人工智能技术概要范文

时间:2024-04-02 11:44:47

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人工智能技术概要

篇1

[关键词]人工智能;人才培养;AI技术人才

一国家对于高校人工智能教育的发展的重视

面对AI技术如火如荼地发展,我们国家对AI人才和人才培养都非常重视。2017年3月“人工智能”在政府工作报告中曾提及四次,指出要推动人工智能和实体经济深度融合。2017年7月20日国务院《新一代人工智能发展规划》[4]。《规划》指出完善人工智能领域学科布局,设立人工智能专业,推动人工智能领域一级学科建设,尽快在试点院校建立人工智能学院,增加人工智能相关学科方向的博士、硕士招生名额。鼓励高校在原有基础上拓宽人工智能专业教育内容,形成“人工智能+X”复合专业培养新模式,重视人工智能与数学、计算机科学、物理学、生物学、心理学、社会学、法学等学科专业教育的交叉融合。加强产学研合作,鼓励高校、科研院所与企业等机构合作开展人工智能学科建设。

二企业对于人工智能人才的需求

市场上AI技术人才非常稀缺,据腾讯研究院联合boss直聘的《2017全球人工智能人才白皮书》[5]显示:目前,全球大约有30万人从事AI工作。截止到2017年10月,中国人工智能人才缺口至少在100万以上。2017年头10个月,AI人才需求量是2016年的近两倍,2015年的5.3倍之多,年复合增长率超200%。百度、腾讯、阿里巴巴、京东等互联网巨头都在挖掘AI人才,纷纷开出了高额的薪资。2017年薪资最高的十个职位中AI类岗位占到1/2,其中语音识别、NLP、机器学习等职位平均月薪资超过2.5万元。

三高校AI人才培养的思考

高校具有多学科、高层次人才集中的特点,具备计算机与多学科交叉融合的优越条件;且大部分学校都开设有数学、物理等基础学科,具备夯实数学理论基础的条件;且人员相对固定,便于沟通交流,具备共同开展AI课题,促进发展AI技术的人力条件。但是遗憾的是我国开设人工智能课程的高校较少,2018年只有33所高校设立了智能科学与技术专业[6]。面对AI发展的火爆,国家对于AI人才发展的重视以及企业对于AI人才的严重需求,高校作为人才培养的主要来源,是不是应该思考AI人才的培养呢?AI人才可以分为三类:拔尖人才,研究性人才和应用型人才,呈金字塔性。当下已经有一批名牌大学开展了AI方向拔尖人才的培养,如北京大学图灵班、中国科技大学人工智能技术学院、西安交通大学人工智能拔尖人才培养实验班,南京大学计划成立人工智能学院等。但是金字塔的底层、中层更需要庞大的AI技术人才,如应用开发人员、数据工程师、AI和机器学习工程师、AI系统架构师、AI产品经理等岗位的人才,同样值得重视。很多专家都表示AI人才需要数学基础好、专业理论全面、具备一些工程基础,且有自主学习的能力。本文从夯实数学基础、人工智能方向课程的建设、实践能力的培养、自主学习能力的培养四个方面阐述高校关于AI人才培养的一些思考。

1奠定扎实的数学基础

在学习AI技术时,几乎所有专家学者都提出需要扎实的数学功底,数学功底的厚重程度决定了在AI技术上走多远。高等院校计算机专业都开设有“高等数学”“线性代数”“概率论”等数学课程,但是课时、难易程度不足,学生对于数学不够重视,或者觉得晦涩难懂,学习效果并不十分理想,因此加强数学基础的工作刻不容缓。可以通过必修和选修等方式开设“数据分析”“统计机器学习”“凸优化”等课程;通过微课或者MOOC等方式巩固数学基础的学习;通过优秀科普读物,如《数学之美》《编程之美》等书籍的推荐阅读激发学生兴趣;通过开展校内学术讨论、数学竞赛等方式促进学生学习数据的动力,逐步达到夯实数据功底的目的。

2人工智能方向课程的建设

很多高校计算机专业课程中只开设有《人工智能》导论,有的甚至没有。智能科学与技术专业开设有“人工智能”“计算机视觉”“机器人学导论”“计算智能”这几门课程,但是在编程、算法等方面不足。那么AI技术人才应具备哪些专业能力呢?如何从专业角度培养AI技术人才呢?2018年1月CSDN了“AI技术人才成长路线图”[7],通过专业路径和实战路径两方面介绍了AI技术人才需要具备的知识。需要具备Python、C++、Linux、CUDA编程知识,需要学习机器学习课程、掌握TensorFlow框架。该路线图中列出了机器学习算法工程师、数据科学家等10个岗位AI人才应具备专业知识和能力。微软公司也推出AI人才培养的10门免费课程,如“AI导论”“数据科学会用到的Python语言-导论”“AI领域运用的数学概要”“数据和分析所需要的道德与法律”“数据科学概要”“机器学习法则”“深度学习”“强化学习”“微软专案项目之人工智能”。同时在“文字和自然语言识别”“语音识别”“计算机视觉和图像识别”中选择其一。Google在人工智能学习网站开设有《MachineLearningCrashCourse(简称MLCC)》的免费课程[8],由机器学习概念、机器学习工程、机器学习现实世界应用示例三个部分组成。Intel近期也了三门免费的AI课程,分别是“机器学习基础”“深度学习基础”和“TensorFlow基础”[9]。AndrewNg在Coursera上也推出了机器学习的课程,且用比较通俗的语言讲解机器学习中各个算法。最近在Deeplearn-ing.ai和Coursera平台又开设了5门深度学习课程[10]。综上所述,不同的研究机构都着眼于AI编程基础、AI算法、AI框架、AI实践这几个方面。那么高校也可以借鉴这些经验,通过三个阶段分层次的开展相应的课程。

3实践能力的培养

AI技术不能纸上谈兵,必须动手实践才能真正掌握,可以从以下几个方面着手培养学生的实践动手能力。(1)设计教学环节时多从工程应用的角度来介绍,激发学生的兴趣,培养学生解决问题的能力。要求学生新手编程编程实现模型,充分理解算法的含义和原理到实现的过程。(2)在掌握一定的机器学习知识后,鼓励学生尽早走进实验室,接触科研工作。可以从一些AI应用方向作为入手,使学生了解自己的兴趣点、培养科学研究能力。(3)鼓励学生参加算法比赛。目前有很多AI方向的竞赛,如Kaggle上的挑战赛,国内阿里天池大数据竞赛等。通过参加竞赛刺激学生学习AI的动力和热情,使得解决问题的能力和实践动手能力都会大幅度提高。(4)鼓励学生到工业界实习。很多专家都指出AI人才应该具备一定工程基础。确实,学术界往往追求算法的性能,而工业界更重视经济效益和解决问题的有效性。到企业学习可以快速了解行业发展的框架,掌握算法转化到产品的过程。

4自主学习能力的培养

AI技术发展速度很快,要求不断地学习才能跟上节奏。可以从以下几个方面来培养学生的自主学习能力。(1)平时教学中,可以给出一些小型的项目,让学生自己寻求解决的方案,并把它作为考试成绩的依据之一。(2)提供给学生免费的AI慕课资源,让学生更好的学习和巩固相关知识。(3)课外可以开展学术讨论或者通过社团等方式开展AI方向的研讨,交流,给学生一个学习的平台,让学生尝试选择自己感兴趣的方向。也可以介绍一些近期的AI会议内容,开阔学生的眼界,使其了解AI发展的动态。(4)鼓励高年级学生订阅Arxiv,关注机器学习的顶级会议,如ICML/NIPS等。通过研读论文,动手完成论文中的实验发现新问题;或者扩展感兴趣的论文的实验部分;或者尝试寻求论文中有价值的地方,找到自己的研究方向。

篇2

【关键词】法理学/法律推理/人工智能

【正文】

一、人工智能法律系统的历史

计算机先驱思想家莱布尼兹曾这样不无浪漫地谈到推理与计算的关系:“我们要造成这样一个结果,使所有推理的错误都只成为计算的错误,这样,当争论发生的时候,两个哲学家同两个计算家一样,用不着辩论,只要把笔拿在手里,并且在算盘面前坐下,两个人面对面地说:让我们来计算一下吧!”(注:转引自肖尔兹著:《简明逻辑史》,张家龙译,商务印书馆1977年版,第54页。)

如果连抽象的哲学推理都能转变为计算问题来解决,法律推理的定量化也许还要相对简单一些。尽管理论上的可能性与技术可行性之间依然存在着巨大的鸿沟,但是,人工智能技术的发展速度确实令人惊叹。从诞生至今的短短45年内,人工智能从一般问题的研究向特殊领域不断深入。1956年纽厄尔和西蒙教授的“逻辑理论家”程序,证明了罗素《数学原理》第二章52个定理中的38个定理。塞缪尔的课题组利用对策论和启发式探索技术开发的具有自学习能力的跳棋程序,在1959年击败了其设计者,1962年击败了州跳棋冠军,1997年超级计算机“深蓝”使世界头号国际象棋大师卡斯帕罗夫俯首称臣。

20世纪60年代,人工智能研究的主要课题是博弈、难题求解和智能机器人;70年代开始研究自然语言理解和专家系统。1971年费根鲍姆教授等人研制出“化学家系统”之后,“计算机数学家”、“计算机医生”等系统相继诞生。在其他领域专家系统研究取得突出成就的鼓舞下,一些律师提出了研制“法律诊断”系统和律师系统的可能性。(注:SimonChalton,LegalDiagnostics,ComputersandLaw,No.25,August1980.pp.13-15.BryanNiblett,ExpertSystemsforLawyers,ComputersandLaw,No.29,August1981.p.2.)

1970年Buchanan&Headrick发表了《关于人工智能和法律推理若干问题的考察》,一文,拉开了对法律推理进行人工智能研究的序幕。文章认为,理解、模拟法律论证或法律推理,需要在许多知识领域进行艰难的研究。首先要了解如何描述案件、规则和论证等几种知识类型,即如何描述法律知识,其中处理开放结构的法律概念是主要难题。其次,要了解如何运用各种知识进行推理,包括分别运用规则、判例和假设的推理,以及混合运用规则和判例的推理。再次,要了解审判实践中法律推理运用的实际过程,如审判程序的运行,规则的适用,事实的辩论等等。最后,如何将它们最终运用于编制能执行法律推理和辩论任务的计算机程序,区别和分析不同的案件,预测并规避对手的辩护策略,建立巧妙的假设等等。(注:Buchanan&Headrick,SomeSpeculationAboutArtificialIntelligenceandLegalReasoning,23StanfordLawReview(1970).pp.40-62.)法律推理的人工智能研究在这一时期主要沿着两条途径前进:一是基于规则模拟归纳推理,70年代初由WalterG.Popp和BernhardSchlink开发了JUDITH律师推理系统。二是模拟法律分析,寻求在模型与以前贮存的基础数据之间建立实际联系,并仅依这种关联的相似性而得出结论。JeffreyMeld-man1977年开发了计算机辅助法律分析系统,它以律师推理为模拟对象,试图识别与案件事实模型相似的其他案件。考虑到律师分析案件既用归纳推理又用演绎推理,程序对两者都给予了必要的关注,并且包括了各种水平的分析推理方法。

专家系统在法律中的第一次实际应用,是D.沃特曼和M.皮特森1981年开发的法律判决辅助系统(LDS)。研究者探索将其当作法律适用的实践工具,对美国民法制度的某个方面进行检测,运用严格责任、相对疏忽和损害赔偿等模型,计算出责任案件的赔偿价值,并论证了如何模拟法律专家意见的方法论问题。(注:''''ModelsofLegalDecisionmakingReport'''',R-2717-ICJ(1981).)

我国法律专家系统的研制于20世纪80年代中期起步。(注:钱学森教授:《论法治系统工程的任务与方法》(《科技管理研究》1981年第4期)、《社会主义和法治学与现代科学技术》(《法制建设》1984年第3期)、《现代科学技术与法和法制建设》(《政法论坛》)1985年第3期)等文章,为我国法律专家系统的研发起了思想解放和理论奠基作用。)1986年由朱华荣、肖开权主持的《量刑综合平衡与电脑辅助量刑专家系统研究》被确定为国家社科“七五”研究课题,它在建立盗窃罪量刑数学模型方面取得了成果。在法律数据库开发方面,1993年中山大学学生胡钊、周宗毅、汪宏杰等人合作研制了《LOA律师办公自动化系统》。(注:杨建广、骆梅芬编著:《法治系统工程》,中山大学出版社1996年版,第344-349页。)1993年武汉大学法学院赵廷光教授主持开发了《实用刑法专家系统》。(注:赵廷光等著:《实用刑法专家系统用户手册》,北京新概念软件研究所1993年版。)它由咨询检索系统、辅助定性系统和辅助量刑系统组成,具有检索刑法知识和对刑事个案进行推理判断的功能。

专家系统与以往的“通用难题求解”相比具有以下特点:(1)它要解决复杂的实际问题,而不是规则简单的游戏或数学定理证明问题;(2)它面向更加专门的应用领域,而不是单纯的原理性探索;(3)它主要根据具体的问题域,选择合理的方法来表达和运用特殊的知识,而不强调与问题的特殊性无关的普适性推理和搜索策略。

法律专家系统在法规和判例的辅助检索方面确实发挥了重要作用,解放了律师一部分脑力劳动。但绝大多数专家系统目前只能做法律数据的检索工作,缺乏应有的推理功能。20世纪90年代以后,人工智能法律系统进入了以知识工程为主要技术手段的开发时期。知识工程是指以知识为处理对象,以能在计算机上表达和运用知识的技术为主要手段,研究知识型系统的设计、构造和维护的一门更加高级的人工智能技术。(注:《中国大百科全书·自动控制与系统工程》,中国大百科全书出版社1991年版,第579页。)知识工程概念的提出,改变了以往人们认为几个推理定律再加上强大的计算机就会产生专家功能的信念。以知识工程为技术手段的法律系统研制,如果能在法律知识的获得、表达和应用等方面获得突破,将会使人工智能法律系统的研制产生一个质的飞跃。

人工智能法律系统的发展源于两种动力。其一是法律实践自身的要求。随着社会生活和法律关系的复杂化,法律实践需要新的思维工具,否则,法律家(律师、检察官和法官)将无法承受法律文献日积月累和法律案件不断增多的重负。其二是人工智能发展的需要。人工智能以模拟人的全部思维活动为目标,但又必须以具体思维活动一城一池的攻克为过程。它需要通过对不同思维领域的征服,来证明知识的每个领域都可以精确描述并制造出类似人类智能的机器。此外,人工智能选择法律领域寻求突破,还有下述原因:(1)尽管法律推理十分复杂,但它有相对稳定的对象(案件)、相对明确的前提(法律规则、法律事实)及严格的程序规则,且须得出确定的判决结论。这为人工智能模拟提供了极为有利的条件。(2)法律推理特别是抗辩制审判中的司法推理,以明确的规则、理性的标准、充分的辩论,为观察思维活动的轨迹提供了可以记录和回放的样本。(3)法律知识长期的积累、完备的档案,为模拟法律知识的获得、表达和应用提供了丰富、准确的资料。(4)法律活动所特有的自我意识、自我批评精神,对法律程序和假设进行检验的传统,为模拟法律推理提供了良好的反思条件。

二、人工智能法律系统的价值

人工智能法律系统的研制对法学理论和法律实践的价值和意义,可以概括为以下几点:

一是方法论启示。P.Wahlgren说:“人工智能方法的研究可以支持和深化在创造性方法上的法理学反思。这个信仰反映了法理学可以被视为旨在于开发法律分析和法律推理之方法的活动。从法理学的观点看,这种研究的最终目标是揭示方法论的潜在作用,从而有助于开展从法理学观点所提出的解决方法的讨论,而不仅仅是探讨与计算机科学和人工智能有关的非常细致的技术方面。”(注:P.Wahlgren,AutomationofLegalReasoning:AStudyonArtificialIntelligenceandLaw,ComputerLawSeries11.KluwerLawandTaxationPublishers.DeventerBoston1992.Chapter7.)在模拟法律推理的过程中,法学家通过与工人智能专家的密切合作,可以从其对法律推理的独特理解中获得有关方法论方面的启示。例如,由于很少有两个案件完全相似,在判例法实践中,总有某些不相似的方面需要法律家运用假设来分析已有判例与现实案件的相关性程度。但法学家们在假设的性质问题上常常莫衷一是。然而HYPO的设计者,在无真实判例或真实判例不能充分解释现实案件的情况下,以假设的反例来反驳对方的观点,用补充、删减和改变事实的机械论方法来生成假设。这种用人工智能方法来处理假设的办法,就使复杂问题变得十分简单:假设实际上是一个新的论证产生于一个经过修正的老的论证的过程。总之,人工智能方法可以帮助法学家跳出法理学方法的思维定势,用其他学科的方法来重新审视法学问题,从而为法律问题的解决提供了新的途径。

二是提供了思想实验手段。西蒙认为,尽管我们还不知道思维在头脑中是怎样由生理作用完成的,“但我们知道这些处理在数字电子计算机中是由电子作用完成的。给计算机编程序使之思维,已经证明有可能为思维提供机械论解释”。(注:转引自童天湘:《人工智能与第N代计算机》,载《哲学研究》1985年第5期。)童天湘先生认为:“通过编制有关思维活动的程序,就会加深对思维活动具体细节的了解,并将这种程序送进计算机运行,检验其正确性。这是一种思想实验,有助于我们研究人脑思维的机理。”(注:转引自童天湘:《人工智能与第N代计算机》,载《哲学研究》1985年第5期。)人工智能法律系统研究的直接目标是使计算机能够获取、表达和应用法律知识,软件工程师为模拟法律推理而编制程序,必须先对人的推理过程作出基于人工智能理论和方法的独特解释。人工智能以功能模拟开路,在未搞清法律家的推理结构之前,首先从功能上对法律证成、法律检索、法律解释、法律适用等法律推理的要素和活动进行数理分析,将法理学、诉讼法学关于法律推理的研究成果模型化,以实现法律推理知识的机器表达或再现,从而为认识法律推理的过程和规律提供了一种实验手段。法学家则可以将人工智能法律系统的推理过程、方法和结论与人类法律推理活动相对照,为法律推理的法理学研究所借鉴。因此,用人工智能方法模拟法律推理,深化了人们对法律推理性质、要素和过程的认识,使法学家得以借助人工智能科学的敏锐透镜去考察法律推理的微观机制。正是在这个意义上,BryanNiblett教授说:“一个成功的专家系统很可能比其他的途径对法理学作出更多的(理论)贡献。”(注:BryanNiblett,ExpertSystemsforLawyers,ComputersandLaw,No.29,August1981.note14,p.3.)

三是辅助司法审判。按照格雷的观点,法律专家系统首先在英美判例法国家出现的直接原因在于,浩如烟海的判例案卷如果没有计算机编纂、分类、查询,这种法律制度简直就无法运转了。(注:PamelaN.GrayBrookfield,ArtificialLegalIntelligence,VT:DartmouthPublishingCo.,1997.p.402.)其实不仅是判例法,制定法制度下的律师和法官往往也要为检索有关的法律、法规和司法解释耗费大量的精力和时间,而且由于人脑的知识和记忆能力有限,还存在着检索不全面、记忆不准确的问题。人工智能法律系统强大的记忆和检索功能,可以弥补人类智能的某些局限性,帮助律师和法官从事相对简单的法律检索工作,从而极大地解放律师和法官的脑力劳动,使其能够集中精力从事更加复杂的法律推理活动。

四是促进司法公正。司法推理虽有统一的法律标准,但法官是具有主观能动性的差异个体,所以在执行统一标准时会产生一些差异的结果。司法解释所具有的建构性、辩证性和创造性的特点,进一步加剧了这种差异。如果换了钢铁之躯的机器,这种由主观原因所造成的差异性就有可能加以避免。这当然不是说让计算机完全取代法官,而是说,由于人工智能法律系统为司法审判提供了相对统一的推理标准和评价标准,从而可以辅助法官取得具有一贯性的判决。无论如何,我们必须承认,钢铁之躯的机器没有物质欲望和感情生活,可以比人更少地受到外界因素的干扰。正像计算机录取增强了高考招生的公正性、电子监视器提高了纠正行车违章的公正性一样,智能法律系统在庭审中的运用有可能减少某些现象。

五是辅助法律教育和培训。人工智能法律系统凝聚了法律家的专门知识和法官群体的审判经验,如果通过软件系统或计算机网络实现专家经验和知识的共享,便可在法律教育和培训中发挥多方面的作用。例如,(1)在法学院教学中发挥模拟法庭的作用,可以帮助法律专业学生巩固自己所学知识,并将法律知识应用于模拟的审判实践,从而较快地提高解决法律实践问题的能力。(2)帮助新律师和新法官全面掌握法律知识,迅速获得判案经验,在审判过程的跟踪检测和判决结论的动态校正中增长知识和才干,较快地接近或达到专家水平。(3)可使不同地区、不同层次的律师和法官及时获得有关法律问题的咨询建议,弥补因知识结构差异和判案经验多寡而可能出现的失误。(4)可以为大众提供及时的法律咨询,提高广大人民群众的法律素质,增强法律意识。

六是辅助立法活动。人工智能法律系统不仅对辅助司法审判有重要的意义,而且对完善立法也具有实用价值。(注:EdwinaL.Rissland,ArtificialIntelligenceandLaw:SteppingStonestoaModelofLegalReasoning,TheYaleLawJournal.(Vol.99:1957-1981).)例如,伦敦大学Imperial学院的逻辑程序组将1981年英国国籍法的内容形式化,帮助立法者发现了该法在预见性上存在的一些缺陷和法律漏洞。(注:EdwinaL.Rissland,ArtificialIntelligenceandLaw:SteppingStonestoaModelofLegalReasoning,TheYaleLawJournal.(Vol.99:1957-1981).)立法辅助系统如能应用于法律起草和法律草案的审议过程,有可能事先发现一些立法漏洞,避免一个法律内部各种规则之间以及新法律与现有法律制度之间的相互冲突。

三、法理学在人工智能法律系统研究中的作用

1.人工智能法律系统的法理学思想来源

关于人工智能法律系统之法理学思想来源的追踪,不是对法理学与人工智能的联系作面面俱到的考察,而旨在揭示法理学对人工智能法律系统的发展所产生的一些直接影响。

第一,法律形式主义为人工智能法律系统的产生奠定了理论基础。18-19世纪的法律形式主义强调法律推理的形式方面,认为将法律化成简单的几何公式是完全可能的。这种以J·奥斯汀为代表的英国分析法学的传统,主张“法律推理应该依据客观事实、明确的规则以及逻辑去解决一切为法律所要求的具体行为。假如法律能如此运作,那么无论谁作裁决,法律推理都会导向同样的裁决。”(注:(美)史蒂文·J·伯顿著:《法律和法律推理导论》,张志铭、解兴权译,中国政法大学出版社1998年9月版,第3页。)换言之,机器只要遵守法律推理的逻辑,也可以得出和法官一样的判决结果。在分析法学家看来,“所谓‘法治’就是要求结论必须是大前提与小前提逻辑必然结果。”(注:朱景文主编:《对西方法律传统的挑战》,中国检察出版社1996年2月版,第292页。)如果法官违反三段论推理的逻辑,就会破坏法治。这种机械论的法律推理观,反映了分析法学要求法官不以个人价值观干扰法律推理活动的主张。但是,它同时具有忽视法官主观能动性和法律推理灵活性的僵化的缺陷。所以,自由法学家比埃利希将法律形式主义的逻辑推理说称为“自动售货机”理论。然而,从人工智能就是为思维提供机械论解释的意义上说,法律形式主义对法律推理所作的机械论解释,恰恰为人工智能法律系统的开发提供了可能的前提。从人工智能法律系统研制的实际过程来看,在其起步阶段,人工智能专家正是根据法律形式主义所提供的理论前提,首先选择三段论演绎推理进行模拟,由WalterG.Popp和BernhardSchlink在20世纪70年代初开发了JUDITH律师推理系统。在这个系统中,作为推理大小前提的法律和事实之间的逻辑关系,被计算机以“如果A和B,那么C”的方式加以描述,使机器法律推理第一次从理论变为现实。

第二,法律现实主义推动智能模拟深入到主体的思维结构领域。法律形式主义忽视了推理主体的社会性。法官是生活在现实社会中的人,其所从事的法律活动不可能不受到其社会体验和思维结构的影响。法官在实际的审判实践中,并不是机械地遵循规则,特别是在遇到复杂案件时,往往需要作出某种价值选择。而一旦面对价值问题,法律形式主义的逻辑决定论便立刻陷入困境,显出其僵化性的致命弱点。法律现实主义对其僵化性进行了深刻的批判。霍姆斯法官明确提出“法律的生命并不在于逻辑而在于经验”(注:(美)博登海默著:《法理学——法哲学及其方法》,邓正来、姬敬武译,华夏出版社1987年12月版,第478页。)的格言。这里所谓逻辑,就是指法律形式主义的三段论演绎逻辑;所谓经验,则包括一定的道德和政治理论、公共政策及直觉知识,甚至法官的偏见。法律现实主义对法官主观能动性和法律推理灵活性的强调,促使人工智能研究从模拟法律推理的外在逻辑形式进一步转向探求法官的内在思维结构。人们开始考虑,如果思维结构对法官的推理活动具有定向作用,那么,人工智能法律系统若要达到法官水平,就应该通过建立思维结构模型来设计机器的运行结构。TAXMAN的设计就借鉴了这一思想,法律知识被计算机结构语言以语义网络的方式组成不同的规则系统,解释程序、协调程序、说明程序分别对网络结构中的输入和输出信息进行动态结构调整,从而适应了知识整合的需要。大规模知识系统的KBS(KnowledgeBasedSystem)开发也注意了思维结构的整合作用,许多具有内在联系的小规模KBS子系统,在分别模拟法律推理要素功能(证成、法律查询、法律解释、法律适用、法律评价、理由阐述)的基础上,又通过联想程序被有机联系起来,构成了具有法律推理整体功能的概念模型。(注:P.Wahlgren,AutomationofLegalReasoning:AStudyonArtificialIntelligenceandLaw,ComputerLawSeries11.KluwerLawandTaxationPublishers.DeventerBoston1992.Chapter7.)

第三,“开放结构”的法律概念打开了疑难案件法律推理模拟的思路。法律形式主义忽视了疑难案件的存在。疑难案件的特征表现为法律规则和案件之间不存在单一的逻辑对应关系。有时候从一个法律规则可以推出几种不同的结论,它们往往没有明显的对错之分;有时一个案件面对着几个相似的法律规则。在这些情况下,形式主义推理说都一筹莫展。但是,法律现实主义在批判法律形式主义时又走向另一个极端,它否认具有普遍性的一般法律规则的存在,试图用“行动中的法律”完全代替分析法学“本本中的法律”。这种矫枉过正的做法虽然是使法律推理摆脱机械论束缚所走出的必要一步,然而,法律如果真像现实主义法学所说的那样仅仅存在于具体判决之中,法律推理如果可以不遵循任何标准或因人而异,那么,受到挑战的就不仅是法律形式主义,而且还会殃及法治要求实现规则统治之根本原则,并动摇人工智能法律系统存在的基础。哈特在法律形式主义和法律现实主义的争论中采取了一种折中立场,他既承认逻辑的局限性又强调其重要性;既拒斥法官完全按自己的预感来随意判案的见解,又承认直觉的存在。这种折中立场在哈特“开放结构”的法律概念中得到了充分体现。法律概念既有“意义核心”又有“开放结构”,逻辑推理可以帮助法官发现问题的阳面,而根据社会政策、价值和后果对规则进行解释则有助于发现问题的阴面。开放结构的法律概念,使基于规则的法律推理模拟在受到概念封闭性的限制而对疑难案件无能为力时,找到了新的立足点。在此基础上,运用开放结构概念的疑难案件法律推理模型,通过逻辑程序工具和联想技术而建立起来。Gardner博士就疑难案件提出两种解决策略:一是将简易问题从疑难问题中筛选出来,运用基于规则的技术来解决;二是将疑难问题同“开放结构”的法律概念联系在一起,先用非范例知识如规则、控辩双方的陈述、常识来获得初步答案,再运用范例来澄清案件、检查答案的正确性。

第四,目的法学促进了价值推理的人工智能研究。目的法学是指一种所谓直接实现目的之“后法治”理想。美国法学家诺内特和塞尔兹尼克把法律分为三种类型。他们认为,以法治为标志的自治型法,过分强调手段或程序的正当性,有把手段当作目的的倾向。这说明法治社会并没有反映人类关于美好社会的最高理想,因为实质正义不是经过人们直接追求而实现的,而是通过追求形式正义而间接获得的。因此他们提出以回应型法取代自治型法的主张。在回应型法中,“目的为评判既定的做法设立了标准,从而也就开辟了变化的途径。同时,如果认真地对待目的,它们就能控制行政自由裁量权,从而减轻制度屈从的危险。反之,缺少目的既是僵硬的根源,又是机会主义的根源。”(注:(美)诺内特、塞尔兹尼克著:《转变中的法律与社会》,张志铭译,中国政法大学出版社1994年版,第60页。)美国批判法学家昂格尔对形式主义法律推理和目的型法律推理的特点进行了比较,他认为,前者要求使用内容明确、固定的规则,无视社会现实生活中不同价值观念的冲突,不能适应复杂情况和变化,追求形式正义;后者则要求放松对法律推理标准的严格限制,允许使用无固定内容的抽象标准,迫使人们在不同的价值观念之间做出选择,追求实质正义。与此相应,佩雷尔曼提出了新修辞学(NewRhetoric)的法律理论。他认为,形式逻辑只是根据演绎法或归纳法对问题加以说明或论证的技术,属于手段的逻辑;新修辞学要填补形式逻辑的不足,是关于目的的辩证逻辑,可以帮助法官论证其决定和选择,因而是进行价值判断的逻辑。他认为,在司法三段论思想支配下,法学的任务是将全部法律系统化并作为阐释法律的大前提,“明确性、一致性和完备性”就成为对法律的三个要求。而新修辞学的基本思想是价值判断的多元论,法官必须在某种价值判断的指示下履行义务,必须考虑哪些价值是“合理的、可接受的、社会上有效的公平的”。这些价值构成了判决的正当理由。(注:沈宗灵著:《现代西方法理学》,北京大学出版社1992年版,第443-446页。)制造人工智能法律系统最终需要解决价值推理的模拟问题,否则,就难以实现为判决提供正当理由的要求。为此,P.Wahlgren提出的与人工智能相关的5种知识表达途径中,明确地包括了以道义为基础的法律推理模型。(注:P.Wahlgren,AutomationofLegalReasoning:AStudyonArtificialIntelligenceandLaw,ComputerLawSeries11.KluwerLawandTaxationPublishers.DeventerBoston1992.Chapter7.)引入道义逻辑,或者说在机器中采用基于某种道义逻辑的推理程序,强调目的价值,也许是制造智能法律系统的关键。不过,即使把道义逻辑硬塞给计算机,钢铁之躯的机器没有生理需要,也很难产生价值观念和主观体验,没办法解决主观选择的问题。在这个问题上,波斯纳曾以法律家有七情六欲为由对法律家对法律的机械忠诚表示了强烈怀疑,并辩证地将其视为法律发展的动力之一。只有人才能够平衡相互冲突的利益,能够发现对人类生存和发展至关重要的价值。因此,关于价值推理的人工智能模拟究竟能取得什么成果,恐怕还是个未知数。

2.法理学对人工智能法律系统研制的理论指导作用

GoldandSusskind指出:“不争的事实是,所有的专家系统必须适应一些法理学理论,因为一切法律专家系统都需要提出关于法律和法律推理性质的假设。从更严格的意义上说,一切专家系统都必须体现一种结构理论和法律的个性,一种法律规范理论,一种描述法律科学的理论,一种法律推理理论”。(注:GoldandSusskind,ExpertSystemsinLaw:AJurisprudentialandFormalSpecificationApproach,pp.307-309.)人工智能法律系统的研究,不仅需要以法理学关于法律的一般理论为知识基础,还需要从法理学获得关于法律推理的完整理论,如法律推理实践和理论的发展历史,法律推理的标准、主体、过程、方法等等。人工智能对法律推理的模拟,主要是对法理学关于法律推理的知识进行人工智能方法的描述,建立数学模型并编制计算机应用程序,从而在智能机器上再现人类法律推理功能的过程。在这个过程中,人工智能专家的主要任务是研究如何吸收法理学关于法律推理的研究成果,包括法理学关于人工智能法律系统的研究成果。

随着人工智能法律系统研究从低级向高级目标的推进,人们越来越意识到,对法律推理的微观机制认识不足已成为人工智能模拟的严重障碍。P.Wahlgren指出,“许多人工智能技术在法律领域的开发项目之所以失败,就是因为许多潜在的法理学原则没有在系统开发的开始阶段被遵守或给予有效的注意。”“法理学对法律推理和方法论问题的关注已经有几百年,而人工智能的诞生只是本世纪50年代中期的事情,这个事实是人工智能通过考察法理学知识来丰富自己的一个有效动机。”(注:P.Wahlgren,AutomationofLegalReasoning:AStudyonArtificialIntelligenceandLaw,ComputerLawSeries11.KluwerLawandTaxationPublishers.DeventerBoston1992.Chapter7.)因此,研究法律推理自动化的目标,“一方面是用人工智能(通过把计算机的应用与分析模型相结合)来支撑法律推理的可能性;另一方面是应用法理学理论来解决作为法律推理支撑系统的以及一般的人工智能问题。”(注:P.Wahlgren,AutomationofLegalReasoning:AStudyonArtificialIntelligenceandLaw,ComputerLawSeries11.KluwerLawandTaxationPublishers.DeventerBoston1992.Chapter7.)在前一方面,是人工智能法律系统充当法律推理研究的思想实验手段以及辅助司法审判的问题。后一方面,则是法律推理的法律学研究成果直接为人工智能法律系统的研制所应用的问题。例如,20世纪70年代法理学在真实和假设案例的推理和分析方面所取得的成果,已为几种人工智能法律装置借鉴而成为其设计工作的理论基础。在运用模糊或开放结构概念的法律推理研究方面,以及在法庭辩论和法律解释的形式化等问题上,法理学的研究成果也已为人工智能法律系统的研究所借鉴。

四、人工智能法律系统研究的难点

人工智能法律系统的研究尽管在很短的时间内取得了许多令人振奋的成果,但它的发展也面临着许多困难。这些困难构成了研究工作需要进一步努力奋斗的目标。

第一,关于法律解释的模拟。在法理学的诸多研究成果中,法律解释的研究对人工智能法律系统的研制起着关键作用。法律知识表达的核心问题是法律解释。法律规范在一个法律论点上的效力,是由法律家按忠实原意和适合当时案件的原则通过法律解释予以确认的,其中包含着人类特有的价值和目的考虑,反映了法律家的知识表达具有主观能动性。所以,德沃金将解释过程看作是一种结合了法律知识、时代信息和思维方法而形成的,能够应变的思维策略。(注:Dworkin,TakingRightsSeriously,HarvardUniversityPressCambridge,Massachusetts1977.p.75.)目前的法律专家系统并未以知识表达为目的来解释法律,而是将法律整齐地“码放”在计算机记忆系统中仅供一般检索之用。然而,在法律知识工程系统中,法律知识必须被解释,以满足自动推理对法律知识进行重新建构的需要。麦卡锡说:“在开发智能信息系统的过程中,最关键的任务既不是文件的重建也不是专家意见的重建,而是建立有关法律领域的概念模型。”(注:McCarty,Intelligentlegalinformationsystems:problemsandprospects,op.cit.supra,note25,p.126.)建立法律概念模型必须以法律家对某一法律概念的共识为基础,但不同的法律家对同一法律概念往往有不同的解释策略。凯尔森甚至说:即使在国内法领域也难以形成一个“能够用来叙述一定法律共同体的实在法的基本概念”。(注:(奥)凯尔森著:《法与国家的一般理论》,沈宗灵译,中国大百科全书出版社1996年版,第1页。)尽管如此,法理学还是为法律概念模型的重建提供了一些方法。例如,德沃金认为,法官在“解释”阶段,要通过推理论证,为自己在“前解释”阶段所确定的大多数法官对模糊法律规范的“一致看法”提供“一些总的理由”。获取这些总的理由的过程分为两个步骤:首先,从现存的明确法律制度中抽象出一般的法律原则,用自我建立的一般法律理论来证明这种法律原则是其中的一部分,证明现存的明确法律制度是正当的。其次,再以法律原则为依据反向推出具体的法律结论,即用一般法律理论来证明某一法律原则存在的合理性,再用该法律原则来解释某一法律概念。TAXMAN等系统装置已吸收了这种方法,法律知识被计算机结构语言以语义网络的方式组成不同的规则系统,解释程序使计算机根据案件事实来执行某条法律规则,并在新案件事实输入时对法律规则作出新的解释后才加以调用。不过,法律知识表达的进展还依赖于法律解释研究取得更多的突破。

第二,关于启发式程序。目前的法律专家系统如果不能与启发式程序接口,不能运用判断性知识进行推理,只通过规则反馈来提供简单解释,就谈不上真正的智能性。启发式程序要解决智能机器如何模拟法律家推理的直觉性、经验性以及推理结果的不确定性等问题,即人可以有效地处理错误的或不完全的数据,在必要时作出猜测和假设,从而使问题的解决具有灵活性。在这方面,Gardner的混合推理模型,EdwinaL.Rissland运用联想程序对规则和判例推理的结果作集合处理的思路,以及Massachusetts大学研制的CABARET(基于判例的推理工具),在将启发式程序应用于系统开发方面都进行了有益的尝试。但是,法律问题往往没有唯一正确的答案,这是人工智能模拟法律推理的一个难题。选择哪一个答案,往往取决于法律推理的目的标准和推理主体的立场和价值观念。但智能机器没有自己的目的、利益和立场。这似乎从某种程度上划定了机器法律推理所能解决问题的范围。

第三,关于法律自然语言理解。在设计基于规则的程序时,设计者必须假定整套规则没有意义不明和冲突,程序必须消灭这些问题而使规则呈现出更多的一致性。就是说,尽管人们对法律概念的含义可以争论不休,但输入机器的法律语言却不能互相矛盾。机器语言具有很大的局限性,例如,LDS基于规则来模拟严格责任并计算实际损害时,表现出的最大弱点就是不能使用不精确的自然语言进行推理。然而,在实际的法律推理过程中,法律家对某个问题的任何一种回答都可根据上下文关系作多种解释,而且辩论双方总是寻求得出不同的结论。因此,智能法律专家系统的成功在很大程度上还依赖于自然语言理解研究工作的突破。牛津大学的一个程序组正在研究法律自然语言的理解问题,但是遇到了重重困难。原因是连法学家们自己目前也还没有建立起一套大家一致同意的专业术语规范。所以EdwinaL.Rissland认为,常识知识、意图和信仰类知识的模拟化,以及自然语言理解的模拟问题,迄今为止可能是人工智能面临的最困难的任务。对于语言模拟来说,像交际短语和短语概括的有限能力可能会在较窄的语境条件下取得成果,完全的功能模拟、一般“解决问题”能力的模拟则距离非常遥远,而像书面上诉意见的理解则是永远的终极幻想。(注:EdwinaL.Rissland,ArtificialIntelligenceandLaw:SteppingStonestoaModelofLegalReasoning,TheYaleLawJournal.(Vol.99:1957-1981).)

五、人工智能法律系统的开发策略和应用前景

我们能够制造出一台什么样的机器,可以证明它是人工智能法律系统?从检验标准上看,这主要是法律知识在机器中再现的判定问题。根据“图灵试验”原理,我们可将该检验标准概括如下:设两间隔开的屋子,一间坐着一位法律家,另一间“坐着”一台智能机器。一个人(也是法律家)向法律家和机器提出同样的法律问题,如果提问者不能从二者的回答中区分出谁是法律家、谁是机器,就不能怀疑机器具有法律知识表达的能力。

依“图灵试验”制定的智能法律系统检验标准,所看重的是功能。只要机器和法律家解决同样法律问题时所表现出来的功能相同,就不再苛求哪个是钢铁结构、哪个是血肉之躯。人工智能立足的基础,就是相同的功能可以通过不同的结构来实现之功能模拟理论。

从功能模拟的观点来确定人工智能法律系统的研究与开发策略,可作以下考虑:

第一,扩大人工智能法律系统的研发主体。现有人工法律系统的幼稚,暴露了仅仅依靠计算机和知识工程专家从事系统研发工作的局限性。因此,应该确立以法律家、逻辑学家和计算机专家三结合的研发群体。在系统研发初期,可组成由法学家、逻辑与认知专家、计算机和知识工程专家为主体的课题组,制定系统研发的整体战略和分阶段实施的研发规划。在系统研发中期,应通过网络等手段充分吸收初级产品用户(律师、检察官、法官)的意见,使研发工作在理论研究与实际应用之间形成反馈,将开发精英与广大用户的智慧结合起来,互相启发、群策群力,推动系统迅速升级。

第二,确定研究与应用相结合、以应用为主导的研发策略。目前国外人工智能法律系统的研究大多停留在实验室领域,还没有在司法实践中加以应用。但是,任何智能系统包括相对简单的软件系统,如果不经过用户的长期使用和反馈,是永远也不可能走向成熟的。从我国的实际情况看,如果不能将初期研究成果尽快地转化为产品,我们也难以为后续研究工作提供雄厚的资金支持。因此,人工智能法律系统的研究必须走产研结合的道路,坚持以应用开路,使智能法律系统尽快走出实验室,同时以研究为先导,促进不断更新升级。

第三,系统研发目标与初级产品功能定位。人工智能法律系统的研发目标是制造出能够满足多用户(律师、检察官、法官、立法者、法学家)多种需要的机型。初级产品的定位应考虑到,人的推理功能特别是价值推理的功能远远超过机器,但人的记忆功能、检索速度和准确性又远不如机器。同时还应该考虑到,我国目前有12万律师,23万检察官和21万法官,每年1.2万法学院本科毕业生,他们对法律知识的获取、表达和应用能力参差不齐。因此,初级产品的标准可适当降低,先研制推理功能薄弱、检索功能强大的法律专家系统。可与计算机厂商合作生产具有强大数据库功能的硬件,并确保最新法律、法规、司法解释和判例的网上及时更新;同时编制以案件为引导的高速检索软件。系统开发的先期目标应确定为:(1)替律师起草仅供参考的书和辩护词;(2)替法官起草仅供参考的判决书;(3)为法学院学生提供模拟法庭审判的通用系统软件,以辅助学生在、辩护和审判等诉讼的不同阶段巩固所学知识、获得审判经验。上述软件旨在提供一个初级平台,先解决有无和急需,再不断收集用户反馈意见,逐步改进完善。

第四,实验室研发应确定较高的起点或跟踪战略。国外以知识工程为主要技术手段的人工智能法律系统开发已经历了如下发展阶段:(1)主要适用于简单案件的规则推理;(2)运用开放结构概念的推理;(3)运用判例和假设的推理;(4)运用规则和判例的混合推理。我们如确定以简单案件的规则推理为初级市场产品,那么,实验室中第二代产品开发就应瞄准运用开放结构概念的推理。同时,跟踪运用假设的推理及混合推理,吸收国外先进的KBS和HYPO的设计思想,将功能子系统开发与联想式控制系统结合。HYPO判例法推理智能装置具有如下功能:(1)评价相关判例;(2)判定何方使用判例更加贴切;(3)分析并区分判例;(4)建立假设并用假设来推理;(5)为一种主张引用各种类型的反例;(6)建立判例的引证概要。HYPO以商业秘密法的判例推理为模拟对象,假设了完全自动化的法律推理过程中全部要素被建立起来的途径。值得注意的是,HYPO忽略了许多要素的存在,如商业秘密法背后的政策考虑,法律概念应用于实际情况时固有的模糊性,信息是否已被公开,被告是否使用了对方设计的产品,是否签署了让与协议,等等。一个系统设计的要素列表无论多长,好律师也总能再多想出一些。同样,律师对案件的分析,不可能仅限于商业秘密法判例,还可能援引侵权法或专利法的判例,这决定了缘由的多种可能性。Ashley还讨论了判例法推理模拟的其他困难:判例并不是概念的肯定的或否定的样本,因此,要通过要素等简单的法律术语使模糊的法律规则得到澄清十分困难,法律原则和类推推理之间的关系还不能以令人满意的方式加以描述。(注:EdwinaL.Rissland,ArtificialIntelligenceandLaw:SteppingStonestoaModelofLegalReasoning,TheYaleLawJournal.(Vol.99:1957-1981).)这说明,即使具有较高起点的实验室基础研究,也不宜确定过高的目标。因为,智能法律系统的研究不能脱离人工智能的整体发展水平。

第五,人-机系统解决方案。人和机器在解决法律问题时各有所长。人的优点是能作价值推理,使法律问题的解决适应社会的变化发展,从而具有灵活性。机器的长处是记忆和检索功能强,可以使法律问题的解决具有一贯性。人-机系统解决方案立足于人与机器的功能互补,目的是解放人的脑力劳动,服务于国家的法治建设。该方案的实施可以分为两个阶段:第一阶段以人为主,机器为人收集信息并作初步分析,提供决策参考。律师受理案件后,可以先用机器处理大批数据,并参考机器的和辩护方案,再做更加高级的推理论证工作。法官接触一个新案件,或新法官刚接触审判工作,也可以先看看“机器法官”的判决建议或者审判思路,作为参考。法院的监督部门可参照机器法官的判决,对法官的审判活动进行某种监督,如二者的判决结果差别太大,可以审查一下法官的判决理由。这也许可以在一定程度上制约司法腐败。在人-机系统开发的第二阶段,会有越来越多的简单案件的判决与电脑推理结果完全相同,因此,某些简单案件可以机器为主进行审判,例如,美国小额法庭的一些案件,我国法庭可用简易程序来审理的一些案件。法官可以作为“产品检验员”监督和修订机器的判决结果。这样,法官的判案效率将大大提高,法官队伍也可借此“消肿”,有可能大幅度提高法官薪水,吸引高素质法律人才进入法官队伍。

未来的计算机不会完全取代律师和法官,然而,律师和法官与智能机器统一体的出现则可能具有无限光明的前景。(注:Smith,J.C,MachineIntelligenceandLegalReasoning,Chicago-KentLawReview,1998,Vol.73,No.1,p277.)可以预见,人工智能将为法律工作的自动化提供越来越强有力的外脑支持。电脑律师或法官将在网络所及的范围内承担起诸如收债、税务、小额犯罪诉讼等职能。自动法律推理系统将对诉讼活动发挥越来越多的辅助作用,例如,通过严密的演绎逻辑使用户确信全部法律结论得出的正当性;在解决相互冲突的规则、判例和政策问题时提示可能出现的判决预测;等等。正如网络的出现打破了少数人对信息的垄断一样,电脑法律顾问的问世,将打破法官、律师对法律知识的垄断,极大地推动法律知识的普及,迅速提高广大人民群众的法律素质,使法律真正变为群众手中的锐利武器。

篇3

【关键词】机电一体化;组织;施工

Status and development of the mechatronics technology

Wan Xing-li

(Shaanxi Han and Tang Dynasties Computer Co., Ltd Xi''an Shaanxi 710061)

【Abstract】The continuous development of modern science and technology, has greatly promoted the cross-penetration of different disciplines, has led to the technological revolution and the transformation of the fields of engineering. The advent of CNC machine tools, and wrote the first page of the history of the "mechatronics"; microelectronic technology for mechatronics, mechatronics implementation.

【Key words】Mechatronics;Organizations;Construction

1. 机电一体化概要

机电一体化是指传统的机电产品采用电子技术,将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科,机电一体化是从系统的观点出发,综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术,根据系统功能目标和优化组织目标,合理配置与布局各功能单元,由此而产生的功能系统,则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。机电一体化产品分系统和基础元、部件两大类。典型的机电一体化系统有:数控机床、机器人、汽车电子化产品、智能化仪器仪表、电子排版印刷系统、CAD/CAM系统等。典型的机电一体化元、部件有:电力电子器件及装置、可编程序控制器、模糊控制器、微型电机、传感器、专用集成电路、伺服机构等。其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外,还能赋予许多新的功能,如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制自动诊断与保护等。即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸,还是人的感官与头脑的眼神,具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。

2. 机电一体化技术的发展历程

机电一体化的发展大体可以分为3个阶段。20世纪60年代以前为第一阶段,这一阶段称为初级阶段。在这一时期,人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。有些相关技术研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于电子技术的发展尚未达到一定水平,机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展,已经开发的产品也无法大量推广。20世纪70~80年代为第二阶段,称为快速发展阶段。这一时期,计算机技术、控制技术、通信技术的发展,为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展,为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。机电一体化技术和产品得到了极大发展。20世纪90年代后期,开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段,机电一体化进入深入发展时期。同时,由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步,为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。

3. 发展“机电一体化”面临的形势和对策

机电一体化工作主要包括两个层次:一是用微电子技术改造传统产业,其目的是节能、节材,提高工效,提高产品质量,把传统工业的技术进步提高一步;二是开发自动化、数字化、智能化机电产品,促进产品的更新换代。前者是面上的工作,普及工作;后者是提高工作,深层次工作。

篇4

机械电子工程专业俗称机电一体化,是机械工程与自动化的一种,也是目前最具前景的一种技术方向。机械电子系统早已在我们的曰常生活中广泛应用。机械电子工程专业包括基础理论知识和机械设计制造方法,计算机软硬件应用能力,能承担各类机电产品和系统的设计、制造、试验和开发工作。机械电子不仅仅局限于机械制造某个固定的方向,它同时还受到该领域所有分支学科的影响。由此可见,它是一种系统性与整体性极强的一种技术。对它进行研究不仅要研究它本身,还有其他与之相关的一些专业技术。

1.1 机械技术

机械技术是机电一体化的基础,机械技术的关键在于与一体化技术匹配。机电一体化技术是一种高新技术,与之结合能提升机电产品性能。

1.2 计算机与信息技术

其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。

1.3 系统技术

系统技术即以整体的概念组织应用各种相关技术,从整体和部分两方面看出发,将总体细分为各个微小的部分。系统技术中尤为重要的就是接口技术,它实现了系统各部分的有机连接。

2.机械电子技术发展的背景

第二次工业革命以后,科学技术发展迅速,各国的科技在一定程度上都取得了进步。改革开放后,我国彻底打开了国门,与世界各国联系紧密。在与世界各国的交流中,我国引进了外国先进技术以此发展本国科技,为机械电子技术发展奠定了基础。随后我国教育发展显著,我国国民的知识水平与学术素养普遍提高,为机械电子技术的发展提供了人才支持。20世纪90年代以来,党和国家一直贯彻落实“科技兴国,人才强国”战略,鼓励发展科技培养人才,为我国科技的发展提供了强大的资金支持与相应的政策鼓励,给机械电子技术的发展提供了不少的机遇。

3.机械电子技术的发展趋势

机械电子技术是现代科技发展的产物,它伴随着现代科技产生。随着创新观念的深入人心,机械电子技术也不断的发展创新。与以往相比变得更加的智能化、人性化以及网络化。

3.1 智能化

智能化是指机电产品应该有一定的智能,使它能够根据各种不同的情况进行科学判断,判断过后能够对这些问题进行进行相应的处理。例如美的最新的物联网“云空调”,能够利用二维码、温湿度传感器等能够随时随地采集空调的动态信息,再通过射频、WI-FI技术3G、Internet网络将空调的信息实时进行传递,使得用户能够使用手机、iPad、电脑等设备对空调进行远程状态查询与控制。初次之外还新增了手机遥控器,它集成了智能语音控制系统,让控制空调也是种享受。未来手机遥控器还将集成温、湿度等环境舒适度控制,实时显示您身处环境的温度、湿度,并会对您身处环境的舒适度进行评价,您可以根据反馈及时调节温度和湿度,帮助您和家人监控房间环境,呵护舒适健康。

3.2 人性化

机电产品的服务对象是人,所以它们应该与人们的实际需求相连接。人们的行为动作往往表现了他们不同的心理活动或实际需求。机电产品应该自此出发,更好的服务于人类。例如Iphone6S新增了3DTouch的功能,在屏幕下方增加了压力感应,从而可以检测平时手指按压屏幕的力度,然后系统可以识别到压力强度,再给出相应的选项。下面简单介绍下在iPhone6S3DTouch操作的方法,以及设置选项。对于3DTouch功能而言,当然自家的应用肯定都是率先支持这个功能的。只要用力按下屏幕上应用图标,就可以看到额外的功能选项,就好比在电脑上右键的选项功能。在使用3DTouch前,你自然需要先掌握如何开关调节它。

3.3 网络化

随着互联网的兴起和普遍发展,网络进入了我们的生活并发挥着重大的作用。网络化是时展趋势,因此我各种电子产品都趋于网络化。智能手机的兴起就是手机网络化的一个重要体现,随后出现的平板电脑以及家用电视机也日渐网络化,这不仅为人们的生活提供了便利,也促进了信息网络技术的发展。由此可见,发展网络化是顺应时代潮流之举。

4.机械电子技术的发展前景

互联网的发展为我们带来了一个信息化时代,我们四周充斥着机电产品,它们占据了我们的生活。离开了它们我们就与世界脱节了。这种高新技术产业发展前景是巨大的。他带来了新的就业机会也带来了新的经济增长点。手机的迅猛发展使得我国国产手机层出不穷,早先的小米、步步高到后来兴起的华为。开始并不被国人看好,华为更被成为盗版“三星”。国人不屑的华为一直在上下求索,探寻自身的发展道路。随后开辟国外市场,外国人甚至把华为视作高性能的好手机。为我国经济发展注入了新动力,这正印证了“科技是第一生产力”的说法。另外,与之相伴的一些企业例如富士康等也为就业者提供了不少就业机会,增加了不少的就业岗位,一定程度上降低了失业率,相对缓解了就业压力。

5.结语

篇5

[关键词]智能化断路器探讨

随着电力系统越来越高的可靠性及自动化要求,无论是发电、输电、配电还是用电,都提出了监测、控制、保护等方面的自动化和智能化的要求。断路器作为电力系统中最重要的控制元件,它的自动化和智能化是电器设备智能化的基础。断路器的智能化不是通常所想的,使用计算机就达到了智能化。它必须尽可能地应用电弧自身的能量,实现运行状态的自诊断,操动机构的可控操动,并且配置最新传感器技术,微电子技术和信息传输技术,智能化的概念才比较完整。

一般来说,智能化电器设备除满足常规电器设备的原有功能外,其功能主要表现为:

1、应具有灵敏准确地获取周围大量信息的感知功能;

2、应具有对获取信息的处理能力;

3、应具有对处理结果的思维判断能力,对处理结果的再生信息的实施及有效操作的实施功能。

图1断路器智能化工作框图

图1概要说明了一种兼有计算机系统和传感装置的智能化断路器工作原理。主要的传感器可探明气体密度,通过监控其运动和能量变化,反映操作机构状态。气体密度传感器发出的信号能够实现连续的状态监测,确定趋势走向以及检测极限值,并能在此基础上实现常规的SF6气体的锁定和报警功能。同样,在运动传感器和能量传感器的帮助下,操作机构的状态可实现监控。另外,这些传感器的信号可同时用于常规的位置指示和电动机控制功能上。

如果需要,还可在基本系统中增加传感器。根据对周围温度的测试结果,对状态变化(以及反映出的趋势信息)作出更准确的评估。对于没有串行接口至更高一级层面的系统,进行时间记录十分有助于对变化趋势的预测。附加的电流电压传感器实现断路器设备功能最优化的基础。

总的来看,可以归纳智能化断路器的操作过程为:智能控制单元不断从电力系统中采集某些特定信息,据此来判别断路器当前的工作状态,同时处于操作的准备状态。当变电站的主控室因系统故障由继电保护装置发出分闸信号或正常操作向断路器发出操作命令后,控制单元根据一定的算法求得与断路器工作状态对应的操动机构预定的最佳状态,并驱动执行机构操动机构调整至该状态,从而实现最优操作。显然,智能控制单元是断路器智能操作实现的核心部件。

1智能控制单元

智能控制单元是智能化断路器的灵魂,它是以微处理机为核心部件,综合应用传感技术、光电转换技术、数字控制技术、微电子技术和信息技术等多种现代技术,以完成断路器的智能操作,实现断路器的智能化。

智能控制单元的基本功能有:

1.1自动识别断路器的工作状态

断路器的工作状态的准确识别是实现智能操作的前提。对于超高压断路器而言,其任务主要有分断短路电流、负载电流、过载电流、小容性电流和小电感性电流等。

1.2自动调整断路器的操动机构

这是控制单元的核心功能。因此控制单元必须在识别断路器工作状态的基础上确定与之相对应的操动机构的调整量。

1.3记录并显示断路器的工作状态

由于断路器在大多数运行时间内是不动作的,在此期间,本单元的任务是对断路器的工作状态不断地进行监测,同时它还记录断路器每次开断情况,包括开断电流的大小、开断类型及是否发生拒分或拒合等信息。短路时还应记录短路电流的变化过程,以便于电力部门进行事故分析及断路器的维护。同时,也可通过断路器累积开断电流的大小来表示断路器触头的烧蚀情况。

1.4具有与远端主机进行通信的功能

控制单元可以根据主机的要求将断路器的开断记录及其他数据经信息传输接口上网传送至上位机,并通过上位机经信息传输网络将操作命令及保护参数、保护及重合闸方式等配置要求传送过来。

2对断路器工作状态的监测与诊断

监测与诊断是智能化电器设备的重要环节,很难想象,智能化电器设备一旦失去了监测与诊断的技术支持,会是个什么样子。计算机技术、传感技术与微电子技术的进步,使智能化断路器的监测与诊断的要求得以实现。它要求具有以下功能:

2.1灭弧室电寿命的监测与诊断

动作次数:记录合分次数,逾限报警;

开断电流加权累计,即统计ΣIα(α=1.5~2)值,逾限报警。

触头的电磨损主要取决于燃弧电流的大小及燃弧时间的长短。而燃弧时间,对实际使用中的断路器是难于获得的,且燃弧时间从统计和累计的角度可不必考虑。因此,人们常将注意力集中在开断电流上,研制累计开断电流记录仪。但是,累计开断电流与触头电器磨损之间并不是单值函数关系,同样的累计开断电流,如果单次开断的电流小,其磨损量要比单次开断电流大时小得多,因此,正确的方法应该是据每次开断电流的大小换算成相应的磨损量,而磨损总量应根据断路器的额定开断电流和额定开断次数来确定,而不同开断电流下的等效磨损量应由试验所得的经验曲线确定。

对于真空断路器来讲,灭弧室除了电寿命外,还有真空度的监测。大量的研究和实践证明,12kV真空断路器目前型式试验的短路开断次数有的已做到了50次,在开断50次以后,触头的烧损厚度仅为0.6mm左右,烧损甚微;而真空灭弧室产品允许触头烧损厚度为3mm,说明真空断路器在开断方面的余量很大,更何况在实际运行中,短路开断的次数是不会很多的。相应之下,真空断路器灭弧室的真空度下降的机率却要高得多,从1999年的统计资料看,全国真空断路器共发生45次事故,其中因灭弧室真空度下降造成的就有9次,由此可见,对真空断路器来讲,灭弧室真空度的监测是很重要的。

2.2断路器机械故障的监测与诊断

根据多年的大量统计资料表明,事故的70%~80%出在高压断路器的操动机构和控制回路。断路器的机械部分比较复杂,且长期不动作,比目前已经较为成熟的旋转机械的监测技术更为困难,常需要采用多种技术综合判断,主要有以下几项:

(1)合分线圈电流波形监测,非正常报警;

(2)合分线圈回路断路监测,断路报警;

(3)监测行程,过限报警;

(4)监测合分速度,过限报警;

(5)机械振动,非正常报警;

(6)液压机构打压次数、打压时间、压力;

(7)弹簧机构弹簧压缩状态,传动机构和锁扣部分的工作状态,电动机工作时间;

(8)永磁机构:线圈状况、磁性的稳定状况和弹簧的压缩状态等;

(9)关键部分的机械振动信号。高压断路器合分动作的机械振动波形十分复杂,通常包含着多个子波,看起来杂乱无章的波形实际上是多个子波的混叠,每个子波代表一个振动事件。分析振动波形,把各子波分离出来,可以得到事件的个数及各事件发生的时间和事件的强度,可以获取断路器操作过程机械部分的多个信息。对波形分析的方法很多,如小波分析、形状比较、统计过程处理等等。测量所用的加速度传感器应据所监测的目标(电磁振动、部件振动、操作振动、微粒跳动等等)的不同而合理选择。振动传感器的安装位置也应精心布置;

(10)合、分闸线圈电流和电压波形的检测。线圈电流波形中包含着许多操作系统的信息,如线圈是否接通,铁芯是否卡涩,脱扣是否有障碍等等;

(11)合、分闸机械特性:速度、过冲、弹跳、撞击等,这些信息也可从振动波形中有所反映;

(12)控制回路通断状态监测。这对因辅助开关不到位或接触不良造成的拒分、拒合故障有很好的监视作用;

(13)操作机构储能完成状况。

判断上述所监测信号是否正常的一个基本出发点就是将其与正常状态下的情况作比较。正常状态是在某一范围内,只有通过具体条件由试验和统计处理确定。通常是将一次操作的几个波在时域、频域、幅度上作横向比较,与前几次的操作作纵向比较以得出诊断结论。

2.3绝缘状态的监测

气体断路器气体压力,越限报警,闭锁;

图2电力设备故障诊断的分层结构

监测局部放电,用以预报绝缘事故,智能技术是把对信息的获取和加工推理,从代数的简单数值计算,发展为模拟人脑对不确定性的辨别、思考、预测、优化和决策。将智能技术引入到基于在线监测数据的绝缘诊断系统,将诊断机制分为四个层次,依次为在线数据的预处理、征兆集的提取、故障类型的确定以及决策,如图2所示。

研究表明,由于在线监测具有数据量大、影响因素复杂的特点,智能技术特别适合绝缘在线诊断。

在线数据的预处理阶段,采用有关方法剔除虚假点,并通过分析在线数据与环境因素的相关性,利用三次拟合曲线削弱环境对测量数据的影响。在征兆集的提取阶段,由于考虑到数据的动态特性和随机误差的影响,将待检数据与模型的残差作为故障的征兆之一,采用了相对比较法的时序分析法。研究证明这些方法是有效的。

对绝缘诊断的后两个层次,即故障类型和决策层方面,尚需积累更多的在线监测数据,以及对故障种类的模式、严重程度的在线数据特征进行深入的研究,专家知识的积累和诊断方法的完善也将是一个长期的过程。

2.4载流导体及接触部位温度的监测

载流导体和母线联接处,接头处等接触部位的接触受振动力矩的作用而发生变化。导致接触电阻增加,接触部位的温度增加,故需要对这些部位的温度进行监测。

这通常是利用红外光的幅射强度或将感温元件装在导体上,转换成信号传到低电位再还原成温度信号,其难点是高电位导体上低压工作电源的获得方法,也有利用受热发声器件将异常过热信息传到低电位接受装置的。近来,有直接在低电位处将红外光照到载流导体上就能从发射方获取被测体温度的非接触方法。还有利用光微薄硅温度传感器的无源测量方法如图3所示。

图3光微薄硅温度传感器的温度探头原理图

图3是采用对温度敏感的Fabry-perot槽研制出的一种温度探头,Fabry-perot槽温度探头原理图如图3所示。装置由一薄硅片构成,在它中段的顶部和底部蚀刻出矩形槽,然后在薄硅片顶粘贴上一层玻璃,该玻璃的热膨胀系数与硅片的热膨胀系数不同。当该处温度变化时,因2种材料不同的热膨胀系数,在其内部产生内应力,内应力改变槽的深度。用光纤将多色光送入Fabry-perot槽,反射出的调制光也经光纤送出,调制的输出信号是用光学干涉测量方法测量的。

由Fabry-perot槽构成的光纤传感系统其组成元件耐腐蚀、小巧、测量灵敏度高,而且不受电磁干扰影响,在智能化高压电器的温度在线监测方面有广阔的市场。

2.5监测诊断系统的总体框图

一个智能化的断路器设备或断路器设备的智能监测与诊断系统其总体方框图大致如图4。信号传输部分若是扁平电缆,则距离甚短,多为并行数据信号;若距离较长多为串行信号,仅需两根电缆,且信号获取单元可有多个,每增一个仅多一地址编码。由于对异常程度及故障部位的诊断难度较大,计算机决策有时比较困难,很多装置还借助于人脑对信息作综合分析,以便作出最后决断,计算机只对那些确认无疑的越限值给出告警信号。

图4诊断系统总体框图

传感器要获取的信号并不只局限于前面叙述的那些,一个智能程度较高的断路器除电气、机械、绝缘各方面的劣化或变异需自行监测外,诸如气体密封状态、真空灭弧室的真空度、液压机构的液压、组合电器中避雷器的特性劣化等也应有相应的自检措施。

断路器的智能操作

断路器的智能操作是智能化断路器最典型的应用,它是将智能化技术引入到断路器的电气性能中去,它使断路器能更好地完成开断任务和提高开断的可靠性,提高断路器的综合技术性能,无论是生产运行还是对研究制造都具有十分重要的作用和价值。目前认为,它至少应包括以下两方面;

一是要求断路器的操作性能可根据电网中发出的不同工况自动选择和调整操动机构或者灭弧室合理的预定工作条件。例如:对于自能式断路器的分断操作,小负载时触头以较低的速度分断,既可保证所需的灭弧能量又可减少机械损耗,而在接到短路信号时则以全速分断,获得电气和机械性能上的最佳开断效果。目前,此类专家系统的开发已在进行,变速操作打破了传统断路器单一分闸特性的概念,实际上是上述执行功能的智能化,是对高电压等级断路器操动机构的改造十分有益的尝试。

再是要求断路器在零电压下关合,在零电流下分断,这与断路器的同步分断与选相合闸的工况是完全一致的,同步分断可以大大提高断路器的分析能力,一台低成本的小容量开关可分断10倍以上容量的电流;选相合闸可以避免系统的不稳定,克服容性负载的合闸涌流与过电压。在电力电子领域,近年来流行一种软开关技术,使半导体开关器件在零电压下关合,在零电流下分断,可以认为:电子操动正是实现断路器的软开关技术的关键。目前比较迫切的应用是在:

(1)并联电抗器操作

(2)电容器组操作

(3)变压器操作

(4)输电线路操作

每一种应用对断路器和控制装置的性能提出某些要求,能从根本上解决过压问题。这对推广无功补偿、稳定电力系统意义极大。应用真空触发开关和一般电磁机构真空开关已经实现了这种选相合闸的并联电容器组的投切,进一步的工作将用有永磁机构的智能化断路器直接实现选相合闸。

永磁操动机构大大提高了机构的可控性,由原来毫秒级的机构控制时间分散性进步到微秒级的电信号控制,由机械储能、机械脱扣进步到电储能、电信号直接触发动作(电子脱扣)。真空断路器新的操动理论应包括两部分:控制精度分析与可靠性设计,高可靠性控制电路的设计以及机构运动特性分析与优化。

断路器的同步分断与选相合闸的实现

现代传感器技术使交流零点信号的拾取变得非常可靠和方便。同样,我们也可以方便地取到交流电压或电流变化率的零点(对应正弦信号的峰值)信号。剩下的问题是控制信号在电压或电流零点以前或它们的变化率零点以后什么时刻发出。

目前同步断路器的发展还需进一步的可靠性论证和设计,它的连带意义是断路器的完全可控,其发展可能成为最典型的新概念开关电器。

20世纪90年代ABB公司推出了CAT(即具有人工智能技术的断路器,CurcuitBreakerwithArtificialInteriligenceTechnology):CAT是专为ELF型SF6断路器(敝开式)和ELK型封闭式组合电器(GIS)而开发和试验的,见图5。

CAT为一模块式电子,它由三个独立的分相模块所组成,可使断路器在最佳投切时刻进行每相的独立操作。其效果为:减轻投切时的瞬时过电压;减轻电流对设备的应力。

对常常要使用分合闸电阻的高压断路器来说,CAT是一种可供选择的可靠技术替代方案。CAT安装在断路器的控制回路中,具有处理来自电压或电流互感器输入的信息的功能,并在最佳操作条件的时刻发出断路器操作脉冲。例如:视电网参数不同而异,CAT能有效地将电容器组投入时的冲击电流减低到其原有值的30%。对于有并联补偿线路的自动重合闸,即使对长线路而言,操作过电压值也能保持在2倍(标么值)以下,在切除并联电抗器的情况下,CAT能消除在断路器内有害的电弧重燃,因而防止了电抗器绝缘的劣化。

图5CAT接线示意图

可以看出,CAT在一起程度上实现了对断路器的受控操作,具有智能操作的一些特点。

实际上,国外十几年前已开始相当普遍地实际应用相位控制高压断路器技术,下表简要说明相位控制高压断路器的作用。

工况适用目的动作准确度*最佳开合时刻优点

空载变压器投入关合涌流抑制电压变动抑制±2ms中性点接地:各相电压峰值中性点不接地:首相电压峰值,后二相相间电压峰值不需合闸电阻,防止继电器误动,提高电压稳定性

电抗器投入过电压抑制

(2P.u.以下)±2ms

同上

延长断路器检修周期

电容器投入过电压抑制合闸涌流抑制±1.5ms中怀点接地:

各断口间电压为零

中性点不接地:

首二相相间电压为零第三相极间电压为零延长断路器检修周期不用串联电抗器

空载线路投入过电压抑制

(1.3-1.7p.u.)

±1.5-2.0ms不用合闸电阻或电路避雷器,电压稳定性提高

快速自动重合闸过电压抑制同电容器投入

电抗器开断防止复燃燃弧时间:

0.5周波以下降低设备绝缘水平

电容器开断防止复燃及重击穿燃弧时间:

0.5周波以下降低成本设备绝缘水平

*±30以内

4智能型高压电器有关问题的探讨

断路器智能技术不仅是概念上的转变和理论上的发展,而且是在众多领域中技术上的突破,它的实现必然会应用一些新技术、新材料、新工艺,不断提高产品的档次和技术含量,但是在这个过程中,核心的问题是信息的采样传输与控制系统,这些领域中,有的技术相对成熟,有的尚处于开发研制与试运行阶段,需要一个不断总结提高和完善的阶段,具体有下列方面:

4.1关键技术

4.1.1传感技术。局部放电、高压导体测温、高压侧电流和电压的测量技术,特别是目前正在开发研制的光电流、电压传感技术等难度较大的传感技术;

4.1.2微机技术。开发出成功的智能化软件是微机技术的关键。而软件系统中,主程序则是核心程序。

主程序首先完成单片机和接口芯片的初始化;之后,主程序不断检测并显示断路器的工作状态,随时准备应上位机的要求与之通信,传递有关的控制和状态信息。

4.1.3抗电磁干扰技术

研究表明,系统中常态噪声是工频50Hz及其高次谐波,一次回路中发生的任何形式的暂态过程(如各种过电压和各种短路故障)以及载波通讯信号,都会通过不同的途径耦合到二次系统。此外,高电场引起的电晕及污闪也要产生电磁辐射,二次控制回路的开关电源由于其浪涌噪声也会对电量传输带来扰动。大功率电磁铁动作时引起空间磁场的变化,还会在附近的导电回路中感应出电流,对操动机构中的控制电路带来考验。解决电磁兼容问题就要针对各干扰源,严格屏蔽、隔离与接地措施,信号的数字化传输可以大大缓解干扰的影响程度,引入光电转换不但可以进行电气隔离,还可以保证信号传输过程不受电磁场的干扰。

由于智能化断路器的信号传输与控制系统的工作电压和信号传递电平低,耐压水平低,外界电磁场干扰很容易使其失效或损坏,而这种情况对于传统电器调和的影响是不大的。因此,电磁兼容是断路器智能化的新课题。

4.1.4信号处理技术。对有些技术来说,获得监测信号只是第一步,必须进行故障诊断才能作出判断、决策。如局部放电监测所得复杂信号需要进行故障诊断才能实现故障分类、故障定位、预期寿命估计等;用机械振动法监测断路器机械状态也需对获取信号作处理才能正确辨识;目前对于断路器电弧状态的研究,也是从电弧电压入手,通过软件的处理实现对电弧状态的诊断。

4.2寿命问题

一般来说,电子设备的使用寿命远低于高压电器设备本身的寿命,这是一个矛盾。解决的办法有:

4.2.1提高电子设备的可靠性,这可以从设计、制造及适当改善运行条件几方面着手;

4.2.2应有自检功能;

4.2.3采用综合判断;

4.2.4对于相同功能的部件,采用模块化设计,以降低成本增加备用量,达到总体上提高电子设备的可靠性。

4.3经济问题

当前在计算机等设备不断降价的情况下,监测设备价格也不断降低。这种趋势还会继续下去。但无论如何,仍要相当经费。如日本三菱公司在’97国际电力设备及技术展览会上显示的GIS监测设备包括局部放电等约10项内容的装置,价格不超过GIS本身的1/10。这比几年前听到的1/3要便宜不少。如采用国产设备还会便宜得多。

国外也十分关心监测技术的经济问题,并作出了不少经济分析。如有用下列公式作为采用监测设备的条件:

C式中:C——监测装置每年平均投资

B——采用监测装置后,因减少维修次数而每年平均

节约的维修经费

D——采用监测装置后,因减少一次事故而每个平均

节约的维修费

E——年事故率

在不考虑D·E一项时,监测设备的合理投资为高压开关设备投资1%-2.7%,后者指频繁操作的高压开关。以上当然未考虑因出现事故所造成的各种间接经济损失。非经济损失更难于计算。

美国纽约电管局和加拿大魁北克水电局自1993年装置MONITEC监测系统到1996年因监测出包括机构卡滞、动作不到位和轴销断裂等5次重大事故征兆,保证了供电可靠性,估计节约经费超过100万美元,降低了成本,提高了市场竞争力。

目前,对高压断路器智能化经济问题的考虑,总是偏重对智能化需要而购置的设备的价格;其次,再包括减少维修次数节约的经费和减少一次事故所节约的费用。按理说,这是很不够的。比如,由于实现了断路器的受控操作,断路器的开断容量可以减少,是否能选择开断容量小一些的断路器?操作过电压的倍数下降了,设备的绝缘水平能否下降?再者,由于智能化断路器科技含量高、技术先进、可靠性高而受到用户的青睐,在竞争中中标而获利,这些潜在的经济效益能不能考虑。总的来看,无论是研究开发机构、制造厂商还是使用单位,把目标瞄准智能化断路器不失为明智之举。

5智能化断路器的现状

近年来已有很多智能化断路器面市,高压领域典型的有东芝公司的C-GIS和ABB公司的EXK型智能化GIS,它们的特点都是采用先进的传感器技术和微计算机处理技术,使整个组合电器的在线监测与二次系统在一个计算机控制平台上。在中压领域较典型的有九十年代初的富士公司的智能式真空断路器及ABB公司近年来推出的VM1型真空断路器。前者包括三种功能:自动保护功能、早期维护功能和信息传递功能。其中保护功能指标断路器本体可对过电流和短路故障进行检测与判断并发出指令,使断路器可靠分闸;早期维护功能指断路器在真空度降低、电接触部位温升异常以及脱扣线圈断线时均能发出报警,提示操作人员把断路器退出运行进行维修;信息传递功能则指除正常外加入的控制信号外断路器状态的信号输出。

VM1型真空开关是ABB公司的最新产品,除了新颖的一体化绝缘结构,最显著的特色是采用了除永磁操动机构外,就是它的二次控制无触点化和采用新型传感器。开关的位置传感器和辅助接点均为无触点的临近开关或光开关,新型号电量传感器信号可以直接变换成数字信号,取代了传统的电磁式电压和电流互感器。

当前,世界上先进的工业国家都看好在电力系统中高压领域智能化高压电器的发展前景和潜在的效益,加大了研究的投入和开发的力度,比较典型的有ABB公司推出的CAT,具有人工智能技术的断路器,如前面所讨论的,在一定程度上实现了对断路器的受控操作;ABB公司推出的光电式电流传感器和电压传感器在高压领域中替代了传统的电磁式电流互感器和电压互感器,解决了智能化高压电器设备中传感技术的难题。目前,已经大量应用的信号数字化传输技术大大缓解了信号传播中干扰的影响程度等,这些高新技术的应用都为智能化断路器技术的发展创造了良好的条件。

断路器智能化是一项更新换代的工作,它涉及到很多领域的技术进步和创新发展,如传感技术、微电子技术、计算机技术、信息技术以及断路器本身及操动机构等方面,需要更多的投入和开发。但是,可以展望,随着智能化进程上的难题一个一个地被破解,性能优越的智能化断路器终将会在不久的将来登堂入室,为人们所熟悉和喜爱。

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[3]邹积岩,.开关智能化概念与相关的理论问题.高压电器.2000年6期

篇6

关键词:安全技术;计算机软件开发;应用策略;安全性

现如今,计算机软件水平直接影响着社会的发展,在各大领域当中都能够看到计算机的身影,同时计算机正在发挥着不可估量及不可代替的作用。计算机在创造价值的过程中,主要是通过计算机软件的应用得以实现,但是实际在应用过程中,存在着一定程度的安全隐患,这些安全隐患不仅严重影响到计算机软件正常使用,同时还会造成一定程度的经济损失,因此,安全技术在计算机软件开发中的作用成为社会十分重视的一项问题。

1安全技术以及计算机软件开发的简要概述

1.1计算机软件开发技术原理以及现状

针对于计算机软件开发技术而言,其主要原理是建立在软件工程基础上进行,是计算机中存在的最为基础的学科,通过对软件的维护以及开发,能够对其实现系统化以及规范化设计,这种情况下能够有效解决计算机软件开发过程中存在的各种问题。在计算机软件开发的过程中,其主要工作内容包括计算机软件定义可行性分析、软件需求分析、概要设计、详细设计、开发阶段、测试阶段、软件维护。而在计算机软件研发的过程中,首先,相关技术工作人员应针对开发项目进行充分的研究分析,然后再深入到市场进行调查,建立在市场调查后的基础上,制订可行性报告,并在此过程中明确客户需求标准。计算机软件分析虽然技术性不强,但是仍然具有非常重要的价值,其直接决定着后期软件用户下载率以及使用率,同时还能够为软件后期的开发环节、维护环节提供指导作用。软件开发是建立在实际标准的基础上进行的,在完成软件编码之后,应开展软件测试工作,在测试之后没有发现任何漏洞或者错误即可上报,进而形成软件源代码,这种情况下能够使得软件在开发之后无论是在性能方面,还是在功能方面都能够满足设计要求标准。最后,依据市场实际需求以及用户实际需求进行软件维护,定期或者是不定期地针对软件系统进行维护或者升级。软件维护贯穿于软件整个使用阶段。为了能够满足现如今时代需求、人们对于计算机软件逐渐增长的生产需求或者是日常生活需求等,为现代信息社会发展提供源源不断的动力,计算机软件的发展方向逐渐趋向于灵敏性、便捷性以及功能性的服务功能,进而促使计算机软件应用功能不断增强,这种情况下也就意味着计算机软件所承担的为社会创造价值的责任越来越重,因此,计算机软件在应用的过程中,其安全性越加重要,同时深受人们重视,虽然在科技技术不断发展的背景下,计算机软件不断地被开发,并应用越来越广泛,但是,针对于网络而言,病毒软件或者是黑客的计算机技术水平也会越来越高,这种情况下说明了现如今安全技术是计算机软件开发中最为有待解决的一项问题。

1.2计算机安全技术简要概述

针对于现如今时代而言,人们无论是在生活方面,还是在生产方面,对于计算机的需求以及依赖性都非常大,在大领域以及人们日常生活的各个方面中都存在计算机的身影,其主要原因是计算机具有十分强大的功能,能够为人们的生活以及生产提供强大便捷性,有效提高生产效率和工作效率等,对促使社会更好发展起到极其重要、不可代替的作用。但是计算机也有双面性特点,计算机在实际应用的过程中不仅仅存在着一系列的优势,与此同时也存在一定的安全隐患,例如病毒软件污染、黑客攻击等。在此基础上会出现信息资源被盗、恶意篡改等事件,并且这些事件的普遍发生,严重影响到计算机正常使用,同时在一定程度上阻碍计算机更好发展。因此,针对于计算机软件开发而言,安全技术必不可少,能够有效避免黑客入侵、病毒软件入侵、抵挡恶意事件发生,还能够在一定程度提高计算机的使用性能,进而使得计算机在使用的过程中更加具备可靠性和安全性,使得计算机获得更加有效的使用。

2安全技术在计算机软件开发中的应用策略

2.1防火墙安全技术的应用

在计算机软件开发的过程中,防火墙安全技术的应用已经十分普遍,防火墙安全技术的应用主要作用就是能够防止外部攻击,在应用的过程中,通常情况下都是在计算机内部网以及外部网之间设置一道防火墙,这一道防火墙就是计算机的保护屏障,这种情况下就能够对计算机起到保护作用,能够将潜在安全隐患以及恶意攻击抵挡在防火墙外面,进而有效减少计算机安全风险。另外,对于防火墙安全技术来说,其具备非常强大的抗攻击能力,抗攻击能力无论是在计算机网络安全保护过程中,还是在信息安全保护过程中都起到极其重要的作用。防火墙安全技术在计算机软件中应用能够获得较为良好的使用效果,其不仅仅能够起到将安全隐患抵挡在防火墙外部,还能够对计算机关键网络起到保护作用,进一步有效提高计算机安全系数。防护墙具备访问权限功能,这种情况下就说明了在接收外部信息的过程中,具有访问权限的信息能够通过防火墙。

2.2加密安全技术的应用

将加密安全技术应用到计算机软件开发过程中,能够将计算机中存在的真实信息资源隐藏,这种情况下就能够避免病毒软件或者是黑客入侵盗取或者是恶意篡改信息资源,进而有效避免为用户带来巨大损失,同时还能够有效保障信息资源的安全性、准确性和完整性。另外,将加密安全技术应用到计算机软件开发中还能够有效保护用户的隐私,进而避免用户的信息资源被泄露或者是被恶意盗取。针对于加密安全技术而言,一般情况下分为两个部分,分别是针对文件以及程序进行安全加密和针对需要传输的文件或者是信息资源进行安全加密,因此,加密安全技术能够防止病毒软件以及黑客对计算机系统的入侵破坏,能够极大程度上维护相关用户的核心利益。

2.3漏洞修补安全技术的应用

实际上,每一款计算机软件的开发以及应用都只是能够满足于当下短时间之内人们对其的应用需求,一旦计算机软件被长时间的应用,那么就可能会出现各种各样的漏洞,因此,软件在开发的过程中一定要充分重视对软件的漏洞修补,积极应用漏洞修补安全技术,进而针对安全等级不断降低的计算机软件进行漏洞修补,这种情况下不仅仅能够促使计算机软件安全性能有效提高,同时还能在一定程度上提高软件整体水平,进而避免软件落后现象发生,使软件安全防御能力不断提高。另外,在计算机软件开发过程中,应用漏洞修补安全技术能够对软件的整个系统进行扫描,这种情况下通过扫描工作就能够将软件中存在的安全隐患或者是安全风险检验出来,进而及时开展针对性的修补工作,进而确保计算机软件的正常应用。值得注意的是,定期应用漏洞修补安全技术对计算机软件进行检查是十分有必要的,同时也是保护计算机安全运行的一项重要技术手段。

2.4入侵检查安全技术的应用

针对计算机软件开发而言,入侵检查安全技术是近些年来开发出的创新型安全技术,能够有效避免网络受到恶意攻击。在计算机软件开发中,应用入侵检查安全技术能够实现快速有效分析计算机网络的特点以及系统结构,与此同时在应用的过程中还能够及时针对可能发生攻击的现象或者是存在的异常现象进行警报。针对于入侵检查安全技术而言,实际上就是指将推理技术、统计技术以及通信技术组成为一体的技术形式,不仅如此,入侵检查安全技术中还涉及到人工智能技术,这种情况就意味着入侵检查安全技术在应用的过程中能够针对计算机软件开发的整个规程实现精准实时监督,进而能够将计算机软件开发过程中的异常现象有效检查出来。另外,入侵检查安全技术还包括网络、主机以及混合型入侵检查安全技术形式,主要是针对监控对象存在的不同差异实现划分。在计算机软件开发过程中,应用入侵检查安全技术是通过针对于网络数据的流通进行分析,以此起到保护安全的作用价值。在这其中,针对于混合型入侵检查安全技术而言,能够将网络入侵检查安全技术以及主机入侵检查安全技术存在的优点有效综合,这种情况下就意味这混合型入侵检查安全技术所涉及到的范围更加全面,更加广泛,同时安全保护作用效果也会更加明显。

3总结

总而言之,计算机软件已经成为现如今时代背景下人们生活以及生产各个方面必不可少的重要工具,因此,应注重针对安全技术在计算机软件开发中的应用进行分析探究,将安全技术的作用价值充分发挥,提高计算机软件安全性,促使中国网络安全水平不断提高,这种情况下能够使得计算机作用价值有效提高,进而为人们以及社会提供更好的服务。

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