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，數字化、網(wǎng)絡(luò )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(wú)疑將對智能儀表的發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響，促進(jìn)智能儀表行業(yè)的快速發(fā)展。智能感知是實(shí)現工業(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(gè)行業(yè)，智能儀表是其中不可或缺的一部分，它通過(guò)采集數據，處理數據，并對數據進(jìn)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(shí)現智能制造的重要抓手，其大規模發(fā)展必然帶動(dòng)智能儀表在工業(yè)制造各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應用。

為滿(mǎn)足制造業(yè)用戶(hù)的智能制造需求，儀器儀表行業(yè)正在從自動(dòng)化向智能化方向發(fā)展，更確切地說(shuō)，是朝著(zhù)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(lái)自研究院所與企業(yè)的專(zhuān)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(guò)程測量控制和自動(dòng)化標委會(huì )（SAC/TC124）秘書(shū)長(cháng)王春喜

儀器儀表（Instrument或Instrumentation）是指用以檢出、測量、觀(guān)察、計算各種物理量、物質(zhì)成分、物性參數等的器具或設備。溫度變送器、壓力變送器、流量變送器、分析儀表、實(shí)驗室儀表、工控機、控制系統、可編程序控制器（PLC）、分散控制系統（DCS）、現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統（FCS）、執行系統、工業(yè)通信系統等均屬于儀器儀表。按國民經(jīng)濟行業(yè)分類(lèi)，儀器儀表大類(lèi)包括9個(gè)中類(lèi)、 20個(gè)小類(lèi)。

根據IEC國際標準定義，智能傳感器及儀器儀表應具有數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(wú)線(xiàn)通信、功能安全和信息安全等）。隨著(zhù)第四次工業(yè)革命的到來(lái)，世界開(kāi)始進(jìn)入數字化和智能化時(shí)代。在智能化的過(guò)程中，首先要解決的就是要獲取準確可靠的數據和信息，而智能傳感器及儀器儀表是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中數據和信息的主要途徑與手段，在當今時(shí)代推動(dòng)科學(xué)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(gè)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(dòng)指南（2017-2019年）》，指出智能傳感器及儀器儀表市場(chǎng)應用正呈現爆發(fā)式增長(cháng)態(tài)勢，已成為決定未來(lái)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(diǎn)開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)之一。

標準化工作一直在技術(shù)與開(kāi)發(fā)、科研與生產(chǎn)、市場(chǎng)與需求、供應與采辦、政府與企業(yè)之間，發(fā)揮著(zhù)“橋梁”和“紐帶”的作用，是促進(jìn)技術(shù)進(jìn)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(huì )主要包括：SAC/TC124（工業(yè)過(guò)程測量控制和自動(dòng)化）、SAC/TC78（半導體器件）、SAC/TC103（光學(xué)和光學(xué)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(shí)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(huì )等十幾個(gè)標委會(huì )和行業(yè)歸口單位。其中最主要的標委會(huì )是SAC/TC124（對口IEC/TC65），近年來(lái)TC124組織行業(yè)專(zhuān)家構建了涵蓋17小類(lèi)、119系列的“融合開(kāi)放、協(xié)調配套，科學(xué)先進(jìn)、結構合理”的工業(yè)過(guò)程測量控制和自動(dòng)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(lái)，我國傳感器及儀器儀表技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展充分體現了國家創(chuàng )新驅動(dòng)戰略，逐步向高靈敏度、高適應性、高可靠性、新材料、MEMS集成、無(wú)線(xiàn)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(jìn)展緩慢、關(guān)鍵核心技術(shù)匱乏、高端產(chǎn)品被國外長(cháng)期壟斷、產(chǎn)品穩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、深度調整的歷史時(shí)期，呈現萬(wàn)物互聯(lián)、萬(wàn)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(jìn)工業(yè)轉型升級和高質(zhì)量發(fā)展、推動(dòng)現代國防建設、保障和提高人民生活水平發(fā)揮著(zhù)重要作用。我國應統籌規劃傳感器及智能化儀器儀表產(chǎn)業(yè)發(fā)展，整合現有資源，突出重點(diǎn)，標準引領(lǐng)，通過(guò)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(zhù)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(shí)現整個(gè)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(jiǎn)而言之就是將人的思維的過(guò)程進(jìn)行模擬，將人的經(jīng)驗和學(xué)習的過(guò)程，通過(guò)算法如：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )算法、模糊算法、遺傳算法等，使儀器儀表能通過(guò)自我認知、自我學(xué)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(gè)人認為儀器儀表的智能化發(fā)展可以從以下幾個(gè)方面體現：

（1）保證儀表使用的可靠性和精度

儀表在生產(chǎn)制造時(shí)通過(guò)使用先進(jìn)的自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)可以保證高穩定性，達到要求的精度。但當儀表應用到實(shí)際的現場(chǎng)時(shí)，往往穩定性和精度都會(huì )受損，達不到預期的目標。出現這種情況的原因主要是兩方面：一是實(shí)際現場(chǎng)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(shí)不規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)，可以使現場(chǎng)儀表對其工作的環(huán)境進(jìn)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(chǎng)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(shí)，儀表可以對現場(chǎng)的安裝習慣進(jìn)行記憶，優(yōu)化設計，可以提供良好的人機交互系統矯正安裝操作。達到制造商和客戶(hù)的雙贏(yíng)。

（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(wàn)，甚至上百萬(wàn)的儀表到現場(chǎng)，由于地球經(jīng)緯度變化、使用過(guò)程中老化影響，導致儀表的零點(diǎn)漂移、線(xiàn)性發(fā)生變化。儀表發(fā)生漂移就會(huì )導致數據不準確，數據是智能生產(chǎn)、智能分析、智能決策的基礎，所以?xún)x表的校準工作就顯得尤為重要。而大量?jì)x表的校準對于客戶(hù)來(lái)說(shuō)是非常困難的，甚至是不可能完成的工作。

通過(guò)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(xiàn)性變化，自我調整自己的零點(diǎn)以及線(xiàn)性?？蛻?hù)無(wú)需耗費大量的財力人力去做儀表的校準，減少停機時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

各類(lèi)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”的數據，但同時(shí)也面臨著(zhù)大量的儀表要進(jìn)行維護。怎么快速定位儀表的故障點(diǎn)，快速維修，減少停機時(shí)間，是客戶(hù)非常關(guān)注的一點(diǎn)。而智能儀表就要解決這個(gè)問(wèn)題，儀表自我感知，自我診斷，自動(dòng)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(xué)習，自我繼承，節能優(yōu)化

智能儀表利用自身的專(zhuān)家庫、算法庫、大數據分析算法燈，結合控制系統的歷史數據、實(shí)時(shí)運行的數據，優(yōu)化控制和動(dòng)作過(guò)程及頻次。如：智能農業(yè)，對農田的農作物進(jìn)行灌溉，智能儀表可以結合天氣預報信息、歷史灌溉的頻次和水量，合理的調整目前的灌溉水量和頻次，保證農作物生產(chǎn)的同時(shí)節約用水。

（4）良好的人機交互能力

未來(lái)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(jìn)行交互，如通過(guò)語(yǔ)音或者書(shū)面描述。智能儀表同時(shí)可以根據不同工程師交互的內容，通過(guò)記憶和累計比較不同人員關(guān)注的參數，進(jìn)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(dòng)儀表的智能化發(fā)展，讓儀表具備自我認知、自我學(xué)習、自我繼承的能力，逐漸走向智慧化。從而大大縮減設計廠(chǎng)商的研發(fā)時(shí)間，加快切入市場(chǎng)的能力，客戶(hù)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(shí)現安全生產(chǎn)。

摘自《自動(dòng)化博覽》2019年10月刊