人工智能技术在电气工程及自动化领域中的应用研究

刘成山

关键词 人工智能技术 电气工程 自动化 作用

近年来，部分专家和学者在归纳前人研究成果的基础上，将人工智能技术的发展方向对准了电气自动化控制领域，在理论及实践上取得了一定突破，证实了人工智能技术对电气工程及自动化具有巨大的提升作用[1] 。

1概述

1.1人工智能技术

人工智能技术概念最早提出于20 世纪末，该技术以计算机应用为核心，以自动化设计为目标，实现对信息的模拟、仿真及控制。人工智能技术可视为融合了计算机科学、逻辑学、信息学、语言学、心理学等学科门类，体现为带有智能化属性的程序框架。美国教授温斯顿进行了进一步概括，为人工智能定义如下：“人工智能聚焦人的智能，研究人的智能如何赋予计算机，也就是通过对人类智能活动及其规律进行研究，以此为基础构造出能够对此规律进行模拟的系统或程序”。由此可见，人工智能技术与计算机科学密不可分，前者是后者的重要分支，随着人工智能技术研究的深入，人工智能（AI）已成为21 世纪的重要尖端技术。人工智能技术在对人类大脑智力运行规律加以归纳时，主要以思想、语言、图像及动作指令为响应要素，在计算机技术的辅助下对上述要素进行处理[2] 。尽管人类大脑作为信息储存分析“装置”，无法被完全复制，但计算机通过模拟收集及分析反馈人脑信息，也能够有效获取并生成一种自动化程序，基于人工智能技术的自动化控制机制得以形成。

1.2电气工程及自动化

从传统层面上看，电气工程可定义为研究与电气及电子系统相关联的学科。电气工程涉及众多元器件的组装运行，是工业生产及科技领域内起引领作用的工程类型。因为其元器件及精微控制要素较多，电气工程及自动化需要技术层面的可靠保障，在信息技术发展迅猛的当下，电气工程的技术属性不断增强，与电子技术结合程度更深。从实际应用上看，电气工程及自动化广泛涉及计算机技术、电子电力技术、信息处理技术、自动控制技术等，呈现出电气机械相结合、强弱电相结合、软硬件一体化等特征，广泛应用于计算机、机械制造、电力、国防、航空、信息、电子等相关行业中[3] 。

2应用优势

人工智能技术作为新兴技术形式，依托计算机技术及微控制器等元件，在电气工程及自动化中大有用武之地。从整体上看，人工智能控制具有适应力强、操作便捷、抗干扰性强、资源占用率低、一致性突出等优势，主要表现在自动化模型参数设计及电气设备资源节约使用等方面。

2.1降低外部因素的影响

在电气工程早期运行阶段，实施控制操作时主要采用机械式控制器，需要人工进行相关操作，如操作不慎，极易导致电气设备出现短路等故障，减少设备使用寿命。人工智能技术的介入能够将传统模式下的控制器进行性能参数上的改进，通过构建自动化控制模型，对电气工程设备的运行参数及指标数值变化进行精准控制，从而降低外部因素给电气工程及设备带来的不利影响。例如，在电气自动化系统中安装基于人工智能技术的控制器，可以省却参数设置内容，借助自动化模型对电气设备的运行进行动态跟踪控制，有效阻断外部环境及人为操作带来的不利影响，同时凭借人工智能支持下的电气自动化系统数据库，可以确保电气操作始终规范一致。

2.2提升数据处理速率

电气工程及自动化系统模块在遇到运行问题时，如处理时间过长，极易导致系统性能受损，降低生产效率。而通过利用计算机技术，将人工智能技术与电气自动化控制系统功能模块进行对接，能够快速分析处理电气工程设备运行过程中产生的各类信息数据，在智能函数等计算功能辅助下，加快关键数据的处理速率，快速判定电气工程设备运行状态。具体实施上，先设定用于提取数据的逻辑语言及响应信息，然后将这些信息转化为可供计算机识别的文字、语言、动画、图像及图形，最后在人机界面中进行呈现。此外，针对电气自动化控制的操作，人工智能技术及其支持下的控制器，可以修改及扩展参数，从而提升自动化控制系统的便捷性。

2.3提高工作效率

电气工程在构成上较为繁杂，各类设备元件数量众多，在进行设备操作时如智能化水平不高，极易导致人力物力资源的浪费，使得工作效率过低。例如，电气工程及连线往往需要电气线路、变压器及电力设施的共同配合，这些设备元件在操作上具备差异性，有的操作带有危险性。在电气自动化系统中应用人工智能技术，一方面能够将变压器等主设备的操作交由计算机模块加以智能化控制，另一方面能够降低人工操作频率，优化工作步骤，避免人为操作产生过大误差，最终提高电气工程及自动化的工作效率和精度。在电气自动化效率的保障及提升上，人工智能技术支持下的专家系统及神经网络技术借助分布式存储及灵活性学习方法，可以应对海量数据的处理要求，在电力系统的负荷规律预测及故障树模型建立上，形成程序系统模块，实现对电力系统问题的实时在线分析，从而大幅节约电力系统运维检修成本。

3提升作用和应用要点

3.1优化产品设计

电气工程及自动化功能的发挥有赖于电气设备及装置的协同配合，在实施电气工程及自动化操作时，需要做好电气产品及电气设备的可靠性研究及高质量设计[8] 。在该环节，人工智能技术能够有效指导电气设备设计实践。例如，在电气设备及产品的图纸设计、产品成形、产品试验等几个关键环节上，需要确保连贯无误差，采用传统模式下的电气产品设计方式涉及人工多次检查对照，导致产品生产周期被拉长，降低电气产品的生产速度。而采用人工智能技术，可以极大提高设计水平及效率。从具体实现方式上看，电气设备及电气产品在设计时，通过计算机技术及人工智能技术支持下的CAD 设计软件，能够直观显现电气产品的设计意图，直至在计算机上形成设计图纸，之后设计人员结合电气产品的特点及需求，将设计草稿上传至计算机系统，在人工智能控制器内输入相应数据，借助计算机算法对输入的数据进行分析，最终得出最佳设计方案。

在传统模式下进行电气设备及产品设计，费时费力且不具备较高的设计准度，极易出现设计误差及漏项。采用人工智能技术可将电气设备及产品设计纳入框架系统，可随时对设备及产品的有效性进行验证。在电气产品的概念设计上，由于其对产品设计方案的优劣有直接影响，也关系到设计成本及技术性能等要素，在此类产品设计中，如电机、机床等，先对其进行结構类型层次划分，了解产品的设计意图及使用需求，然后考虑电气设备运行方式及控制模式的差异，通过人工智能技术中基于粗糙集理论的“树”模块，对产品的属性进行提取，然后确定设计重点，最后采用模糊相似度计算及不确定参数计算的方式形成设计方案。

3.2提高资源利用率

电气工程及自动化前期需要用到大量资源，如在传统电气工程建设及运行中，需要对电力系统线路、元器件、变压器等相应电气设备进行安装和处理，这一过程涉及众多电气资源的调度使用。在满足电气设备控制系统模块的精准操作这一基本要求外，还需要调用数量庞大的电气工作人员负责开展对电气设备资源的日常运行检查及定期维修工作，会产生极大的经济成本支出。而在地理方位较远的电气设备的维保检修上，往往得不到全面保障服务，造成资源不足或浪费问题多发。而通过人工智能技术，特别是借助专家系统、遗传算法及模糊神经网络，一方面能够减少电气设备元件的数量，降低对线路及变压器等设备的依赖程度，最大化地节约电气资源，另一方面省却了大量人力成本支出，通过设置配合人工智能技术支撑的无人值守系统或动态在线监测系统，可以做到24 小时监控电气设备运行，进一步缩减了电气工程及自动化运行的时间成本，达到了电气资源合理利用的目的。例如，在电气设备的检修上，利用人工智能技术，通过在电气自动化控制系统中增加微型监控模块，或者在计算机系统中引入故障树数据库及模糊计算方法，可以将设备的易损部位进行判定，为检修人员提供最优的检修方案。

3.3提高故障诊断效率

电气设备元器件数量多，在电气设备日常运行时较易产生程度不一的磨损及受损问题，电气故障发生概率高。在对电气设备的故障进行判断及处理时，传统方式是在电气设备内提取油和气，借助气体样本进行分析，这在效率及成本上都不具备优势，有时会影响整个电气线路的运行效率。人工智能技术在故障诊断上具备提速及降低难度的优势，可以满足突发故障的处理需求。在具体实施上，主要是借助人工智能技术支持下的专家技术、神经网络技术及模糊理论等，对电气设备的故障点进行快速判定，然后对故障信息进行提取和分析，直至找到故障源。例如，在神经网络技术的支持下，可以在计算机中输入设备运行参数，由自动化系统对参数进行监控，然后将异常数据提供给人工智能终端，让其通过信息数据的变化对电气设备及线路的性能进行评估，最后采用人工智能技术中的数值计算机符号推理等诊断方法来提出解决故障的方案。从实际效果上看，借助人工智能技术中的专家系统，可以解决电气系统及设备的绝大多数故障。

4结论

人工智能技术的出现及应用，给电气工程及自动化领域起到了助推作用。在应用人工智能技术时，应结合电气工程及自动化的具体情况，发挥人工智能技术在电气设备产品设计、电气操作控制、電气资源利用、电气故障维保等方面的作用，使电气工程及自动化领域能够取得更大突破。