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机械电子产品虽然结构相对简单化,没有掺杂过多的运动元件或者部件,但是它的内部结构是非常复杂的,若想要产品的性能得到提高,就必须将传统落后的笨探究机械电子工程与人工智能的关系姚磊河北农业大学机电工程学院河北保定071000重机械面貌彻底抛弃,缩小物理体积。由于机械电子工程所涉及和利用到的内容非常广泛,所以电子机械工程是一种具有极强综合性的学科。机械电子工程的基础是传统机械工程,同时充分利用计算机的辅助作用,来强化机械电子工程的核心力量。这使得机械电子工程与其他学科相比较而言更能体现出科学性,并且能够保证满足系统配置方面的设计需求。机械电子工程充分利用到专业设计模板来完善机械电子设备,发挥设计应用中的模板作用,这样有利于保证机械电子工程设计能够顺利进行。机械电子工程产品在设计结构方面较为简单,并且元件利用数量也是相对较少的。所以在这种情况下,要通过持续提升产品性能,强化机械电子产品质量,优化机械电子产品的结构,来满足消费者的更多需求。
2人工智能的定义及特点
何为人工智能,人工智能是一门综合了计算机科学、信息论、控制论、神经生理学、语言学、心理学、哲学等多门学科的交叉性学科,是21世纪最伟大的三大学科之一。人工智能的发展其实经历了一段非常漫长的历程,人工智能在计算机开始发展的初期就已经被应用到了各个方面,只是它在起初所发挥的作用相对而言是非常小的,并没有得到足够的重视或者引起足够的注意。但是随着时代的进步,人工智能已经摆脱了过去相对弱小的形象,发生了翻天覆地的变化,得到了很大的改善。人工智能发生的这些转变正是人类对计算机的应用和熟悉程度的转变。信息时代的趋势已经使人工智能技术得到了很大的强化,在社会中的地位也越来越重要。机械电子工程的发展需要依靠人工智能的力量和支撑,相信随着人们对人工智能更加深入的研究,人工智能模仿人类思维的能力定会越来越强大。只有对人工智能不断创新和改善,才能在计算机语言理解和应用方面得到更大的进步,才能更加符合机械电子工程的发展需求。
3机械电子工程与人工智能的关系
机械电子工程在应用上不稳定主要表现在系统输入输出的问题,即利用数学方程来建立模型,并且依靠人工智能来完成对传统知识学习的更新,这种解析数学的相关方式在机械电子工程中的应用是非常广泛的。传统机械工程方式的应用是非常简单的,但是随着时代的发展和科学技术的进步,新时期出现的机械电子工程系统在处理各种问题时是相对复杂的,会通过配置多种系统对信息类型来进行区分。但是人工智能在机械电子工程领域还存在着一些不确定的因素,在计算机电子工程中,人工智能信息处理的方式主要采用的是解析数学措施,其应用方式主要是利用网络神经系统对网络系统进行合理安排,将神经系统迷你成人脑的结构,根据相关数字所传达出来的信号,对已经搜集到的资源进行参数分析。其实,人工智能在机械电子工程中的应用是有差异的,这种差异性也是人工智能的一种特点,没有办法对网络系统进行有效的描述,同时在建设系统资料库的过程中进行严密数学分析,在分析过程中若是出现错误会直接影响到网络系统的建设,甚至导致网络系统的崩溃。创新工程方式,加强人工智能信息的服务建设是保证机械电子工程能够顺利开展和进行的关键。随着时代的发展和人民日益增长的需求,生活方式的单一性早已不能满足社会的发展需求速度。不断完善的综合性人工智能系统必将会使生产模式发生转变。利用模型推理系统和神经网络系统的优势来补充综合性人工智能,逐步完善机械电子工程的发展,网络系统得到完善的必然结果就是模型推理系统。同时,模型推理系统也是二者功能性融合的重要体现。人工智能通过网络信息资源进行完整性表达,完善机械电子和人工智能的密切关系。
4结束语
模拟电路诊断开始于二十世纪六十年代,发展了二十年后,在二十世纪八十年代,模拟电路故障研究有了更大的发展和研究,朝着更为实用的多故障诊断方向迈进,而电力电子电路对其它的模拟电路也起到了一定的促进作用。在二十世纪八十年代,美国的电力研究所起初对电力电子设备进行早期的故障检测方面工作,相比之下,我国的电力电子电路诊断工作开展的稍微晚一些,基本上是在引进国外较为先进技术的基础上再进行研究和吸收发展的。在测试手段方面,对电力电子电路进行诊断最为常见的是电压,电流方面也有少量的应用,近些年来出现了红外和磁信号等各种新型的检测手段和诊断方式。我国浙江大学的吴为麟教授还提出了采用加速度、无线电波和声能来对其进行检测和诊断,进一步对其进行了研究和分析,在他看来,利用综合型的信号检测电路的状态会对装置系统的可靠性预测和诊断带来积极作用。此外,还有专家提出将神经网络和红外图像检测相结合,来提高诊断速度、检测装置简化和测试程序复杂性低的效果。通过对大量的电力电子电路的在实际中的运行情况进行分析和比较,不难发现大多数的故障都以功率开关器件的损害为主要的原因,在这其中最为常见的是功率开关器件的直通和开路,这被称作是硬故障。但是电力电子电路的故障诊断不同于普通的模拟电路诊断,关键在于故障信息的存在,这对信息的实时检测以及在线诊断提出了更高的要求。
电力电子电路装置一旦出现故障会对装置本身的电气设备设施造成影响,还会带来一些问题,比如设备损害甚至造成生产无法正常进行,造成企业停产等严重后果,更为严重的是还会造成安全事故,有一定的危险,严重的时候会发生人员伤亡事件。在电力电子电路中,最容易出现的故障多表现在晶闸管的损坏方面,其中晶闸管的短路现象和开路现象是比较常见的,因为电力电子电路的故障和模拟电路的故障有所不同,发生故障再到停电的过程时间很短暂,所以要求运行的操作人员在短时间内要判断出故障的元器件损害再去报警是比较困难和难以实施的,哪怕是有着丰富经验的工作人员也会受到人为因素和现场操作环境的影响,难免出现错误的判断,这就需要智能的方法来进行处理和分析。针对具体的问题,及时有效的做出判断来减少损害。对电力电子电路进行及时有效的智能诊断可以实现对故障进行预报,从而有助于采取及时有效的措施来预防事故,降低事故风险,排除安全隐患。根据诊断的结果进行对设备和装置的维修和维护,从而有效提高管理水平和技术,方便检修和维护,有效降低检修所需要花费的时间和人力,提高设备和装置的利用效率,保障使用效果的良好,这对提高设备的制造水平和技术也会起到重要的作用。不难发现,电力电子电路故障诊断对工业生产和国民生活的各个方面都会产生重要的影响,起到重要的作用。
2对电力电子电路故障诊断技术研究的作用和意义
电力电子技术日益重要,在改造传统的电力、机械、交通、化学化工、轻纺和矿冶等方面都具有突出的作用,对航天、通信和激光等高新技术的发展和能源的高效利用都有突出的贡献。就从电力和电子的变流这项技术来看,在发达的国家大约有八成的电能是利用电力电子技术转化之后再进行使用的,在未来几年内这个比例还会更高。之所以电力电子电路技术得到广泛的应用和推广,涌现出各种高性能的电子电力电路产品,也是得益于现代科技的不断发展和进步。但是,也对电路发生故障的对设备的维护要求更高,传统的人工诊断技术和方式很难满足现如今的要求,要有效克服这个问题需要对电力电子电路进行更加高效合理和科学的研究和探索。
第一,电力电子电路设备一般在工程系统中发挥起到核心电源或控制器的作用。如果出现了故障而没有办法短时间内进行恢复,那么会对设备造成严重的损害,严重的话还会造成不必要的人员伤亡事件的发生,造成的经济损失也会比较大。突出的表现在对可靠性要求高的领域,比如在航天设备中使用的电子设备,这对电力电子电路的测试、诊断和维修技术要求是相当高的。
第二,针对一些电路元件数量多的电力电子电路,比如说有的新型的静止无功发生装置的多达数十个晶闸管,如果采用每一个都诊断的方法来进行诊断势必会浪费大量的时间和人力,所以需要研究和开发出一种智能的故障诊断功能的方法和技术,可以有效的节约大量的人力、财力和物力,提高资源的利用效率。
第三,在很多领域内对电力电子设备一般都有很高的要求,要求极高的可靠性、准确性和安全性。此外还要求电力电子设备具有自我诊断、自我修复和自我测试的功能和作用。这对电力电子电路的工作状态和运行提出了更好的要求,要实现及时有效准确无误的判断,当出现故障时能够及时检测并有效排除和处理,还要能够在不影响正常的电路运行的状态之下进行定位和修复,还需要再次快速的投入到使用和运行中去。这对电路的智能诊断技术提出了新的要求,要能够有效并快速的明确出故障发生的位置以及问题出现的原因,大力减少电力电子电路无法运行的时间,还需要容错的电力电子电路系统来有效的提高系统的可靠性、准确性和安全性。
第四,伴随着电子工业的蓬勃发展和进步,使得集成技术也得到了更加广泛的普及和应用,由于越来越复杂和精细的电子电力电路设备,对其保养和维护也比较复杂多变,因此需要花费的资金也是十分庞大的,要对还没有出现的电子电力电路的故障进行预防和预测,这样可以减少当设备出现故障时的损害度,有效的节约日后维修的成本和资源。
3电力电子电路智能故障诊断方法介绍
电力电子电路故障诊断技术有:对故障信息进行检测和对故障的诊断两个方面。对故障信息检测是利用专门的故障检测技术来对故障发生时的信息进行提取,为故障分析提供可供参考的依据和数据;另外对故障进行的诊断和判断,以故障诊断出的信息,来对产生故障的部分来进行分析和进一步推理,从而可以找出导致故障出现的原因所在,来明确出现故障的位置和区域。就当前来看,比较常见的电子电路智能故障诊断方法、使用比较多的对故障信息的预处理主要有:小波变换、数据聚类、现代谱估计法、粗糙集、主成份分析、傅里叶变换和归一化处理等。需要注意的是,对这些技术的使用不是单一使用,更多采取多种技术来获得最好的电力电子电路故障特征的集合判断和分析。
3.1频谱分析法。
电力电子电路的故障诊断的频谱分析方法具有的鲜明特点和优势表现在:检测硬件简单和测量点少两个方面。但是在特殊场合如触发脉冲故障等时频谱分析方法会显得不太适用。
3.2粗糙集方法。
这个方法的主要是依赖于建立在保持分类不变的基础上,利用对知识的约简来推导概念的分类,特点在于能够分析并处理不完整和不精确的各种定量、定性或者混合性的不完整信息,能够从中发现隐含信息,揭示规律性。但是由于粗糙集方法是从不精确和不完整的信息中推导出的诊断规则难免会出现误差。
3.3小波分析和小波包分析法。
该方法是目前应用比较广泛的方法,它具有频域和时域的高分辨率,并且能够很大程度上降低故障特征来简化神经网络的结构。不少专家学者将小波包、决策树和主成份分析三者结合起来来进行对电力电子电路故障的诊断技术研究,用小波系数能量法以及小波系数模极大值法进行诊断的结论,还就如何选取小波包基的问题进行了分析和研究,分析了基于散度准则和距离准则等方法。
3.4专家系统诊断方法。
专家系统是属于智能计算机程序系统,它的内部包含有大量的某领域专家水平的知识和经验,从而能够利用专家的知识和经验来解决问题的方法,处理该领域的问题。换言之,专家系统是一个有着大量的专业知识和经验的程序系统,它被广泛应用于人工智能技术和计算机技术方面,以某领域的一个或多个专家所提供的知识和经验,进行进一步的推理和判断,模拟出人类专家的决策过程,这样有助于解决需要人类专家处理的复杂性问题。电子电路智能专家系统诊断利用专家的知识对出现的故障问题进行描述和判推理,较之传统的诊断来说,冲破了个人知识的局限,有助于对专家的经验进行推广,最大限度的得到利用人力资源,最专业人才的培养也是大有帮助的,电力电子电路智能故障诊断方法依赖于专家系统的诊断方法可以使其有更好的发展和进步。
4结束语
实施CDIO理念的载体就是目的,它是让学生以课程之间的有机联系、实践的、主动的方式对学习进行开展。智能电子专业具有复合型的特征,它是一门工程与管理相结合的学科。高职院校为使专业教学质量得到进一步的提升,进一步提高管理应用型人才的实践能力和创新能力,可对CDI0理念进行大胆的尝试。CDIO理念是在工科教育基础上发展起来,可对管理类专业的教学思路、办学理念和课程专业进行有效的调整。高职院校职能电子专业首先要面临的是,对专业的CDIO适用性进行科学的评价,将CDIO分类建立在正确的适用性评价的基础上,对教学实践进行适度的、科学的目标指引,推进改革的实施。在CDIO改革中,应以“实践导向”为基础,建立CDIO项目的过程管控体系,将CDIO应用有效落实到基层教学实体中,保证目标的实现。而以上环节是相互影响、彼此间有着密切的联系,其基础是系统的过程管控和适用性评价,使专业CDIO教学改革能够持续、均衡和系统的推进。
二、实施CDIO实践教学模式对策
1.树立现代工程教育观和实践教育理念应全面实施素质教育,在教育理念上凸显出时代特征,协调发展现代工程技术人员素质、能力和知识,完成4个转变:一是将教育以学科专业知识教学为中心转变为工程素质教育;二是从注重传授知识转变为重视学生创新能力培养;三是注重共性教育转变为全面因材施教,注重个性发展;四是从对科学系统性的重视转变对工程综合性的重视,从而提供新型的能力结构和知识体系,以培养出更多的工程应用型人才。
2.建立“电子特色班”,培养电子工程意识摒弃“千人一面、千校一面”的传统的培养模式,教学核心是培养学生的创新能力和工程意识,紧密结合素质教育和专业教育,实施因材施教。采用学生自主参与的原则,可建立3个特色班,主要包括应用电子专业2年级学生。将工程培训放在课余时间进行,把工程实训项目和非验证性工程实验作为培训的内容,对学生的创新性、工程性和主体性高度重视。告诉学生相关课题的不同方案,然后让学生围绕这一问题展开分组讨论,对解决问题的方法和思路共同探讨,将学生对电子工程意识有效的激发和调动起来,科学解决所存在的问题。对学生发现问题、分析问题、解决问题的能力进行培养。
3.引导工程实践入门,对实践教学体系进行优化高职院校智能电子专业应与大一新生的特点相结合,为将学生的学习兴趣有效激发出来,可开设引导性课程,具有高标准和高起点,引导工程实践入门。帮助学生对电子工程技术的精华尽早的领略,使他们能对一些简单的电子产品亲手制造。例如,可在第一学期对电子技术概论等课程进行开设,目标是将学生的兴趣和工程意识激发出来,重点是对电子工程的技术精华和工程理念进行讲授。同时,还可将创造性教学方法运用于理论教学中,对学生的创新思维进行启发。可成立“电子专业工程意识教育团队”,抽调专业骨干,形成了应用创新人才培养的理论教学体系,展现现代工程的特点,同时制定相配套的教学课件、教学大纲和人才培养计划。
4.建立阶梯式工程实践教学模式,对实践项目进行更新电子类专业的授课应体现实践性和综合性的特征,采用的教学手段是多媒体与板书的结合,教学方法是实验操作与课堂讲授相结合,考核方式是平时作业与期末考试相结合,帮助学生对应用课程知识深刻理解。可在智能电子类专业中进行实践探索,建立阶梯式工程实践教学模式:实习专业实验实训考工顶岗实习。在第一学期安排学生进行为期两周的认识实习,到校外实训基地,可通过多种形式,如实地参观、听报告、与企事业单位人员开展讨论和座谈等,帮助学生对未来就业岗位的工作环境熟悉和了解,对本专业应该掌握的技能和基本知识充分的认识,使学生对电子工程技术的感性认识提高。在第二、三学期对专业实验进行开设,适时更新实验项目,培养学生动手实践的兴趣。对电子专业多学科知识进行整合,对综合型交叉的多学科实训进行开设,对学生电子工程实践能力进行培养。第四学期,在训练学生专项技能的基础上,对电子专业多学科知识进行整合,并对综合型交叉的多学科实训进行开设,使学生的大工程实践技能得到增强。第四学期,组织学生参加各种考工,如无线电装接工和维修电工等,在考工过程和考工训练中,对学生工程实践技能的掌握进行培养。第五、六学期,对学生顶岗实习安排,可让学生直接参与各项工作,如设备维护、电子产品生产、研发等,在实际中应用所学的技能和知识技能。学生在顶岗实习过程中,视野更加开阔,有很高的主动性,不仅对所学的理论和实践技能进行了巩固,同时还使自身的使命感和职业感得到了加强,为将来的择业夯实了基础。
5.提高人才培养质量高职院校智能电子专业在CDIO教育理念的引领下,必然会取得良好的发展。目前智能电子专业的特色之一,就是对创业创新电子人才的培养,将CDIO理念有效的融入到智能电子专业的运作、实现、设计和构思等方面,强调做中学,才能真正的培养出高素质的、应用型、复合型的具有超强实践能力的人才。在项目构思方面,根据智能电子有较强专业性的特征,以创新为先导,符合CDIO理念。在项目设计方面,其核心是设计文案,智能电子同样需要对电子系统的设计和分析,策划网站及设计商务工具等,具有很强的工程属性。在项目实现方面,将实现可视化功能作为根本。目前很多企业和合作伙伴之间的联系,都是通过网络,这使智能电子专业有着良好的发展态势。