時間：2023-05-05 09:10:46
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隨著計算機技術的高速發展，傳統的制造業開始了根本性變革，各工業發達國家投入巨資，對現代制造技術進行研究開發，提出了全新的制造模式。在現代制造系統中，數控技術是關鍵技術，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業實現柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數控技術正在發生根本性變革，由專用型封閉式開環控制模式向通用型開放式實時動態全閉環控制模式發展。在集成化基礎上，數控系統實現了超薄型、超小型化；在智能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經網絡等多學科技術，數控系統實現了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調節與補償各項參數，實現了在線診斷和智能化故障處理；在網絡化基礎上，CAD/CAM與數控系統集成為一體，機床聯網，實現了中央集中控制的群控加工。
長期以來，我國的數控系統為傳統的封閉式體系結構，CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據經驗以固定參數形式事先設定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環節，整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環執行機構。在復雜環境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數，無法在現場環境下根據外部干擾和隨機因素實時動態調整，更無法通過反饋控制環節隨機修正CAD/CAM中的設定量，因而影響CNC的工作效率和產品加工質量。由此可見，傳統CNC系統的這種固定程序控制模式和封閉式體系結構，限制了CNC向多變量智能化控制發展，已不適應日益復雜的制造過程，因此，對數控技術實行變革勢在必行。
2數控技術發展趨勢
2.1性能發展方向
(1)高速高精高效化速度、精度和效率是機械制造技術的關鍵性能指標。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數字伺服系統，同時采取了改善機床動態、靜態特性等有效措施，機床的高速高精高效化已大大提高。
(2)柔性化包含兩方面：數控系統本身的柔性，數控系統采用模塊化設計，功能覆蓋面大，可裁剪性強，便于滿足不同用戶的需求；群控系統的柔性，同一群控系統能依據不同生產流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態調整，從而最大限度地發揮群控系統的效能。
(3)工藝復合性和多軸化以減少工序、輔助時間為主要目的的復合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發展。數控機床的工藝復合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉主軸頭或轉臺等各種措施，完成多工序、多表面的復合加工。數控技術軸，西門子880系統控制軸數可達24軸。
(4)實時智能化早期的實時系統通常針對相對簡單的理想環境，其作用是如何調度任務，以確保任務在規定期限內完成。而人工智能則試圖用計算模型實現人類的各種智能行為。科學技術發展到今天，實時系統和人工智能相互結合，人工智能正向著具有實時響應的、更現實的領域發展，而實時系統也朝著具有智能行為的、更加復雜的應用發展，由此產生了實時智能控制這一新的領域。在數控技術領域，實時智能控制的研究和應用正沿著幾個主要分支發展：自適應控制、模糊控制、神經網絡控制、專家控制、學習控制、前饋控制等。例如在數控系統中配備編程專家系統、故障診斷專家系統、參數自動設定和刀具自動管理及補償等自適應調節系統，在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預測和預算功能、動態前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數控系統的控制性能大大提高，從而達到最佳控制的目的。
2.2功能發展方向
(1)用戶界面圖形化用戶界面是數控系統與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機軟件研制中最困難的部分之一。當前INTERNET、虛擬現實、科學計算可視化及多媒體等技術也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進行操作，便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態圖形顯示、圖形模擬、圖形動態跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現。
(2)科學計算可視化科學計算可視化可用于高效處理數據和解釋數據，使信息交流不再局限于用文字和語言表達，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息。可視化技術與虛擬環境技術相結合，進一步拓寬了應用領域，如無圖紙設計、虛擬樣機技術等，這對縮短產品設計周期、提高產品質量、降低產品成本具有重要意義。在數控技術領域，可視化技術可用于CAD/CAM，如自動編程設計、參數自動設定、刀具補償和刀具管理數據的動態處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。
(3)插補和補償方式多樣化多種插補方式如直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標插補、2D+2螺旋插補、NANO插補、NURBS插補(非均勻有理B樣條插補)、樣條插補(A、B、C樣條)、多項式插補等。多種補償功能如間隙補償、垂直度補償、象限誤差補償、螺距和測量系統誤差補償、與速度相關的前饋補償、溫度補償、帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補償等。
(4)內裝高性能PLC數控系統內裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圖或高級語言編程，具有直觀的在線調試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標準PLC用戶程序實例，用戶可在標準PLC用戶程序基礎上進行編輯修改，從而方便地建立自己的應用程序。
(5)多媒體技術應用多媒體技術集計算機、聲像和通信技術于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數控技術領域，應用多媒體技術可以做到信息處理綜合化、智能化，在實時監控系統和生產現場設備的故障診斷、生產過程參數監測等方面有著重大的應用價值。
2.3體系結構的發展
(1)集成化采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規模可編程集成電路FPGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高數控系統的集成度和軟硬件運行速度。應用FPD平板顯示技術，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優點，可實現超大尺寸顯示，成為和CRT抗衡的新興顯示技術，是21世紀顯示技術的主流。應用先進封裝和互連技術，將半導體和表面安裝技術融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數量來降低產品價格，改進性能，減小組件尺寸，提高系統的可靠性。
(2)模塊化硬件模塊化易于實現數控系統的集成化和標準化。根據不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標準的系列化產品，通過積木方式進行功能裁剪和模塊數量的增減，構成不同檔次的數控系統。
(3)網絡化機床聯網可進行遠程控制和無人化操作。通過機床聯網，可在任何一臺機床上對其它機床進行編程、設定、操作、運行，不同機床的畫面可同時顯示在每一臺機床的屏幕上。
(4)通用型開放式閉環控制模式采用通用計算機組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結構，便于裁剪、擴展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數控系統。閉環控制模式是針對傳統的數控系統僅有的專用型單機封閉式開環控制模式提出的。由于制造過程是一個具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復雜過程，包含諸如加工尺寸、形狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實現加工過程的多目標優化，必須采用多變量的閉環控制，在實時加工過程中動態調整加工過程變量。加工過程中采用開放式通用型實時動態全閉環控制模式，易于將計算機實時智能技術、網絡技術、多媒體技術、CAD/CAM、伺服控制、自適應控制、動態數據管理及動態刀具補償、動態仿真等高新技術融于一體，構成嚴密的制造過程閉環控制體系，從而實現集成化、智能化、網絡化。
3智能化新一代PCNC數控系統
隨著計算機技術的高速發展，傳統的制造業開始了根本性變革，各工業發達國家投入巨資，對現代制造技術進行研究開發，提出了全新的制造模式。在現代制造系統中，數控技術是關鍵技術，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業實現柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數控技術正在發生根本性變革，由專用型封閉式開環控制模式向通用型開放式實時動態全閉環控制模式發展。在集成化基礎上，數控系統實現了超薄型、超小型化；在智能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經網絡等多學科技術，數控系統實現了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調節與補償各項參數，實現了在線診斷和智能化故障處理；在網絡化基礎上，CAD/CAM與數控系統集成為一體，機床聯網，實現了中央集中控制的群控加工。
長期以來，我國的數控系統為傳統的封閉式體系結構，CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據經驗以固定參數形式事先設定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環節，整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環執行機構。在復雜環境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數，無法在現場環境下根據外部干擾和隨機因素實時動態調整，更無法通過反饋控制環節隨機修正CAD/CAM中的設定量，因而影響CNC的工作效率和產品加工質量。由此可見，傳統CNC系統的這種固定程序控制模式和封閉式體系結構，限制了CNC向多變量智能化控制發展，已不適應日益復雜的制造過程，因此，對數控技術實行變革勢在必行。
2 數控技術發展趨勢
2.1 性能發展方向
(1)高速高精高效化 速度、精度和效率是機械制造技術的關鍵性能指標。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數字伺服系統，同時采取了改善機床動態、靜態特性等有效措施，機床的高速高精高效化已大大提高。
(2)柔性化 包含兩方面：數控系統本身的柔性，數控系統采用模塊化設計，功能覆蓋面大，可裁剪性強，便于滿足不同用戶的需求；群控系統的柔性，同一群控系統能依據不同生產流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態調整，從而最大限度地發揮群控系統的效能。
(3)工藝復合性和多軸化 以減少工序、輔助時間為主要目的的復合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發展。數控機床的工藝復合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉主軸頭或轉臺等各種措施，完成多工序、多表面的復合加工。數控技術軸，西門子880系統控制軸數可達24軸。
(4)實時智能化 早期的實時系統通常針對相對簡單的理想環境，其作用是如何調度任務，以確保任務在規定期限內完成。而人工智能則試圖用計算模型實現人類的各種智能行為。科學技術發展到今天，實時系統和人工智能相互結合，人工智能正向著具有實時響應的、更現實的領域發展，而實時系統也朝著具有智能行為的、更加復雜的應用發展，由此產生了實時智能控制這一新的領域。在數控技術領域，實時智能控制的研究和應用正沿著幾個主要分支發展：自適應控制、模糊控制、神經網絡控制、專家控制、學習控制、前饋控制等。例如在數控系統中配備編程專家系統、故障診斷專家系統、參數自動設定和刀具自動管理及補償等自適應調節系統，在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預測和預算功能、動態前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數控系統的控制性能大大提高，從而達到最佳控制的目的。
2.2 功能發展方向
(1)用戶界面圖形化 用戶界面是數控系統與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機軟件研制中最困難的部分之一。當前INTERNET、虛擬現實、科學計算可視化及多媒體等技術也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進行操作，便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態圖形顯示、圖形模擬、圖形動態跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現。轉貼于
(2)科學計算可視化 科學計算可視化可用于高效處理數據和解釋數據，使信息交流不再局限于用文字和語言表達，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息。可視化技術與虛擬環境技術相結合，進一步拓寬了應用領域，如無圖紙設計、虛擬樣機技術等，這對縮短產品設計周期、提高產品質量、降低產品成本具有重要意義。在數控技術領域，可視化技術可用于CAD/CAM，如自動編程設計、參數自動設定、刀具補償和刀具管理數據的動態處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。
(3)插補和補償方式多樣化 多種插補方式如直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標插補、2D+2螺旋插補、NANO插補、NURBS插補(非均勻有理B樣條插補)、樣條插補(A、B、C樣條)、多項式插補等。多種補償功能如間隙補償、垂直度補償、象限誤差補償、螺距和測量系統誤差補償、與速度相關的前饋補償、溫度補償、帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補償等。
(4)內裝高性能PLC 數控系統內裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圖或高級語言編程，具有直觀的在線調試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標準PLC用戶程序實例，用戶可在標準PLC用戶程序基礎上進行編輯修改，從而方便地建立自己的應用程序。
(5)多媒體技術應用 多媒體技術集計算機、聲像和通信技術于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數控技術領域，應用多媒體技術可以做到信息處理綜合化、智能化，在實時監控系統和生產現場設備的故障診斷、生產過程參數監測等方面有著重大的應用價值。
2.3 體系結構的發展
(1)集成化 采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規模可編程集成電路FPGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高數控系統的集成度和軟硬件運行速度。應用FPD平板顯示技術，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優點，可實現超大尺寸顯示，成為和CRT抗衡的新興顯示技術，是21世紀顯示技術的主流。應用先進封裝和互連技術，將半導體和表面安裝技術融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數量來降低產品價格，改進性能，減小組件尺寸，提高系統的可靠性。
(2)模塊化 硬件模塊化易于實現數控系統的集成化和標準化。根據不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標準的系列化產品，通過積木方式進行功能裁剪和模塊數量的增減，構成不同檔次的數控系統。
(3)網絡化 機床聯網可進行遠程控制和無人化操作。通過機床聯網，可在任何一臺機床上對其它機床進行編程、設定、操作、運行，不同機床的畫面可同時顯示在每一臺機床的屏幕上。
(4)通用型開放式閉環控制模式 采用通用計算機組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結構，便于裁剪、擴展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數控系統。閉環控制模式是針對傳統的數控系統僅有的專用型單機封閉式開環控制模式提出的。由于制造過程是一個具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復雜過程，包含諸如加工尺寸、形狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實現加工過程的多目標優化，必須采用多變量的閉環控制，在實時加工過程中動態調整加工過程變量。加工過程中采用開放式通用型實時動態全閉環控制模式，易于將計算機實時智能技術、網絡技術、多媒體技術、CAD/CAM、伺服控制、自適應控制、動態數據管理及動態刀具補償、動態仿真等高新技術融于一體，構成嚴密的制造過程閉環控制體系，從而實現集成化、智能化、網絡化。
3 智能化新一代PCNC數控系統
關鍵字:數控技術 智能化 知識工程 UG
Intelligent CNC programming system of
Liu Hao xu
(Tianjin Polytechnic university, Tianjin, Jixian 300160)
Abstract: In this paper, the advanced digital manufacturing technology in practical application problems, through analysis of the NC Technology and Industry Current, comprehensive development of numerical control technology in today world trends, discusses the development of NC technology. Study of knowledge acquisition, knowledge representation and knowledge reasoning in the CNC programming applications; in the intelligent NC programming system architecture language basis, to UG for the plateform use SQL Server database and UG Open API and Visual C + + develoption tools, development intelligent NC programming system; through the application programming examples demonstrate the feasibility and practicality of the research.
Keywords: Intelligent knowledge engineering CNC technology UG
一、數控編程系統智能化的概念和基礎
數控編程是數控加工準備階段的主要內容之一,通常包括分析零件圖樣,確定加工工藝過程;計算走刀軌跡,得出刀位數據;編寫數控加工程序;制作控制介質;校對程序及首件試切。有手工編程和自動編程兩種方法。總之,它是從零件圖紙到獲得數控加工程序的全過程。
數控編程分為手工編程和自動編程.手工編程是指編程的各個階段均由人工完成。對于幾何形狀復雜的零件需借助計算機使用規定的數控語言編寫零件源程序,經過處理后生成加工程序,稱為自動編程。隨著數控技術的發展,先進的數控系統不僅向用戶編程提供了一般的準備功能和輔助功能,而且為編程提供了擴展數控功能的手段。
而在數控編程系統的工作中,數字模型是工作的關鍵,同時也是數控編程系統的基礎,它在編程系統中所包含的信息量直接決定了數控編程系統的智能化發展程度。同時,這些在數字模型中所包括的信息在數控技術家中傳遞的方式也會對數控編程系統的智能化發展程度帶來一定的影響。同時,由于數學模型的發展包括:線框、曲面和實體,這些模型在結構上的不同,對描述同一物體所表述出來的信息量也是不一樣的。
二、數控編程系統智能化的研究現狀
就我國企業的發展上來看,國際上先進的數字化制造技術并沒有在我國的企業中得到廣泛的應用。
而就目前數控編程系統的智能化的進程上來看,主要表現在實體模型。在實體模型結構基礎上,數控編程系統已經實現了部分智能化。由于實體模型是通過特征造型的手段獲得的,因此在編程過程中,如何獲得這些特征,然后直接針對這些特征直接進行編程操作,并在操作過程中根據專家系統的支持提供更多的自動操作選項,成為當前智能數控編程系統的一個主要的發展方向。
三、基于UG的模具智能化數控系統的開發
(一)、知識庫獲取
數控編程是一個經驗性很強的領域,CNC工程師的經驗知識對加工效率、加工質量都有著較大的影響。數控編程經驗知識的主要特點有:首先,數控編程技術是無形的,只存在于CNC工程師的大腦中,并沒有實體上的形態。其次,由于數控編程技術的無形性,因此完全來源于CNC工程師自身的主觀意識,但是由于不同的CNC工程師自身工作經歷、知識結構等因素的不同,他們對相同問題形成的經驗知識可能產生一定的差異,這就說明數控編程技術是具有一定的差異性的。第三、CNC工程師隨著經驗知識的積累或生產技術條件的改變和完善,他們對原來數控編程所存在的問題可能會出現有新的見解,從而就會原有的數控編程加以相應的改善。為了最大限度地獲取和利用CNC工程師的經驗知識,針對上述這些特點,本文制定了經驗知識的獲取步驟,如圖一:
(二)知識的表示
根據數控編程知識的特點,采用了將面向對象的表示法和BNF范式(Backus-Naur Form,巴科斯-諾爾范式)相結合的表示方法.基于對象的BNF范式表示數控編程領域知識的句法如下:
::=類
類::=
::=
::=
::=
::=[規則推理(RBR)] | [實例推理(CBR)]
::=
::=[粗銑] | [半精銑] | [精銑] | [粗鏜] | [半精鏜] | [精鏜] | [鉆] | [擴] |[鉸] | [粗車] | [半精車] | [精車]
::=
::=
::=
::=
結束類
通過BNF范式可以有效地將數控編程領域的知識進行融合,同時也便于實現對數控編程知識庫中知識的管理和維護,支持知識庫中知識的檢索、查詢、更新,保持知識的有效性和一致性。
(三)知識的推理。CBR的推理過程主要由實例問題的描述、實例檢索、實例修正、實例存儲等組成。
1.實例問題的描述主要是在計算機中將待求解的問題通過合理的知識表示形式表達出來,以便于計算機識別和處理;
2.實例的修正通過人機交互界面的方式實現.在數控編程實例推理的過程中,當檢索結果不能滿足實際需要時,可以對加工方法、工件材料、刀具幾何參數、進退刀設置等信息進行修正,并作為新的實例添加到實例庫中,進一步地充實實例庫。
(四)體系的搭建
在研究了知識工程技術應用于數控編程領域的基礎上,設計了智能數控編程系統的體系結構。分為數據層、應用層和用戶層。
1.用戶層提供了智能數控編程系統用戶接口,負責與用戶的交互,處于系統架構的頂部.用戶通過人機交互界面,可以方便的操作、管理和維護系統。
2.應用層為用戶提供各種服務,是整個系統結構的核心.主要包括三部分:①前處理.運用知識工程技術獲取數控編程方案,提供數控編程所需要的各項參數信息.②智能數控編程.依據數控編程方案,根據編程向導的指引對零件進行加工,生成的編程操作由知識顧問診斷后反饋到知識庫中.③后處理.對創建的數控操作進行后置處理,生成符合機床數控系統要求的NC代碼,以文檔形式輸送到生產車間。
3.數據層包括了加工特征庫、編程資源庫(零件信息庫、機床信息庫、刀具信息庫及工藝信息庫)和知識庫,是智能數控編程系統運行的基礎,采用了ODBC作為數據的底層訪問方法。
(五)系統的實現
由美國UGS公司推出的UG軟件,是面向制造業的集CAD/CAM/CAE功能于一體的三維參數化軟件,具有數字化產品設計、制造和分析功能.UG CAD與CAM高度集成,具有統一的數據管理,并包含了KF(Knowledge Fusion)知識熔接模塊,可以進行知識處理.UG CAM為用戶提供了模板設置功能,可將常用的操作參數設置為默認值,自定義為加工模板,避免每次編輯新操作時重復定義參數的繁雜工作,提高零件編程效率.UG提供的二次開發功能.其開發語言簡單易學,功能強大,可以方便用戶定制個性化的功能,便于為用戶開發有針對性的專用系統,可以實現單憑交互方式操作UG難以實現的功能,為企業在市場上的競爭力提供有力的平臺.基于UG的諸多優點,本系統采用UG作為開發應用平臺,系統數據庫系統選用SQL Server2000,開發工具為UG/open、VC++6.0及UG后處理構造器。UG提供的二次開發功能可以方便用戶定制個性化的功能,便于為用戶開發有針對性的專用系統,在系統的開發實現過程中,遵循軟件工程理論,為用戶提供了良好的人機交互界面,采用模塊化思想,按照設計過程和模塊實現的功能將系統劃分為幾大功能獨立的模塊,模塊之間以及模塊的各組成部分之間也具有一定的獨立性。
綜上所述,數控技術是先進制造技術的核心,是制造業實現自動化、網絡化、智能化、復合化等的基礎。知識工程作為一種新型的智能設計方法,利用知識工程技術可以在數控編程過程中提供相關的知識,有利于實現數控編程的參數化、自動化和智能化,進而提高企業數字化制造技術水平。在對知識工程技術的在數控編程中的應用就出上開發出來的智能化數控編程系統,就是為了更好的提高企業在數控技術上的發展水平,促進數字化制造技術的發展,從而帶來剛好的發展前景。
參考文獻:
[1]汪俊俊.論數控技術發展趨勢――智能化數控系統.裝備制造.2009(06);
關鍵詞 智能控制技術 機電一體化 應用
中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A
智能控制指的是不需要人來進行操作和控制，只需要利用智能機器設備就可以促使自動化控制得以實現。上個世紀以來，世界上就開始在研究自動化控制，經過近些年的發展，已經被廣泛應用于諸多的領域內。機電一體化是在工業化水平不斷提高的過程中發展起來的，將其有機結合到智能控制技術，可以促使系統運行效率得到有效提高。
1智能控制系統類別形式
從實質上來講，智能控制包括了諸多控制技術，只有不同的智能控制系統互相合作，構建專門的控制系統，才可以順利運行智能控制。具體來講，目前的智能控制系統主要包括以下內容：
（1）分級控制系統：只有依靠自適應控制，并且借助于自組織控制，才可以有效實現分級控制系統的正常運行；通常情況下，包括三個組成部分，分別是組織級、協調級以及執行級，它們互相協調和配合。
（2）學習控制系統：指通過辨別、認知和調整內部結構，來對信號進行循環輸入，處理數據來促使系統更好的運行。學習控制系統在自動控制方面，主要是利用非預知信息來實現的。
（3）專家控制系統：指在計算機系統中融入人的經驗、知識和技能等，結合設定的一些程序指令，來進行正確的操作。為了保證智能系統的正常運行，需要將諸多理論知識應用起來，那么就可以更高質量的處理相關問題。
（4）神經網絡系統：通過大量的調查研究表明，人工神經網絡控制系統是人們運用最多的智能控制技術，神經網絡系統有機結合了神經細胞以及人工神經元等，在本系統中，主要的功能除了智能控制之外，還具有模仿真人的功能。
2機床運行中運用到的智能控制技術
（1）在提高精度方面：在數控機床的運行中，要充分考慮產品的質量；那么要想衡量機電一體化制造技術，非常重要的一個指標就是精度。通過調查分析發現，因為沒有將智能技術運用于傳統的數控機床中，那么就沒有足夠的精度，這樣加工出來的產品質量也得不到保證。而應用智能控制技術，因為具備高速CPU芯片以及多CPU控制系統等，機床精度就可以得到有效的提高。
（2）在效能優化方面：具體來講，通常將模塊化設計的方式應用到數控系統的設計過程中，它有著十分廣泛的功能涉及面，裁剪性能也比較的優越，可以適應于諸多類型的機電一體化生產。另外，如果是要控制群控系統的效果，就可以結合相關的操作流程來應用于相同的群控系統中，以此來更好的進行系統調整。
（3）在改進加工方面：通過大量的實踐研究表明，在機電一體化系統中應用智能控制技術，操作加工可以得到有效改進，不僅加工時間可以得到有效地縮減，操作流程也可以得到較大的優化。同時，復合加工效果也可以有效實現，從而促使數控機床的多軸多控制需求得到滿足。在具體的操作過程中，人工操作可以得到大幅度縮減，可以一次性加工操作多道工藝。
（4）在程序控制方面：在系統運行中，非常重要的一個方面就是操作程序，為了促使產品加工質量符合相關需求，需要在程序編制過程中，充分結合加工產品的尺寸和精度來進行。如果是普通車床，那么就需要人工來控制操作流程，這樣就對操作工人提出了很高的要求。但是在數控車床中，加工只需要結合編制的程序即可，有效的實現了智能化。
3設備裝置的智能器件
將智能控制技術應用到機電一體化系統中，系統的自動控制可以得以實現，還可以有效調整系統的控制方式。在機電一體化中，非常典型的就是數控機床，那么智能控制的具體作用就可以通過其在元器件的控制中體現出來。
（1）在顯示裝置方面：在數控機床中，基本裝置就是平面顯示器，通過將程序指令等內容顯示出來，操作人員就是對機床的具體運行情況進行充分的了解和掌握。在不斷革新機床技術的時候，智能器件種類也日趨豐富，如FPD平板顯示技術，就可以促使智能操作有效實現。
（2）在硬件裝置方面：通過硬件模塊，可以促使數控機床達到相關的標準。將智能技術應用到智能器件中，可以提高模塊結構的性能，比如存儲器、CPU等，在具體的操作過程中，可以結合需求來相應的刪減或者增加模塊形式，豐富模塊的性能。
4結語
通過上文的敘述分析我們可以得知，在機電一體化系統中應用智能控制技術具有一系列的優勢，不僅加工效率可以得到有效的提高，產品質量也可以得到保證；經過近些年的發展，傳統的控制方法已經逐漸被智能控制技術所取代。并且隨著時代的發展，智能控制技術將會獲得更快的發展，將會更加廣泛地應用于機電一體化系統中。
參考文獻
[1] 董勇，謝士敏.機電一體化系統中智能控制的應用體會[J].數字技術與應用，2011，2（10）.
關鍵詞：智能照明優越性 應用效果
中圖分類號：J914 文獻標識碼：A 文章編號：
智能照明系統的出現，以其控制方式、照明方式、管理方式智能化以及可觀的節能效果，逐漸取代了傳統的照明系統。
一.智能照明系統在智能建筑中的應用效果分析
1、實現照明控制智能化。
采用智能照明控制系統，可以使照明系統工作在全自動狀態，系統將按先設定的若干基本狀態進行工作，這些狀態會按預先設定的時間相互自動地切換。例如，當一個工作日結束后，系統將自動進入晚上的工作狀態，自動并極其緩慢地調暗各區域的燈光，同時系統的移動探測功能也將自動生效，將無人區域的燈自動關閉，并將有人區域的燈光調至最合適的亮度。此外，還可以通過編程隨意改變各區域的光照度，以適應各種場合的不同場景要求。智能照明可將照度自動調整到工作最合適的水平。例如，在靠近窗戶等自然采光較好的場所，系統會很好地利用自然光照明，調節到最合適的水平。當天氣發生變化時，系統仍能自動將照度調節到最合適的水平。總之，無論在什么場所或天氣如何變化，系統均能保證室內照度維持在預先設定的水平。
2、改善工作環境，提高工作效率。
傳統照明系統中，配有傳統鎮流器的日光燈以100Hz的頻率閃動，這種頻閃使工作人員頭腦發脹、眼睛疲勞，降低了工作效率。而智能照明系統中的可調光電子鎮流器則工作在很高頻率（40~70kHz）不僅克服了頻閃，而且消除了起輝時的亮度不穩定，在為人們提供健康、舒適環境的同時，也提高了工作效率。
3、 可觀的節能效果。
智能照明控制系統使用了先進的電力電子技術，能對大多數燈具（包括白熾燈、日光燈，配以特殊鎮流器的鈉燈、水銀燈、霓虹燈等）進行智能調光。當室外光較強時，室內照度自動調暗，室外光較弱時，室內照度則自動調亮，使室內的照度始終保持在恒定值附近，從而能夠充分利用自然光實現節能的目的。除此之外，智能照明的管理系統采用設置照明工作狀態等方式，通過智能化管理實現節能。
4、提高管理水平，減少維護費用。
智能照明控制系統將普通照明人為的開與關轉換成了智能化管理，不僅使大樓的管理者能將其高素質的管理意識運用于照明控制系統中去，而且將減少大樓的運行維護費用，并帶來較大的投資回報。
二.智能照明控制系統的特點
一個現代化的智能辦公大樓，不僅要有足夠的工作照明，更應營造一個舒適的視覺環境，使員工在其中工作保持心情舒暢，提高辦公效率。因此，做好照明設計，選擇合理的照明方案，配置先進的控制系統，加強照明控制設計，已成為智能辦公樓的一個重要設計內容。
我們知道辦公大樓按照功能區域劃分，通常會有辦公區、門廳、會議室、多功能廳等，各個功能區域的照明具有不同的特點。辦公區域照明使用的光源主要是熒光燈與白熾燈，其中熒光燈多用于一般照明，白熾燈多用于局部照明，照度水平的設計主要取決于視覺作業的需要及經濟條件的狀況。辦公區域的工作時間主要是在白天，可以考慮利用窗外入射的大量自然光進行照度補償，不僅能節約能源，更能維持室內舒適的視覺環境。
對于一個完整的辦公樓智能照明控制系統來說，辦公區是辦公樓的主要組成部分，采用智能照明控制系統，可使其照明系統工作在全自動狀態。通過配置的“智能時鐘管理器”可預先設置若干基本工作狀態，通常分為白天、晚上、清掃、安全、午飯等，根據預先設定的時間段可自動的在各種狀態之間進行轉換。比如：上班時間來臨時，系統自動將燈打開，并將光照度自動調節在預先設定的水平。在靠窗的房間，系統能智能地利用室外自然光，當天氣晴朗，室內燈自動調暗；天氣陰暗，室內燈會自動調亮，以始終保持室內恒定的亮度。午餐時間，燈將自動變換到一個舒適、柔和的燈光場景，使工作人員能夠很好地休息和放松。當一個工作日結束時，在智能時鐘管理器的作用下，系統將自動地調暗各區域的燈光，進入晚上工作狀態。同時智能傳感器的動靜探測功能將自動生效。系統處于清掃狀態時，該區域的燈保持基本的亮度，當清掃人員掃到該區域時，智能傳感器的動靜探測功能自動生效，點亮該區域的燈，當清掃人員掃完該區域離開后，延時數分鐘后將燈關掉。安全狀態和清掃狀態的工作原理相似。智能照明控制系統還能保證辦公區域和公共區域協調的工作。如：辦公區域有員工加班時，電梯廳、走廊等公共區域的燈就保持基本的亮度，只有當辦公區域的人走完后，才將燈降低到安全狀態或關掉，避免不必要的能源浪費。
三.智能照明控制系統具備的優點
智能照明控制系統主要分為中央集中控制系統及分布式控制系統兩種與傳統照明控制系統相比，在控制方式、照明方式、管理方式以及節能方面等均有不少優點。
首先在控制方式和照明方式上，傳統照明控制采用手動開關，只有開和關，而且只能一路一路地開和關。而智能照明控制采用調光模塊，通過燈光的調光在不同使用場合產生不同的燈光效果，營造出不同的舒適的視覺氛圍。在控制上采用低壓二次小信號控制，控制方式多，功能強，范圍廣，自動化程度高。其次，智能照明控制系統由于使用了自動化照明控制，智能利用光照以及通過網絡，只需一臺計算機就可對整個大樓的照明實現合理的能源管理自動化，不僅減少了不必要的耗電開支，同時也降低了用戶的運行維護費用，在節能方面可比傳統照明控制節電20%以上。另外，在智能照明控制系統中，由于可通過系統人為地設置電壓限制，可以避免或降低電網電壓以及浪涌電壓對燈具的沖擊，從而起到保護燈具，延長燈具使用壽命的作用。實現智能大樓的計算機系統集成。
四.智能照明控制系統的設計方法和步驟
智能照明控制系統的設計一般都是在燈光設計和照明電氣設計部分完成之后來進行的。其設計一般可分為：
第一步：編制照明回路負載清單。
在這過程中應注意：首先每條照明回路的燈具應該為同類型的燈具，這樣才便于調光模塊的選擇和配置。而且每條照明回路的燈具控制性質應該是相同的，是普通供電或同為應急供電。其次，應核對每條照明回路的最大負載功率是否在需要選擇的調光器允許的額定負載容量之內。最后，還要對一些照明回路的劃分作適當的調整，使其更適合場景配置的需要，使各路燈光可組合構成一個優美的照明藝術環境。
第二步：按照明回路的性能選擇相關的調光器
調光器是智能照明控制系統的主要部件，而對于不同類型的燈具應該選用不同適合他們的調光器。比如對于冷陰極燈（發光、霓虹、充氣），這類燈采用電壓變壓器工作，所以應采用前沿相控調光器。而對于包括金屬鹵化物燈在類的各種氣體放電燈則應該選用正炫波電壓調光器。
第三步：按照明控制要求選擇控制面板和其他相關控制部件。
【關鍵詞】智能化技術；電力系統自動化控制；應用；發展趨勢；
一、智能化技術在運用過程中的優勢
1、便于對電氣系統進行調整控制。智能化控制器的另外一個優勢就是，它可以通過魯棒性變化、響應時間以及下降時間來對系統的控制程度進行隨時調節，從而使自身的工作性能得到有效地提高，使自動化控制的工作得到最基本的保障。由此可見，在任何情況下，智能化控制器都要比傳統的自動化控制器的調解控制功能更具有優勢，也更加適合用在電力系統自動化的實際工作中。
2、智能化控制器具有很強的一致性。智能化控制器具有很強的一致性，主要體現在處理不同數據的問題上，即使輸入的數據十分陌生同樣也可以獲得較高的估計，實現自動化控制的有關要求。如果智能化控制器在使用過程中效果欠佳，不能對智能化控制技術進行盲目的否定，必須要對工程的每個環節進行仔細地排查分析。
3、不再需要建立控制模型。過去的電力系統自動化控制需要建立控制模型來實現控制系統，由于被控制的對象的動態方程相對較為復雜，在實際操作證往往達不到精確的效果，因此，對象模型在設計過程中就會出現無法估量、無法預測等相關問題。而智能化系統的使用更好的解決了這一問題，不僅使工作效率在很大程度上得以提高，也避免了在源頭上出現一些不可控制的因素，從而加強了自動化控制器的精密系數。
二、電力系統自動化控制中智能化技術的具體應用
1、智能化技術在電力系統中的應用。在電力系統的工作過程中，智能化技術可以說是滲透到該系統的方方面面，其中應用最為廣泛的是專家系統。所謂的專家系統本身就是一個比較復雜的工作系統，不僅對相關知識進行收集，還有著絕對的工作經驗和系統工作過程中的一系列規定，從而在遇到問題時可以有針對性的對其進行解決等，因此，將智能化技術應用到專家系統中是非常有效的措施，不僅可以確保工作過程中的安全性、可靠性，還能夠在一定程度上更好地適應社會發展的需要。
2、智能化技術在智能控制中的應用。電力系統自動化控制中會存在一些高難度、高危險的工作，將智能化技術應用于電力系統自動化控制工作中，讓人工智能操作代替人為操作，實現電力系統自動化控制的無人操作、遠程操作，達到智能操作的高效化和自主化的目的，智能化技術為智能化控制提供了良好的發展空間。
3、智能化技術在故障診斷中的應用。電力系統系統的運行過程中，電氣設備發生故障的情況不可避免，而在故障發生前必定會有一系列與故障本身存在一定聯系的征兆出現，利用智能化技術，就可以對其進行全面、準確的診斷。比如，變壓器在電氣設備中具有十分重要的作用，因此電氣設備監測人員對它的運行狀況格外的重視，經常對其進行不定時的檢測、維修，不過這樣做也不能完全避免電氣故障的出現，為了及時地將故障診斷出來，把電氣故障造成的損失降到最低，引入智能化技術無疑是最佳的選擇。
4、智能化技術在優化設計中的應用。在電力系統自動化控制過程中，經常會涉及到電氣設備的設計，而設計的過程又相當的繁瑣，它不僅要求設計人員對磁力、電氣、電路等學科的知識要有足夠的認識并能恰當的運用到設計工作中，而且它對設計人員的工作經驗也有比較高的要求。傳統的設計方式是利用實驗與經驗相結合的手工設計來完成的，因此方案的達標率低，修改的難度較大；而現在的方案設計是利用CAD技術以及計算機輔助軟件來完成的，不僅減少了設計所需的時間，而且設計出來的方案無論是質量還是使用性能都相對較好。遺傳算法是優化設計的過程中智能化技術應用的具體形式之一，它具有非常強的實用性和先進性，它的使用在一定程度上對設計進行了優化。
三、智能化技術在電力系統自動化控制中應用的發展
1、體系結構的發展。智能化技術可以使電力系統自動化的體系結合向集成化、模塊化、網絡化的方向發展。LED顯示技術，科技含量高、體積小、質量輕，可以以超大尺寸的形式顯示信息，很大程度地提高電力系統自動化相關顯示器的性能，提高了集成電路的密度。應用智能化技術實現電力系統的模塊化，這利于實現電力系統自動化控制系統的標準化和集成化。在電力系統自動化控制中，利用網絡的便捷性，將電力機床聯網以達到遠程控制和無人操作的目的，在任何一臺機床上對其它機床進行控制，使得不同機床的畫面同時顯示在每一臺機床屏幕上。
2、功能發展方向。增強智能化技術在電力系統自動化控制中的功能作用，要充分利用用戶界面圖形化、科學計算可視化、內裝高性能PLC、多媒體技術等要素。智能化的圖形用戶界面使得人們可以通過窗口和菜單進行簡單的操作，極大地方便了非專業用戶的使用。在電力系統自動化控制領域，利用可視化技術，如CAD設計技術，極大地縮短了產品設計周期，提高產品質量同時降低了成本。在電力系統自動化控制系統中內裝高性能PLC，可以方便用戶進行編輯修改，從而建立自己的應用程序。將多媒體技術應用于電力系統自動化控制領域中，可以對信息進行智能化、綜合化的處理。
3、性能發展方向。智能化技術在電力系統自動化控制中的應用，使其朝向高速度、高精度、高效化的方向發展。速度、精度、效率是衡量電力系統自動化水平的關鍵性指標，在電力系統自動化控制中結合智能化技術，可以實現電力系統的高速度、高精度、高效化。
四、結束語
隨著信息技術的快速發展，電力系統與信息技術的有效融合，促進了電力系統的自動化。但早期的電力系統在自動化控制方面存在一些缺陷，為了彌補缺陷，在電力系統自動化控制中，引進了智能化技術，提高電力系統的自動化水平，推動電力系統的發展。
參考文獻：
[1]李慶娘.基于電力系統電氣工程自動化的智能化應用分析[J].信息與電腦.2013（02）
關鍵詞：供熱系統；自動化；節能；控制技術
我國的供熱方式主要是城市集中供熱和區域鍋爐房供熱，在熱力供熱發展的進程中伴隨著技術進步。如過去因存在運行管理水平低和缺少有效的調控裝置而造成熱用戶冷熱不均，曾采用加大系統循環流量和提高供水溫度的辦法試圖加以解決，實際形成了“大流量、小溫差”的不合理運行，不僅不能從根本上解決問題，反而浪費了能源。現在普遍的問題仍是因過熱造成能源浪費，這是因為熱力供熱企業一般供到熱力站，而二次網和熱用戶終端是由單位自管，因此解決起來難度較大[1]。
1 供熱系統能耗的組成
1.1熱源部分
熱源能耗主要由兩部分組成：熱源消耗和輸配電耗，運行節能的目標就是要節約這兩部分的消耗。1）熱源消耗主要用于燃燒燃料（煤或天然氣），提高燃燒效率、增加熱量回收可以節能。2）電耗主要是用于循環水泵及鍋爐房鼓風機、引風機，其中以水泵耗電為主。如果系統處于大流量、小溫差的運行狀態下，其水泵電耗勢必大量增加并且浪費；如果系統阻力分配存在不合理，能量也會白白浪費在克服阻力上；如果系統阻力或流量因為末端調節而發生變化，水泵不能相應地調節揚程或流量來改變出力，也會浪費能量。新標準規定，耗電輸熱比EHR值（設計條件下輸送單位熱量的耗電量）應在規定范圍內[2]。
1.2建筑物部分
建筑耗熱量指標Qw是單位建筑面積在整個采暖季的平均能耗指標，與建筑熱負荷的大小直接相關。建筑熱負荷不是一個常量.其大小由以下幾個方面決定。
1）室外溫度變化。在采暖季里.隨著室外溫度的不斷變化，建筑熱負荷也不斷地發生變化，建筑熱負荷隨著室外溫度的升高而降低，隨著室外溫度的降低而增加。
2）室內需求溫度變化。通常的室內設計溫度是18℃，保證最低溫度是16℃，樓道、電梯和地下室等允許溫度較低，旅館和高檔建筑要求室溫較高；有些地區在夜間降低供暖出力，來降低室內溫度常能；在房間長時間無人時，應允許將室溫降低。實現經濟運行，節約能量，只要保證不將水管冰凍即可。
3）建筑圍護結構保溫。門窗密閉性等傳熱特性。4）自由熱的補充。陽光入射、人體活動、炊事、電器等熱量稱為采暖自由熱，這部分熱量由于不確定性而沒有在設計運行中予以充分考慮[3]。
2供熱系統的自動化節能控制技術
集中供暖系統包括熱源、熱網、熱用戶3個主要部分，其中熱網是熱量（流量）分配控制的中樞環節，對這個系統的節能高效運行起到了關鍵性的作用。但是，由于流量控制手段和設備不到位，熱網普遍存在由于水力失調導致的冷熱不均現象。一方面前端用戶室溫過高導致開窗散熱。造成大量浪費。另一方面末端用戶得不到所需要的流量，室溫過低，導致用戶投訴增加甚至拒交供暖費。供熱單位為了提高末端用戶的室溫，只能加大流量（供熱量），不僅大幅增加了水泵電耗。同時，由于調控不力，無法根據氣候變化和用戶需求適時改變流量（供熱量），再次增加了能源的浪費。當前供熱系統運行調節存在的主要問題具體如下。
1）熱媒溫度控制問題
在運行過程中，特別是鍋爐供熱采用質調節時，網路供回水溫度決定于鍋爐燃燒狀態和室外氣象條件。一般來說，鍋爐運行過程中瞬時供熱量經常變化，管網供水溫度也隨之改變；即使鍋爐運行狀態調節得較好，燃料供應量和風量不變，但由于室外溫度變化的影響，要求網路供、回水溫度變化來適應建筑熱負荷變化，供水溫度仍需不斷變化，所以供熱量只能大致在一個范圍[4]。
2）“間歇”運行的熱量控制問題
大部分供暖系統由于鍋爐設備容量大，用戶負荷小，運行過程中常常“間歇”運行，有的系統按3班制運行，每天停火若干次，導致網絡供回水溫度總在不斷變化。所以，按間歇調節方式來控制鍋爐運行時間和供水溫度，導致系統熱用戶時冷時熱、冷熱不均，鍋爐起火和壓火過程中供熱量無法估計，造成不必要的浪費。
3）循環水量調控問題
盡管人們普遍認為分階段改變流量的質調節方式經濟合理，即室外氣溫較低時運行大泵或多臺泵，室外氣溫較高時運行小泵或減少泵臺數，但由于多數管網失調比較嚴重，如果管網實際流量按設計流量運行，則會出現嚴重的熱力失調，導致實際上的大流量小溫差運行[5]。
上述不同供熱調節方式的目的是通過控制網路供、回水溫度、流量、運行時間來調節供熱量，以適應熱用戶負荷的變化，其條件是系統必須連續、穩定運行，且設計負荷、循環水量應與實際值一致，而系統實際運行過程與現狀卻難以實現。針對上述問題，采用熱量調節法來實現供熱負荷的調節，通過在系統中安裝流量計、供回水溫度計和熱量監測儀，在運行過程中根據室外氣象條件，可以給定每天的供熱負荷、累計供熱量和系統運行時間，實現按需調節[6]。
3 結論
綜上，自動控制技術已經應用到了集中供熱系統的各個組成部分。例如：熱源的自動運行，熱網、熱力站與中繼泵站的監控及供熱系統末端用戶的監控等等。越來越多的從事集中供熱領域的工作人員認識到：不了解用戶的“冷暖”，就不能對供熱系統的運行參數進行合理準確的預判與確定，從而不能根據用戶的需求提供經濟合理的運行參數，勢必造成系統的耗能、耗電、耗水的增加。若沒有自控設備的幫助，就無法掌握系統的水力失調、熱力失調的工作狀態，也談不上對其的消除與及時調整。
參考文獻：
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[3]張良智. 供熱系統的自動化控制與節能降耗[J]. 硅谷，2014，10：185-186.
[4]李志強，劉劍. 關于供熱系統自動化控制的研究[J]. 科技與企業，2014，12：347.
關鍵詞： 靜脈輸液； 遠程監控； 無線報警； 軟件設計
中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）03?0114?03
Intelligent management system for monitoring transfusion
SONG Yu， WENG Xin?wu
（College of Computer Science and Engineering， Changchun University of Technology， Changchun 130012， China）
Abstract： A monitoring and management system for medical transfusion is introduced， which includes one transfusion center management PC， one transfusion center manager， some transfusion monitor， some handheld terminal for nurses and some relay stations. The infrared photoelectric sensors is used in transfusion monitor to detect the information of liquid level and the dripping speed， the information is transmitted to the relay station wirelessly， and then transmitted to the transfusion center manager， after processed the information is sent to transfusion center management PC for visual management through upper computer. The system has the advantages of receiving transfusion and alarm information of patient wirelessly， unified information distribution， intelligent scheduling nurses and transfusion information centralized management， and so on.
Keywords： intravenous infusion； remote monitoring； wireless alarm； software design
0 引 言
目前，公知的輸液報警裝置都是在患者輸液結束后，通過輸液監控器以有線或無線方式向護士站或護士手持終端發送報警信號，護士根據收到的報警信號再進行相應的處理。這種方式都是被動式的處理。以護士站為中心接收報警的為例，每次護士都需要回到護士站才能得知有沒有新的報警，而沒法在處理完一個情況后立即處理下一個情況。以護士手持終端為中心接收報警為例，有時可能幾個護士同時都去處理一個情況，而不能指定某一護士去處理。上述兩種情況下都沒有使護士護理效率最大化。
針對上述不足，本文提出了一種智能化輸液監控管理系統。
1 系統總體結構框架
1.1 系統拓撲結構
本文介紹的智能化輸液監控管理系統包括一臺輸液中心管理PC機、一個輸液中心管理器、多個輸液監控器、多個護士手持終端和多個中繼站。輸液中心管理PC機和輸液中心管理器置于護士站，輸液監控器使用時置于病房的輸液管上，護士手持終端使用時每位護士一個，中繼站每個樓層置一個。輸液中心管理器和輸液中心管理PC機以串口線相連。考慮到有的病房和護士站距離較遠，如直接由輸液監控器向輸液中心管理器發射信號的話，可能會因為多道墻的阻隔而導致丟包率上升，因此本系統在每層樓道上增加一個中繼站，同一樓層病房內的輸液監控器向該中繼站發送信號，再由中繼站向輸液中心管理器發射信號，輸液中心管理器直接或通過中繼站向護士手持終端發射信號，這就減少了無線信號被多道墻阻擋導致丟包的問題，從結構上保證了系統工作的可靠性。因此本系統采用的是樹型拓撲結構，如圖1所示。
圖1 系統拓撲結構圖
1.2 系統工作原理
本系統的工作原理為： 輸液監控器的傳感器把測試到的輸液液位、點滴速度信息及呼叫、摘換瓶和欠壓信號，由無線模塊把信息發送至輸液中心管理器，由輸液中心管理器對這些數據進行計算處理，再根據相關規則，將這些數據轉換為報警處理指示，轉發至護士手持終端，醫護人員根據護士手持終端提示進行操作，同時輸液中心管理器通過上位機將數據上傳至輸液中心管理PC機，方便查看、管理患者輸液情況及調度護士進行報警處理。
2 硬件電路
本系統主控芯片都采用ATmega16L單片機，外接8 MHz晶振，芯片內有模擬比較器、10位A/D轉換、看門狗及電源管理等功能，無線通信模塊都采用SRW1012模塊，工作頻率為435 MHz，GFSK調制方式，采用3.7 V鋰電池經XC6206P332MR穩壓芯片穩壓到3.3 V作為系統電源。
輸液監控器采用槽型紅外光電開關作為輸液液位、點滴速度檢測傳感器，點滴速度檢測傳感器檢測到的信號作為ATmega16L模擬比較器的負極輸入信號，ATmega16L模擬比較器的正極輸入作為檢測門限，輸液液位檢測信號作為ATmega16L的A/D轉換輸入。輸液速度調節器采用微型步進電機作為伺服機構，同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，使電機正傳或反轉帶動夾持器夾緊或放松滴管，從而達到調節滴速的目的。并設置4個功能鍵， 8位數碼管作為鍵盤顯示單元，分別顯示病房號、床位號及點滴速度。輸液監控器硬件原理框圖如圖2所示。
圖3為輸液中心管理器硬件原理框圖。時鐘模塊采用DS1302時鐘芯片，作為輸液信息的記錄時間，SD卡用于存儲輸液和報警信息，UART接口采用MAX232作為上微機電平轉換芯片，采用LCD液晶屏作為顯示屏，設有4個功能鍵，聲光振動報警單元包括一個LED和一個蜂鳴器。
圖2 輸液監控器硬件原理框圖
圖3 輸液中心管理器硬件原理框圖
圖4為護士手持終端硬件原理框圖。護士手持終端為方便顯示輸液信息及報警情況采用 LCD作為顯示屏，設有4個功能鍵，并設有LED提示燈、蜂鳴器和振動馬達作為提示。
圖4 護士手持終端硬件原理框圖
圖5為中繼站硬件原理框圖。中繼站主要完成將輸液監控器上傳的數據轉發至輸液中心管理器和建立網絡的功能，這需要長時間的不間斷運行，所以中繼站的功耗較大，最好能夠工作在有外接電源或容量較大的電池供電的條件下。
圖5 中繼站硬件原理框圖
3 軟件設計思想
3.1 通信協議
輸液監控器向輸液中心管理器發送的輸液和報警信息有：病房號、病床號、輸液信號、換瓶信號、摘瓶信號、呼叫信號、欠壓信號；輸液中心管理器向輸液監控器發送應答信號。
輸液中心管理器向護士手持終端機發送的數據有：護士手持終端機地址、病房號、病床號、輸液信號、換瓶信號、摘瓶信號、呼叫信號、欠壓信號、報警處理建議信號、撤銷報警信號；護士手持終端機向輸液中心管理器發送的數據有：護士手持終端機地址、開關機狀態、正在處理信號、處理完畢信號、處于空閑信號、應答信號。
3.2 各節點軟件設計
3.2.1 輸液監控器軟件設計
（1） 病房號、病床號設置：按 “設定”鍵，可依次選擇病房號和病床號，選擇某一位時，該位數碼管將閃爍，按“置數”鍵在0～9循環改變其數值，設定好后，再按“設定”鍵，退出病房號、病床號設置，進入滴速設置；
（2） 滴速設置：此時滴速顯示數碼管將閃爍，置數方法和病房號設置一樣，設置好滴速后，液滴速度會自動通過滴速調節器及滴速檢測傳感器將滴速調節到設定的滴速；
（3） 摘/換瓶報警設置：按“摘換”鍵，按鍵按下表示換瓶報警類型，反之，按鍵彈起表示摘瓶報警類型；
（4） 輸液報警：液輸完畢，輸液監控器的阻斷裝置將自動阻斷輸液，防止回血發生，同時蜂鳴器將發出“滴?滴”的鳴叫聲， LED指示燈閃爍，提醒患者，并自動向輸液中心管理器發送換瓶或摘瓶報警信號；
（5） 一鍵呼叫：如果患者有特殊護理要求，按“呼叫”鍵；護士站接到呼叫信號后，指令護士處理。
3.2.2 輸液中心管理器軟件設計
（1） 報警處理規則：輸液中心管理器接到輸液和報警信息，發出“滴?滴?滴”的提示聲，迅速將報警情況轉發給全部在線的護士手持終端機及輸液中心管理PC機；按照優先級從高到低的換瓶、摘瓶、呼叫、電池欠壓、輸液的報警順序和時間先后順序進行排序顯示，并按照顯示的順序，指令護士輪流處理；
（2） 信息共享：當護士處理完指令事項后，護士要發處理完指令事項的信息；輸液中心管理器將收到處理完畢信號，此時會向所有在線護士手持終端機發送撤除該條報警信息，并存入FLASH存儲器，以備查看；
（3） 異常情況：在有患者輸液但沒有護士手持終端機在線時，輸液中心管理器將發出長“滴?滴”的告警聲音，直到有護士手持終端機在線，接受指令后，停止告警。
3.2.3 護士手持終端機軟件設計
（1）開關機設置：護士手持終端機開機后，自動向輸液中心管理器報告開機信息，護士手持終端機開機的數量將代表護士值班人數，護士手持終端機每次開機時，會接收到輸液中心管理器發來的所有當前輸液情況；護士手持終端機關機時，將自動發送離線信號到輸液中心管理器后再斷電，輸液中心管理器將不再發送信息至該護士手持終端機；
（2） 報警提示：護士手持終端機接到輸液中心管理器發來的指令，第二聲光振動報警單元的蜂鳴器會連續發出兩次“滴?滴?滴”的聲音提示信號，LED指示燈連續閃爍，振動馬達會連續發出“嘟?嘟?嘟”的振動提示信號，提醒護士接收報警信息和處理指令；
（3） 處理方法：護士按照輸液中心管理器發來的處理建議，通過按“確定”鍵向輸液中心管理器發送接收該處理指令；護士處理完事項后，再按“確定”鍵，護士手持終端機會自動向輸液中心管理器發送指令處理完畢信號，此時該條報警信息將刪除；
（4） 狀態設置：按“狀態”鍵選擇處于工作狀態還是空閑狀態，“狀態”鍵按下表示處于工作狀態，反之，“狀態”鍵彈起表示處于空閑狀態，處于工作狀態時則不能接收報警處理建議。
3.2.4 中繼站軟件設計
（1） 轉發數據：轉發輸液監控器輸液信息至輸液中心管理器，轉發輸液中心管理器的應答信號至輸液監控器；轉發護士手持終端所在位置及狀態信息至輸液中心管理器，轉發輸液中心管理器的報警信息及處理建議至護士手持終端；
（2） 優先級：優先轉發輸液監控器給輸液中心管理器的信號，其次轉發輸液中心管理器給護士手持終端的信號，再轉發輸液中心管理器給輸液監控器的信號，最后轉發護士手持終端給輸液中心管理器的信號；
（3） 工作狀態：在未轉發數據時處于接收狀態，先接收到的數據先轉發，未發送成功的，經短暫延遲后再發，直至轉發成功，處于發送狀態時不接收數據。
3.2.5 上位機軟件設計
輸液管理中心PC機負責對全部的節點進行可視化的管理，包括對網絡節點的實時監控、數據處理、滴速異常報警、輸液完畢報警和系統參數設置等功能。軟件使用 VB 進行開發，本輸液監控管理軟件主要適用于靜脈輸液監控管理系統的全部工作過程的控制，采用菜單式界面，直觀明了、操作簡單，具備監視、控制、設定、記錄、查檔、打印、出現輸液故障語音提示等功能。
4 結 語
通過實際應用表明，該系統具有精度高、穩定可靠、組網靈活、提前預警、統一分配信息、智能調度護士和輸液信息集中管理等優勢，護士隨時隨地對整個病區的所有病房的詳細輸液信息一目了然，從而為患者能夠提供及時有效的護理以及醫院的智能化、網絡化、規范化的管理提供了極大地保障。該系統可進一步推廣使用在其他醫療監護領域，如獲取病人的血壓、體溫、心率及其他病理信號。
參考文獻
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關鍵詞：智能化；暖通空調系統；應用
中圖分類號：TU831.3+5文獻標識碼：A 文章編號:
引言
隨著全球自然環境的進一步惡化, 人們對建筑節能的關注程度也日益增加。越來越多的人認識到,使用能源所產生的二氧化碳是造成氣候變暖的主要原因。智能建筑發展是當前節能減排的迫切要求，是我國建筑事業發展的一個重點課題。建筑能耗即建筑使用能耗,包括采暖、通風、熱水供應、照明、電力等方面的能耗。其中,以建筑采暖和空調能耗為主,占建筑總能耗的50%左右。隨著我國經濟的迅速發展和人民生活水平的不斷提高,暖通空調新產品、新技術、新材料的發展與創新起著至關重要的作用。因此，積極的發展暖通空調技術在智能建筑中的應用成為必要趨勢。
1.暖通空調系統的應用原則
1.1 建筑規劃與設計。合理選擇建筑的地址、采取合理的外部環境設計;合理設計建筑形體,以改善既有的微氣候;合理的建筑形體設計是充分利用建筑室外微環境來改善建筑室內微環境的關鍵部分,主要通過建筑各部件的結構構造設計和建筑內部空間的合理分隔設計得以實現。同時,可借助相關軟件進行優化設計。
1.2 圍護結構。建筑維護結構組成部件的設計對建筑能耗、環境性能、室內空氣質量與用戶所處的視覺和熱舒適環境有分本的影響。一般增大圍護結構的費用僅為總投資的3%~6%, 而節能卻可達20%~40%。通過改善建筑圍護結構的熱工性能,在夏季可減少建筑冷、熱消耗。首先,提高圍護結構組成部件的熱工性能,一般通過改善其組成材料的熱工性能實現,然后,根據當地的氣候、建筑的地理位置和朝向,選擇圍護結構組合優化設計方案。最后,評估圍護結構各部件與組合的技術經濟可能性,以確定技術可行、經濟合理的圍護結構。
1.3 提高能源利用效率。節能建筑與綠色建筑是密不可分的,綠色建筑的含義為在建筑的全壽命周期內,最大限度地節約資源,保護環境和減少污染,為人們提供健康,適用和高效的使用空間,與自然和諧共生的建筑。集中體現為：可再生能源利用，熱回收技術與設備，建筑本體節能，被動式建筑。利用低位熱能和水源、土壤熱源的熱泵；高能效設備。分散式個別空調；變風量、變水量系統；置換通風及相關系統研究和應用；住宅空調方式;新風利用、蒸發冷卻技術應用。暖通空調能耗模擬、能量分析；建筑自動化技術；暖通空調與智能建筑。空調相關制冷技術研究應用進展；新型制冷型、天然制冷劑、含氯氟烴制冷劑替代物；新型制冷循環等等。
2.暖通空調系統在智能建筑中的應用
智能建筑樓宇自控系統將建筑內所有設備集成一個系統，對建筑物內的電力、照明、空調、給排水、電梯、防火、安防監控等設備系統進行集中監視、控制和管理，并實現信息共享，進行綜合管理，實現節能控制；其作用和效益是巨大的，可以從系統的各種可能結構和參數中找到最佳匹配，使整體效能最佳，從而提高系統的效率，降低投資和運行費用；可以對系統及其過程進行定量化的狀態模擬，減少控制環節，提高可靠性與穩定性，發生故障概率降到最低可能限度，系統響應輸出最優化。
由于暖通空調技術的發展和變化，，而節能、環保、綠色等概念的影響及我國能源結構的調整,對暖通空調設計的要求越來越高，在暖通空調設計時更要注重建筑節能的考慮。因此在建筑規劃設計,建造和使用過程中,在滿足室內環境舒適、衛生、健康的條件下,采取合理有效的建筑節能技術,有利于實現建筑節能和環保共進的目標。目前, 我國的采暖空調能量近期增長速度已經明顯高于能量生產的增長速度,因此,減少建筑的冷、熱能耗是降低建筑能耗總量的重要內容。
2.1 控制策略
在智能化建筑中，主要對空調、制冷和熱力三大系統設備進行監控和管理。空調即空氣調節，主要對空氣的溫度、濕度進行監控管理，智能化的空氣調節系統具有以下檢測與控制功能：風機狀態顯示，送回風溫度測量，室內溫濕度測量，風道風壓測量，風機起停控制，過載報警，冷熱水流量調節，加濕控制，風閥控制等。制冷和熱力系統是對空調系統提供冷源和熱源，其智能化監控過程基本相同，根據現場各類傳感器測量冷凍水和冷卻供/回水溫度、壓力、流量、壓差等參數，自動計算冷負荷，自動調整冷凍機組和冷卻塔的運行臺數，并調節電動二通閥，使系統優化運行，在滿足空調系統制冷需求的基礎上實現節能。
2.2控制要點
空氣處理機的DDC通常采用PID控制，選擇合適的PID參數對空調系統的穩定運行是非常關鍵的。PID系數高，空調對室內溫度波動的反應特性曲線陡，達到設定溫度的過渡過程較短；相反PID系數低，達到設定溫度的過渡過程較長。但并不是PID系數越高越好，否則易引起DDC控制系統失穩，表現為室內溫度的振蕩和水側的電動調節閥周期性的來回運動無法在固定開度上運行。PID能解決大部分場合的空調控制，但對于大熱慣性空調場合，僅僅依靠高的PID系數來提高空調機組對負荷變化的響應速度是不足以解決問題的。這時可以采用雙級控制，即分別在空調的送風道和室內安裝溫度傳感器，室內的溫度設定由主DDC控制器完成，水閥的驅動由副DDC根據風道溫度傳感器和主DDC的指令完成，由于風道溫度變化速度快于房間溫度的變化，這一控制方式加速了系統對溫度波動的響應。在實際的工程設計中，BA系統對空調的節能控制有多種手段可以采用，工程設計中可以視需要靈活運用，以達到最優的效果。
2.3 控制權
通常BA遵循的是中央控制站集中管理的原則。有時也有其不便的一面。在某些場合（如會議室）將空調、通風系統的參數的設定功能放置在現場可能更符合使用者的需要。DDC本身并不提供這樣的功能，需要專門部件來實現。這類功能接近VRV控制面板的設定器給房間的使用者帶來極大的便利和舒適性，必要時應積極采用。
2.3 直接數字控制器（DDC）
主流BA系統供貨商都能提供大中小不同處理能力的DDC，冷凍機房、熱力站監控點是密集場合應優先采用大型控制器，以減少故障率和控制器間的通訊。對空氣處理機、新風機、通風機一般采用中型或小型的控制器即可。近年來，可編程邏輯控制器件進步很快，其應用不再局限于工業場合，在空調通風的現場設備控制工程中不應將其排斥在外。
2.4 控制網絡優化
在滿足擴展性和靈活性的前提下，控制網絡的拓撲結構應盡可能簡化、清晰，無論基于RS485 總線或基于LonTalk 總線的控制網絡都是如此。分支、分級多的網絡管理復雜、可靠性低。LonTalk 總線在理論上可以組成任意拓撲結構的網絡，這種布線設計的隨意性如果運用不當，在工程實踐中仍然是有技術風險的，并可能增加系統的投資。
2.5 BAS 監控中心
BAS 監控中心負責監控整個空調、通風、動力系統，一般與消防控制、安保監控等合用一室。由于該機房通常遠離冷凍機房、鍋爐房，在這里遠程操作這些關鍵設備是不合適的。推薦的做法是在冷凍機房和鍋爐房現場控制室另設置一臺監控分站，由該分站負責冷凍機、鍋爐監控功能，并且該分站功能受權局限為冷熱源設備。
3.結束語
對智能建筑暖通空調系統的分析和評價應堅持節能的原則。確立智能建筑暖通空調系統能量管理與控制系統優化的基本出發點、優化原則及技術措施，對于智能建筑節能實現具有重要的現實意義。BAS 控制方案的整體優化是整個智能建筑節能優化方案實施的具體體現，通過對暖通空調系統的傳感器、執行器、控制器、網絡等若干環節的深入優化，可以最大限度地節約建筑物能源，促進我國節能減排事業的健康發展。
參考文獻：
[1]林忠.暖通空調設計與節能[J].中小企業管理與科技，2010，30
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