智能自動(dòng)化儀器儀表在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展

鄭波　王浩

摘要：儀器儀表是工業(yè)領(lǐng)域中重要的信息傳達(dá)工具之一，隨著智能自動(dòng)化技術(shù)的高速發(fā)展，儀器儀表設(shè)備逐漸向智能化自動(dòng)化方向發(fā)展。在此發(fā)展過(guò)程中，工業(yè)領(lǐng)域的相關(guān)技能操作要求、設(shè)備安全要求等也受到了一定的影響，行業(yè)內(nèi)各領(lǐng)域設(shè)備的智能化水平隨著儀器儀表設(shè)備的發(fā)展也得到了較大幅度的提升。但是，隨著我國(guó)工業(yè)發(fā)展的技術(shù)進(jìn)步，部分原始材料的需求量急速下降，風(fēng)能等環(huán)保新能源材料的使用量急速上升，為了迎合該類工業(yè)的發(fā)展，智能自動(dòng)化儀器儀表設(shè)備也需要做出相應(yīng)的改動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)智能自動(dòng)化的工業(yè)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：智能自動(dòng)化;儀器儀表;工業(yè)領(lǐng)域;應(yīng)用;發(fā)展

引言

近幾年來(lái)我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，儀器儀表也在很多領(lǐng)域取得了不小的進(jìn)步。在國(guó)內(nèi)國(guó)外很多機(jī)械、電子和監(jiān)控等設(shè)備中，儀器儀表的自動(dòng)化控制將它的作用淋漓盡致地展現(xiàn)出來(lái)并且利用的人越來(lái)越多。未來(lái)我國(guó)工業(yè)化深化的內(nèi)涵體現(xiàn)為裝備工業(yè)由初級(jí)層次向縱深發(fā)展、由追求數(shù)量的投資驅(qū)動(dòng)粗放式增長(zhǎng)到以技術(shù)創(chuàng)新為核心的產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

1.工業(yè)自動(dòng)化儀表設(shè)備的相關(guān)技術(shù)類型

1.1系統(tǒng)集成技術(shù)

現(xiàn)階段，很多的工業(yè)自動(dòng)化電氣設(shè)備的系統(tǒng)集成都有基于知識(shí)自動(dòng)化的決策管理、業(yè)務(wù)流程管理系統(tǒng)和面向服務(wù)的架構(gòu)三大功能（如圖1），這三大功能在工業(yè)設(shè)備應(yīng)用上得到充分的體現(xiàn)，這些系統(tǒng)集成化技術(shù)在系控制效果上起到積極作用，有利于工業(yè)進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，間接影響到工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中自動(dòng)化的水平。

1.2智能技術(shù)

隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的興起，智能技術(shù)也慢慢得到提高，并將此應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中。智能技術(shù)在自動(dòng)化上的應(yīng)用主要是利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)操控計(jì)算機(jī)來(lái)達(dá)到對(duì)設(shè)備的電腦操作，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠有效地監(jiān)測(cè)到系統(tǒng)工具中存在的缺陷，智能技術(shù)的應(yīng)用能夠在發(fā)現(xiàn)缺點(diǎn)時(shí)在第一時(shí)間內(nèi)將這種缺陷彌補(bǔ)，使設(shè)備更好地發(fā)展，達(dá)到儀器儀表控制最佳的狀態(tài)。就目前形勢(shì)而言，由于科技發(fā)展水平快速提高，智能化技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到工業(yè)中大部分電氣設(shè)備中，使自動(dòng)化設(shè)備與計(jì)算機(jī)技術(shù)得到完美的融合，有利于工業(yè)的發(fā)展以及工業(yè)化儀器設(shè)備發(fā)展水平的提高。

1.3人機(jī)界面的技術(shù)

在操作人員對(duì)儀器儀表進(jìn)行操作的時(shí)候，只有將和儀器儀表的完美配合呈現(xiàn)出來(lái)，才能將人機(jī)界面技術(shù)發(fā)揮出它的最大作用。人機(jī)界面技術(shù)就是讓操作人員和系統(tǒng)之間能夠形成一種人工交流的設(shè)備。在這其中最好是利用簡(jiǎn)潔、方便并高效的使用原則來(lái)進(jìn)行操作。人機(jī)界面技術(shù)可以將系統(tǒng)的可操作性和能夠維護(hù)的功能很好的展現(xiàn)出來(lái)。

2.智能自動(dòng)化儀器儀表的工業(yè)應(yīng)用

目前，工業(yè)流程（如圖2），受到我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展工業(yè)的影響，智能化儀器儀表應(yīng)用其中，應(yīng)用在在煤炭、鋼鐵等部分重型工業(yè)領(lǐng)域，同時(shí)還可以應(yīng)用于輕工業(yè)領(lǐng)域。智能自動(dòng)化儀器儀表的中心處理器主要由微型計(jì)算機(jī)和人工智能技術(shù)構(gòu)成，所涉及的應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，在儀器儀表運(yùn)行過(guò)程中操作人員就可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)完成相關(guān)數(shù)據(jù)信息的傳送和分析。

2.1煤炭、鋼鐵等部分重型工業(yè)領(lǐng)域

為了進(jìn)一步提升重工業(yè)領(lǐng)域的儀器儀表監(jiān)測(cè)效率，改善工作人員的監(jiān)測(cè)環(huán)境，智能自動(dòng)化儀器儀表在煤炭領(lǐng)域的應(yīng)用范圍極其廣泛，同時(shí)，為了在保證工業(yè)生產(chǎn)達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上滿足國(guó)家環(huán)保節(jié)能政策的要求，相關(guān)技術(shù)人員還需要對(duì)儀器儀表做出相應(yīng)的調(diào)整，需要根據(jù)工業(yè)領(lǐng)域的不同增減相應(yīng)的軟件設(shè)備。例如，在煤炭生產(chǎn)工業(yè)企業(yè)中應(yīng)用智能自動(dòng)化儀器儀表時(shí)，就需要增設(shè)監(jiān)測(cè)井下安全生產(chǎn)氣體容量的軟件設(shè)備，同時(shí)還要增設(shè)監(jiān)測(cè)井下工作人員實(shí)際工作條件的軟件設(shè)備，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將該類數(shù)據(jù)及時(shí)搜集、上報(bào)、分析，從井下實(shí)際工作環(huán)境出發(fā)，盡最大可能保證井下工作人員的工作安全。在此監(jiān)測(cè)過(guò)程中，技術(shù)人員還可以通過(guò)不同位置的儀器儀表了解到井下各個(gè)區(qū)域的通風(fēng)狀況、瓦斯容量、煤炭開(kāi)采條件等，從而在保證井下工作者人身安全的前提下實(shí)現(xiàn)工作效率最大化，保證煤炭工業(yè)的利潤(rùn)所得。

2.2輕工業(yè)領(lǐng)域

智能自動(dòng)化儀器儀表在連接網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)后，還可以借助網(wǎng)絡(luò)智能程序完成對(duì)各類數(shù)據(jù)信息的處理，通過(guò)比例運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算等多種有效的運(yùn)算程序計(jì)算出該數(shù)據(jù)與此時(shí)的生產(chǎn)要求符合程度，并計(jì)算出在該生產(chǎn)準(zhǔn)備條件中能夠取得的最大生產(chǎn)產(chǎn)能，從而避免生產(chǎn)材料的錯(cuò)誤消耗。例如，在進(jìn)行紡織品等輕工業(yè)生產(chǎn)時(shí)，技術(shù)人員就可以在原材料加工設(shè)備中、產(chǎn)品初步完工設(shè)備中、產(chǎn)品智能檢測(cè)設(shè)備、產(chǎn)品完工分裝設(shè)備中分別安裝不同類型的智能自動(dòng)化儀器儀表，在加工環(huán)節(jié)中安裝具有材料檢測(cè)和產(chǎn)品檢測(cè)功能的軟件設(shè)備，保證選材的合適度以及加工機(jī)器的生產(chǎn)效率。在產(chǎn)品質(zhì)檢環(huán)節(jié)中安裝具有專業(yè)質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的軟件設(shè)備，將加工過(guò)程中產(chǎn)生的殘次品直接進(jìn)行排除，從而保證產(chǎn)品的質(zhì)量和價(jià)值。由于輕工業(yè)所涉及到的加工產(chǎn)品主要特點(diǎn)為日常化、精細(xì)化等，因此，為了降低輕工業(yè)產(chǎn)品在加工過(guò)程中出現(xiàn)的產(chǎn)品殘次率，提升產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)品的加工效率，技術(shù)人員就可以在智能自動(dòng)化儀器儀表中安裝自動(dòng)調(diào)控程序，在儀器儀表出現(xiàn)監(jiān)測(cè)錯(cuò)誤時(shí)對(duì)儀表相關(guān)功能做出及時(shí)調(diào)整，并通過(guò)各類計(jì)算程序計(jì)算出生產(chǎn)誤差。

3.發(fā)展趨向

受到計(jì)算機(jī)程序、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及人工智能化等高科技技術(shù)的影響，使用智能自動(dòng)化儀器儀表的工業(yè)數(shù)量迅速擴(kuò)大。這不僅加大了各類工業(yè)的生產(chǎn)產(chǎn)能，還為智能自動(dòng)化儀器儀表的發(fā)展提供了重要的發(fā)展平臺(tái)。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)信息分析，目前，我國(guó)智能自動(dòng)化儀器儀表未來(lái)主要涉及到的工業(yè)企業(yè)以大部分重工業(yè)和輕工業(yè)為主，智能自動(dòng)化儀器儀表憑借適應(yīng)性強(qiáng)、穩(wěn)定性高、智能操作便捷等特點(diǎn)，在對(duì)人體危害較大、工作環(huán)境極端的工業(yè)領(lǐng)域中更是能夠發(fā)揮出其自身特點(diǎn)。同時(shí)，在發(fā)展過(guò)程中智能自動(dòng)化儀器儀表還會(huì)隨著相關(guān)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展獲得更大范圍內(nèi)的技能提升，其智能化、自動(dòng)化、安全性等核心性能還會(huì)得到進(jìn)一步提升。

我國(guó)為了保證環(huán)境與發(fā)展和諧共處，對(duì)于智能自動(dòng)化儀器儀表的設(shè)置中還會(huì)更加注重環(huán)保化等性能的發(fā)展。根據(jù)目前智能儀表的發(fā)展定位來(lái)看，該類型的儀器儀表在未來(lái)發(fā)展中會(huì)更加趨向于數(shù)字化程序，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)數(shù)據(jù)分析平臺(tái)共同接收并分析數(shù)據(jù)，在原有的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中融入更加專業(yè)的通信系統(tǒng)，達(dá)到多個(gè)決策者和數(shù)據(jù)信息分析者共同分析并決策的工作目的，從而提升各類工業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中的操作正確性。

智能自動(dòng)化儀器儀表設(shè)備未來(lái)的主要發(fā)展趨勢(shì)仍然以智能化、自動(dòng)化為發(fā)展核心，但是，受到國(guó)家對(duì)工業(yè)發(fā)展要求的影響，該類儀器儀表的相關(guān)智能軟件在設(shè)計(jì)過(guò)程中還會(huì)融合各類工業(yè)的行業(yè)發(fā)展特色和國(guó)家發(fā)展要求，在原有的智能化基礎(chǔ)上增設(shè)行業(yè)特色生產(chǎn)程序，以及環(huán)保監(jiān)測(cè)程序等，從而達(dá)到工業(yè)發(fā)展智能化、環(huán)保化、安全化的高效發(fā)展。

4.智能制造

隨著網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)服務(wù)越來(lái)越廣泛，傳統(tǒng)制造無(wú)力應(yīng)對(duì)大規(guī)模個(gè)性化需求（如圖3），智能自動(dòng)化儀器儀表設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能制造網(wǎng)絡(luò)化，并且公司和企業(yè)也將使用戶參與到生產(chǎn)流程中來(lái)。在互聯(lián)網(wǎng)虛擬環(huán)境里面的雇員，供應(yīng)商和消費(fèi)者們可以一同工作，使得新點(diǎn)子變成現(xiàn)實(shí)（The Economist），將會(huì)出現(xiàn)面向社會(huì)需求的動(dòng)態(tài)網(wǎng)民群體（如圖4），從21世紀(jì)的工業(yè)4.0信息物理系統(tǒng)（CPS）網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代步入工業(yè)5.0社會(huì)物理信息系統(tǒng)（CPSS）的平行時(shí)代（如圖5），社會(huì)物理信息系統(tǒng)考慮多人、多機(jī)、多物組成的動(dòng)態(tài)開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，利用網(wǎng)絡(luò)世界無(wú)限的數(shù)據(jù)和信息資源，突破物理世界資源有限的約束，物理世界時(shí)空的限制，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，真正的納“人”于制造業(yè)系統(tǒng)和管理流程之內(nèi)，例如平行時(shí)代的平行農(nóng)業(yè)，利用青園，可以再虛擬世界中仿真、計(jì)算、預(yù)測(cè)真實(shí)世界的植物（如圖5）。

結(jié)束語(yǔ)

為了進(jìn)一步提升智能自動(dòng)化儀器儀表的使用效率，擴(kuò)大儀器儀表的應(yīng)用領(lǐng)域，相關(guān)技術(shù)工作者還需要結(jié)合不同工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)需求改善儀器儀表的軟件安裝技術(shù)。同時(shí)，為了提升工業(yè)領(lǐng)域的加工安全，技術(shù)人員還應(yīng)該加強(qiáng)安全性能和自主修復(fù)性能的提升，從而在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)系統(tǒng)等智能系統(tǒng)的幫助下，更好地完成工業(yè)化生產(chǎn)，并為各類工業(yè)生產(chǎn)提供準(zhǔn)確的參考數(shù)據(jù)信息。

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