談智能自動化的未來

一 智能科技全面振興
 
當(dāng)今的智能科技分支林立，蓬勃興旺，在國內(nèi)外已獲得了飛速發(fā)展，諸如模糊邏輯、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、仿人智能、粗糙集理論、物元可拓方法、知識工程、模式識別、定性控制、小波分析、分形幾何、混沌控制、數(shù)據(jù)融合技術(shù)等等，真可謂是八仙過海，各顯神通。其各有所長，分別組合，取長補(bǔ)短，相得益彰。熱電偶
 
當(dāng)今世界的智能科技正在飛速、全面地向前發(fā)展。
 
二 智能科技在儀器儀表及測量中的應(yīng)用
 
智能自動化技術(shù)的應(yīng)用正在全面滲入到儀器儀表工業(yè)。
 
(1)在儀器儀表結(jié)構(gòu)、性能改進(jìn)中的應(yīng)用
 
首先，智能自動化技術(shù)為儀器儀表與測量的相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了廣闊的前景。運(yùn)用智能化軟硬件，使每臺儀器或儀表能隨時準(zhǔn)確地分析、處理當(dāng)前的和以前的數(shù)據(jù)信息，恰當(dāng)?shù)貜牡汀⒅?、高不同層次上對測量過程進(jìn)行抽象，以提高現(xiàn)有測量系統(tǒng)的性能和效率，擴(kuò)展傳統(tǒng)測量系統(tǒng)的功能，如運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化計算、混沌控制等智能技術(shù)，使儀器儀表實(shí)現(xiàn)高速、高效、多功能、高機(jī)動靈活等性能。
熱電阻
其次，也可在分散系統(tǒng)的不同儀器儀表中采用微處理器、微控制器等微型芯片技術(shù)，設(shè)計模糊控制程序，設(shè)置各種測量數(shù)據(jù)的臨界值，運(yùn)用模糊規(guī)則的模糊推理技術(shù)，對事物的各種模糊關(guān)系進(jìn)行各種類型的模糊決策。其優(yōu)勢在于不必建立被控對象的數(shù)學(xué)模型，也不需大量的測試數(shù)據(jù)，只需根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)合適的控制規(guī)則，應(yīng)用芯片的離線計算、現(xiàn)場調(diào)試，按我們的需要和精確度產(chǎn)生準(zhǔn)確的分析和準(zhǔn)時的控制動作。雙金屬溫度計
 
特別是在傳感器測量中，智能自動化技術(shù)的應(yīng)用更為廣泛。用軟件實(shí)現(xiàn)信號濾波，如快速傅立葉變換、短時傅立葉變換、小波變換等技術(shù)，是簡化硬件，提高信噪比，改善傳感器動態(tài)特性的有效途徑，但需要確定傳感器的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，而且高階濾波器的實(shí)時性較差。運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)高性能的自相關(guān)濾波和自適應(yīng)濾波。充分利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)強(qiáng)有力的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織能力，聯(lián)想、記憶功能以及對非線性復(fù)雜關(guān)系的輸入、輸出間的黑箱映射特性，無論在適用性和快速實(shí)時性等各方面都將大大超過復(fù)雜函數(shù)式，可充分利用多傳感器資源，綜合獲取更準(zhǔn)確、更可信的結(jié)論。其中實(shí)時與非實(shí)時的、快變與緩變的、模糊和確定性的數(shù)據(jù)信息，可能相互支持，也可能相互矛盾，此時，對象特征的提取、融合，直至最終決策，作出正確的判斷，將成為難點(diǎn)。于是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或模糊邏輯將成為最值得選用的方法。例如，氣體傳感陣列用于混合氣體識別，在信號處理方法上可采用自組織映射網(wǎng)絡(luò)和BP網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，先進(jìn)行分類，再識別組分，將傳統(tǒng)方法的全程擬合轉(zhuǎn)化為分段擬合，以降低算法的復(fù)雜度，提高識別率。又如，食品味覺信號的檢測和識別的難度，曾一度是研究與開發(fā)單位的主要障礙所在。如今可利用小波變換進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮和特征提取，然后將數(shù)據(jù)輸入用遺傳算法訓(xùn)練過的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，則大大提高了對簡單復(fù)合味的識別率。再如，在布匹面料質(zhì)量的評定，柔性操作手對觸覺信號的處理，機(jī)器的故障診斷領(lǐng)域，智能自動化技術(shù)也都取得了大量的成功實(shí)例。熱電偶
 
(2)在虛擬儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用
 
儀器與測量技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，不但大大提高了測量精確度與智能自動化水平，特別是計算機(jī)的硬件軟化和軟件模塊化的虛擬儀器的迅猛發(fā)展，以及其與網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)資源程序的統(tǒng)一和優(yōu)化性能配置，為儀器儀表的智能化水平的迅速提高，創(chuàng)造了越來越優(yōu)越的條件。
 
 
總之，由于虛擬儀器采用了一系列智能自動化手段，徹底改變了以往VXI總線即插即用標(biāo)準(zhǔn)儀器驅(qū)動器的運(yùn)行效率低，編程的結(jié)構(gòu)、風(fēng)格不一致，編程困難，質(zhì)量低，工作量大，使用、維護(hù)麻煩等等一系列缺陷，從而在高效、高質(zhì)量、安全可靠、使用方便、靈活的條件下實(shí)現(xiàn)全面地統(tǒng)一運(yùn)行，顯示出智能自動化技術(shù)對虛擬儀器以至整個儀器儀表工業(yè)高速發(fā)展的深遠(yuǎn)影響。
 
(3)儀器儀表網(wǎng)絡(luò)化中的應(yīng)用
 
由于儀器與計算機(jī)一旦組成網(wǎng)絡(luò)，即可憑借智能化軟硬件(諸如模式識別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織和聯(lián)想記憶功能)，充分發(fā)揮靈活調(diào)用和合理配置網(wǎng)上各種計算機(jī)和儀器儀表的各自資源特性和潛力，產(chǎn)生1+1>2的組合優(yōu)勢。例如，目前已可使用連接到Web 的數(shù)字萬用表和示波器，通過因特網(wǎng)和模式識別軟件區(qū)別不同的時空條件和儀器儀表的類別特征以及測出臨界值，作出不同的特征響應(yīng)；也可使用分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)代替過去單獨(dú)使用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，以至可跨越以太網(wǎng)或其他網(wǎng)絡(luò)，實(shí)施遠(yuǎn)程測量和采集數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分類的存儲和應(yīng)用熱電阻。
 
網(wǎng)絡(luò)化的智能測量環(huán)境將網(wǎng)上各種類型，不同任務(wù)的計算機(jī)和儀器儀表有機(jī)地聯(lián)系在一起，完成各種形式的任務(wù)要求，如在某地采集數(shù)據(jù)后送往各種需要這些數(shù)據(jù)的地方，把相同數(shù)據(jù)按需拷貝多份，送往各需要部門；或者定期將測量結(jié)果送往遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)庫保存，供需要時隨時調(diào)用。而多個用戶可同時對同一過程進(jìn)行監(jiān)控，例如各部門工程技術(shù)人員、質(zhì)量監(jiān)控人員以及主管領(lǐng)導(dǎo)人員可同時分別在相距遙遠(yuǎn)的各地監(jiān)測、控制同一生產(chǎn)運(yùn)輸過程，不必親臨現(xiàn)場而又能及時收集各方面數(shù)據(jù)，進(jìn)行決策或建立數(shù)據(jù)庫，分析現(xiàn)象規(guī)律。一旦發(fā)生問題，可立即展現(xiàn)眼前或重新配置，或即時商討決策，立即采取相應(yīng)措施。
 
另外，智能重構(gòu)信息處理技術(shù)也將為儀器儀表創(chuàng)造更廣闊的活動舞臺。結(jié)合了計算機(jī)與專用集成電路(ASIC)優(yōu)點(diǎn)的可重構(gòu)計算機(jī)，不僅要根據(jù)不同的計算任務(wù)對大量的可編程邏輯單元陣列(FPGA)作出靈活的相應(yīng)配置，其指令級、比特級、流水線級以至任務(wù)級的并行計算，使其運(yùn)行速度達(dá)到通用計算機(jī)的數(shù)百倍以上雙金屬溫度計。
 
綜上所述，隨著智能自動化技術(shù)應(yīng)用的日益深入及應(yīng)用范圍與規(guī)模的不斷擴(kuò)大，我國的儀器儀表產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平必將快速邁向更高階段。
 
三 儀器儀表智能自動化的未來前景展望
 
智能科技在儀器儀表中的應(yīng)用正日新月異地飛速發(fā)展，許多其他領(lǐng)域的新技術(shù)也不斷融合進(jìn)來。例如在充分發(fā)揮光電束流最高速物性的基礎(chǔ)上，智能化日益趨向人腦化。積極地利用人腦機(jī)制與生物DNA芯片的有機(jī)智能，與電子，光子計算速度的無機(jī)智能的高效、能動優(yōu)勢相結(jié)合，并使材料智能化，進(jìn)而與虛擬化交互作用，共同提高。當(dāng)今又有光互連技術(shù)正以極高的時空帶寬、極小的電磁干擾和較小的互連功耗等一系列獨(dú)特的物理性能，克服了電互連技術(shù)物理上的本質(zhì)極限，為動態(tài)、靈活、高速、實(shí)時地重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連結(jié)構(gòu)，大大提高并行處理能力，開創(chuàng)出一個全新天地。這更將為人類創(chuàng)造出形形色色、開放的人機(jī)結(jié)合系統(tǒng)，和五光十色的擬人高智能、高效自動化系統(tǒng)奠定牢固基礎(chǔ)，從而將人類社會生產(chǎn)力不斷推向新的更高境界，使人類生活向著智能世界幸福美好的明天大步邁進(jìn)！