淺析人工智能在電氣工程自動化控制中的應用

摘 要：進入21世紀以后，科技作為第一生產力的理念已經深入人心。電氣工程自動化控制是具有代表性的生產力革新，針對企業的日常生產、產品物流、市場分配等環節起到重要的作用。近年來隨著電氣工程項目的不斷增加，在自動化控制方面的需求也日益旺盛。將人工智能引入其中，不僅僅是兩個領域學科的融合，也將開拓出電氣工程智能化控制水平的新領域。本文將針對人工智能的概念和自動化控制的需求進行分析，并闡述現階段兩個領域的結合現狀，進而提出合理的發展規劃策略。

關鍵詞：人工智能；電氣工程；自動化控制；應用

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 02-0000-02

自從1956年人工智能的概念被提出后，在其后的幾十年里得到了高速發展。理論上來說，人工智能屬于計算機科學的一個分支，研究者希望通過對人體智能的模擬，從而研制出類似人類大腦智能水平的機器（人），這種新型的智能機器包括了以計算機為主要操作平臺的語言識別系統、圖像識別系統、專家系統和機器人等內容；當外界產生一種刺激之后，人工智能設備可以通過識別做出相應的反映，而要完成這一看似簡單的步驟，則需要大量的跨學科知識支持，包括信息學、控制學、生物學、語言學、仿生學等等。

由此不難看出，在電氣工程自動化控制中有許多內容和人工智能存在高相似度，自動化控制要求機械設備按照一定的程序自行運轉，實現產品的加工和出倉，在整個過程當中不需要人為參與和控制。但是由于電氣工程存在的種種局限性，目前發展中還有一些瓶頸問題，在引入人工智能之后，不但可以彌補電氣自動化控制中出現的缺陷，還可以進一步推動電氣工程的發展程度，對整個社會生產力的提高具有積極作用。

一、人工智能與自動化控制的理論分析

人工智能并不等同于智能機器人，應該說后者只是前者的一個分支或組成部分。人工智能所包含的是認知、控制和警報三個體系的綜合，涉及到信息學、控制學、生物學等幾十種學科的知識內容。作為新型計算機科學的一個重要部分，可以最大程度的在電氣工程自動化控制方面進行體現。

從自動化控制的原理分析，自動化設備所體現的是人類的操作步驟和操作行為，可以將勞動力從重復、繁重的生產中解放出來，但本身并不具備自我認知能力。但人類并非完全脫離勞動，只是通過各種元件也儀器實現整體控制，而不直接參與生產活動。

所以，人工智能技術或產品在電氣工程自動化控制中要實現目的，就必須具備一下的功能：（1）數據收集功能。通過傳感器或者二維碼等技術，人工智能的識別部分將會對生產過程中出現的各種情況進行收集，數據經過傳輸到處理器，形成不同的反饋數據流（指令），在通過其他系統實現不同的指示。在這個階段里，數據收集部分除了具備必要的存儲系統之外，還要有對應的指令輸出端口，以滿足不同電氣自動化設備的需求。（2）處理顯示功能。自動化控制一點出現運行故障或者遭到破壞，除了必要的警報措施之外，還應該及時讓維修人員所處的節點位置。再加上通過數據形式進行傳遞的過程中，單一的警報功能無法正確判斷具體是什么樣的故障內容，因此有必要將虛擬的數據形式通過顯示屏幕展示出來，從中了解位于相近部分的元件，如開關、計數器、斷路器等等，究竟是那方面的問題。（3）狀態監視功能。處理顯示和狀態監視雖然連接的很緊密，但在實際上并不屬于一個系統，而是人工智能所體現的兩個不同方面，簡單的說，前者是后者的展示部分，即便是在處理顯示模塊加以修正，并不能說明實際上已經解決了故障問題。狀態監視功能最大的作用是警報和記錄，必要的時候會采取終止措施，將整個過程記錄下來，供技術人員后期的分析使用。（4）人工控制功能。人工智能和人工控制并不矛盾，實際上，人工智能要首先承認人工控制的優先地位。因為即便是人工智能發揮極大的作用，它畢竟是通過各種理論和技術對人類智能的模仿，在一些理性思維之外的事情是無法判斷的。在這一部分，操作人員只需通過鍵盤或者鼠標，就可以對斷路器或者電源開關進行控制，而電氣系統不會產生任何損傷。

二、人工智能的應用現狀和應用范圍

隨著現代科技的日新月異，人工智能的發展需要一個將理論轉化為實際生產力的領域，而自動化控制的切合點十分緊密。兩者相互作用，在不斷淘汰陳舊技術設備的同時，也形成了獨特的相互支撐關系。人工智能提供了較為完善和先進的遺傳算法和專家系統，將這些可以作用于電氣設備的故障分析和征兆提示方面；邏輯模糊和神經系統可以辨別傳統電氣自動化無法識別的信息，并作出更多的反應。

具體到自動化控制范圍中，電氣自動化技術控制主要作用于生產、分配、交換、流通和生產等環節，在一定程度上實現自主意識，減少人力成本投入，提高電氣工程系統的運作效率。

目前，人工智能技術的應用范圍鎖定在以下三個方面：（1）智能控制。智能控制的一大特點是不需要人工值班，在電氣自動化控制中融入人工智能技術，配合一定的計算機程序和電氣元件，按照系統需求按時改變操作的一種控制模式。在表現上，實現遠程化、自主化和高效化。目前這一技術已經在電網、鐵路、航天等多種領域實施。（2）優化設計。人工智能是基于計算機技術的，這就在設計方面提供了很多便利。不難發現，在以前的電氣工程系統設計的過程中，往往通過勘測和手工繪制完成，這樣的工作方式容易產生錯誤，且效率很低。人工智能技術可以參數和要求自動給出模型，設計者根據模型在計算機平臺上實施更多的細節化操作，CAD、3D等大量計算機輔助軟件的使用，也在一定程度上提供了便利。（3）故障診斷。在以往的電氣自動化控制系統中，對故障的檢測大多采用排除法，即便是故障發生存在一些征兆，但為了全面系統能夠的進行維護，仍然要耗費大量的人工和時間；利用人工智能技術，可以將這一工作簡化，如采取整體或部分掃描的方式進行檢測，而且故障診斷也更為精準。

三、電氣工程自動化控制中人工智能的優勢

在電氣工程自動化控制中并沒有要求機械設備超出人類的思維，甚至不要求具有過高的主觀能動性，它所要實現的只是人工無法完成的工作，例如大負荷、超重量、高速度的執行。在人工智能運用到電氣工程自動化控制后，會逐漸推動機械實現擬人化的發展。當然，人工智能的融入勢必會提高對電氣設備利用的綜合性，包括對電子技術、電磁技術、電路電機方面的掌握，設計的復雜性和專業性也更上一層樓，這對系統的設計人員提出了更高的要求；此外，人工智能是計算機學科的一種，所以在進行電氣化自動控制研究的同時，必須掌握一定的計算機理論知識。

結合目前的技術來說，以計算機為平臺，可以完成自動化控制過程中的產品設計和系統設計，尤其是面向對象設計軟件的逐漸增多，可以大大所見產品的開發周期，同時降低系統設計的錯誤率和修復成本。

電氣工程自身也是一個涵蓋諸多方面內容的領域，所以在結合人工智能技術方面還有一些瓶頸，但總體而言，人工智能技術還是具有很多的優勢：

第一，可以實現自動控制的高度一致性。人工智能控制模塊對數據的處理能力加強，在模糊控制和不對稱信息的分析上具有高操作性。也就是說，即便是一種從來沒有發生過的情況，人工智能模塊也可以進行判斷其利害程度，并提出對自動化控制的要求。一般來說，如果超出了智能模塊的判斷能力，都會當作危險加以警告。

第二，可以實現自動控制的精簡化模型。電氣工程由于具體施工的不同，在控制系統的構架方面往往較為復雜，尤其是在被控制的元件組數量較多的情況下，動態方程的模擬非常繁瑣，在實際操作過程當中無法實現精確控制。人工智能可以輕松過的解決這一問題，將模型精簡為計算機語言下的模擬模型，需要的電氣元件數量也大大減少。

第三，可以實現自動控制的控制靈敏性。人工智能的引入會改變傳統電氣自動化控制的內部構造，尤其在一些中繼器和斷路器元件方面，可以采取敏感度更強、延遲性更小的新產品。人工智能控制模塊的優勢就是可以降低系統反應時間，同時對整個自動化系統的控制權限進行調整。

四、結束語

毫無疑問，隨著現代科技發展的速度日益加快，人工智能將作用于生活的方方面面。從產業結構上來說，電氣工程將成為重要的實踐部分，不僅加快強電氣自動化技術設備的更新換代，而且會在這一領域形成新的研究方向。當前我國正處于產業結構調整的關鍵時期，“十二五”期間，國內工業發展需求向高新化發展，人工智能在程序設定、電氣設計、遠程控制等方面的優勢，將會逐漸凸顯出來。繼續研究和創新人工智能技術在電氣工程自動化控制領域的應用，對我國未來的經濟發展具有重要意義。

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[作者簡介]劉少杰（1991.02-），男，本科，研究方向：電氣工程及其自動化。