時間:2023-03-20 16:28:11
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智能化技術,是在我國科學技術不斷發展中所研發出的新型技術手段,在智能化技術出現后,因其各種優勢已經在我國各個領域當中被廣泛的運用起來,尤其在電氣工程自動化控制系統當中,隨著被逐步的運用在電氣工程的各項領域當中,為我國電氣工程領域的發展奠定非常有利的基礎。
1智能化技術的主要理論基礎分析
在二十世紀五十年代人工智能就已經問世,通過幾十年的不斷研究與探索,智能化技術也被廣泛的運用起來,在人們生活當中、工作當中都被人工智能化產品所占據,它們能夠像人類一樣有感應,能行動和思索,因其自身擁有高精度、高效率以及高協調性的特點,已經遠超傳統的控制技術,當前隨著計算機的快速發展,能夠有效的實現運用人的思維能力去模擬到機器人身上,在運用計算機編程語言技術,普及增加智能化模擬的可實施性,進而實現科技的快速發展。
2在電氣工程自動化控制中應用智能化技術的主要意義
2.1能夠對自動化控制模型進行簡化
在電氣工程自動化控制工作中,主要就是通過建立模型來實現的,但是因此模型相對比較復雜繁瑣。例如,建立的模型與實際情況出現不符的情況或實際操作中出現與模型不統一的情況,對于這些問題來說一般情況下多以電氣工程自身調節能力來進行處理,但在實際操作中,還是會出現一些無法預測和估計的問題,影響著電氣工程自動化控制的正常運作。而在電氣工程自動化控制中應用智能技術,能夠在一定程度上去防止類似突發事件的發生,從而提升電氣工程自動化控制工作的準確度。
2.2能夠實現電氣工程自動化控制的一致
電氣工程自動化控制主要是以建立模型來實現的,而應用智能化技術在電氣工程自動化控制中,能夠避免模型復雜的問題,進而保障其控制工作的順利完成,利用控制電氣工程中的有關設備與數據,讓電氣工程自動化控制變得更加一致化,不僅能夠提升電氣工程自動化工作效率,還能改進電氣工程自動化的整體服務質量。
2.3對電氣工程系統控制水平進行提升
在電氣工程系統控制中應用智能化技術,能夠有效提升其控制水平,不僅能夠控制電氣工程自動化程序設備中的相應系統數據,并且還能對電氣工程自動化安全隱患進行警戒,在一定的情況下避免自動化控制中出現不必要的問題,提升電氣工程系統控制水平,為電氣工程領域發展提供有利條件。
3在電氣工程自動化控制中智能化技術的主要應用
3.1對電氣工程自動化控制中的病因進行合理診斷
對電氣工程系統進行病因診斷時,對于傳統的診斷形式來說,是相對比較復雜且繁瑣的,不僅僅對工作人員有著很高的要求,還無法對其病因進行精準的診斷,導致電氣工程自動化控制中會出現一些無法避免數據問題等。而職能化技術則能夠利用自身優勢,對其病因進行有效的診斷,還能因其問題提出合理的解決策略,不僅能夠有效找出病因,還能更好的提升其工作效率,因此電氣工程自動化控制中要有效利用智能化技術,在對其設備進行情況的診斷,從而避免相關問題對工作的影響,更好的促進電氣工程自動化控制工作有效進行。
3.2對電氣工程的設計形式進行優化
在傳統的電氣工程的設計中,主要是通過工作人員進行反復實驗和改良才能夠完成,而在工作人員不能全面的考慮到實際情況時,就會出現一些復雜的問題影響正常工作,并且這些問題也不能得到及時的解決,而且在對電氣工程進行設計時,對工作人員的要求也是非常高的,不僅要運用良好的設計知識和專業知識,也要擁有一定的綜合能力,才能剛好的將該工作完成。而對于智能化技術來說,運用在電氣工程自動化中,設計人員可以利用計算機網絡或相關軟件,對電氣工程自動化控制的進行設計,這樣不僅僅能夠提升設計所用數據的準確性,還能夠對設計的樣式進行豐富,能夠更好的解決數據問題,從而保證電氣工程自動化控制工作的良好運作。
3.3實現自動化控制整個電氣工程
電氣工程控制系統中的環節有很多,所以,智能化技術的應用能夠有效對整個電氣工程進行自動化控制工作。智能化技術利用模糊控制、神經網絡控制以及專家系統控制,來實現對電氣工程的自動化控制,利用智能化技術實現對電氣工程的全面控制,這樣不僅能夠保證該工作的順利完成,還能大大提升其工作質量,增強其整體水平,也能為電氣工程領域的發展奠定堅實有利的基礎。
4結論
在電氣工程自動化控制中應用智能技術,這不僅僅是一個非常大的成就,還是促進智能化技術在其他各個領域當中的良好應用,發揮其作用,更好的讓智能化技術為我國經濟發展奠定良好基礎,并能穩定推動電氣工程領域實現長期可持續發展目標。
作者:閆鵬 單位:包頭市九原區住房保障和房屋管理服務中心
二、人工智能技術應用
基于電氣自動化的復雜性,其操作過程應精細且注重細節。一旦操作失誤,將導致系統故障甚至造成安全事故。因此,人工智能技術應用的核心技術在于程序化問題,將復雜化的程序通過智能手段轉化為簡便化。通過系統日常資料的分析,對設備故障采取積極的應對措施。在具體應用過程中,人工智能技術主要表現為以下幾個方面。
(一)智能化設計分析
人工智能技術關系到電力工程以及電路的設計。在傳統的設計模式下,工作人員的工作量大,需要大量的試驗驗證,并且對不合理部分進行改進。因此常出現考慮不周全的問題,處理問題的效率較低,對于難度較大的問題,傳統的處理方案無法解決。這使得智能化設計成為必然。現階段,電力企業逐步實現了智能化設計,全面考察了問題的難度,提高了處理問題的能力和效率。但同時,智能設計對于操作人員提出了更高的要求,要求其掌握專業知識和智能系統操作技巧,并且操作人員還應具有與時俱進的精神,對智能系統進行適當的改良設計。利用人工智能設計,可有效提高數據分析的準確性,將復雜問題簡單化。
(二)PLC技術應用
隨著電力企業規模的擴大,電力生產對于技術具有更高的要求,基于此的PLC技術成為企業生產和建設的重要目標。PLC技術是一種常見的人工智能技術,目前主要應用于工業、電力企業,具有良好的效果。其是在繼電控制裝置基礎上發展起來的智能技術,該系統的主要作用在于優化了系統工藝流程,從而根據企業需求對運營現狀進行調整,確保其運營的協調性。PLC技術以自動控制系統為主,手動控制技術為輔。對于提高電力系統生產實踐具有重要作用。在電力生產中,PLC人工智能化技術的使用還實現了自動化目標切換,繼電器逐漸代替了實物元件,不但提高而來管控效率,還確保了系統的運行安全。
(三)智能診斷和CAD技術應用
智能診斷系統的出現是電氣運行復雜化的結果。該診斷系統要求操作人員具有較多的實踐經驗,改善了傳統模式的手工設計方案,充分體現了信息時代的優勢。科技的發展也使得CAD技術逐漸實現了智能化,縮短了產品設計實踐。智能化技術優化了CAD技術,對產品設計質量的提高具有積極作用。目前,在電力系統中,遺傳算法是人工智能技術的重要表現之一,通過科學的計算方法,提高了數據統計和計算的精確度。基于遺傳算法的重要作用,應得到企業的重視。在電力系統運行過程中,如何區分故障和征兆是一個難題,智能化技術通過專家系統和神經網絡系統可快速有效的分析出系統故障和安全隱患,并提供一定的解決辦法,確保了電力系統的運行問題。
(四)神經網絡技術應用
神經網絡系統是智能技術的重要體現之一,其作用在于分析和處理系統故障。可對系統故障進行準確定位,并且減少了定位時間。同時,還可完成對非初始速度及負載轉矩的有效管控。神經系統設計具有多樣性,具有反向學習功能。利用神經網絡系統的兩個子系統,可實現對機電參數轉子速度和電子流的評判和管控。目前,智能神經網絡系統主要應用于分析模式和信號處理上。由于其包含非線性函數估算裝置,因此對于電氣自動化控制具有積極作用。其主要優勢在于無需對控制對象建立數學模型,因此工作效率高,噪音小。
2復合智能控制
不同智能控制系統具有不同的優缺點,復合智能系統就是將各種不同種類的控制系統進行綜合使用,這樣可以在克服各個控制系統缺點的同時,實現各個系統優點的綜合。目前常用的復合系統主要是有模糊滑模控制、模糊專家控制以及神經網絡模糊控制。模糊專家系統。該系統是種特殊的專家系統,即在知識獲取、表示、處理的整個環節中都加入了模糊技術。該系統的特點就是,即使初始信息獲取的不夠完整或者準確,但該系統還是可以較為有效的人類專家思維模擬,在既有的不完整的信息下提出最優化的解決方案。模糊專家系統是模擬人類有關專家進行有關問題解決的思路,因此是一種較容易開發應用的復合系統。神經網絡模糊系統。該系統起源于上世紀九十年代的日本,它有效的利用了神經網絡和模糊網絡各自的優點,即可實現任意函數映射,具有良好的學習性,可處理殘缺、粗糙、模糊的信息。神經網絡模糊系統是兩種系統的有效結合,它在實現模糊邏輯利用少量信息進行知識表達的同時,也可通過聯想進行有關知識的應用,這使得該控制方法實現了表達和學習能力的綜合提升。模糊滑模控制。滑模控制最大的優點就是不受系統不確定性的影響,魯棒性較佳;其缺點主要體現在未建模動態及補償干擾的高控制增益,此外在高頻轉換時易產生一定的抖振。綜合模糊系統以后的模糊滑模控制就很好的克服了這些問題,它將二者不依賴性及魯棒性好的優點進行了一定的結合,因而可以有效實現控制對象的轉換。該控制方法具有很好的應用前途。
3智能控制在火電廠熱工自動化的應用
3.1對單元機組負荷的控制
非線性、不確定、時變以及耦合等是單元機組負荷控制的難題所在,對此,可以設計出建立在機跟爐與爐跟機上的具有自適應性的兩種神經元模擬負荷控制系統。試驗發現該系統下各權系數學習收斂明顯提速,且效果自適應性及控制性均較理想。此外,結合神經元控制與模糊邏輯算法并將其應用在單元機組負荷控制上,此時控制系統的自適應性、抗干擾性、魯棒性都有顯著的增強,系統的響應速度也明顯提升。
3.2對過熱汽溫的控制
過熱汽溫對于鍋爐的正常運行有著極為重要的意義。改變減溫水是實施鍋爐過熱汽溫控制的常用方法,大慣性、時滯性,以及動態特性的隨便是該系統主要面對的問題。隨著智能控制技術的發展,人們逐漸將神經網絡控制技術引入到過熱汽溫系統中來,這使得系統的運行狀況、控制質量及適應性都有了明顯的提升。神經網絡控制下的過熱汽系統魯棒性較優,即使在調峰機組變工時也可以實行很好的運行和控制,因此有效的克服了原先過熱汽溫控制的時滯及不穩定問題。
3.3對鍋爐燃燒過程的控制
鍋爐燃燒易受到煤種煤質、變量耦合、時滯等多種因素的干擾,且其燃燒率很難實行頸椎的測區。將專家控制應用到鍋爐燃燒過程的控制中以后,通過專家系統逐次的判斷、分析和推理,可實現前進式的系統,具體包括對緊急事故、工況判斷子集、送風調節子集、執行機構診斷子集、煤厚調節子集等多內容的判斷。此外,將模糊控制融入鍋爐燃燒系統以后能夠有效解決原系統不確定性問題,并同時提升系統的魯棒性與控制質量。
3.4對中儲式制粉系統的控制
磨負荷信號較難測量、數學建型復雜以及被控參數耦合,是中儲式制粉系統主要的問題所在,此時就可以利用模糊語言規則克服其延遲與非線性的問題,具體內容包括,將操作人員的經驗以數據的形式存入計算機并進行計算,然后通過預測和分級進行兩種模糊控制。此外,將神經元解耦及模糊控制融入到磨煤機控制系統中,這樣以來,球磨機制粉時滯以及耦合的問題就得到了很好的解決。
3.5對給水加藥的控制
給水加藥工作主要涉及的是氨與聯胺的加入,前者可以使給水與高凝結水處于較高的堿性,避免酸性水腐蝕高低壓給水設備;而后者是通過聯胺的化學作用控制水內氧和二氧化碳的含量,從而避免相關設備出現腐蝕、生垢等問題。實際生產中加藥量的大小易受到水處理工況、蒸發量等因素的影響,因此很難對其實現有效的控制。在給水加藥系統中使用模糊控制系統,這樣以來,專家有關經驗的信息就會融入到控制系統中,從而使系統控制的質量得到大大的提升。在變頻器輸出頻率的控制中使用模糊控制,能夠有效的進行加藥泵機的轉速調整,這種融入模糊控制的給水加藥系統能夠避免人工加藥引起的各種不良后果,從而提高了給水加藥的工作質量。此外,模糊控制下的假藥系統具有較好的魯棒性,其動態響應也比較快速,因此具有很好的使用經濟性。
2人工智能技術在電氣自動化控制中的應用
2.1人工智能控制實現了數據的采集及處理功能
在電氣設備的運行過程中,數據的采集和處理是了解電氣設備自動化控制情況,發現運行過程中的問題和提出解決辦法的重要依據。在傳統的自動化控制中,由于技術水平和實際運行中的動態變化,數據的采集和傳輸無法做到準確和穩定,保存數據容易出現丟失的情況。人工智能技術的使用,可以保障電氣自動化運行過程中對動態信息的及時收集和穩定傳輸,對相關數據的保存工作也更安全,這就提高了電氣自動化的控制水平,充分保障了電氣運行中的安全性和穩定性。
2.2人工智能控制實現了系統運行監視機報警功能
電氣自動化控制是用電氣的可編程控制器,控制繼電器,帶動執行機構,完成預期設計動作的過程。在此過程中,系統內部各部分之間的運行都要嚴格按照設計模型和函數計算的基礎上進行,如果系統中的一點出現問題,就會造成整個自動控制系統的故障。在以往的自動化控制系統運行中,對系統內部各部分之間的運行數據和運行狀態進行實時監測,對運行中的特殊情況進行及時的報警處理,幫助自動化系統及時處理可能出現的故障,提醒電氣管理人員加強對電氣系統的管理。
2.3人工智能控制實現了操作控制功能
電氣自動化控制的主要特征之一就是通過計算機的一鍵操作,就可以實現對電氣系統的整體控制,保障電氣自動化運行符合現實的需要。傳統的自動化系統的操作,需要靠人工對系統各個環節進行人工操作,從而促進自動化系統內部的協調和配合,這種方式既降低了自動化運行的效率,也增加了自動化系統的故障發生頻率。人工智能技術對電氣自動化系統的控制,是通過各種先進的算法,按照電氣自動化的需求,對自動化系統進行自動化和智能化設計,從而實現對電氣自動化控制系統的同時操作,大大提高了自動化控制的效率,減少了單獨指令操作中容易出現的不協調情況的發生。
3人工智能技術在電氣自動化控制中的控制方式
3.1模糊控制
模糊控制以模糊推理和模糊語言變量等為理論基礎,并以專家經驗作為模糊控制的規則。模糊控制就是在被控制的對象的模糊模型的基礎之上,運用模糊控制器,實現對電氣控制系統的控制。在實際控制設計過程中,通過對計算機控制系統的使用,使電氣自動化系統形成具有反饋通道的閉環結構的數字控制系統,從而達到對電氣自動化系統的科學控制。
3.2專家控制
專家控制是指在進行電氣自動化控制過程中,利用相關的系統控制理論和控制技術的結合,通過對以往控制經驗的模擬和學習,實現電氣自動化控制中智能控制技術的實施。這種控制方式具有很強的靈活性,在實際運行中,面對控制要求和系統運行情況,專家控制可以自覺選取控制率,并通過自我調整,強化對工作環境的適應。
3.3網絡神經控制
網絡神經控制的原理就是基于對人腦神經元的活動模擬,以逼近原理為依據的網絡建模。神經控制是有學習能力的,屬于學習控制,對電氣自動化控制中出現的新問題可以及時提出有效的解決辦法,并通過對相關技術問題的分析解決,提高自身的人工智能水平。
[關鍵詞] 隱性社會控制;禮儀文化;功能;實現路徑
[中圖分類號] K206[文獻標識碼] A[文章編號] 1008―1763(2013)06―0112―05
一隱性社會控制的必要性與可能性
當今中國的時代主旋律是依法治國,建設社會主義法治國家,法律是當之無愧的社會控制的主要手段。古希臘哲學家柏拉圖有句膾炙人口的名言:“人類必須有法律并且遵守法律,否則他們的生活將像野蠻的獸一樣。”[1](P198)美國法學家龐德在其名著《通過法律的社會控制》中,也曾深刻指出:在文明發展的很長一段時間內,宗教和道德充當了社會控制的主要手段,法律僅僅處于次要手段,但是在“近代世界里,法律成了社會控制的主要手段。”[2](P10)的確,在眾多的社會控制手段中,法律在人的行為調控與社會秩序的構建方面顯得更為有力和更為有效。
由于法律是一種剛規范,在現實生活中必須依靠國家強制力即國家的暴力工具對社會個體的違法、犯罪行為予以處罰,從這個角度來說,法律屬于顯性社會控制形式,是國家暴力機關對社會個體外部行為的表面控制。正如馬克思所言:“對于法律來說,除了我的行為以外,我是根本不存在的,我根本不是法律的對象。我的行為就是我同法律打交道的惟一領域。”[3](P16-17)而宗教與道德對社會的控制,主要是通過個體的內心信仰與德性修養來實現的,從這個角度來說,宗教與道德屬于隱性社會控制形式。我們強調法律至上,法律是迄今為止人類所發明的最佳社會調控器,并不是說法律就是萬能的。事實上,在社會控制的法律、宗教、道德等諸形式中,每一種形式都在發揮著自己特殊的控制功能,雖然有強有弱,有顯有隱,但缺一不可。正是這些手段的交互作用,復雜的社會控制系統才能正常運轉。因此,任何形式的社會控制功能的缺位或者弱化,倚重或者倚輕,和諧、有序的社會生活就難以真正建構起來。因而,在實踐中,過分依賴法治的法律萬能論和泛法治主義傾向不但沒能解決社會所有的問題,反而帶來了嚴重的負面影響和社會病態。如“過度發展的個人主義、漫無限止的利得精神、日益繁復的訴訟制度、輕老溺幼的社會風氣、緊張沖突的心理狀態”[4](P4)等等,這些社會病態絕非現代社會所追求的目標。
顯然,崇尚法治并不等于惟法是治,顯性的法律控制形式并不能取代宗教、道德等隱性的社會控制形式功能的發揮。對此,學者們有著清醒的認識。亞里士多德認為:“法律確實不能完備無遺,不能寫定一切細節。”[5](P168)龐德指出:“我們力圖通過有秩序地和系統地適用強力,來調整關系和安排行為。……但我們最好記住,如果法律作為社會控制的一種方式,具有強力的全部力量,那么它也具有依賴強力的一切弱點。”因此,“我們必須記住,法律作為一種社會控制工具存在著三種重要的限制。這些限制是從以下三個方面衍生出來的:(1)從實際上說,法律所能處理的只是行為、只是人與事務的外部,而不能及于其內部;(2)法律制裁所固有的限制―――即以強力對人類意志施以強制的限制;(3)必須依靠某種外部手段來使其機器運轉,因為法律規則是不會自動執行的。”[6](P10-11,92)法律只有通過人的執行才能起作用,當法律被司法者與執法者廣泛運用的時候,很有可能會被過度使用,因為人性不可避免的存在弱點,或許在某些情境下被司法者和執法者依法對社會進行管理而轉化為對社會的強制,由對社會的控制而轉化為對社會的壓制。
因此,作為顯性社會控制手段的法律,被立法者、司法者和執法者廣泛運用,以修補被違法犯罪行為所破壞的社會秩序來達到懲惡揚善的目的,有難以承受之重。一方面,法律是遲到的正義。它形同虛設之時,就是被遵守之時,而當它成為實際之時,就是被破壞之時,就是司法機關和執法機關對業已發生的行為性質進行事后評價之時,也是他們對業已發生的行為后果進行事后救濟之時,它并不能阻止個體的主觀意識外化為客觀行為,也不能對個體的思想和意識進行評價,它永遠只能是一種“遲到”的正義。另一方面,法律是依附于暴力機關的社會控制,它的社會控制作用的發揮只有依靠強力才能實現。如果權力所有者濫用這種強力,那么法律就很有可能成為不法者用來壓制他人自由與權益的卑鄙手段,成為不法者維護強權與私利,悖離公理與正義的邪惡工具。
正如布萊克所言:“法律本身是一種社會控制,但是還有其它許多社會控制方式存在于社會生活中,存在于家庭、友誼、鄰里關系、村落、部落、職業、組織和各群體中。”[7](P7)這種廣泛存在于社會生活之中的控制方式,基本上屬于隱性社會控制方式,通過作用于人的內心進而規范人的行為,起到社會控制的作用。它自發地存在,自發地調整著社會秩序。哈耶克稱之為“自生自發秩序”或“增長的秩序”,認為它是一種源于內部的秩序,是宗教、倫理道德等隱性規則的作用結果與表現形式,真正對社會起著決定作用。在政教合一的國家中,宗教具有普遍性,首推宗教,而在政教分離的國家中,道德具有普遍性,首推道德。中國不是一個政教合一的國家,同時又是一個多神教的國家,因此,宗教對于中國社會的隱性控制作用的發揮遠遠比不上道德對社會的隱性控制作用。
“作為一種社會生活的構想,文化對于生活于其中的個體的行為起到潛在的和實際的引導作用。”[8](P11)在中國傳統社會里,無論是政治人還是自然人,在社會文化體系和社會控制模式中最終都統一于道德人。而在中國傳統道德文化中,禮儀文化又是其核心和精華,自漢代以后,主張“禮法”并舉的儒家禮文化逐漸占據主導地位,并成為古代中國的“正統”思想,對于維系社會共同體的內部穩定起到了巨大作用。然而由于法治傳統的缺乏,在當代中國的法制建設中,強調依法治國,又很容易走法律萬能的極端,走向泛法治主義的泥潭,從而帶來嚴重的社會問題。因此,立足于中國傳統道德文化的歷史以及法治建設的當代,禮儀文化作為隱性社會控制形式,既是必要的,又是可能的,我們應該挖掘作為道德文化精華的禮儀文化的隱性社會控制功能,把其潛在的社會力量最大限度地調動起來。
二禮儀文化的隱性社會控制功能
1.禮儀文化是隱性社會控制的最佳載體
從價值觀的視角看,禮儀文化代表了一種“和為貴”的價值觀,強調個體的德性修養。一般而言,個體在思想意識上如果是真心實意要接受與學習禮儀道德規范,那么個體就會積極主動的去學習禮儀,并逐漸把對禮儀的認識轉化為個體的情感、意志和信念,從而自覺主動地去遵守和踐行。因此,禮儀文化對于人的影響是由內而外的,既有內在的禮,又有外顯的儀,凸顯出社會控制中人的主動性與參與性。同時,“禮儀規范的操作性特別強,可以用語言、文字、動作進行準確的描述和規定,可以在社會交往中進行標準化操作”,把對社會的隱性控制落實到“人們的行為舉止、儀態容貌、語言文字”上,從而作出具體的評價,并通過反饋評價信息“來指導、糾正人們的行為和活動,進而把人們的思想和行為納入社會所需要的秩序的軌道”[9] 。作為隱性控制形式的宗教,由于每一個國家有不同的,甚至有各種各樣的,或者根本就沒有,對于每一個社會成員來說,難以形成普遍性的共同遵守的行為規范和準則,因此,欲以一種宗教的獨特性禮規來調整與約束普遍性的行為,顯然是不現實的,也是不可能的。而且,在現代西方社會,由于“上帝死了”造成西方人信仰的普遍缺失,導致傳統道德的崩潰和人生支柱的瓦解,使得傳統基督教倫理的隱性社會控制功能變得衰敗和孱弱。而禮儀文化,它以和諧、尊重、善良、美好,潤物細無聲的方式承載著遵守、自律、敬人、寬容、平等、從俗、真誠與適度而觸及到社會生活的方方面面,不論是在家庭生活中,還是在社會交往中,抑或是在職場生涯中,禮儀廣泛存在并且被普遍踐行,使個體得以繼承這個世界并且保有和增加他們所繼承的東西,從而起到對社會的隱性控制作用。因此,禮儀文化是隱性社會控制的最佳載體。不論是在法治國家中,還是在政教國家中,抑或是在走向法治的國家中,都存在著一些社會成員必須普遍遵循的非法律的共同生活的準則,這就是禮儀,“它將人的行為規范約束在一定的禮儀范疇中,使人們各就其位,各行其是,各盡其職,不因為爭亂而帶來災禍,保持著人類社會健康有序的發展。”[10]比如,在任何社會形態中,一個人的舉止優雅、儀容整潔、服飾得體、語言禮貌都是受人歡迎的,而一個人的舉止失范、儀容臟亂、服飾欠妥、語言粗俗,在任何社會形態中都是難以受歡迎的。這些禮的外在形式具有廣泛的群眾基礎,容易被受眾所接受和認同,體現的是個體內在的思想水平、德性修養,強調自我約束和自我控制從而達到禮的自治;而非禮的外在形式則容易被受眾所批判和指責,體現的是社會的監督、評價機制,強調外在壓力與約束從而達到禮的治人。禮儀所具有的這種主動性、操作性、廣泛性、自治與治人的特征,決定了禮儀文化是隱性社會控制的最佳載體。
2.禮儀文化是顯性法律控制的最佳補充
法律及其調整手段所固有的局限性,決定了僅靠法律運行是難以對整個社會系統進行有效調控的。法律虛無主義或者法律萬能論都是幼稚和錯誤的。過分依賴法治所帶來的負面影響以及社會病態已經引起東西方社會的深刻反思。因為法律只是在受到破壞時才成為實際的法律,它并不能阻止人們將內心的思想外化為行為,也不能阻止由該行為所引發的后果,因而在現實生活中,法律的預防作用并不能實現,再完善的法律都不可能自動提升社會的精神風尚與人們的道德水平。恰恰相反,那種泛法治主義對社會人文精神具有巨大的殺傷力,甚至能夠窒息人文精神的生長。弗里霍夫說:“制度的真正生命力依然來自于內部,是良心造就了我們所有的公民。”[11](P15)一個人是否有良心,在于道德文化的教化和感染,沒有人生來就是善良的,也沒有人生來就是邪惡的,后天道德文化的教化相當重要。而在道德文化的教化中,禮儀文化的教化是基礎和核心。禮儀文化對社會個體的教化,首先必須教人以德才能做到教人有禮,有禮才能有序,有序才可能不違法,這就是弗里霍夫所指的良心對公民的造就。而且,即使是合理的、令人滿意的法律制度,也不可能自動有效,總會有人反對它,因此,顯性的法律控制只能而且必須針對少數不合作的人。而對于大多數人而言,只要在社會生活中謹守一定的禮儀規范,做到言談舉止、待人接物有禮有節,法律通常不會自找麻煩。同時,對于純粹的私人領域,法律也無權管轄,正如穆勒所言:“任何人的行為,只有涉及他人的部分,才須對社會負責,在僅涉及本人的那部分,他的獨立性在權利上是絕對的,對于本人自己,對于他自己的身和心,個人乃是最高者。”[12](P13)在中國傳統道德中,禮儀被視為經世治國的基本道德規范,正所謂“人無禮則不生,事無禮則不成,國家無禮則不寧”,可以說,禮儀文化滲透到社會生活中的每一個角落,不論你是居廟堂之高,還是處江湖之遠,也不論你是陽春白雪,還是下里巴人,禮儀文化的觸角,只要你愿意,就可以被你接受和悅納。事實上,置身于禮儀文化中的社會個體,是不可能不受影響的。“禮儀的踐履,使人們內得于己,外施于人,在禮儀行為的實踐中促進人與社會的完善,從而形成尊禮重德的良好習慣。這種習慣是對道德踐履的一種特殊的調控機制,是影響和制約人們思想行為的客觀的社會力量。”[13]從禮儀文化重視對個體的教化和感染,對人的影響是由內而外,強調預防的一面來說,正好彌補了顯性法律控制的不足,因此,是顯性法律控制的最佳補充。
3.禮儀文化具有隱性社會控制的重要功能
從禮儀的內涵與價值看,禮儀協調人際關系、預防與緩解人際矛盾,具有隱性社會控制的重要功能。禮儀在規范協調社會個體的行為以及調整人們之間的相互關系方面,具有其他社會控制形式所不具有的優勢,被稱為人際關系的調節器與劑。一方面,假如人們在交往過程中出現了不和諧、不愉快的因素,或者需要對原有人際關系做出新的調整時,首選的方式往往是通過借助某種禮儀形式或者是通過某種禮儀活動去化解不和諧、不愉快因素、建立新的人際關系。如果不小心得罪了他人或者傷害了他人,可以通過賠禮道歉的方式獲得對方的諒解與寬容,從而修復彼此之間受損的關系。在社會交往中,做到待人以禮就是尊重他人,因而自己也能夠被人尊重。因此,濃厚的禮儀文化既能夠塑造一個安定團結的社會環境,又能夠促進良好社會風氣的形成。倘若社會個體能夠隨時隨地注意、重視禮儀,不僅表明他有很高的道德自覺性和很強的自我約束力,與他人之間的關系必定是和諧的、友好的,而且還會贏得高度評價,廣受贊譽,這種廣受贊譽則容易形成一種動力機制,影響與激勵個體去學習、效仿以致內化為自己的人格修養。反之,倘若社會個體不講文明禮貌,滿口臟話,動作粗魯,在公共場合與鄰里之間,有理不讓人,無理攪三分,禮儀失范,久而久之,不僅可能導致道德墮落,甚至走上違法犯罪的道路,而且還會招致批評指責的否定評價,這種否定評價則容易形成一種壓力機制,迫使人檢點、羞愧以致內省,進而修正失禮的言行舉止。“禮者,所以正身也……無禮何以正身。”“禮也者,貴者敬焉,老者孝焉,長者悌焉,幼者慈焉,賤者惠焉。”[14]因此,禮儀文化是一個社會文明程度的標志,對社會個體敬人律己內在意識的養成與提升具有巨大作用。美國禮儀專家伊麗莎白?波斯特指出,“表面上禮儀有無數的清規戒律,但其根本的目的卻在于使世界成為一個充滿生活樂趣的地方,使人變得平易近人。”[15](P6)也有學者指出,“禮儀不過是一種小心,不在交往中流露出絲毫的怠慢與鄙夷而已。”[16](P137)和其他道德規范比起來,作為有著無數清規戒律的禮儀,作為謹小慎微的禮儀,作為道德外在表現形式的禮儀,它的可操作性和穩定性,便于社會個體去實行、評價與繼承。孟德斯鳩曾經這樣評價中國:“把宗教、法律、風俗、禮儀都混在一起。所有這些東西都是道德。所有這些東西都是品德。這四者的箴規,就是所謂禮教。中國的統治者就是因為要嚴格遵守這種禮教而獲得成功。中國人把整個青年時代用在學習這種禮教上,并把整個一生用在實踐這種禮教上。文人用之以施教,官吏用之以宣傳;生活上的一切細微的行政都包羅在這些禮教之內,所以當人們找到使它們獲得嚴格遵守的方法的時候,中國便治理得很好了。”“中國人的生活完全以禮為指南”[17](P313)。除卻封建禮教的腐朽部分,孟德斯鳩的這個評價恰當闡釋了禮儀對于社會所起的隱性控制作用。
三禮儀文化隱性社會控制功能的實現路徑
1.浸潤與陶冶,夯實實現禮儀文化隱性社會控制功能的基礎
禮儀文化對個體的熏陶和浸潤,首先是從家庭開始的,在家庭中,孩子接受著父母及長輩的啟蒙教育,父母及長輩的道德品質和文明行為對孩子起著言傳身教的作用。由于家庭教育往往可以從極其頻繁和微小的事情入手,使個體得到較好的教育。在家庭教育中,主要就是家庭禮儀教育,教導個體在家庭生活中要遵循禮,做到“嚴格區分長幼尊卑,準確使用敬稱、謙稱,靈活把握不同場合等等”[10],營造出甜美幸福的家庭關系。家庭是社會的細胞,只有家庭變得和美了,社會才能實現和諧。
個體文明行為的形成、良好心理素質的培養、禮儀道德的養成等等,更離不開學校的教育。因此,要在學校教育中弘揚禮,大力加強禮儀教育,大力表揚守禮的言行,批評甚至譴責失禮的言行。在小學、中學、大學等各類學校的品德教育課中滲透禮儀教育。同時,在各類中職、高職、專科以及本科院校中開設現代禮儀的公共必修課或者公共選修課,使學生們能夠集中而有針對性地學習禮儀知識,加深對禮儀的認識,從而提升學生的禮儀素養,促進良好社會風氣的形成。通過對禮儀知識的學習和實際操作與訓練,使學生們知道在什么樣的場合應該遵循什么樣的禮節規范,懂得什么是對,什么是錯,什么是有禮,什么是無禮,成為知書又“達禮”的人,從而構建和諧的人際關系。
根據馬克思的觀點,人的本質并不是單個人所固有的抽象物,在其現實性上,它是一切社會關系的總和。人的社會性使人與動物區分開來,成為人的根本屬性。無論何種社會關系,只有通過社會交往才能表現出來。而任何一種社會關系,只有社會關系主體在社會活動中相互尊重、彼此配合,才能長久存在并獲得長足發展,否則,會因為可能產生的消極、抗拒心理和行為而被損傷或被破壞,甚至被解體。因此,人的本質和人的需要決定了人們必須遵守社會基本的禮儀規范,在社會交往中彰顯禮,自覺地把自己的思想和行為納入社會需要的秩序軌道,做到在“交流場合認真表達尊重,喜慶場合得體表達祝福,悲傷場合肅穆表達悲哀。”[18]通過服飾、言談、神情、舉止等禮儀的外在表現形式,以禮的技巧來表達誠意,在一舉一動中傳遞禮,在善意交流中表達禮,在注重細節中彰顯禮,從而促進社會交往,融洽彼此關系。反之,如果人人相互監督在人際交往中是否逾禮,進而貶斥語言粗俗以及行為失范,在整個社會形成遵禮守禮、譴責逾禮失禮的良好風氣,那么就會形成一種隱性的社會控制壓力,從而規范社會秩序的運行。
當然,加強家庭、學校與社會系統對個體的禮儀教育,除了包括常規性的待人接物、行為舉止方面的禮儀教育外,還應該包括在一些特殊的、富有紀念意義的場合設立適當的、規范的禮典、禮儀,使個體能夠親自參與,親身體會,在情感上引起共鳴。同時,力求在儀式過程中對這些禮典、禮儀進行詳細的講解,比如:為何要設計這樣莊重的儀節,每一個細節代表什么樣的用意,能起到什么樣的作用?只有禮儀教育與禮制建設雙管齊下,才能從情感層面觸動個體,使其認同禮儀文化的魅力,體悟禮儀文化的真諦,從而實現禮儀文化對個體人格的浸潤和陶冶,夯實實現禮儀文化隱性社會控制功能的基礎。
2.實踐與養成,抓住實現禮儀文化隱性社會控制功能的關鍵
《禮記》曰:“禮者,履也!”,就是說,禮儀是需要踐行的,只有通過踐行才能養成,才能抓住實現禮儀文化隱性社會控制功能的關鍵。但是禮儀的踐行,首當其沖的是要激發個體踐行禮儀的積極性和自覺性。如果個體沒有發自內心地想去踐行禮儀,那么,不管是浸潤也好、陶冶也好,還是具體的禮儀訓練也好,都無法取得實效。所以,在踐行禮儀的過程中,讓個體明白為何要踐行禮儀,社會為何要踐行禮典至關重要,這是激發個體踐行禮儀的動力所在。個體有了渴望踐行禮儀的內驅力,然后進一步在日常行為規范和一些重要、特殊的禮典中多次實踐并反復強化。如此由內而外并由外而內循環往復的實踐,個體文明的習慣便養成了,也就抓住了禮儀文化實現隱性社會控制功能的關鍵。因此,個體在懂得踐行禮儀的重要性與必要性并掌握了基本的禮儀規范之后,還必須掌握一些操作的技能,反復進行實操訓練,否則難以產生禮儀的實際效果,或者效果不明顯。比如,個人禮儀方面的技能訓練、服飾搭配方面的技能訓練、語言談吐方面的技能訓練、儀容修飾方面的技能訓練、交往禮儀的技能訓練、禮儀文書的技能訓練等等,只有通過多次反復的實際操作訓練,才能使禮儀的精神與意識逐漸深入到人的內心,去除非禮的行為,養成守禮、循禮的習慣,從而提升個體的禮儀修養,促進個體禮儀品質的形成。一定社會的禮儀原則與規范在個體的思想與行動中體現出來之時,就是個體的禮儀品質形成之時。禮儀品質是個體較為穩定的習性,是個體自由意志的凝結,是個體對每一次行動過程與情感的審慎判斷與選擇。因此,禮儀品質對個體的禮儀行為起支配作用。而禮儀品質的形成又是無數次、多樣化的反反復復的禮儀實踐的結果,并最終使個體在實施禮儀行為時具有高度的自覺性與選擇性,從而使個體的禮儀修養得以提升。只有個體的禮儀修養提高了,禮儀品質形成了,整個社會的禮儀水平才能提高,良好的社會風氣也就形成了。個體的禮儀品質是在一定的社會環境和物質生活條件下形成的,離開了個體的社會生活實踐與主觀意志修養,禮儀品質只是鏡中的花和水中的月,因此,必須在一定的社會環境和物質生活條件下培養個體的禮儀品質,這是符合禮儀的操作性和實踐性特質的。通過一定的社會生活實踐與教育的熏陶和反復的操作訓練,個體自覺的禮儀修養與高雅的禮儀品質才能逐步形成和培養起來的。而禮儀修養的提升與禮儀品質的形成過程,正是禮儀文化隱性社會控制功能作用發揮的過程,二者相互促進、相得益彰。所以說,通過實踐和養成,可以使人們的行為逐漸符合禮儀的原則和規范,引導人們的社會交往活動趨于和諧、美好。這種實踐與養成,便抓住了實現禮儀文化隱性社會控制功能的關鍵。
3.拓展與提高,把握實現禮儀文化隱性社會控制功能的核心
對于整個社會而言,基本的禮儀規范是所有社會成員都應該而且愿意遵循并去踐行的。然而,除了這些基本的關于服飾、儀容、語言等個人禮儀規范以外,還存在特別的禮儀規范,要求相關人員特別要注意和遵循。因此,禮儀文化不僅包含基本的禮儀,也含蘊特別的禮儀,不僅對普通人產生作用,也對特殊人進行約束。如在國務活動中,有國務禮儀;在公務活動中,有公務禮儀;在商務活動中,有商務禮儀;在涉外活動中,有涉外禮儀,在服務活動中,有服務禮儀,等等。在具體的各行各業中,又有各行各業具體的職業禮儀。如法官、檢察官、律師在訴訟活動中,有法官、檢察官、律師應該謹守的訴訟禮儀;辦公室人員在接待活動中,有辦公室人員需要認真對待的接待禮儀,諸如此類,各具特色。如果只注重基本的禮儀,而忽視特別的禮儀,禮儀文化對于社會的隱性控制作用顯然會降低。通常看來,如果社會成員在這些職業活動中能夠謹慎遵守相應的禮儀規范,各種行業不正之風就失去了滋生的土壤。因此,只有不斷拓展禮儀的范圍,從大處著眼,從小處著手,“勿以惡小而為之,勿以善小而不為”,在每一個細微之處都循禮而為,循序漸進,才能提高禮儀的水平,全方位地挖掘與發揮禮儀文化的隱性社會控制功能,在整個社會控制系統中實現其作用的最大化。從這個角度來說,應該積極拓展禮儀的范圍,提高禮儀的水平,這是把握禮儀文化實現隱性社會控制功能的核心。
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錢七虎院士在中國地下工程安全風險管理進展、挑戰及對策中指出隧道工程建設信息化技術的發展方向,包括開展基于大數據技術的TBM/盾構施工的分析與控制研究,以及數字隧道向智慧隧道的發展,提出智慧隧道“智”體現四個方面:透徹感知、全面互聯、深度整合、智能服務。
巖土工程施工工序復雜、工種繁多,施工事故不僅與設計、操控有關,還與地層、地下水、環境等因素相聯系,造成很多事故機理難以完全摸清,且在風險評估過程中,由于人類本身經驗的相對缺乏、風險評估的時間不充裕,或者風險管理實施者主觀的不確定性等原因,可能造成風險因素識別不全面、風險評估可參考性不強、風險對策不合理等后果,從而使得風險管理達不到其原定的目標,甚至失效。為了充分、有效地利用人類以前的風險評估經驗,吸取以往的事故教訓,神經網絡、(BR( (ase-Based Reasoning,案例推理)、RBR( Rule-Based Reasoning,規則推理)等智能化分析工具應用于巖土工程施工安全評估能夠很好地解決風險評估過程中時間、經驗不足的問題。
華中科技大學的劉博基于案例(((BR)和基于規則((RBR)混合模式設計地鐵施工安全事故案例庫的結構化模型,其搜集了國內外(國內為主)71個地鐵工程施工安全事故案例,分析典型案例的表示形式、內容特征及統計規律,并通過對特征的相似性、案例庫的有效性和可操作性分析,論證歷史案例重用的可行性。葉婷婷等將案例推理的原則應用到構建集成情境的地鐵施工安全動態辨識知識庫中,運用案例推理和專家識別的方法構建知識庫的主要運轉方式,分別運用案例推理、專家識別實現知識庫自動識別器、人機識別器的運轉,并通過雙方相互融合、相互促進實現知識庫運轉。李興高針對泥餅等盾構掘進中典型事故,基于典型事故掘進參數數據,利用BP神經網絡實現故障識別和分析,對于泥餅故障,文獻選用了扭矩、推力、推進速度、閘門壓力、出土溫度作為神經網絡的輸入指標,以事故發生與否作為輸出指標。
林鵬研發了一種在混凝土壩區為工人提供安全保護和各種服務的實時隧道定位系統,基于該系統,實現在線、實時跟蹤、智能識別功能,還具有工人緊急呼叫、跟蹤歷史和位置查詢等功能,現場應用表明,該算法可靠、準確(3-5米精度),可提供實時定位服務。
Abstract: Electrical automation control is to enhance the production, circulation, exchange, distribution and other key ring, realize the automation, is equal to the reduction of human capital investment, and improve the operational efficiency. With the development of information technology, many new methods and technology into engineering, product of stage, the automatic control of the new challenges, promote the theory of intelligent control technology application in the control of complex system, to solve with traditional methods can not solve the problem.
Key words: artificial intelligence; electrical engineering; automation
中圖分類號:V242 文獻標識碼: 文章編號
引言:社會的進步和人類的長壽要求生產力更加發達,要求人類的經濟生活更加智能化,以節省寶貴的人類時間去做其它有益的事情。電氣自動化控制領域的革新需要人工智能的大力支持,而人工智能在自動化控制方面的優勢在這個領域也確實能夠得到極大的發揮。促進自動化控制的發展進步,促進了智能理論在控制技術中的應用,以解決用傳統的方法難以解決的復雜系統的控制問題。人工智能主要包括思維能力、行為能力和感知能力三個方面。人工智能指的是人類制作的機器所表達出來的智能,體現了自動化的特征。因此智能化技術在電氣工程自動化控制中可以發揮最大的效用,促進電氣的優化設計、診斷故障和智能控制等。
一、人工智能應用理論分析
人工智能(Artificial Intelligence),英文縮寫為AI。它是研究、開發用于模擬,延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學。人工智能是計算機科學的一個分支,它企圖了解智能的實質.并生產出一種新的能以人類智能相似的方式作出反應的智能機器 該領域的研究包括機器人、語言識別、圖像識別 自然語言處理和專家系統等。自從1956年“人工智能 一詞在Dartmouth學會上提出以后,人工智能研究飛速發展,成為以計算機為主.涉及信息論.控制論, 自動化、仿生學、生物學、心理學、數理邏輯、語言學、醫學和哲學的一門學科。人工智能研究的一個主要目標是使機器能夠勝任一些通常需要人類智能才能完成的復雜的工作。
當今社會,計算機技術已經滲透到生產生活的方方面面,計算機編程技術的日新月異催生自動化生產,運輸 傳播的快速發展。人腦是最精密的機器,編程也不過是簡單的模仿人腦的收集、分析、交換、處理、回饋.所以模仿模擬人腦的機能將是實現自動化的主要途徑。電氣自動化控制是增強生產、流通、交換、分配等關鍵一環,實現自動化,就等于減少了人力資本投入,并提高了運作的效率。
二、智能化技術應用優勢
在電氣自動化控制中應用到智能化技術,主要是以智能化控制器的形式,這種智能化控制器較過去的控制器相比的確具有不少優勢,下面我們就對其進行詳細的分析。
1.無需控制模型
過去的控制器在進行自動化控制時,往往會因為控制對象的動態方程比較復雜而無法精確到位地掌握,這會使得該對象模型的設計過程中會出現較多不可預估、不可測量的客觀因素,比如一些參數的變化。無法掌握這些因素,也就不能設計出精準的模型,自動化控制工作的實際效率也會下降。而智能化控制器并不需要對控制對象模型進行設計,這就可以從根本上避免一些不確定因素的產生,提高自動化控制的精密系數。
2.方便調整控制
智能化控制器還有另一個大好處,就是可以隨時根據下降時間、響應時間以及魯棒性的變化來調節控制程度,從而有效提高自身工作性能,為自動化控制提供最基礎的保障。無論是在什么樣的情況下,智能化控制器的調節控制與過去的控制器相比具有更方便調節的優勢,更適合投入實際使用。還有一點好處,就是智能化控制器在進行調節控制時完全只需要根據相關數據的變化來自行調節,即使沒有專門的技術人員在旁邊也可以,同樣遠程調節控制也是可行的,充分體現了電氣工程自動化控制的無人操作性要求,對行業未來發展的重要性不言而喻。
3.一致性很強
智能化控制器的一致性很強,這表現在它對不同數據的處理上,及時輸入完全陌生的數據也可以收到很高的估計,完美達到自動化控制的相關要求。不同的控制對象的效果也是不同的,雖然在對有些控制對象實施控制時智能化控制器暫時沒有采取行動,其控制效果也是非常優秀的,但這并不是絕對的,可能在換了控制對象的時候就無法收到預期的效果了。所以我們技術人員在設計階段還是不能松懈,要認真落實具體化原則,即在面對不同的對象時一定要根據其具體情況詳細分析,不能因為馬虎就降低了控制要求。一旦出現智能化控制器使用效果不佳的情況,不能盲目否定智能化技術,一定要從每個工程環節詳細排查、認真分析,因為上述人為因素會給自動化控制結果帶來很大的誤差,影響試驗的準確性。
三、人工智能技術的應用
隨著人工智能技術的發展,許多高等院校及科研機構就人工智能在電氣設備的應用方面展開了研究工作,如將人工智能用于電氣產品優化設計,故障預測及診斷、控制與保護等領域。
1.優化設計
電氣設備的設計是一項復雜的工作 它不僅要應用電路、電磁場、電機電器等學科的知識,還要大量運用設計中的經驗性知識。傳統的產品設計是采用簡單的實驗手段和根據經驗用手工的方式進行的.因此很難獲得最優方案。隨著計算機技術的發展,電氣產品的設計從手工逐漸轉向計算機輔助設計(CAD),大大縮短了產品開發周期。人工智能的引進.使傳統的CAD技術如虎添翼.產品設計的效率及質量得到全面提高。用于優化設計的人工智能技術主要有遺傳算法和專家系統。遺傳算法是一種比較先進的優化算法,非常適合于產品優化設計。因此電氣產品人工智能優化設計大部分采用此種方法或其改進方法。
2. 故障診斷
電氣設備的故障與其征兆之間的關系錯綜復雜,具有不確定性及非線性.用人工智能方法恰好能發揮其優勢。已用于電氣設備故障診斷的人工智能技術有:模糊邏輯、專家系統、神經網絡。
變壓器由于在電力系統中的特殊地位而備受關注,有關方面的研究論文較多。目前對變壓器進行故障診斷最常用的方法是對變壓器油中分解的氣體進行分析.從而判斷變壓器的故障程度。人工智能故障診斷技術在發電機及電動機方面的研究工作也較為活躍。
3. 智能控制
人工智能控制技術在自動控制領域的研究與應用已廣泛展開,但在電氣設備控制領域所見報道不多。可用于控制的人工智能方法主要有3種:模糊控制、神經網絡控制、專家系統控制。由于模糊控制是其中最為簡單、最具實際意義的方法,因而它的應用實例最多。
四、結束語
綜上所述,本文主要介紹了智能化技術在電氣工程自動化控制中的應用情況。只有加強電氣工程的智能化程度,才是最終保證行業持續穩定發展的根本手段。
近些年來,光機電一體化技術得到迅猛發展,在民用工業和軍事領域得到廣泛地應用。因此,光機電一體化技術成為當今機械工業技術發展的一個主要趨勢。
1.光機電一體化技術特征
光機電一體化系統主要由動力、機構、執行器、計算機和傳感器五個部分組成,相互構成一個功能完善的柔性自動化系統。其中計算機軟硬件和傳感器是光機電一體化技術的重要組成要素。與傳統的機械產品比較,光機電一體化產品具有以下技術特征。
1.1 體積小,重量輕,適應性強,操作更方便
光機電一體化技術使得操作人員擺脫了以往必須按規定操作程序或節后頻繁緊張地進行單調重復操作的工作方式,可以靈活方便地按需控制和改變生產操作程序,任何一臺光機電一體化裝置的動作,可由預設的程序一步一步控制實現,甚至實現操作全自動化和智能化。
1.2 功能增加,精度大幅提高
光機電一體化系統包括以激光、電腦等現代技術集成開發的自動化、智能化機構設備、儀器儀表和元器件。電子技術的采用使得包饋控制 水平提高,運算速度加快,通過電子自動控制系統可精確按預設動作,其自行診斷、校正、補償功能可減少誤差,達到靠單純機械方式所不能實現的工作精度。同時,由于機械傳動部件減少,機械磨損及配合間隙等引起的誤差也大大減小。
1.3 部分硬件實現軟件化,智能化程度提高
傳統機械設備一般不具有自維修或自診斷功能。光機電一體化技術使得電子裝置能按照人的意圖進行自動控制、自動檢測、信息采集及處理、調節、修正、補償、自診斷、自動保護直至自動記錄、顯示、打印工作結果。通過改變程序,指令等軟件內容而無需改動硬件部分就可變換產品的功能,使機械控制功能內容的確定和變化趨勢向"軟件化"和"智能化"。
1.4 產品可靠性得到提高,使用壽命增長
傳統的機械裝置的運動部分,一般都伴隨著磨損及運動部件配合間隙所引起的動作誤差,導致可動摩擦、撞擊、振動等加重,嚴格影響裝置壽命、穩定性和可靠性。而光機電一體化技術的應用,使裝置的可動部件減少,磨損也大為減少,像集成化接近開關甚至無可動部件、無機械磨損。因此,裝置的壽命提高,故障率降低,從而提高了產品的可靠性和穩定性。
1.5 融合了多種學科新技術,衍生出許多功能更強、性能更好的新產品
光機電一體化產品的研究開發涉及到許多學科和專業知識,包括數學、物理學、化學、聲學、機械工程學、電力電子學、電工學、系統工程學、光學、控制論、信息論和計算機科學等。例如人們很熟悉的靜電復印機、彩色印像機等,就是一種由機、電、光、磁、化學等多種學科和技術復合創新的新型產品。光機電一體化技術將光電子技術、傳感器技術、控制技術與機械技術各自的優勢結合起來,衍生出許多功能更強、性能更好的新一代技術裝備。
1.6 產品系統性增強,各部分系統間協調性要求提高
光機電一體化是一門學科的邊緣科學技術,多種技術的綜合及多個部分的組合,使得光機電一體化技術及產品更具有系統性、完整性和科學性。其各個組成部分在綜合成一個完整的系統中相互配合有嚴格的要求,這就要求各種技術揚長避短,提高系統協調性。
2.研究現狀和發展趨勢
2.1研究現狀
自從我國實行改革開放以來,科技領域急起直追,我國的光機電一體化技術已取得明顯的成效,數控產品有了很大的提高,尤其是經濟型靈敏數控裝置發展很快,是我國特有的經濟實用產品,不但適用國內市場的需要,部分產品還隨主機配套出口。國內的機械產品采用可編程控制器(PC)和微電子技術控制設備也越來越多,覆蓋面也日益擴大,從紡織機械、軸承加工設備、機床、注塑機到橡膠輪胎成型機、重型機械、輕工業機械都是如此,我國自行研制和生產的光機電設備,在質量上也有重大突破,為今后的推廣應用打下了良好的基礎。
2.2 發展趨勢
光機電一體化技術已經滲透到各個學科、領域,成為一種新興的學科,并逐漸成為一種產業,而這些產業作為新的經濟增長點越來越受到高度重視。
從世界科學技術的發展情況來看,光機電一體化技術的未來技術熱點主要包括:
(1)激光技術
1)高單色性,利用激光高單色性作精密測量時,可極大地提高測量精度和量程。
2)高方向性,因具有很遠距離傳輸光能和傳輸控制指令的能力,從而可以進行遠距離激光通信、激光測距、激光雷達、激光導航以及遙控。
3)高亮度性,利用激光的高亮度特性,中等亮度激光束在焦點附近可產生幾千到幾萬度的高溫,可使照射點物體熔化或汽化,對各種各樣材料和產品進行特種加工。
4)相干性,由于激光速頻率單一、相位方向相同。適用于激光通信、全息照相、激光印刷以及光學計算機的研制,而在實際運用中也會通過一些激光技術改變激光輻射的特性,應用范圍更廣。
(2)傳感檢測技術
1)激光準直,能夠測量平直度、平面度、平行度、垂直度,也可以做三維空間的基準測量。
2)激光測距,其探測距離遠,測距精度高,抗干擾性強,體積小,重量輕,但受天然影響大。
3)光纖探測器,在目標很小,間隔受限或危險的環境中,最常選用的是光纖探測器。
其他還有激光打孔、刻槽=標記、光化學沉積等加工技術。
(3)激光快速成型技術
激光快速成型是利用計算機將復雜的三維物體轉化為二維層,將熱塑性塑料粉末或膠粘襯底片材紙張燒結,由點、線構造零件的面(層),然后逐層成型。激光快速成型技術可使新產品及早投放市場,極大地提高了汽車生產企業對市場的適應能力和產品的競爭能力。
(4)光能驅動技術
利用光致變形材料可制作光致動器和光機器人。現已研制成功一種光致動器,其工作原理是將光照在形狀記憶合金上,反復地通、斷使材料伸縮,再利用感溫磁性體的溫度特性,將材料末端吸附在襯底上。利用材料本身的伸縮和端部的吸附特性,加上光的通斷便能實現所要求的動作。實驗驗證,該致動器能可在頂面步行。這種狀態目標處于初級階段,如果能發現具有優異光作用特性的動態物質,則可使光能驅動技術廣泛應用。
3.結語
技術上的改革和與之相配套的技術支持是創新技術的基礎。開發光機電一體化產品有不同的層次和靈活的自由度。在機械技術中恰當地引入電子技術,產品的面貌和行業的面貌就可以迅速發生巨大變化。產品一旦實現光機電一體化,便具有很高的功能水平和附加價值,將給開發生產者和用戶帶來巨大的社會經濟效益。
參考文獻
[1] 劉志,朱文堅. 光機電一體化技術,現代制造工程,2001(12)
[2] 梁進秋. 微光機電系統國內外研究進展. 光機電信息,2000(8)
近些年來,光機電一體化技術得到迅猛發展,在民用工業和軍事領域得到廣泛地應用。因此,光機電一體化技術成為當今機械工業技術發展的一個主要趨勢。
1.光機電一體化技術特征
光機電一體化系統主要由動力、機構、執行器、計算機和傳感器五個部分組成,相互構成一個功能完善的柔性自動化系統。其中計算機軟硬件和傳感器是光機電一體化技術的重要組成要素。與傳統的機械產品比較,光機電一體化產品具有以下技術特征。
1.1體積小,重量輕,適應性強,操作更方便
光機電一體化技術使得操作人員擺脫了以往必須按規定操作程序或節后頻繁緊張地進行單調重復操作的工作方式,可以靈活方便地按需控制和改變生產操作程序,任何一臺光機電一體化裝置的動作,可由預設的程序一步一步控制實現,甚至實現操作全自動化和智能化。
1.2功能增加,精度大幅提高
光機電一體化系統包括以激光、電腦等現代技術集成開發的自動化、智能化機構設備、儀器儀表和元器件。電子技術的采用使得包饋控制水平提高,運算速度加快,通過電子自動控制系統可精確按預設動作,其自行診斷、校正、補償功能可減少誤差,達到靠單純機械方式所不能實現的工作精度。同時,由于機械傳動部件減少,機械磨損及配合間隙等引起的誤差也大大減小。
1.3部分硬件實現軟件化,智能化程度提高
傳統機械設備一般不具有自維修或自診斷功能。光機電一體化技術使得電子裝置能按照人的意圖進行自動控制、自動檢測、信息采集及處理、調節、修正、補償、自診斷、自動保護直至自動記錄、顯示、打印工作結果。通過改變程序,指令等軟件內容而無需改動硬件部分就可變換產品的功能,使機械控制功能內容的確定和變化趨勢向"軟件化"和"智能化"。
1.4產品可靠性得到提高,使用壽命增長
傳統的機械裝置的運動部分,一般都伴隨著磨損及運動部件配合間隙所引起的動作誤差,導致可動摩擦、撞擊、振動等加重,嚴格影響裝置壽命、穩定性和可靠性。而光機電一體化技術的應用,使裝置的可動部件減少,磨損也大為減少,像集成化接近開關甚至無可動部件、無機械磨損。因此,裝置的壽命提高,故障率降低,從而提高了產品的可靠性和穩定性。
1.5融合了多種學科新技術,衍生出許多功能更強、性能更好的新產品
光機電一體化產品的研究開發涉及到許多學科和專業知識,包括數學、物理學、化學、聲學、機械工程學、電力電子學、電工學、系統工程學、光學、控制論、信息論和計算機科學等。例如人們很熟悉的靜電復印機、彩色印像機等,就是一種由機、電、光、磁、化學等多種學科和技術復合創新的新型產品。光機電一體化技術將光電子技術、傳感器技術、控制技術與機械技術各自的優勢結合起來,衍生出許多功能更強、性能更好的新一代技術裝備。
1.6產品系統性增強,各部分系統間協調性要求提高
光機電一體化是一門學科的邊緣科學技術,多種技術的綜合及多個部分的組合,使得光機電一體化技術及產品更具有系統性、完整性和科學性。其各個組成部分在綜合成一個完整的系統中相互配合有嚴格的要求,這就要求各種技術揚長避短,提高系統協調性。
2.研究現狀和發展趨勢
2.1研究現狀
自從我國實行改革開放以來,科技領域急起直追,我國的光機電一體化技術已取得明顯的成效,數控產品有了很大的提高,尤其是經濟型靈敏數控裝置發展很快,是我國特有的經濟實用產品,不但適用國內市場的需要,部分產品還隨主機配套出口。國內的機械產品采用可編程控制器(PC)和微電子技術控制設備也越來越多,覆蓋面也日益擴大,從紡織機械、軸承加工設備、機床、注塑機到橡膠輪胎成型機、重型機械、輕工業機械都是如此,我國自行研制和生產的光機電設備,在質量上也有重大突破,為今后的推廣應用打下了良好的基礎。
2.2發展趨勢
光機電一體化技術已經滲透到各個學科、領域,成為一種新興的學科,并逐漸成為一種產業,而這些產業作為新的經濟增長點越來越受到高度重視。從世界科學技術的發展情況來看,光機電一體化技術的未來技術熱點主要包括:
(1)激光技術
1)高單色性,利用激光高單色性作精密測量時,可極大地提高測量精度和量程。
2)高方向性,因具有很遠距離傳輸光能和傳輸控制指令的能力,從而可以進行遠距離激光通信、激光測距、激光雷達、激光導航以及遙控。
3)高亮度性,利用激光的高亮度特性,中等亮度激光束在焦點附近可產生幾千到幾萬度的高溫,可使照射點物體熔化或汽化,對各種各樣材料和產品進行特種加工。
4)相干性,由于激光速頻率單一、相位方向相同。適用于激光通信、全息照相、激光印刷以及光學計算機的研制,而在實際運用中也會通過一些激光技術改變激光輻射的特性,應用范圍更廣。
(2)傳感檢測技術
1)激光準直,能夠測量平直度、平面度、平行度、垂直度,也可以做三維空間的基準測量。
2)激光測距,其探測距離遠,測距精度高,抗干擾性強,體積小,重量輕,但受天然影響大。
3)光纖探測器,在目標很小,間隔受限或危險的環境中,最常選用的是光纖探測器。
其他還有激光打孔、刻槽=標記、光化學沉積等加工技術。
(3)激光快速成型技術
激光快速成型是利用計算機將復雜的三維物體轉化為二維層,將熱塑性塑料粉末或膠粘襯底片材紙張燒結,由點、線構造零件的面(層),然后逐層成型。激光快速成型技術可使新產品及早投放市場,極大地提高了汽車生產企業對市場的適應能力和產品的競爭能力。
(4)光能驅動技術
利用光致變形材料可制作光致動器和光機器人。現已研制成功一種光致動器,其工作原理是將光照在形狀記憶合金上,反復地通、斷使材料伸縮,再利用感溫磁性體的溫度特性,將材料末端吸附在襯底上。利用材料本身的伸縮和端部的吸附特性,加上光的通斷便能實現所要求的動作。實驗驗證,該致動器能可在頂面步行。這種狀態目標處于初級階段,如果能發現具有優異光作用特性的動態物質,則可使光能驅動技術廣泛應用。
3.結語
技術上的改革和與之相配套的技術支持是創新技術的基礎。開發光機電一體化產品有不同的層次和靈活的自由度。在機械技術中恰當地引入電子技術,產品的面貌和行業的面貌就可以迅速發生巨大變化。產品一旦實現光機電一體化,便具有很高的功能水平和附加價值,將給開發生產者和用戶帶來巨大的社會經濟效益。
參考文獻
[1]劉志,朱文堅.光機電一體化技術,現代制造工程,2001(12)
[2]梁進秋.微光機電系統國內外研究進展.光機電信息,2000(8)
論文關鍵詞:工程碩士;培養方案;課程設置;教育改革
工程碩士專業學位是我國研究生教育體系中的一個重要組成部分,其設置適應了國家經濟體制的改革,適應了在崗人員進一步提高自身能力素質的需要。工程碩士與工學碩士相比,它們雖然處于同一層次,但由于其生源的顯著差異,其培養目標、知識結構、能力結構和培養模式等均有較大不同。要使工程碩士成為高層次技術和管理人才,符合未來社會發展的需要,就必須貫徹“以人為本,因材施教”的教育原則,制訂一套科學、合理的培養方案,并建立與之相適應的培養模式。
為了提高工程碩士培養質量、規范培養模式和培養流程、明確評估辦法等,2005年7月召開了第二屆全國工程領域教育協作組組長全體會議,提出“建立規范化的工程碩士學位標準”的設想,并選擇了控制工程等五個領域,以課題研究的形式,率先開展工作。2007年全國控制工程領域工程碩士教育協作組頒布了“控制工程領域工程碩士專業學位標準(試行)”,對我院控制工程領域工程碩士的培養起到了很好的指導性作用。考慮我院控制工程領域工程碩士的培養主要是面向部隊、基地等情況,在對“專業學位標準實施細則”修訂中,培養方案在符合學科內涵的基礎上,要兼顧生源單位需求,在研究方向的確定、課程設置等方面突出應用性、針對性,切實使培養的工程碩士在相應的工作崗位上發揮應有的作用。
一、以武器控制系統為中心確定培養方案的主要研究方向
現代兵器裝備的特點是精確化、遠程化、智能化,以導彈、無人機、指揮系統等為代表的武器裝備更突出了這一特點,這些特點的基礎之一是自動化技術。根據我院生源主要分別來自武器裝備論證、武器裝備試驗、軍代表、部隊技術保障、部隊裝備管理單位等崗位特點,依托控制工程領域培養工程碩士,應該以武器裝備為大背景,在控制工程學科內涵的基礎上緊緊以武器控制系統為中心,來確定相應的研究方向,因此我院控制工程領域工程碩士專業研究方向確定的基本思路是:涵蓋我軍武器控制系統分析論證、試驗優化與質量監控、武器控制系統性能測試與故障診斷、武器控制系統信息化管理等方面,為軍代表系統、武器裝備試驗基地、部隊修理所、部隊裝備管理等單位培養具有我軍特色的高層次應用型、復合型工程技術和管理人才。具體如下:
1.武器控制系統分析論證、試驗優化與質量監控
該方向以提高復雜武器控制系統綜合戰術技術性能為目標,以數學、力學、控制理論、系統科學、計算機技術為基礎,研究武器控制系統分析論證、試驗優化與質量監控的方法。主要研究內容包括:火控、指控、無人機和導彈等復雜武器控制系統分析論證、試驗優化與質量監控的方法及武器系統作戰效能評估等。
2.武器控制系統性能測試與故障診斷
該方向以提高武器系統技術保障人員的裝備保障能力、試驗技術人員的工程實踐能力為目標,以自動測試技術、故障診斷技術、信號處理技術和計算機技術等為基礎,研究武器系統的性能檢測、故障診斷的技術與方法及靶場試驗中技術保障的關鍵技術。主要研究內容包括:新標準測試總線的應用、測試系統模塊化設計、武器系統運行狀態監測與診斷、測試診斷設備研制等。
3.武器系統信息化管理
該方向以提高各級裝備保障管理人員的管理自動化、信息化、智能化水平為目標,以人工智能、裝備保障理論、計算機技術、數據庫技術、多媒體技術、網絡技術等為基礎,研究裝備保障管理的自動化、信息化、智能化技術和系統。主要研究內容包括:研究制訂適合裝備保障信息化管理的標準體系,研究建立統一的適合裝備保障管理信息化的數據交換代碼,基于裝備的狀態信息、故障信息、維修信息等進行研究裝備保障領域的全程可視化信息管理系統。
二、以適應培養方向要求為出發點確定適宜的課程體系
課程教學是工程碩士培養的一個重要環節,它對于構建合理的知識結構、打下扎實的基礎理論和系統的專業知識起著相當重要的作用。當今社會,科學技術迅猛發展,知識更新不斷加快,只有打下牢固的基礎,才能自如地實現向新領域的轉變,才具有可靠的應變能力的堅實后勁;只有在頭腦中存儲了大量的知識、事例和經驗,才能運用它們來進行創造性思維。課程設置在整個課程教學工作中起著基石性和原本性的作用,只有合理的課程設置才有可能使研究生具有合理的知識結構,才有可能在課程學習過程中激發研究生的創新意識與創新能力。
考慮到工程碩士的培養模式是“進校不離崗”,邊工作邊學習,在職攻讀學位的特點,在課程學習上,我院采取的是“兩階段”學習方式,即第一階段主要學習公共和領域必修課程,在學院集中學習;第二階段主要學習選修課,采取先寄發教材供學員自學,再到學院集中輔導兩次,每次為期兩周,最后集中進行考試。因此課程設置一方面要充分考慮這些特點、安排,另一方面更要考慮所設置課程應與各培養方向相適宜。對控制工程領域工程碩士研究生來說,應具備以控制論、系統論、信息論原理為核心的知識結構。同時,還要具備基于與數學方法、計算機技術、網絡技術、通信技術、各種傳感器和執行器等相結合的、針對具體應用方向的知識面。這些知識結構、知識面要通過一類課程群的設置來落實。由于培養時間、教學時數的限制,課程的門數設置受到了約束,這樣就要求對課程的選擇必須反復斟酌,切實使選擇的課程具有較強的針對性,有利于學生建立合理的知識結構,有利于學生進行后續的學位論文研究工作。我院工程碩士專業學位課程設置包含兩大部分。一部分是適用各個研究方向的必修課,包括公共必修課和領域必修課。公共必修課主要包含自然辯證法、英語、數理統計、科技信息檢索。領域必修課主要有線性系統理論、計算機控制系統、自動測試系統。另一部分是為不同研究方向設置的選修課。選修課設置的基本思想是在保證對一個控制工程領域工程碩士研究生而言,至少應掌握一個課程群的知識要求的基礎上,引入專題講座形式來開闊學生視野,增大學生知識面。根據學科培養方案設置的三個研究方向,結合部隊崗位需求,我們按優化、控制類課程群、控制系統故障檢測與診斷課程群、信息傳輸與處理類課程群的要求設置領域專業技術類選修課課程。
具體地講,為三個研究方向設置的選修課程分別是:
為武器控制系統分析論證、試驗優化與質量監控研究方向設置了優化、控制類為主的課程,包含軍事運籌分析、系統決策與建模、智能控制、人工神經網絡、防空武器系統效能分析以及專題講座。
為武器控制系統性能測試與故障診斷研究方向設置了故障檢測與診斷為中心的課程,包含測試與接口技術、軍用電子系統測試、電子系統故障診斷、故障分析與預測、人工智能原理以及專題講座。