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當前，以智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為代表的新一輪產(chǎn)業(yè)變革正迅猛發(fā)展，數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化正日益成為制造業(yè)的主要發(fā)展方向，這一趨勢無疑將對智能儀表的發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響，促進智能儀表行業(yè)的快速發(fā)展。智能感知是實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)的關(guān)鍵基礎。傳感技術(shù)、采集技術(shù)與通訊技術(shù)不斷高度集成并應用在各個行業(yè)，智能儀表是其中不可或缺的一部分，它通過采集數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行初步分析加工成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)感知的源頭。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為實現(xiàn)智能制造的重要抓手，其大規(guī)模發(fā)展必然帶動智能儀表在工業(yè)制造各個領域的廣泛應用。

為滿足制造業(yè)用戶的智能制造需求，儀器儀表行業(yè)正在從自動化向智能化方向發(fā)展，更確切地說，是朝著微型化、多功能化、人工智能化、虛擬化等方向發(fā)展，本期聚焦欄目特別邀請來自研究院所與企業(yè)的專家共同探討儀器儀表的智能化發(fā)展趨勢。

王春喜：智能儀表技術(shù)和標準化發(fā)展趨勢

全國工業(yè)過程測量控制和自動化標委會（SAC/TC124）秘書長王春喜

儀器儀表（Instrument或Instrumentation）是指用以檢出、測量、觀察、計算各種物理量、物質(zhì)成分、物性參數(shù)等的器具或設備。溫度變送器、壓力變送器、流量變送器、分析儀表、實驗室儀表、工控機、控制系統(tǒng)、可編程序控制器（PLC）、分散控制系統(tǒng)（DCS）、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）、執(zhí)行系統(tǒng)、工業(yè)通信系統(tǒng)等均屬于儀器儀表。按國民經(jīng)濟行業(yè)分類，儀器儀表大類包括9個中類、 20個小類。

根據(jù)IEC國際標準定義，智能傳感器及儀器儀表應具有數(shù)字通信和除基本要求外其他輔助功能（如仿真和優(yōu)化、自診斷、自維護、無線通信、功能安全和信息安全等）。隨著第四次工業(yè)革命的到來，世界開始進入數(shù)字化和智能化時代。在智能化的過程中，首先要解決的就是要獲取準確可靠的數(shù)據(jù)和信息，而智能傳感器及儀器儀表是獲取自然和生產(chǎn)領域中數(shù)據(jù)和信息的主要途徑與手段，在當今時代推動科學技術(shù)和國民經(jīng)濟的發(fā)展中具有非常重要的地位，其研究、制造和應用技術(shù)水平是衡量一個國家綜合國力、科技水平、創(chuàng)新能力的重要指標。

2017年，工信部印發(fā)了《智能傳感器產(chǎn)業(yè)三年行動指南（2017-2019年）》，指出智能傳感器及儀器儀表市場應用正呈現(xiàn)爆發(fā)式增長態(tài)勢，已成為決定未來信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心與基礎之一。發(fā)達工業(yè)國家都把傳感器及儀器儀表技術(shù)列為國家發(fā)展戰(zhàn)略，美、日、英、法、德和獨聯(lián)體等國都把傳感器技術(shù)列為國家重點開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)之一。

標準化工作一直在技術(shù)與開發(fā)、科研與生產(chǎn)、市場與需求、供應與采辦、政府與企業(yè)之間，發(fā)揮著“橋梁”和“紐帶”的作用，是促進技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基礎。目前，我國傳感器及儀器儀表行業(yè)相關(guān)的技術(shù)標準共有約540余項。涉及的標委會主要包括：SAC/TC124（工業(yè)過程測量控制和自動化）、SAC/TC78（半導體器件）、SAC/TC103（光學和光學儀器）、SAC/TC104（電工儀器儀表）、SAC/TC284（光輻射安全和激光設備）、SAC/TC419（儀表功能材料）、SAC/TC526（實驗室儀器及設備）、機械工業(yè)儀器儀表元器件標準化技術(shù)委員會等十幾個標委會和行業(yè)歸口單位。其中最主要的標委會是SAC/TC124（對口IEC/TC65），近年來TC124組織行業(yè)專家構(gòu)建了涵蓋17小類、119系列的“融合開放、協(xié)調(diào)配套，科學先進、結(jié)構(gòu)合理”的工業(yè)過程測量控制和自動化技術(shù)標準體系，并將其納入了《國家智能制造標準體系建設指南》、《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)綜合標準化體系建設指南》和《國家新一代人工智能標準體系建設指南》中。

近年來，我國傳感器及儀器儀表技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展充分體現(xiàn)了國家創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略，逐步向高靈敏度、高適應性、高可靠性、新材料、MEMS集成、無線通信、嵌入式、微型化、模塊化、智能化方向發(fā)展，但在產(chǎn)業(yè)化進展緩慢、關(guān)鍵核心技術(shù)匱乏、高端產(chǎn)品被國外長期壟斷、產(chǎn)品穩(wěn)定性和可靠性不足等方面與國外的差距仍然較大。

當前，全球信息技術(shù)發(fā)展正處于跨界融合、加速創(chuàng)新、深度調(diào)整的歷史時期，呈現(xiàn)萬物互聯(lián)、萬物智能的新特征。智能傳感器及儀器儀表是信息產(chǎn)業(yè)的源頭和組成部分，對促進工業(yè)轉(zhuǎn)型升級和高質(zhì)量發(fā)展、推動現(xiàn)代國防建設、保障和提高人民生活水平發(fā)揮著重要作用。我國應統(tǒng)籌規(guī)劃傳感器及智能化儀器儀表產(chǎn)業(yè)發(fā)展，整合現(xiàn)有資源，突出重點，標準引領，通過政策和資金的支持，充分發(fā)揮企業(yè)的主體地位和作用，著力增強自主創(chuàng)新能力，攻克基礎共性和高端核心技術(shù)，實現(xiàn)整個產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

李建：人工智能助力智能儀表發(fā)展

北京安控科技股份有限公司產(chǎn)品經(jīng)理李建

儀器儀表是制造行業(yè)邁向智能建設的基礎，是智能制造的“眼”和“手”，儀表的智能化程度從某種程度也決定了智能制造的“智慧化”程度。

AI（人工智能）技術(shù)，簡而言之就是將人的思維的過程進行模擬，將人的經(jīng)驗和學習的過程，通過算法如：神經(jīng)網(wǎng)絡算法、模糊算法、遺傳算法等，使儀器儀表能通過自我認知、自我學習、自我繼承的方式達到“智能”甚至“智慧”的水平。

利用AI技術(shù)，個人認為儀器儀表的智能化發(fā)展可以從以下幾個方面體現(xiàn)：

（1）保證儀表使用的可靠性和精度

儀表在生產(chǎn)制造時通過使用先進的自動化生產(chǎn)線可以保證高穩(wěn)定性，達到要求的精度。但當儀表應用到實際的現(xiàn)場時，往往穩(wěn)定性和精度都會受損，達不到預期的目標。出現(xiàn)這種情況的原因主要是兩方面：一是實際現(xiàn)場的環(huán)境比較復雜比較惡劣（如高溫、高寒、電磁干擾等），二是安裝和使用時不規(guī)范導致達不到預期要求。

利用人工智能技術(shù)，尤其是弱人工智能技術(shù)，可以使現(xiàn)場儀表對其工作的環(huán)境進行感知、記憶，利用虛擬設計和算法不斷繼承和訓練，最后可以使儀表在特定的環(huán)境中保持高可靠性，也可以使設計廠家快速和低成本地設計出符合特定行業(yè)要求的產(chǎn)品。安裝時，儀表可以對現(xiàn)場的安裝習慣進行記憶，優(yōu)化設計，可以提供良好的人機交互系統(tǒng)矯正安裝操作。達到制造商和客戶的雙贏。

（2）自我校準，自我診斷，消除漂移，減少維護成本

物聯(lián)網(wǎng)建設以及智能制造都需要安裝成千上萬，甚至上百萬的儀表到現(xiàn)場，由于地球經(jīng)緯度變化、使用過程中老化影響，導致儀表的零點漂移、線性發(fā)生變化。儀表發(fā)生漂移就會導致數(shù)據(jù)不準確，數(shù)據(jù)是智能生產(chǎn)、智能分析、智能決策的基礎，所以儀表的校準工作就顯得尤為重要。而大量儀表的校準對于客戶來說是非常困難的，甚至是不可能完成的工作。

通過人工智能技術(shù)，儀表可自我感知地理信息的變化，以及自身傳感器件的線性變化，自我調(diào)整自己的零點以及線性。客戶無需耗費大量的財力人力去做儀表的校準，減少停機時間，提高生產(chǎn)效率。

各類儀表在物聯(lián)網(wǎng)和制造行業(yè)中大批量的使用，提供了“全面感知”的數(shù)據(jù)，但同時也面臨著大量的儀表要進行維護。怎么快速定位儀表的故障點，快速維修，減少停機時間，是客戶非常關(guān)注的一點。而智能儀表就要解決這個問題，儀表自我感知，自我診斷，自動檢測出故障部位甚至檢測出故障原因，給出故障處理方法，大大方便了儀表的維護工作。

（3）自我學習，自我繼承，節(jié)能優(yōu)化

智能儀表利用自身的專家?guī)臁⑺惴◣臁⒋髷?shù)據(jù)分析算法燈，結(jié)合控制系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)、實時運行的數(shù)據(jù)，優(yōu)化控制和動作過程及頻次。如：智能農(nóng)業(yè)，對農(nóng)田的農(nóng)作物進行灌溉，智能儀表可以結(jié)合天氣預報信息、歷史灌溉的頻次和水量，合理的調(diào)整目前的灌溉水量和頻次，保證農(nóng)作物生產(chǎn)的同時節(jié)約用水。

（4）良好的人機交互能力

未來的智能儀表應該具備良好的人機交互能力，可以方便和工程師進行交互，如通過語音或者書面描述。智能儀表同時可以根據(jù)不同工程師交互的內(nèi)容，通過記憶和累計比較不同人員關(guān)注的參數(shù)，進行定制化推送，方便工程師快速得到自己想要的信息。

總之，人工智能技術(shù)正在推動儀表的智能化發(fā)展，讓儀表具備自我認知、自我學習、自我繼承的能力，逐漸走向智慧化。從而大大縮減設計廠商的研發(fā)時間，加快切入市場的能力，客戶利用更加智能的儀表，可以提高自己的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。

摘自《自動化博覽》2019年10月刊