是由于在設計階段就對該系統(tǒng)進行了預先的信息設計。這種信息設計可以幫助系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的轉化，針對不同的情況選擇不同的數(shù)據(jù)信息，進而形成網(wǎng)絡化數(shù)據(jù)處理運算模型，針對不同的情況作出不同的反應處理。無論是網(wǎng)絡發(fā)展還是科學發(fā)展，都幫助這一技術在不斷進步。我國當前應用的人工網(wǎng)絡系統(tǒng)主要有以下3 個特征，這些特征在不斷地被完善，也在幫助著我國社會的進步和發(fā)展。

（1）在多數(shù)情況下人工神經(jīng)網(wǎng)絡具有非線性，這也是人工神經(jīng)網(wǎng)絡在構成過程中最重要的一點特征。與其他算法以及系統(tǒng)不同，神經(jīng)網(wǎng)絡傳輸節(jié)點在不同的情況下對于環(huán)境以及事物的判斷能力也是不同的，如果神經(jīng)網(wǎng)絡在激活的情況下，其能夠展現(xiàn)的特征相對較多，而在抑制狀態(tài)下其可以展現(xiàn)的特征也相對較少，這種關系在數(shù)學研究中被稱為非線性關系。根據(jù)不同情況選擇不同的控制能力，也是人工神經(jīng)網(wǎng)絡最重要的特征以及優(yōu)勢之一。

（2）人工神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)具有非局限性。在任何一個完整的人工神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)構建中，由于其所對應的神經(jīng)元傳遞信息效果不同，導致對應的介質(zhì)傳遞也是不同的，而神經(jīng)元的介質(zhì)傳遞是作為人工神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)中交換信息的最重要因素，也就促使了人工神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)具有非局限性，可以在傳遞信息時更難以被控制以及被限制，提高了信息傳遞的準確性以及速度。

（3）人工神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)具有非常定性。這一特征的主要是在使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)完成機械優(yōu)化時，所產(chǎn)生的機械產(chǎn)品具有自主學習能力以及自主適應能力。這兩種能力都充分的表現(xiàn)在機械產(chǎn)品中，然而隨著網(wǎng)絡構成信息的不斷變化，科學技術的高速發(fā)展，在社會變遷的當今其所呈現(xiàn)出來的穩(wěn)定性變化也不同。因此可以說，人工神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)的工作能力以及學習能力會隨著科學技術、網(wǎng)絡技術的發(fā)展而逐漸增強，這是一種系統(tǒng)的自我學習，自我成長的狀態(tài)，可以幫助人們更好地完成工作以及生活中難以完成的事情。人工神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)的出現(xiàn)能幫助我國國民經(jīng)濟不斷增長，為我國工業(yè)發(fā)展做出非常積極的貢獻。這種技術的不斷提高，也可以促使社會的創(chuàng)新能力以及工業(yè)產(chǎn)品的創(chuàng)新，幫助人們在以后的生活和工作中更加便利，解放人們的勞動力，促使社會更加和諧地發(fā)展。

2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡在機械化設計中的模型構建

2.1 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡

在完成機械優(yōu)化設計中，BP（Back Propagation，反向傳播）神經(jīng)網(wǎng)絡對于優(yōu)化設計的算法以及模型構建，有著非常重要的意義。BP 神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)主要是模仿人類大腦中神經(jīng)系統(tǒng)運行，而逐漸完成構建的系統(tǒng)結構。這種系統(tǒng)結構在處理信息的過程中，無論是對于信息的傳遞還是信息的分析都相對嚴密且嚴謹，能夠在處理信息時將抽象性的思維與聯(lián)想性的思維進行整合運用這種思維整合，實現(xiàn)信息的準確轉化，提高了以往在優(yōu)機械產(chǎn)品信息轉化過程中所遇到的信息處理能力不強這一問題。在機械設計過程中，最重要的方式之一就是優(yōu)化及整體的能力展現(xiàn)，按照社會以及人們對于機械產(chǎn)品的需求完成設計。在設計過程中，無論是技術的處理需求還是線性關系的構建，都需要以人工神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)作為優(yōu)化的最基本要求。與以往對于機械產(chǎn)品的需求不同，當前人們對于機械產(chǎn)品的要求不僅僅是在其能夠代替人工完成勞動活動，更是要求所有的機械產(chǎn)品有著一定的信息處理自主分析能力，這也導致在當前工業(yè)中必須要快速地完成機械優(yōu)化設計，提高機械產(chǎn)品的信息處理能力。

在優(yōu)化過程中，利用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡運行的信息處理特征分析，可以發(fā)現(xiàn)運用這種系統(tǒng)能有效提高信息處理系統(tǒng)的工作效率以及工作質(zhì)量。與其他信息處理系統(tǒng)不同，BP 神經(jīng)網(wǎng)絡運行系統(tǒng)可以針對產(chǎn)品中所存在的不同參數(shù)進行優(yōu)化，并且提取其中信息的關鍵因素，整合信息傳遞最優(yōu)化的結果，將此來作為整個系統(tǒng)中控制的最關鍵因素，這就促使在完成機械產(chǎn)品的制造過程中，其使用效果能夠滿足人們以及社會對于該產(chǎn)品的實際需求。利用這一系統(tǒng)應用，能將系統(tǒng)中應該處理的數(shù)據(jù)更加快速且準確的處理，并且利用數(shù)據(jù)算法整合更加明確地找到信息的關鍵點，同時結合機械優(yōu)化設計，促使產(chǎn)品在完成數(shù)據(jù)的運輸和管理中提高整體的質(zhì)量。

2.2 反饋神經(jīng)網(wǎng)絡

人工神經(jīng)網(wǎng)絡在機械優(yōu)化過程中所使用的，另外一種系統(tǒng)是反饋（Recurrent Network）神經(jīng)網(wǎng)絡，它也是建立在機械產(chǎn)品的整體傳輸之上、利用網(wǎng)絡信息技術完成的模型構建。反饋神經(jīng)網(wǎng)絡在構建的過程中，其主要是借助雙向性連續(xù)控制，完成整個模型的構建和處理。在進行信息傳遞時，主要是根據(jù)對應神經(jīng)元之間的戒指不同，完成不同信息的分析和處理，利用神經(jīng)元信息的轉化控制來對整體信息傳輸進行控制處理，確保不同的信息能夠得到不同的處理，同時保障信息處理的效率以及其準確性。

利用反饋神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)完成整體構建時，設計人員需要注意，反饋神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)在購建時對應的模型構建必須要注重神經(jīng)元傳遞的全職控制，一旦權值控制出現(xiàn)問題，就會導致整個反饋神經(jīng)網(wǎng)絡的構件出現(xiàn)難以解決的問題。只有保證在完成反饋神經(jīng)網(wǎng)絡構建中，其神經(jīng)元傳遞的權值處理能夠滿足該產(chǎn)品整體的反饋調(diào)節(jié)工作，才能確保在進行后續(xù)的機械優(yōu)化設計過程中其整體性以及產(chǎn)品的性能符合設計要求。在反饋神經(jīng)網(wǎng)絡構建系統(tǒng)中，其信息處理系統(tǒng)主要是通過神經(jīng)元戒指的傳遞，準確地將不同信息完全轉化后以不同的指令發(fā)送給各個不同的零部件。為此，在利用反饋神經(jīng)網(wǎng)絡調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，必須要控制好整體優(yōu)化設計的外部信息輸入，并且根據(jù)不同信息輸入之間的關系，進行準確的控制，及時將整體信息管理結合整個機械產(chǎn)品的要點進行數(shù)據(jù)分析，確保機械產(chǎn)品的性能滿足社會需求以及設計要求。

在反饋神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)的構建中，其對于信息的調(diào)節(jié)控制主要是以反饋模型構建中的關鍵因素進行控制的。為此，為了保證整個信息調(diào)節(jié)過程的準確性，必須要控制好關鍵性因素的標準性，并且按照神經(jīng)網(wǎng)絡模型中所存在的反饋調(diào)節(jié)機制進行協(xié)調(diào)，確保可將系統(tǒng)內(nèi)的信息準確的發(fā)送到不同的位置，實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制管理的真正意義。以往在完成機械優(yōu)化設計中，經(jīng)常忽略了信息反饋這一問題，認為信息反饋并不重要，然而一旦系統(tǒng)中的信息反饋調(diào)節(jié)出現(xiàn)問題，就會導致系統(tǒng)中命令出現(xiàn)問題，進而促使機械產(chǎn)品出現(xiàn)問題。這種問題一旦出現(xiàn)難以解決，也會導致機械優(yōu)化出現(xiàn)失敗。因此，要求在完成神經(jīng)系統(tǒng)網(wǎng)絡構建中，針對系統(tǒng)內(nèi)反饋調(diào)節(jié)處理，必須要對其中的變量設計以及對應的約束條件進行明確，只有這樣才能保證在約束條件中控制好其所需要發(fā)揮的設計要點，提高模型整體的工作效果。但是需要意識到在該模型中，其對應模型一定會存在著一定的差異，這種差異是難以被協(xié)調(diào)和改變的，為此就要求系統(tǒng)模型在實際應用中具有一定的包容性，避免由于差異性而導致信息難以傳遞和反饋的問題，提高排除模型的局限性，真正優(yōu)化機械產(chǎn)品的設計，提高機械產(chǎn)品在應用過程中的容錯性，讓機械產(chǎn)品能夠更好地應用在社會中。

3 結語

綜上所述，隨著科技的發(fā)展與智能技術的逐漸優(yōu)化，人們對機械系統(tǒng)的要求也逐漸提高，尤其是對機械產(chǎn)品的綜合性能，無論是其功能性還是簡便性，都有著越來越高的要求。如果始終按照傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)優(yōu)化方式來進行算法優(yōu)化，那么其優(yōu)化的效果難以滿足社會需求。只有利用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡模型與反饋神經(jīng)網(wǎng)絡模型來完成機械優(yōu)化設計，才能讓機械產(chǎn)品的綜合性能滿足社會需求，為我國經(jīng)濟帶來積極的作用，并且克服傳統(tǒng)優(yōu)化算法中存在的問題。