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名家专栏 | 构建智能系统 注重工业智能

2016-07-13 00:02
林契于宸
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  科学效应是工程技术的实现依据和解决技术问题的根本,用好一个效应可以获得几十项发明专利。发明家爱迪生的1023项专利里只用到了23个效应;飞机设计大师图波列夫的1001项专利里只用到了35个效应。

  科学效应:效应物质在外部物质属性输入作用影响下所形成的属性输出,输入和输出形成了特定的因果现象。例如,离心力、相变、热膨胀、双金属结构、形变、电场、磁场、电磁场、电致伸缩、磁致伸缩、电致变色、磁流体、压电效应、传导、对流、辐射、毛细管、衍射、电解、爆炸、磁热效应、超导、多普勒效应、马格努斯效应、珀耳贴效应、韦森堡效应等(了解更多的效应,可参阅作者今年1月出版的《TRIZ进阶及实战》一书)。

  2、以物理效应构建的智能系统

  在工业革命的早期,人类就利用科学效应来实现各种功能,以增强对机器的自动控制。先来看一个第一次工业革命时期的蒸汽机转速调节器(如图1),当蒸汽机转速增加时,离心力导致飞球升高带动气阀开口减小,蒸汽机转速随之降低;反之,蒸汽机转速降低时,飞球下降使得气阀开口变大、蒸汽机的转速便随之提升。依靠这样的机制,蒸汽机转速就能自动保持基本恒定。离心力这个物理效应在这里起到了关键作用。

  图1 蒸汽机的转速调节器(控制系统

  这个结果是符合初级智能系统的基本定义的。实际上这个控制系统的状态感知是由飞球来承担的,飞球转动时离心力所形成的向上的分力,克服了重力。重力与离心力博弈的结果形成了自动决策,实时反映在飞球的高低变化上,通过连杆机构实现了对阀门的实时调节(即刻执行)。这样的自动化调节机构完全替代了过去由人来做的调节工作,遂人愿,全自动。

  案例不同,原理相通——自动识别工人的手是否在冲床下方的自动检测设备,让机器轧手成为了历史,而其工作原理,不过是一个红外成像传感器;酒店或仓库的防火自动喷淋装置,其工作原理是一个盛有酒精的细玻璃管,感知到高温可以自动炸裂;飞机上的自动除冰装置,是通过激光扫描翼面来检测结冰情况,并自动启动加热装置来除冰。从过去到现在,类似的例子数不胜数。

  3、以生物效应构建的智能系统

  借用某些生物效应来实现智能系统的案例更为有趣。在电视剧《大染坊》中,主人公陈寿亭把鱿鱼爪放入正在加热的染缸中。如果鱿鱼爪很快打卷了,就是到了最合适染布的水温,他就立即指挥工人把棉布放入染缸。在这里,鱿鱼爪的生物效应(遇热打卷)起到了传感器的作用。

  自2013年以来,英国警方使用蜜蜂作为传感器来缉毒获得了不错的效果。蜜蜂的嗅觉灵敏度高出缉毒犬百倍以上,其特点是闻到了毒品的味道就伸舌头,舌头可以被红外传感器探测到。于是,利用这个生物效应,人们把训练好的蜜蜂无损地固定在一个标准的塑料卡件内(如图2),每次以6个蜜蜂为一组,放在一个箱式探测器之内,然后用来检测行李。如果同时有3个蜜蜂伸出舌头,就说明行李中藏有毒品。这种技术明显地提高了检测成功率。

  图2 以6个蜜蜂一组来检测毒品

  4、以工业软件构建的智能系统

  工业软件由编程语言、系统软件、应用软件和介于这两者之间的中间件组成。它们是数字化革命的成果,是信息技术与工业技术相结合的产物。数字化的所有的基本功能,其实都是由科学效应来实现的,例如电场形成了计算的0和1,磁场形成了存储的0和1,电磁场形成了无线网络的0和1,等等。因此,软件不过是调用低层硬件通过科学效应来执行各种功能的计算机指令的程序集合。

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