人工智能技術(shù)在電氣控制自動化中的應(yīng)用

王媛

[摘 ? ?要]人工智能主要是通過計算機(jī)程序來呈現(xiàn)人類智能的一種高科技技術(shù)，近年來，隨著人工智能技術(shù)的日漸純熟，在社會各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。尤其在工業(yè)電氣自動化中的應(yīng)用，不僅取代了傳統(tǒng)的人工操作模式，而且也提高了生產(chǎn)作業(yè)效率。文章圍繞人工智能技術(shù)在電氣控制自動化中的應(yīng)用領(lǐng)域與優(yōu)勢，以及實際應(yīng)用效果展開全面論述。

[關(guān)鍵詞]人工智能;電氣控制自動化;技術(shù)優(yōu)勢;應(yīng)用效果

[中圖分類號]TM76;TP18 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）03–00–02

[Abstract]Artificial intelligence is a high-tech technology that presents human intelligence through computer programs. In recent years， with the increasing sophistication of artificial intelligence technology， it has been widely used in various fields of society. Especially in the application of industrial electrical automation， it not only replaces the traditional manual operation mode， but also improves the production efficiency. Therefore， this paper will focus on the application fields and advantages of artificial intelligence technology in electrical control automation， as well as the actual application effect.

[Keywords]artificial intelligence; electrical control automation; technical advantages; application effect

人工智能作為計算機(jī)科學(xué)的一個重要分支，涉足的技術(shù)領(lǐng)域涵蓋機(jī)器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理以及專家系統(tǒng)等。目前，在工業(yè)電氣自動化生產(chǎn)當(dāng)中，人工智能技術(shù)已經(jīng)得到全面推廣和應(yīng)用。工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)將執(zhí)行程序?qū)懭胫悄軝C(jī)器，在程序指令的操控下，智能機(jī)器能夠自主完成作業(yè)風(fēng)險高、作業(yè)內(nèi)容復(fù)雜的工作，進(jìn)而減少了人力資本投入，為企業(yè)創(chuàng)造了更多的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。

1 人工智能技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是人工智能技術(shù)核心，其基本結(jié)構(gòu)主要由輸入層、輸出層以及多個隱藏層組成，而每一層都由多個神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

目前，人工智能技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域主要涉及電氣設(shè)備設(shè)計、電氣設(shè)備故障診斷以及電氣設(shè)備智能控制。

1.1 電氣設(shè)備設(shè)計

電氣設(shè)備的設(shè)計工作復(fù)雜而繁瑣，不僅需要設(shè)計人員具備應(yīng)用電路知識、電磁場知識、電機(jī)電器知識，同時，也需要具有豐富的設(shè)計經(jīng)驗。而借助于人工智能技術(shù)中的遺傳算法可以對電氣設(shè)備的性能進(jìn)行優(yōu)化，這就節(jié)省了大量的人力資源，而且該算法能夠精確計算出電氣設(shè)備每項技術(shù)參數(shù)的確切數(shù)據(jù)，提高了電氣設(shè)備的設(shè)計精度。

1.2 電氣設(shè)備的故障診斷

由于電氣設(shè)備始終處于高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，因此，設(shè)備發(fā)生故障的頻率也相對較高，如果采用過去的故障診斷方法，不但耗費(fèi)大量的時間與人力資源，同時，診斷結(jié)果的正確率也相對較低。而應(yīng)用人工智能技術(shù)的專家系統(tǒng)，能夠快速查找出設(shè)備故障產(chǎn)生的原因與具體部位，然后，操作終端根據(jù)系統(tǒng)的故障反饋信息可以快速采取針對性的檢修措施，以保障正常的生產(chǎn)作業(yè)流程不受任何影響。比如在檢測變壓器故障原因與發(fā)生的部位時，利用人工智能技術(shù)可以直接對變壓器油中分解出的氣體成分進(jìn)行分析，以此準(zhǔn)確判定出故障部位以及故障程度，進(jìn)而為故障排除爭取了大量時間。

1.3 電氣設(shè)備智能控制

電氣控制自動化技術(shù)是借助于智能化設(shè)備開展生產(chǎn)作業(yè)活動，而人工智能技術(shù)的介入，能夠最大限度地減少人力資源的投入成本。整個自動化生產(chǎn)線完全由智能化機(jī)器進(jìn)行支配和操控。工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)只需要在終端操作界面輸入相關(guān)的動作指令，然后借助于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制系統(tǒng)以及專家系統(tǒng)，將指令轉(zhuǎn)化為人的動作，進(jìn)而實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。比如在汽車零部件的制造領(lǐng)域，智能機(jī)器人與機(jī)器手已經(jīng)在實際生產(chǎn)當(dāng)中得到廣泛應(yīng)用，技術(shù)人員根據(jù)汽車零部件的尺寸與技術(shù)參數(shù)，將精準(zhǔn)的執(zhí)行程序?qū)懭胂到y(tǒng)當(dāng)中，當(dāng)智能機(jī)器人啟動之后，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的傳輸功能，將指令輸送至機(jī)器人的神經(jīng)中樞，這時，智能機(jī)器人完全可以模仿人的智慧進(jìn)行零部件加工，這種生產(chǎn)模式不僅能夠保證零部件的加工精度，同時，也能夠大幅度提高生產(chǎn)效率。

2 人工智能技術(shù)在電氣控制自動化中的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 抗干擾能力強(qiáng)

電氣設(shè)備往往處于高溫、高壓、高粉塵的惡劣作業(yè)環(huán)境當(dāng)中，加之受到外界電磁波的干擾使生產(chǎn)加工精度受到嚴(yán)重影響。而人工智能技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用，能夠有效抵御外界電磁波干擾與高溫、高壓、高粉塵的侵蝕，整個生產(chǎn)作業(yè)流程不會受到任何影響。另外，人工智能操作系統(tǒng)中的專家系統(tǒng)可以隨時對生產(chǎn)過程中的各種故障與問題進(jìn)行診斷，一旦發(fā)現(xiàn)故障隱患，專家系統(tǒng)能夠自動發(fā)出預(yù)警信息，技術(shù)人員能夠及時啟動檢修與排障方案，使電氣設(shè)備始終能夠保持正常的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，而且也能夠延長電氣設(shè)備的使用壽命。

2.2 提高產(chǎn)品精度與生產(chǎn)效率

過去，在工業(yè)生產(chǎn)中，產(chǎn)品的加工誤差常常超出最大的允許誤差值，導(dǎo)致產(chǎn)品合格率大幅下滑，與此同時，由于整個作業(yè)流水線需要大量人力資源的支持才能穩(wěn)定運(yùn)行，無形當(dāng)中就增加了企業(yè)的成本投入。而人工智能技術(shù)在電氣控制自動化中的應(yīng)用，恰恰可以規(guī)避這些問題。在生產(chǎn)作業(yè)活動開始之前，技術(shù)人員根據(jù)產(chǎn)品的型號、尺寸、外觀形態(tài)等技術(shù)參數(shù)，將程序指令事先寫入系統(tǒng)當(dāng)中，然后通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將程序指令發(fā)送給系統(tǒng)的執(zhí)行單元，執(zhí)行單元中的中樞神經(jīng)在識別程序指令后，能夠支配智能化機(jī)器執(zhí)行相應(yīng)的生產(chǎn)加工指令，由于產(chǎn)品的精度已經(jīng)是一個固定的程序，因此，生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量也能夠得到切實保障。另外，由于人工智能技術(shù)人的思維與智慧，在生產(chǎn)過程中，只要操作人員能夠完成的作業(yè)工序，智能機(jī)器也可以在短時間內(nèi)完成整個操作流程，這就取代了作業(yè)生產(chǎn)線的人工操作，而且生產(chǎn)效率也將得到大幅提升。

3 人工智能技術(shù)在電氣控制自動化中的實際應(yīng)用效果

3.1 在設(shè)備故障預(yù)防方面的應(yīng)用效果

電氣自動化設(shè)備在長時間運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，受到外界環(huán)境因素以及人為主觀因素的影響，極易出現(xiàn)各種不同類型的故障，輕微故障將嚴(yán)重影響作業(yè)生產(chǎn)效率，而嚴(yán)重故障有可能埋下重大的安全隱患，甚至危及現(xiàn)場作業(yè)人員的生命安全。但是，人工智能技術(shù)不僅能夠預(yù)防各種故障的發(fā)生，而且也能夠準(zhǔn)確診斷出故障類型以及故障產(chǎn)生的具體原因。這主要由于人工智能系統(tǒng)中的專家系統(tǒng)具備推理功能、教育功能、學(xué)習(xí)功能與咨詢功能，該系統(tǒng)主要由知識庫、知識獲取機(jī)構(gòu)、綜合數(shù)據(jù)庫、推理機(jī)、人機(jī)接口以及解釋器組成，使得專家系統(tǒng)具有靈活性、透明性與交互性的特點(diǎn)。一旦電氣設(shè)備發(fā)生故障，故障診斷專家系統(tǒng)就會根據(jù)故障類型準(zhǔn)確判斷和推理出故障原因與產(chǎn)生的具體部位，終端人員可以根據(jù)反饋信息在短時間內(nèi)將設(shè)備的異常狀態(tài)轉(zhuǎn)變成為正常狀態(tài)。故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

過去，自動化控制器只能對生產(chǎn)作業(yè)流程進(jìn)行有效控制，卻無法準(zhǔn)確預(yù)測出設(shè)備存在的故障隱患，而應(yīng)用故障診斷專家系統(tǒng)，可以充分發(fā)揮知識庫與推理機(jī)的強(qiáng)大功能，對設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)信息進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測與分析。如果設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)異常，系統(tǒng)將及時發(fā)出故障預(yù)警信號，終端操作人員根據(jù)反饋信號，能夠第一時間獲取相關(guān)的故障信息，這時，可以迅速啟動故障排除預(yù)案，將故障隱患消滅在萌芽狀態(tài)。比如故障診斷專家系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確獲取設(shè)備的振動、溫度、壓力、功率等技術(shù)參數(shù)，同時，該系統(tǒng)當(dāng)中還包括I/O信號以及指示運(yùn)動狀態(tài)信號，當(dāng)設(shè)備存在故障隱患，完全可以通過這些信號之間的邏輯關(guān)系，查找出故障位置與相關(guān)部件。由此可見，人工智能技術(shù)這種事前預(yù)測推理功能對提高生產(chǎn)作業(yè)效率起到?jīng)Q定性作用。

3.2 在設(shè)備檢測方面的應(yīng)用效果

在實際生產(chǎn)過程中，企業(yè)需要對電氣設(shè)備進(jìn)行定期檢測，以排除設(shè)備的故障隱患，檢測出不穩(wěn)定運(yùn)行要素，使生產(chǎn)流程始終處于正常狀態(tài)。但是，傳統(tǒng)的檢測方法不僅需要投入大量的人力資源，而且檢測準(zhǔn)確率也相對較低。而應(yīng)用人工智能技術(shù)后，專家系統(tǒng)中的知識庫可以提供大量的設(shè)備異常狀態(tài)的權(quán)威數(shù)據(jù)與信息，一旦檢測結(jié)果與專家知識庫中的信息相吻合，則可以快速判斷出設(shè)備是否處于異常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。或者根據(jù)系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的精確算法，將產(chǎn)生故障原因的范圍逐步縮小，這時，技術(shù)人員可以精準(zhǔn)確定故障部位，這就減少了人力資源投入，為企業(yè)節(jié)省大量的檢測經(jīng)費(fèi)。

3.3 在電氣設(shè)備狀態(tài)跟蹤方面的應(yīng)用效果

電氣設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)直接關(guān)系到生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品的加工制造精度，傳統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)跟蹤方法主要采取人工監(jiān)測模式，一旦出現(xiàn)人為失誤，設(shè)備的某一道生產(chǎn)工序就會受到嚴(yán)重影響。而人工智能技術(shù)的介入，可以完全依靠于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖像與語言識別系統(tǒng)以及專家系統(tǒng)對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測與跟蹤，如果在監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)某一道生產(chǎn)工序出現(xiàn)問題，系統(tǒng)就會在第一時間發(fā)出預(yù)警信號，企業(yè)可以根據(jù)異常狀態(tài)的嚴(yán)重程度，發(fā)出中斷生產(chǎn)或者繼續(xù)生產(chǎn)的指令，這樣既節(jié)省了人工監(jiān)測成本，同時，也降低了安全事故的發(fā)生概率。

3.4 在電氣設(shè)備控制流程中的應(yīng)用效果

人工智能技術(shù)主要包括專家控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)以及模糊控制系統(tǒng)。專家控制系統(tǒng)主要是基于計算機(jī)智能程序，而衍生出的一項新興的智慧型系統(tǒng)，該系統(tǒng)中存儲了大量的特定領(lǐng)域內(nèi)的知識與經(jīng)驗，在執(zhí)行功能指令時，可以模擬人類專家的思維與分析模式，來解決各種問題。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)主要是建立在人類的邏輯思維、直觀思維、頓悟思維方式的基礎(chǔ)上而形成的一個智能推理程序，這一程序可以對各種信息進(jìn)行協(xié)同處理。模糊控制系統(tǒng)主要是該系統(tǒng)在執(zhí)行相關(guān)程序指令時，其邏輯推理、判斷決策的結(jié)果并非完全精確，因此，這種與人有關(guān)的系統(tǒng)就具有一定的模糊性。這三種人工智能系統(tǒng)在電氣設(shè)備控制流程中的應(yīng)用，不但可以準(zhǔn)確采集生產(chǎn)流程信息，而且也能夠?qū)λ虚_關(guān)量信息以及模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行有效監(jiān)測與修復(fù)，這就給生產(chǎn)效率與經(jīng)濟(jì)效益的提升提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

4 結(jié)束語

人工智能技術(shù)在電氣控制自動化中的應(yīng)用是未來工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的必然發(fā)展趨勢，同時，也是推進(jìn)工業(yè)現(xiàn)代化與智能化發(fā)展進(jìn)程的重要標(biāo)志，因此，在這一背景之下，工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)當(dāng)始終秉持與時俱進(jìn)的態(tài)度，不斷提升專業(yè)技術(shù)水準(zhǔn)，并充分發(fā)揮人工智能技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，使企業(yè)在激烈的市場競爭中站穩(wěn)腳跟。

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