一級(jí)計(jì)量師

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前景廣闊的模糊技術(shù)

（一）

在現(xiàn)實(shí)生活中，有很多現(xiàn)象并非界限分明。比如說“百把斤”、“個(gè)把鐘點(diǎn)”、“七老八十”、“比較熱”，雖然沒有指出具體計(jì)量數(shù)據(jù)，但人們一聽也都明白。這就是日常生活中的“模糊”語(yǔ)言，或稱語(yǔ)言概念中的“模糊程度”。

“模糊”一詞在英文中名為“Fuzzy”，除有“模糊”的概念外，還有“不分明”和“邊界不清”的含意。比如白與黑、胖與瘦、高與低、深與淺等，本應(yīng)涇渭分明，但在這明顯的兩極幅度間，卻有不白不黑、不胖不瘦、不高不低、不深不淺的概念。這些“模棱兩可”和“不分明”現(xiàn)象是在自然界和社會(huì)生活中普遍存在的，而這種不分明性被稱之為模糊性。由此看出，“模糊”概念是建立在近似推論之上的近似概念。

（二）

為了尋求解決概念劃分上不確定現(xiàn)象的思維模式和方法，1965年，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的一位名為洛特菲·扎德（L）A（Zadeh）教授，發(fā)表了轟動(dòng)科壇的著名論文《模糊集合理論》（Fuzzy Set），標(biāo)志著數(shù)學(xué)的一個(gè)分支——模糊數(shù)學(xué)的誕生。模糊數(shù)學(xué)把復(fù)雜系統(tǒng)中所呈現(xiàn)的大量模糊現(xiàn)象作為研究對(duì)象，把數(shù)學(xué)從處理兩種絕對(duì)狀態(tài)（即絕對(duì)發(fā)生，概率為1；絕對(duì)不發(fā)生，概率為0）轉(zhuǎn)移到連續(xù)值的邏輯上來(lái)，在適當(dāng)?shù)南薅壬舷鄬?duì)地加以劃分。以此為基礎(chǔ)，建立了模糊集合的運(yùn)算、變換等理論，為解決模糊現(xiàn)象找到了一套理論和方法。隨之模糊代數(shù)及模糊邏輯等亦因而問世，并已經(jīng)在圖像識(shí)別、人工智能等許多方面得到了廣泛應(yīng)用。模糊理論認(rèn)為，只要抓住控制事物的主要本質(zhì)方面，在無(wú)關(guān)緊要的小問題上“模糊”一點(diǎn)并無(wú)妨礙，“能模糊處且模糊”的概念輸入電腦，引進(jìn)控制學(xué)說，就產(chǎn)生了模糊邏輯控制。例如機(jī)械系統(tǒng)的模糊可靠性設(shè)計(jì)，是將各種設(shè)計(jì)參數(shù)作為具有某種連續(xù)性型隸屬函數(shù)的模糊變量來(lái)處理，在規(guī)定的模糊可靠度下，可設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、成本低的產(chǎn)品來(lái)。值得一提的是模糊集合論與經(jīng)典集合論相比是一個(gè)巨大的飛躍，它使經(jīng)典數(shù)學(xué)“非此即彼”的性質(zhì)拓寬到“亦此亦彼”，使二值邏輯推入多值邏輯，從而強(qiáng)化了精確數(shù)學(xué)的內(nèi)容，為解決客觀事物差距的中間過渡的“不分明”和“邊界不清”現(xiàn)象提供了理論依據(jù)，將模糊的存在用數(shù)學(xué)形式來(lái)表示，并將被控制的模糊現(xiàn)象采用模糊數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行量化，輸入或輸出計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，使電腦接近人腦。

（三）

隨著模糊理論的出現(xiàn)，人們開始應(yīng)用模糊技術(shù)。模糊技術(shù)主要包括模糊判斷、模糊控制、模糊診斷及模糊設(shè)計(jì)、模糊決策等方面。在模糊控制中，可以把人的經(jīng)驗(yàn)歸納成定性表達(dá)的一組條件語(yǔ)句，然后利用模糊理論的工具把它定量化，以實(shí)現(xiàn)模仿人的操作效果。在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，控制器先要感知對(duì)象的輸出情況，比如自動(dòng)駕駛汽車，控制器先是精確接收路況和運(yùn)行規(guī)則的各種信息，通常把信息數(shù)據(jù)解析出輸出誤差和誤差變化率，然后把它們轉(zhuǎn)化成模糊量，并根據(jù)推理合成規(guī)則推算出模糊控制量——決策意圖。再把它轉(zhuǎn)化為確定的控制量（行止、速度、方向等），并加到對(duì)象上去（油門、方向盤、剎車）完成自動(dòng)駕駛操作。

當(dāng)今模糊控制技術(shù)已發(fā)展成為更高級(jí)、更復(fù)雜的信息處理系統(tǒng)。一些國(guó)家甚至將其列為21世紀(jì)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)略要點(diǎn)。70年代后，國(guó)外已成功地在蒸汽機(jī)、鍋爐、壓力容器、熱交換器等多方面采用了模糊控制技術(shù)。到了90年代，模糊理論研究和工程應(yīng)用已取得了突破性進(jìn)展。2012年注冊(cè)計(jì)量師考試時(shí)間

隨著模糊技術(shù)的發(fā)展，多種多樣的模糊技術(shù)產(chǎn)品相繼問世，已有洗衣機(jī)、電視機(jī)、電冰箱、空調(diào)器、攝像機(jī)、吸塵器、微波爐等40多種。這些模糊家電由于能最大限度地順應(yīng)人們?nèi)粘Ｉ畹男枰?，例如模糊洗衣機(jī)模仿人腦的功能，將人的模糊信息和直接思維轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)確的控制，它具有智能分析、判斷，能自動(dòng)收集需要洗的衣物重量、布質(zhì)、水溫及污垢程度等信息，進(jìn)行綜合判斷，決定洗衣粉用量的多少、水位的高低、洗滌方式和洗滌時(shí)間的長(zhǎng)短，同時(shí)在洗滌過程中，不斷調(diào)整水位、時(shí)間及水流的強(qiáng)弱，并能自動(dòng)顯示故障報(bào)警，以達(dá)到最佳洗滌狀態(tài)。一臺(tái)5.5公斤模糊洗衣機(jī)的用水量比雙缸洗衣機(jī)節(jié)水一半，省電10%。具有模糊邏輯的微波爐，能對(duì)食品的重量、高度、形狀及溫度等進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，并能自動(dòng)化霜、再熱、燒烤等，使食物色香味俱佳；安裝模糊空氣凈化器以后，只要人進(jìn)入房間，便可自動(dòng)啟動(dòng)，其傳感器還能檢測(cè)香煙和其它燃?xì)馕廴境潭?；模糊吸塵器可通過傳感器感覺地板、地毯的類型，并自動(dòng)判斷污穢類別、分布情況及深度，自動(dòng)設(shè)定合適的吸塵力，既省時(shí)又省電。除了家用電器外，模糊技術(shù)還在石油化工、冶金機(jī)械、航天航海、水質(zhì)凈化、氣象預(yù)報(bào)及汽車行駛模糊調(diào)節(jié)和地鐵列車運(yùn)行控制等多種行業(yè)中陸續(xù)得到應(yīng)用。

（四）

隨著高新技術(shù)的發(fā)展和國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，模糊技術(shù)已引起了很多國(guó)家尤其是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的高度重視。美、日、英、法、德國(guó)已在實(shí)際生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用了模糊技術(shù)，韓國(guó)、新加坡及香港、臺(tái)灣等國(guó)家和地區(qū)正急起直追，迎頭趕上。尤其是日本，模糊控制技術(shù)發(fā)展速度居世界之冠，現(xiàn)在已有50多家大公司投入模糊控體的研究，已有200多種模糊產(chǎn)品問世，1993年僅銷售模糊控制芯片一項(xiàng)就獲利6億美元；1995年僅模糊家電產(chǎn)品的產(chǎn)值就達(dá)到近8億美元，迅速超過了模糊理論發(fā)源地的美國(guó)。

我國(guó)模糊技術(shù)雖然起步較晚，但發(fā)展很快。尤其是在模糊理論方面，還處于國(guó)際領(lǐng)先地位。如國(guó)際模糊系統(tǒng)協(xié)會(huì)副主席兼中國(guó)分會(huì)主席汪培莊教授提出的“因素空間、模糊落影和值流推理”等3項(xiàng)理論，為運(yùn)用概念進(jìn)行判斷推理這一思維過程提供了一個(gè)新的數(shù)學(xué)框架，從而拓寬和加深了模糊數(shù)學(xué)描述客觀世界的廣度與深度。

1988年，由我國(guó)國(guó)家模糊技術(shù)實(shí)驗(yàn)室研制出世界上第二臺(tái)模糊推理機(jī)，推理速度達(dá)到每秒1500萬(wàn)次，體積僅為日本第一臺(tái)模糊計(jì)算機(jī)的十分之一；1988年至1992年，在汪培莊教授的主持下，又承擔(dān)并完成了國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)的重大課題“模糊信息處理與模糊推理機(jī)”。同時(shí)，在生產(chǎn)應(yīng)用方面，我國(guó)也不甘落后，如北方工業(yè)大學(xué)于1990年研究成功“快速自動(dòng)尋優(yōu)模糊控制理論及其應(yīng)用技術(shù)”，1996年重慶鋼鐵公司與重慶愛普模糊技術(shù)公司協(xié)作，共同開發(fā)出模糊控制器，為工業(yè)生產(chǎn)、汽車安全行駛、窯爐、風(fēng)機(jī)及水泵的運(yùn)行提供了技術(shù)條件。無(wú)錫小天鵝洗衣機(jī)廠已推出了國(guó)際上最先進(jìn)的“神經(jīng)模糊”技術(shù)控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)和有中國(guó)特色的模糊理論控制的洗衣機(jī)。特別令人鼓舞的是，我國(guó)是最早把模糊理論引入氣象預(yù)報(bào)、地震工程、高爐冶煉控制等方面的國(guó)家。由于我國(guó)模糊理論和模糊技術(shù)的實(shí)力較強(qiáng)，已與北美、歐洲、日本一起被公認(rèn)為國(guó)際模糊數(shù)學(xué)的四大主力國(guó)家。

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