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仪器仪表产业与软件和信息服务业
2021-03-08 09:44:41 434 返回列表

软件和信息服务业是国家重点发展的战略性新兴产业,也是深圳市在全国处于领先地位并具有全球化发展潜力的重要产业,近年来软件和信息服务业在仪器仪表产业内的应用为仪器仪表产业的发展带来了生机,随着软件和信息服务业的日益深入及应用范围与规模的不断扩大,我国的仪器仪表产业的发展水平必将快速迈向更高阶段。做好软件和信息服务业在仪器仪表中的应用,对于进一步提升深圳市仪器仪表产业的国际竞争力、转变经济发展方式、实现信息化与工业化的有效融合具有重大意义。
随着信息化进程步伐的加快,各类仪器仪表软件及相关技术在我国逐渐得到普及。在信息化与工业化融合的新时期,软件领域的自动化,信息化得到进一步发展。工业软件作为两化融合的黏合剂和助推器,其重要作用也进一步凸显。而在制造装备智能化,生产过程自动化和经营管理网络化中,仪器仪表和自动控制领域的工业软件将起到至关重要的作用。如果说工业大生产中的自动化生产线是整个工业的血脉,那么仪器仪表就是工业的眼睛,人们通过这些眼睛为工业生产线进行诊断。嵌入式软件让这些眼睛变得更加智能。而自动控制系统则是生产线的大脑,它能让整个血脉变得更加畅通。对于仪器仪表和自动控制,重点开发在工业环境下可靠运行的各种现场总线模块,无线温度变送器,圧力变送器,智能压力变送器,压力模块,温度模块,HART手操器, 热工宝典, 压力校验仪, 电磁涡街流量计等无线数据采集和处理系统产品,形成完整的生产过程在线检测,网络控制自动化系统解决方案,并特别提出了工作重点是:在具有数字网络管理功能的仪器仪表,基于现场总线技术的智能化仪表和执行器,生产与能源优化及污染物排放监控管理信息系统等重点领域有所突破,深圳浩宁达仪表股份有限公司生产的自动化仪表产品大多数包含嵌入式软件, 从而使产品更加智能化, 大大提高了产品的竞争力。
软件在仪器仪表及测量中的应用表明该技术正在全面渗入到仪器仪表工业。
一、在仪器仪表结构、性能改进中的应用 
      首先,智能自动化技术软件为仪器仪表与测量的相关领域的应用开辟了广阔的前景。运用智能化软硬件,使每台仪器或仪表能随时准确地分析、处理当前的和以前的数据信息,恰当地从低、中、高不同层次上对测量过程进行抽象,以提高现有测量系统的性能和效率,扩展传统测量系统的功能,如运用神经网络、遗传算法、进化计算、混沌控制等智能技术,使仪器仪表实现高速、高效、多功能、高机动灵活等性能。 
      其次,也可在分散系统的不同仪器仪表中采用微处理器、微控制器等微型芯片技术,设计模糊控制程序,设置各种测量数据的临界值,运用模糊规则的模糊推理技术,对事物的各种模糊关系进行各种类型的模糊决策。其优势在于不必建立被控对象的数学模型,也不需大量的测试数据,只需根据经验,总结合适的控制规则,应用芯片的离线计算、现场调试,按我们的需要和精确度产生准确的分析和准时的控制动作。 
      特别是在传感器测量中,软件及信息自动化技术的应用更为广泛。用软件实现信号滤波,如快速傅立叶变换、短时傅立叶变换、小波变换等技术,是简化硬件,提高信噪比,改善传感器动态特性的有效途径,但需要确定传感器的动态数学模型,而且高阶滤波器的实时性较差。运用神经网络技术,可实现高性能的自相关滤波和自适应滤波。充分利用人工神经网络技术强有力的自学习、自适应、自组织能力,联想、记忆功能以及对非线性复杂关系的输入、输出间的黑箱映射特性,无论在适用性和快速实时性等各方面都将大大超过复杂函数式,可充分利用多传感器资源,综合获取更准确、更可信的结论。其中实时与非实时的、快变与缓变的、模糊和确定性的数据信息,可能相互支持,也可能相互矛盾,此时,对象特征的提取、融合,直至最终决策,作出正确的判断,将成为难点。于是神经网络或模糊逻辑将成为最值得选用的方法。例如,气体传感阵列用于混合气体识别,在信号处理方法上可采用自组织映射网络和BP网络相结合,先进行分类,再识别组分,将传统方法的全程拟合转化为分段拟合,以降低算法的复杂度,提高识别率。又如,食品味觉信号的检测和识别的难度,曾一度是研究与开发单位的主要障碍所在。如今可利用小波变换进行数据压缩和特征提取,然后将数据输入用遗传算法训练过的模糊神经网络,则大大提高了对简单复合味的识别率。再如,在布匹面料质量的选定,柔性操作对触觉信号的处理,机器的故障诊断领域,软件及信息自动化技术也都取得了大量的成功实例。 
二、在虚拟仪器结构设计中的应用 
    仪器与测量技术和计算机软件技术的结合,不但大大提高了测量精确度与智能自动化水平,特别是计算机的硬件软化和软件模块化的虚拟仪器的迅猛发展,以及其与网络化系统资源程序的统一和优化性能配置,为仪器仪表的智能化水平的迅速提高,创造了越来越优越的条件。 
    在仪器仪表结构设计中,仪器厂家过去都是以源代码形式向用户提供智能虚拟仪器即插即用的仪器驱动器,为了简化最终用户的使用操作与开发过程,不断提高运行效率,以及编程质量和编程灵活性,相关仪器厂家在VXI即插即用的总线仪器驱动器标准的基础上作出了一套新的智能化仪器驱动软件规范,在虚拟仪器结构与性能上进行了下述多方面改进。 
    首先,考虑要兼顾用户的直观、易用与尽可能提高运行效率,并保持原来VXI总线即插即用标准的高层编程接口,以提供相同的功能函数调用格式。 
    其次,在最新Labwindows/CVI5.0内建的开发工具基础上,运用智能化手段,使智能虚拟仪器(IVI)的仪器驱动器代码,可以在人机交互作用下自动生成,这样既简化了大量编程工作量,又统一了驱动器代码的编程结构和风格,还大大方便了不同水平用户的使用和维护。 
    再次,应用一系列智能手法,识别、跟踪和管理所有各种仪器状态和设置,使用户能直接进入所有低层设置,并通过智能状态管理,使用户可根据需要,在“测试开发”和“正常运行”两种模式之间随意切换。在“测试开发”模式下,驱动器可智能自动化地完成一系列状态检查,以帮助发现各种编程错误。当程序调试正常投入使用后,用户即可切换到“正常运行”模式,以使驱动软件高速运行。这样既保证了仪器的安全性和可靠性,又可使软件随时投入高速运行,尽可能提高其运行效率。
    另外,也由于采用了各种智能化方法,使驱动器可实现多线程同时安全运行,进行多线程并行测试;同时,驱动器还具有强大的仿真功能,可以在不连接实际仪器的情况下,开发测试程序。 
    最后一个特点是驱动器运行只与测试功能相关,而与仪器采用的接口总线方式无关,只通过一个初始化函数InitwithOptions来区分仪器接口总线和地域的异用。 
    总之,由于虚拟仪器采用了一系列智能自动化手段,彻底改变了以往VXI总线即插即用标准仪器驱动器的运行效率低,编程的结构、风格不一致,编程困难,质量低,工作量大,使用、维护麻烦等等一系列缺陷,从而在高效、高质量、安全可靠、使用方便、灵活的条件下实现全面地统一运行,显示出智能自动化技术对虚拟仪器以至整个仪器仪表工业高速发展的深远影响。 
三、仪器仪表网络信息化中的应用 
    由于仪器与计算机一旦组成网络,即可凭借智能化软硬件(诸如模式识别、神经网络的自学习、自适应、自组织和联想记忆功能),充分发挥灵活调用和合理配置网上各种计算机和仪器仪表的各自资源特性和潜力,产生1+1>2的组合优势。例如,目前已可使用连接到Web的数字万用表和示波器,通过因特网和模式识别软件区别不同的时空条件和仪器仪表的类别特征以及测出临界值,作出不同的特征响应;也可使用分布式数据采集系统代替过去单独使用的数据采集设备,以至可跨越以太网或其他网络,实施远程测量和采集数据,并进行分类的存储和应用。 
    网络化的智能测量环境将网上各种类型,不同任务的计算机和仪器仪表有机地联系在一起,完成各种形式的任务要求,如在某地采集数据后送往各种需要这些数据的地方,把相同数据按需拷贝多份,送往各需要部门;或者定期将测量结果送往远方数据库保存,供需要时随时调用。而多个用户可同时对同一过程进行监控,例如各部门工程技术人员、质量监控人员以及主管领导人员可同时分别在相距遥远的各地监测、控制同一生产运输过程,不必亲临现场而又能及时收集各方面数据,进行决策或建立数据库,分析现象规律。一旦发生问题,可立即展现眼前或重新配置,或即时商讨决策,立即采取相应措施。 
    另外,智能重构信息处理技术也将为仪器仪表创造更广阔的活动舞台。结合了计算机与专用集成电路(ASIC)优点的可重构计算机,不仅要根据不同的计算任务对大量的可编程逻辑单元阵列(FPGA)作出灵活的相应配置,其指令级、比特级、流水线级以至任务级的并行计算,使其运行速度达到通用计算机的数百倍以上。 
    综上所述,随着软件智能自动化技术应用的日益深入及应用范围与规模的不断扩大,我国的仪器仪表产业的发展水平必将快速迈向更高阶段。
 四、软件和信息服务业带动仪器仪表行业的现代化
    深圳市的仪器仪表产业在市政府的领导下凭籍改革开放的春风和毗邻香港的上风,经过十几年的飞速发展,已经成为中国仪器仪表产业在华南地区的研发基地、生产基地和产品进出口基地。其详细体现点是:
  一、信息技术电测仪器,数字万用表的年产量是世界总产量的80%,出口世界96个国家,雄居世界第一,且每年以30%的速度增长。其它如频谱分析仪、数字电源、示波器等等在海内均处于领先水平。
  二、医疗仪器(如核磁共振,超声多普勒,γ刀)在海内居领先水平,替换入口为国家节省了大量外世。
    三、自动化仪表及控制系统和配套设备。
    四、办公自动化仪器与设备。
  五、智能化三表(电、水、气)的智能化、远传遥控及其计算机治理系统、电工仪表及电能表校验设备。
  六、材料试验机。
  七、楼宇自动化、仓储自动化等,在海内均处于领先地位。
  从整个行业来看,已走出靠来料加工、部件组装和OEM出产的阶段,企业的产品正向计算机接口联网、智能化高档次、自创名牌、自行设计、面向国外市场、争创全国乃至世界的出产基地。
  但是,应该看到,随着时间的推移,随着国内全面开放改革的不断深化,特区的先行和独占上风越来越弱化了,毗邻香港的区域上风也越来越软化。
  要想使仪器仪表行业继承以飞快的速度发展必需充电,使企业走产业园团体化的道路,企业在冲刺国外市场时,除了要技术高度升华外,最感到难题的是企业规模不够大,资本不够雄厚,仍是散兵浪人一样,就是上亿元产值的企业,在国际市场上,也不外是一、二千万美元的企业,算不上大企业,所以登不上更高的平台,所以必须要走科技产业园和团体化的道路。

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