電子工程自動(dòng)化控制中的智能技術(shù)

張麗紅

（吉林省電子信息產(chǎn)品檢驗(yàn)研究院，吉林 長春 130021）

0 引言

在日新月異的科學(xué)技術(shù)推動(dòng)下，電氣自動(dòng)化控制領(lǐng)域發(fā)生了翻天覆地的變化。人工智能作為重要的科技創(chuàng)新成果經(jīng)過長期調(diào)試已經(jīng)被應(yīng)用于電氣自動(dòng)化控制，這使得電氣自動(dòng)化控制的效率和質(zhì)量都獲得了顯著的提升。過去的電氣控制已經(jīng)無法滿足人們?nèi)找嬖鲩L的生產(chǎn)需求，為了提高電氣自動(dòng)化技術(shù)在各行各業(yè)的生產(chǎn)效率，必須將人工智能與電氣自動(dòng)化控制相融合，共同實(shí)現(xiàn)機(jī)械大生產(chǎn)過程中的高效控制。將人工智能用于電氣控制輔助，具有優(yōu)化資源配置、保障產(chǎn)品的質(zhì)量、使得信息采集變得立體化等眾多優(yōu)勢，這些優(yōu)勢在電氣自動(dòng)化控制的具體應(yīng)用中發(fā)揮了重要的作用。

1 智能化技術(shù)概念及應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，尤其是基于互聯(lián)網(wǎng)的大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)深入了人們的工作和生活中?；跀?shù)據(jù)通信和強(qiáng)大算力的智能，逐漸擁有了一定的感知能力、記憶能力、思維能力和學(xué)習(xí)能力，可以自主學(xué)習(xí)和分析特定場景下的行為模式，并根據(jù)計(jì)算機(jī)設(shè)置的程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理。當(dāng)前，智能化在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，它不僅可以提高工業(yè)生產(chǎn)的效率，還可以顯著地提高產(chǎn)品的品質(zhì)，與傳統(tǒng)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)相比，智能化可以更好地適應(yīng)復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)流程[1]。

當(dāng)前，智能化技術(shù)在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，一般都是集中在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，并且都是注重應(yīng)用，而對于底層運(yùn)行邏輯的重視不夠。一方面，國內(nèi)企業(yè)的技術(shù)水平一般都比較低，所以在自動(dòng)化控制技術(shù)上的儲(chǔ)備也比較少。所以，對企業(yè)來說，對智能化技術(shù)的引進(jìn)已經(jīng)有了一定的難度，它只是能夠解決一些具體的應(yīng)用問題，但是卻不能夠?qū)ζ溥M(jìn)行進(jìn)一步的提升和改進(jìn)；另一方面，在自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，需要對相關(guān)行業(yè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行積累，只有這樣，智能化技術(shù)才可以以這些數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對其進(jìn)行自我學(xué)習(xí)和控制。但是，當(dāng)前，可以深入第一線，對控制系統(tǒng)進(jìn)行采集，并完成智能化研究的科研人員數(shù)量很少，需要企業(yè)和科研院所一起來完成。目前，我國缺少可以將科研力量整合起來的平臺(tái)和機(jī)制，導(dǎo)致了智能化技術(shù)在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，在創(chuàng)新方面存在不足。

2 電子工程系統(tǒng)中的智能技術(shù)特點(diǎn)

2.1 高精度控制

將智能技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)結(jié)合起來，將會(huì)涉及多個(gè)CPU 控制系統(tǒng)、RISC 芯片等領(lǐng)域，與傳統(tǒng)控制方式相比，它在控制精度、控制效率等方面具有更大的優(yōu)越性。同時(shí)，避免電氣工程中的控制誤差，可以使電氣系統(tǒng)的運(yùn)行更加穩(wěn)定。

2.2 無人化操控

過去采用自動(dòng)控制系統(tǒng)，在某些環(huán)節(jié)仍需要人工操作，才能確保電氣系統(tǒng)的安全運(yùn)行。而智能控制器的運(yùn)用，可以在運(yùn)行過程中利用相應(yīng)的時(shí)間、魯棒性等來實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的控制，也就是說，在電氣項(xiàng)目的運(yùn)行過程中，實(shí)現(xiàn)完全的自動(dòng)控制，員工的工作僅僅是對有關(guān)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而降低了電氣項(xiàng)目的人工費(fèi)用。另外，通過運(yùn)用智能化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對電氣系統(tǒng)的遠(yuǎn)程智能控制，從而使電氣系統(tǒng)的運(yùn)行效率得到了進(jìn)一步的提高。

3 我國電子信息技術(shù)發(fā)展的重要意義

所謂的電子信息技術(shù)，是指利用獲取、傳遞、儲(chǔ)存等功能的信息技術(shù)，也是一門用來進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析和實(shí)施的技術(shù)。從整體上講，在電子和資訊科技這一領(lǐng)域，從電子通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)語言、游戲等幾方面對電子信息技術(shù)做較為詳細(xì)的介紹。電子資訊科技對電腦、微電子及通信科技來說，都是非常重要的一部分。具體地說，電子信息技術(shù)指的是在借助電子計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的情況下實(shí)現(xiàn)獲取、加工、分析、存儲(chǔ)、交換及傳送的一整個(gè)流程。包含裝置服務(wù)與資訊服務(wù)技術(shù)之總稱。從根本上說，電子信息技術(shù)是人們認(rèn)識(shí)自然、研究自然、改造自然的一個(gè)重要的進(jìn)程。從總體上看，信息的獲取、傳遞和存儲(chǔ)是電子信息技術(shù)的本質(zhì)和根本特征。當(dāng)前，隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，通信、網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域的迅速發(fā)展，正在各個(gè)方面產(chǎn)生深刻的變革。從原來單一的通信服務(wù)，逐步向多層次、多元化的方向演變。簡言之，在未來，電子信息技術(shù)的發(fā)展離不開市場這個(gè)中心化元素與其他產(chǎn)業(yè)相融合[2]。例如，如何將通信網(wǎng)絡(luò)與電子信息技術(shù)的有機(jī)結(jié)合、管理和應(yīng)用，就成為一個(gè)亟待解決的問題。這是因?yàn)?，電子信息技術(shù)跟其他產(chǎn)業(yè)進(jìn)行融合，使本身的應(yīng)用范圍以及領(lǐng)域得到拓展；與此同時(shí)，也在此基礎(chǔ)上發(fā)展出數(shù)量眾多的電子信息技術(shù)公司，這必將促進(jìn)電子信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)從一個(gè)純粹的電子信息載體，逐漸發(fā)展成為一個(gè)聚焦于業(yè)務(wù)的核心平臺(tái)。眾所周知，未來發(fā)展的主要推動(dòng)力是電子信息技術(shù)。而在世界范圍內(nèi)，電子信息技術(shù)的發(fā)展，對任何一個(gè)國家、地區(qū)都事關(guān)重大，甚至?xí)苯佑绊懻麄€(gè)國家和地區(qū)的發(fā)展。因此對我國而言，無論從經(jīng)濟(jì)方面還是社會(huì)方面的角度看，促進(jìn)電子信息技術(shù)的發(fā)展都十分必要。

4 電子自動(dòng)化控制工程中智能技術(shù)的具體應(yīng)用

4.1 在電氣控制中的應(yīng)用

電氣控制是電氣自動(dòng)化最復(fù)雜與重要的環(huán)節(jié)，煩瑣的數(shù)據(jù)處理需要在這個(gè)環(huán)節(jié)完成，人工智能技術(shù)的引入能夠加強(qiáng)對電氣自動(dòng)化具體流程的管理，使得電氣控制工作變得簡單有序。冶金行業(yè)針對冶金機(jī)械的實(shí)際運(yùn)行效率要求較高，這意味著工作人員必須對機(jī)械的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行嚴(yán)格的把控。就現(xiàn)階段而言，人工智能應(yīng)用于冶金行業(yè)電氣自動(dòng)化的控制環(huán)節(jié)，主要是借助計(jì)算機(jī)技術(shù)預(yù)先設(shè)置好具體的控制程序，當(dāng)設(shè)備通電后，事先設(shè)置好的控制程序就可以對運(yùn)行的機(jī)械展開監(jiān)管。如果遇到機(jī)械出現(xiàn)故障的情況，能夠立刻做出調(diào)整，避免了由于沒有發(fā)生機(jī)械故障導(dǎo)致的生產(chǎn)力低下。這種人工智能參與控制的方式使得生產(chǎn)更加規(guī)范化、專業(yè)化，在一定程度上減少了不合格產(chǎn)品的出現(xiàn)，保障了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

模糊控制與專家控制是人工智能技術(shù)應(yīng)用于電氣自動(dòng)化控制的兩種重要方式。專家系統(tǒng)將專業(yè)知識(shí)與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)通過計(jì)算機(jī)規(guī)則進(jìn)行融合，通過模擬專家來解決電氣控制中出現(xiàn)的各類問題。目前多用于實(shí)驗(yàn)研究，沒有投入實(shí)際應(yīng)用。模糊控制由模糊推理與模糊語言作為核心理念，能夠迅速解決繁復(fù)的數(shù)學(xué)計(jì)算，建立電力生產(chǎn)和負(fù)荷變化函數(shù)的高難度模型，得到最優(yōu)解，較多地應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)的電氣控制環(huán)節(jié)[3]。

4.2 在電子網(wǎng)絡(luò)安全中的應(yīng)用

人工智能技術(shù)的應(yīng)用能夠提高電子自動(dòng)化控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全。在應(yīng)用電子自動(dòng)化技術(shù)的過程中，網(wǎng)絡(luò)安全經(jīng)常遭遇3 種攻擊。①中間人攻擊，這種攻擊方式善偽裝，把攻擊信息偽裝為普通的通信信息，很難被檢測出來。將人工智能技術(shù)應(yīng)用于電子自動(dòng)化能夠有效解決中間人攻擊。人工智能技術(shù)能夠針對入侵鏈路中的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)檢測與拓?fù)錂z測系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)檢測，并對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是否發(fā)生改變做出判斷，能夠成功減輕工作人員的任務(wù)量，降低中間人入侵出現(xiàn)的可能性。②拒絕服務(wù)攻擊，這種攻擊方式在應(yīng)用電子自動(dòng)化控制機(jī)械工作過程中，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的資源損耗，使得中央處理運(yùn)轉(zhuǎn)速度較慢，不能針對系統(tǒng)內(nèi)部的常態(tài)性請求做出及時(shí)的回應(yīng)，最終導(dǎo)致系統(tǒng)崩盤[4]。將人工智能技術(shù)應(yīng)用于電子自動(dòng)化能夠有效解決拒絕服務(wù)攻擊。人工智能系統(tǒng)能夠針對自動(dòng)控制系統(tǒng)的合閘動(dòng)作進(jìn)行建模，根據(jù)建模對象的方程，得到網(wǎng)絡(luò)整體攻擊頻率的動(dòng)態(tài)效果圖，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行電子自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)安全檢測。③數(shù)據(jù)篡改攻擊，這種攻擊方式在應(yīng)用電子自動(dòng)化控制機(jī)械工作的過程中會(huì)導(dǎo)致信息接收端接收錯(cuò)誤的命令，運(yùn)行紊亂。人工智能技術(shù)的應(yīng)用，使得數(shù)據(jù)篡改攻擊即便只針對數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)微改動(dòng)，檢測模塊也能夠立刻發(fā)現(xiàn)并實(shí)施保護(hù)，確保電子控制的網(wǎng)絡(luò)安全。

4.3 在完善命令調(diào)節(jié)中的應(yīng)用

要使人工智能技術(shù)得到更好的應(yīng)用，就需要對現(xiàn)有的指令調(diào)整路徑進(jìn)行合理的集成，這樣才能對系統(tǒng)中的缺陷進(jìn)行有效的檢測，并按照自動(dòng)化發(fā)展的原則對原有的系統(tǒng)進(jìn)行改造，這樣才能避免由于系統(tǒng)缺陷而帶來的經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)，一般都會(huì)使用自動(dòng)操縱設(shè)備，來實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，但是，基于這一點(diǎn)，還必須制定一系列的指令調(diào)整方案，這樣才能更好地理解生產(chǎn)的要求，并且能夠及時(shí)地解決出現(xiàn)的問題，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。而對于一些比較復(fù)雜的設(shè)備來說，長期使用會(huì)對機(jī)械結(jié)構(gòu)造成一定的損傷，從而對指令的傳輸質(zhì)量和速度造成很大的影響。對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)合理的分析，能夠幫助我們更好地分析和處理系統(tǒng)運(yùn)行過程中所遇到的各類問題，減少因軟件失效所帶來的種種后果。在此過程中，一定要優(yōu)化現(xiàn)有的運(yùn)行路線，并以創(chuàng)新的整改戰(zhàn)略為基礎(chǔ)，理性地分析存在的問題，發(fā)掘出智能化的發(fā)展道路，從而使電子工程自動(dòng)化的運(yùn)行與監(jiān)控工作得以穩(wěn)定地進(jìn)行下去。

5 智能技術(shù)在電子工程自動(dòng)化控制中的發(fā)展趨勢

5.1 優(yōu)化調(diào)控以及檢驗(yàn)程序活動(dòng)

在調(diào)節(jié)以及檢驗(yàn)程序的實(shí)施中，是獨(dú)立設(shè)計(jì)產(chǎn)品的重要環(huán)節(jié)。要重視對電子工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的規(guī)范化應(yīng)用，保證各種程序命令調(diào)控可以得到有效的實(shí)現(xiàn)。合理應(yīng)用可編程邏輯控制設(shè)備和人機(jī)交互窗口，做好產(chǎn)品的整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。在電子工程自動(dòng)化控制中，人工智能技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化選擇，設(shè)計(jì)自動(dòng)化區(qū)域、命令傳感區(qū)域、命令執(zhí)行區(qū)域的劃分，程序檢查和調(diào)控工作要在自動(dòng)化區(qū)進(jìn)行，做好各種命令的探索，對電子工程自動(dòng)化程序進(jìn)行合理的調(diào)整，從而為開展自主檢驗(yàn)活動(dòng)提供各種保障。在電子工程自動(dòng)化工作中，將人工智能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用于電子工程自動(dòng)化控制，為運(yùn)維程序控制提供了技術(shù)保障。利用人工智能技術(shù)，對標(biāo)準(zhǔn)化的程序進(jìn)行充分的利用，并對其進(jìn)行有效的自檢程序命令，從而可以將智能檢測系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值充分發(fā)揮出來，能夠及時(shí)地對命令執(zhí)行中存在的問題進(jìn)行調(diào)查，并對其進(jìn)行規(guī)范化調(diào)整。技術(shù)人員也要做好外部操作命令調(diào)整，對數(shù)據(jù)庫各項(xiàng)資料信息不對稱現(xiàn)狀進(jìn)行判斷，在操作過程中合理優(yōu)化整體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維命令及時(shí)調(diào)整。

5.2 不斷提升開放性和可擴(kuò)展性

智能科技的開放與可擴(kuò)充性，既包含在硬件層次上的開放與可擴(kuò)充性，也包含在軟件層次上的可調(diào)節(jié)與可擴(kuò)展性。在硬件層次上，開放、可擴(kuò)充的發(fā)展方向可以借助開放的硬件平臺(tái)來體現(xiàn)。舉例來說，Raspberry Pi 以及Arduino 等硬件平臺(tái)的普及，使得快速地搭建并開發(fā)出智能化的產(chǎn)品變得更加容易。另外，傳感器和芯片等部件可以根據(jù)需要進(jìn)行靈活的配置[5]。在軟件層次上，智能技術(shù)的可調(diào)節(jié)性、可擴(kuò)充性也日益成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。一方面智能技術(shù)的開放性便于人們建立數(shù)學(xué)模型，開發(fā)軟件；另一方面，智能技術(shù)的可擴(kuò)充性使得智能化應(yīng)用能夠獲取更多的數(shù)據(jù)，更多的算法，具有更大的適用范圍，更高的精度。在當(dāng)今的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，智能化技術(shù)向開放、可擴(kuò)充的方向發(fā)展是一種重要方向。毫無疑問，在今后的電氣工程中，智能化技術(shù)將會(huì)給電氣工程的自動(dòng)控制帶來更加深刻的影響，其應(yīng)用范圍也會(huì)更加廣闊。

5.3 向多元化、集約化方向發(fā)展

在研發(fā)電子產(chǎn)品的過程中。電子信息技術(shù)的研發(fā)，必須順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的要求，技術(shù)的發(fā)展必須跟上時(shí)代的潮流，否則二者一旦失衡，不但對我國的電子信息技術(shù)造成很大的負(fù)面影響，而且在現(xiàn)代社會(huì)中還會(huì)失去目前的市場競爭地位，伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，消費(fèi)水平也在持續(xù)地提升，同時(shí)消費(fèi)方式也變得更具個(gè)性化。當(dāng)前，電子信息技術(shù)已與機(jī)械、能源、交通等行業(yè)實(shí)現(xiàn)融合；此外，還與建筑技術(shù)、冶金技術(shù)等領(lǐng)域進(jìn)行融合，使得新技術(shù)逐步發(fā)展并相互滲透；同時(shí)，日益發(fā)展的電子信息技術(shù)，不僅能保證企業(yè)在某種程度上實(shí)現(xiàn)利潤，又可推動(dòng)企業(yè)在某些關(guān)鍵技術(shù)上進(jìn)行創(chuàng)新。目前，國內(nèi)的電子信息技術(shù)企業(yè)的核心競爭力是被核心技術(shù)的創(chuàng)新和壟斷。因此，目前國內(nèi)的電子信息技術(shù)發(fā)展與競爭的重點(diǎn)是軟件、電路集成、新器件等。從總體上看，軟件以電子信息技術(shù)為中心，而電路集成、新元件等是其發(fā)展的前提和基礎(chǔ)。為進(jìn)一步增強(qiáng)企業(yè)的競爭力，國內(nèi)企業(yè)在研發(fā)和生產(chǎn)電子信息技術(shù)產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)經(jīng)常注重研發(fā)相關(guān)的軟件、電路集成以及核心部件。

6 結(jié)語

整體而言，智能化科技的運(yùn)用，給電子工程中的自動(dòng)化與控制工作，特別是信息傳遞與數(shù)據(jù)的處理與分析方面，對生產(chǎn)結(jié)構(gòu)帶來了新的機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)。在電子工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，智能技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢，可以提升產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，節(jié)約能源和資源，降低運(yùn)行人員和維護(hù)人員的工作量，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在未來的電氣工程中，智能化技術(shù)將會(huì)越來越重要。隨著智能化程度的提高，電子工程的自動(dòng)控制系統(tǒng)將向著更加智能化、高效化、高可靠化的方向發(fā)展。