儀器儀表智能化

在控制系統(tǒng)中，儀器儀表作為其構(gòu)成元素，它的技術(shù)進(jìn)展是跟隨控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。目前，控制理論已發(fā)展到智能控制的新階段，自動(dòng)化儀器儀表的智能化就成為必然了。

儀器儀表的智能化主要?dú)w結(jié)于微處理器和人工智能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。例如運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化計(jì)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(dòng)靈活等性能。

再如，運(yùn)用模糊規(guī)則的模糊推理技術(shù)，對(duì)事物的各種模糊關(guān)系進(jìn)行各種類型的模糊決策。

當(dāng)前，我國(guó)智能化領(lǐng)域最薄弱、最需要發(fā)展的是儀器、儀表、傳感器等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和自動(dòng)化程度的不斷提高，我國(guó)儀器儀表行業(yè)也將發(fā)生新的變化并獲得新的發(fā)展。儀器儀表產(chǎn)品的高科技化，特別是智能化，將成為日后儀器儀表科技與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主流。

基于智能控制理論基礎(chǔ)的智能儀器儀表目前大致有以下幾方面的進(jìn)展：

專家控制器

專家控制系統(tǒng)（expertcontrolsystem，ECS）是典型的基于知識(shí)控制系統(tǒng)，它是一個(gè)具有大量的專門知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng)。它運(yùn)用人工智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，根據(jù)某領(lǐng)域一個(gè)或多個(gè)專家提供的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，解決那些需要人類專家才能解決好的復(fù)雜問題。

模糊控制器

模糊控制器（FC-Fuzzy Controller），也稱模糊邏輯控制器（FLC-Fuzzy Logic Controller）。由于模糊控制技術(shù)具有處理不確定性、不精確性和模糊信息的能力，對(duì)無(wú)法建造數(shù)學(xué)模型的被控過程能進(jìn)行有效的控制，能解決一些用常規(guī)控制方法不能解決的問題，因而模糊控制在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用提高了系統(tǒng)的信息處理能力，提高了系統(tǒng)的智能水平。所謂神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，簡(jiǎn)稱神經(jīng)控制，它是指采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這一技術(shù)對(duì)復(fù)雜的非線性對(duì)象進(jìn)行建模，或擔(dān)當(dāng)控制器，或優(yōu)化計(jì)算，或進(jìn)行推理，或故障診斷等工作。

需要注意的是：在儀器儀表的智能化領(lǐng)域，無(wú)論是神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、模糊控制或混沌控制，盡管我國(guó)學(xué)者發(fā)表的文章很多，但是，嚴(yán)格細(xì)致和自主創(chuàng)新的工作與成果卻并不多。一些高端儀器儀表還仍然需要向國(guó)外進(jìn)口。

控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化

21世紀(jì)的控制系統(tǒng)將是網(wǎng)絡(luò)與控制結(jié)合的系統(tǒng)。對(duì)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)（Networked Control System，簡(jiǎn)稱NCS）的研究已經(jīng)成為當(dāng)前自動(dòng)化領(lǐng)域中的前沿課題之一。隨著通信網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)系統(tǒng)環(huán)節(jié)嵌入控制系統(tǒng)，這很大地豐富了工業(yè)控制技術(shù)和手段，使自動(dòng)化系統(tǒng)與工業(yè)控制系統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)、控制方法以及人機(jī)協(xié)作方法等方面都發(fā)生了較大的變化，與此同時(shí)也帶來了一些新的問題，如控制與通信的耦合、時(shí)間延遲、信息調(diào)度方法、分布式控制方式與故障疹斷等。

傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域正經(jīng)歷著一場(chǎng)前所未有的變革，開始向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展?？刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)從最初的CCS（計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)），到第二代的DCS（分散控制系統(tǒng)），發(fā)展到現(xiàn)在流行的FCS（現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)）。對(duì)諸如圖像、語(yǔ)音信號(hào)等大數(shù)據(jù)量、高速率傳輸?shù)囊?，又催生了工業(yè)以太網(wǎng)與控制網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合。

這種工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化浪潮又將諸如嵌入式技術(shù)、多標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、無(wú)線技術(shù)等多種當(dāng)今流行技術(shù)融合進(jìn)來，從而拓展了工業(yè)控制領(lǐng)域的發(fā)展空間，帶來新的發(fā)展機(jī)遇。

將現(xiàn)場(chǎng)總線、以太網(wǎng)、多種工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、嵌入式技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)融合到工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中，在保證控制系統(tǒng)原有的穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性等要求的同時(shí)，又增強(qiáng)了系統(tǒng)的開放性和互操作性，提高了系統(tǒng)對(duì)不同環(huán)境的適應(yīng)性。在經(jīng)濟(jì)全球化的今天，這一工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化及其構(gòu)成模式使得企業(yè)能夠適應(yīng)空前激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，有助于加快新產(chǎn)品的開發(fā)、降低生產(chǎn)成本、完善信息服務(wù)，具有廣闊的發(fā)展前景。

工業(yè)通信無(wú)線化

工業(yè)通信無(wú)線化也是當(dāng)前自動(dòng)化領(lǐng)域探討比較熱烈的問題。工業(yè)控制企業(yè)已經(jīng)逐步認(rèn)識(shí)到無(wú)線技術(shù)將是下一個(gè)技術(shù)騰飛的基礎(chǔ)，將能夠大大提升工廠效能與保證用戶的安全。

隨著無(wú)線技術(shù)日益普及，各家供應(yīng)商正在提供一系列軟硬件技術(shù)，協(xié)助在產(chǎn)品中增加通信功能。這些技術(shù)支持的通信標(biāo)準(zhǔn)包括藍(lán)牙、Wi-Fi、GPS（全球定位系統(tǒng)）、5G以及WiMax（全球微波接入互操作）。然而，在增加無(wú)線連網(wǎng)功能時(shí)，芯片及相關(guān)軟件的選擇（假設(shè)所選擇的實(shí)現(xiàn)能正常工作，并滿足相關(guān)的論證要求）可能極具挑戰(zhàn)性。即使做出了一個(gè)可行的設(shè)計(jì)，但如果未優(yōu)化性能、功耗、成本和規(guī)模，則可能不會(huì)取得市場(chǎng)上的成功。今天最熱門的東西未必是最好的通信標(biāo)準(zhǔn)和客戶需要的東西，因此選擇的軟硬件實(shí)現(xiàn)方案應(yīng)有這樣的特點(diǎn)：每個(gè)新一代產(chǎn)品都不需要徹底從頭開始適應(yīng)。

但隨著可靠性的增強(qiáng)，無(wú)線技術(shù)將會(huì)有更廣范圍的應(yīng)用。無(wú)線通訊將在未來的若干年快速地增長(zhǎng)，但無(wú)線并不會(huì)替代有線通訊。有線具有穩(wěn)定、可靠和安全性并不會(huì)消失，無(wú)線只有在有線不方便實(shí)現(xiàn)或成本高的地方去替代有線方案。如果無(wú)線與有線有機(jī)地結(jié)合起來，雙方發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，將為增長(zhǎng)生產(chǎn)率提供新的方案。在適宜有線通訊的地方使用有線通訊，在適宜無(wú)線通訊的地方使用無(wú)線通訊，由于有線和無(wú)線通訊都支持TCP／IP協(xié)議，這兩種通訊方式能夠有機(jī)地結(jié)合在一起，發(fā)揮各自特長(zhǎng)，并能夠提高生產(chǎn)效率。

物聯(lián)網(wǎng)/與/自動(dòng)化

當(dāng)今，物聯(lián)網(wǎng)可謂是在各大媒體出鏡率最高、而且與“智能”聯(lián)系密切的名詞之一。從“管理、控制、智能”的角度來看，其實(shí)物聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)自動(dòng)化是一脈相承的，工業(yè)自動(dòng)化包含采集、傳輸、計(jì)算等環(huán)節(jié)，而物聯(lián)網(wǎng)是全面感知、可靠傳遞、智慧處理，兩者是相通的。

物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域，諸如：物流、供應(yīng)鏈、倉(cāng)儲(chǔ)的管理系統(tǒng)；工業(yè)制品生產(chǎn)、追蹤、進(jìn)度監(jiān)管、質(zhì)量追蹤等方面；貴重商品、危險(xiǎn)品的監(jiān)管、追蹤和防偽應(yīng)用系統(tǒng)；大型會(huì)議、高層會(huì)議以及重要會(huì)議的電子證件、大型賽事、演唱會(huì)、景區(qū)等人員快遞流通區(qū)的電子門票（如：上海世博會(huì)）；交通收費(fèi)、各類型車輛的遠(yuǎn)距離自動(dòng)識(shí)別和管理；區(qū)域內(nèi)的人員自動(dòng)識(shí)別、記錄、定位以及查詢；動(dòng)物、食品行業(yè)鏈的全流程追溯；農(nóng)業(yè)、救災(zāi)與搶險(xiǎn)等方面的各個(gè)領(lǐng)域；貴重資產(chǎn)和重要資產(chǎn)；品牌服飾的全流程；圖書領(lǐng)域；軍隊(duì)槍械管理、人員管理、車輛管理、物資管理、安全保密等領(lǐng)域；在航空、汽車等領(lǐng)域；零售業(yè)；社會(huì)安全領(lǐng)域；智能城市領(lǐng)域等。

“物聯(lián)網(wǎng)”顛覆了人類之前物理基礎(chǔ)設(shè)施和IT基礎(chǔ)設(shè)施截然分開的傳統(tǒng)思維，將公路、建筑物等物理設(shè)施與個(gè)人電腦、手機(jī)、家電、交通設(shè)施、IT設(shè)施有效的聯(lián)系在一起，使得政府管理、生產(chǎn)制造、社會(huì)管理，以及人們的個(gè)人生活全面實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。

云計(jì)劃與自動(dòng)化

云計(jì)算是分布式處理、并行處理和網(wǎng)格計(jì)算的發(fā)展，或者說是這些計(jì)算機(jī)科學(xué)概念的商業(yè)實(shí)現(xiàn)。它的核心是海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和計(jì)算，特別強(qiáng)調(diào)虛擬化技術(shù)的應(yīng)用。簡(jiǎn)言之，云計(jì)算就是一種依托internet的超級(jí)計(jì)算模型，將巨大的資源聯(lián)系在一起為用戶提供各種IT服務(wù)。

例如，云計(jì)算模式將來帶來自動(dòng)化軟件行業(yè)的巨大變革。主要有：

（1）自動(dòng)化系統(tǒng)的架構(gòu)將更加靈活，分布式架構(gòu)將擴(kuò)展到更大范圍

現(xiàn)代的大型工業(yè)自動(dòng)化和信息化項(xiàng)目中，系統(tǒng)變得日益龐大和復(fù)雜，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)體系架構(gòu)已經(jīng)無(wú)法從容應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。云計(jì)算這一革命性理念的提出，徹底打破了自動(dòng)化系統(tǒng)中原來的僵化的體系結(jié)構(gòu)。在云計(jì)算的系統(tǒng)中，自動(dòng)化和信息化系統(tǒng)并不是簡(jiǎn)單運(yùn)行在某一臺(tái)固定的計(jì)算機(jī)上，而是運(yùn)行于包括Internet在內(nèi)的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)之上，基于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)來分配系統(tǒng)的資源及實(shí)現(xiàn)各種功能。

（2）海量信息的分析與處理將成為自動(dòng)化軟件的常規(guī)功能

在現(xiàn)代大型自動(dòng)化項(xiàng)目中，自動(dòng)化信息化數(shù)據(jù)量越來越大，用“海量”形容也并不為過。所以目前自動(dòng)化軟件中所用的數(shù)據(jù)庫(kù)類型，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式和數(shù)據(jù)的讀取、查詢模式，各項(xiàng)技術(shù)目前都在圍繞大量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、及時(shí)處理來進(jìn)行。海量信息的處理，已經(jīng)成為制約自動(dòng)化軟件發(fā)展的瓶頸之一。

（3）徹底改變工程開發(fā)模式

在云計(jì)算時(shí)代，工程項(xiàng)目的開發(fā)將不再拘泥于單臺(tái)計(jì)算機(jī)，SaaS模式使用戶可以通過Internet，直接利用自動(dòng)化軟件供應(yīng)商服務(wù)器上的軟件進(jìn)行開發(fā)，開發(fā)過程在云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行，開發(fā)完成后，生成可直接運(yùn)行的工程項(xiàng)目即可。

（4）轉(zhuǎn)變軟件供應(yīng)商的服務(wù)模式，降低維護(hù)成本

云計(jì)算的模式也將降低軟件供應(yīng)商的服務(wù)成本。以往軟件供應(yīng)商需要對(duì)運(yùn)行在各種軟硬件環(huán)境中的自動(dòng)化軟件進(jìn)行技術(shù)支持與維護(hù)，而云計(jì)算時(shí)代，他們只需要維護(hù)本服務(wù)器上的一套軟件即可。

（5）降低自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)硬件的要求，提升軟件的行業(yè)地位

無(wú)論是基于企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的私有云，或與外網(wǎng)有一定連接的混合云，都以動(dòng)態(tài)分配系統(tǒng)計(jì)算能力為目的，可以使系統(tǒng)的運(yùn)算進(jìn)行地更加平緩穩(wěn)定，從而在不降低運(yùn)行效率的前提下，極大地降低企業(yè)對(duì)硬件系統(tǒng)的要求。眾所周知，在目前的自動(dòng)化系統(tǒng)中，軟件處于“靈魂”的地位，但價(jià)值卻相對(duì)低廉，只占5%-10%。在云計(jì)算時(shí)代，系統(tǒng)對(duì)硬件的要求降低，而對(duì)軟件的要求則越來越高，所以軟件在自動(dòng)化行業(yè)中的價(jià)值比重和重要性，都將有很大提高。

（6）新技術(shù)與新的產(chǎn)品理念將成為競(jìng)爭(zhēng)的核心

毫無(wú)疑問，云計(jì)算模式將來帶來自動(dòng)化軟件行業(yè)的巨大變革。如何把握IT發(fā)展的潮流趨勢(shì)？如何開發(fā)基于云計(jì)算的新一代自動(dòng)化軟件？如何將舊的自動(dòng)化軟件版本兼容于云計(jì)算平臺(tái)？如何將傳統(tǒng)的自動(dòng)化工程系統(tǒng)升級(jí)為云計(jì)算系統(tǒng)？將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)考慮的首要問題。相信隨著云計(jì)算技術(shù)的日趨成熟及自動(dòng)化界的努力，我國(guó)利用“云計(jì)算”的自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展將日新月異。這也是中國(guó)自動(dòng)化界應(yīng)當(dāng)注意的問題。

綜上所述，從當(dāng)前五大自動(dòng)化熱門技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)可以看到自動(dòng)化創(chuàng)新可以用幾個(gè)詞來概括：集成、通訊、協(xié)同、節(jié)能、安全、標(biāo)準(zhǔn)與開放。隨著也誕生了許多新的產(chǎn)品和理念。