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1 故障診斷技術的發(fā)展[1]
故障診斷(FD)始于(機械)設備故障診斷,其全名是狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷(CMFD)。它包含兩方面內容:一是對設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)測;二是在發(fā)現(xiàn)異常情況后對設備的故障進行分析、診斷。故障診斷技術是一門交叉學科,融合了現(xiàn)代控制理論、信號處理、模式識別、最優(yōu)化方法、決策論、人工智能等,為解決復雜系統(tǒng)的故障診斷問題提供了強有力的理論基礎,同時實現(xiàn)了故障診斷技術的實用化;近二十年來,由于技術進步與市場需求的雙重驅動,故障診斷技術得到了快速發(fā)展,已在航空航天、核反應堆、電廠、鋼鐵、化工等行業(yè)得到了成功應用,取得了顯著的經(jīng)濟效益;從故障診斷技術誕生起,國際自動控制界就給予了高度重視。
以運動機械的振動檢測為中心,輔助以溫度、壓力、位移、轉速和電流等各種參數(shù)的采集,從而對鋼鐵冶煉中的各種大型傳動設備的狀態(tài)進行分析和判斷,從而達到故障診斷的目的。
2 故障診斷的主要理論和方法[2-3]
1971年Beard 發(fā)表的博士論文以及Mehra和Peschon發(fā)表的論文標志著故障診斷這門交叉學科的誕生。發(fā)展至今已有30多年的發(fā)展歷史,但作為一門綜合性新學科——故障診斷學——還是近些年發(fā)展起來的。從不同的角度出發(fā)有多種故障診斷分類方法,這些方法各有特點,但從學科整體可歸納以下幾類方法。
1) 基于系統(tǒng)數(shù)學模型的診斷方法:該方法以系統(tǒng)的數(shù)學模型為基礎,以現(xiàn)代控制理論和現(xiàn)代優(yōu)化方法為指導,利用Luenberger觀測器 、等價空間方程、Kalman濾波器、參數(shù)模型估計與辨識等方法產(chǎn)生殘差,然后基于某種準則或閥值對殘差進行分析與評價,實現(xiàn)故障診斷。該方法要求與控制系統(tǒng)緊急結合,是實現(xiàn)監(jiān)控、容錯控制、系統(tǒng)修復與重構等的前提、得到了高度重視,但是這種方法過于依賴系統(tǒng)數(shù)學模型的精確性,對于非線性高耦合等難以建立數(shù)學模型的系統(tǒng),實現(xiàn)起來較困難。如狀態(tài)估計診斷法、參數(shù)估計診斷法、一致性檢查診斷法等。
2) 基于系統(tǒng)輸入輸出信號處理的診斷方法:通過某種信息處理和特征提取方法來進行故障診斷,應用較多的有各種譜分析方法、時間序列特征提取方法、自適應信號處理方法等。這種方法不需要對象的準備模型,因此適應性強。這類診斷方法有基于小波變換的診斷方法、基于輸出信號處理的診斷方法、基于時間序列特征提取的診斷方法?;谛畔⑷诤系脑\斷方法等。
3) 基于人工智能的診斷方法:基于建模處理和信號處理的診斷技術正發(fā)展為基于知識處理的智能診斷技術。人工智能最為控制領域最前沿的學科,在故障診斷中已得到成功的應用。對于那些沒有精確數(shù)學模型或者很難建立數(shù)學模型的復雜大系統(tǒng),人工智能的方法有其與生俱來的優(yōu)勢。基于專家系統(tǒng)的智能診斷技術、基于神經(jīng)網(wǎng)絡的智能診斷技術與基于模糊邏輯的診斷方法已成為解決復雜大系統(tǒng)故障診斷的首選方法,有很高的研究價值和應用前景。這類智能診斷方法有基于專家系統(tǒng)的智能診斷技術、基于神經(jīng)網(wǎng)絡的智能診斷技術、基于模糊邏輯的診斷方法、基于故障樹分析的診斷方法等。
4) 其它診斷方法:其它診斷方法有模式識別診斷方法、定性模型診斷方法以及基于灰色系統(tǒng)理論的診斷方法等。另外還包括前述方法之間互相耦合、互補不足而形成的一些混合診斷方法。
3 鋼鐵行業(yè)中故障診斷技術的應用[4-6]
鋼鐵行業(yè)中的主要機械設備是各種傳動設備和液壓設備,如軋機、傳送帶、各種風機等。它們的工作狀況決定了生產(chǎn)效率和鋼鐵冶煉的質量,對這些設備狀態(tài)的在線檢測,能夠及時、準確的檢測出生產(chǎn)設備的運行狀況,并給出相應的操作和建議。因此建立相應的故障診斷系統(tǒng)對整個系統(tǒng)的正常運行特別重要。于是針對鋼鐵行業(yè)特殊的機械環(huán)境(多傳動設備和液壓設備),相應的故障診斷系統(tǒng)也必須以這些設備的特點而建立。主要原理是以運動機械的振動參量檢測為中心,輔助以溫度、壓力、位移、轉速和電流等各種參數(shù)的采集,從而對這些大型傳動設備的狀態(tài)進行分析和判斷,再進行相應的處理。整套故障診斷系統(tǒng)由計算機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集單元、檢測元件、數(shù)據(jù)通訊單元以及專業(yè)開發(fā)軟件組成。此系統(tǒng)既可單獨工作,又可和DCS或PLC組成分散式故障診斷系統(tǒng)對所遇生產(chǎn)設備進行監(jiān)控和故障診斷。整個系統(tǒng)的工作流程圖如圖1所示。
機械振動是普遍存在工程實際中,這種振動往往會影響其工作精度,加劇及其的磨損,加速疲勞損壞;同時由于磨損的增加和疲勞損壞的產(chǎn)生又會加劇機械設備的振動,形成一個惡性循環(huán),直至設備發(fā)生故障,導致系統(tǒng)癱瘓、損壞。同時機械設備的工作環(huán)境也是造成機械設備發(fā)生故障主要原因之一,因此,根據(jù)對機械振動信號和工作環(huán)境溫度、濕度的測量和分析,不用停機和解體方式,就可以對機械的惡劣程度和故障性質有所了解。同時根據(jù)以往經(jīng)驗建立相應的處理機制庫,從而針對不同的故障做出相應的診斷和處理。整個處理過程如下:
1)傳感器采集設備工作狀態(tài)信號。如各種傳動裝置的振動信號、溫度信號、液壓裝置的壓力、流量和功率信號等。
2)特征信號提取。將各種傳感器采集信號進行信號分類,刷選出相應的傳感器信號,如振動傳感器采集的文振動強度信號、壓力傳感器采集的壓力信號等。
3)對特征信號處理。對傳感器采集的特征信號進行濾波、放大等處理,提取出相應的特征信號。
4)對采集信號進行故障診斷。將提取的特征信號進行判斷處理,選擇相應的故障方法(如小波變換法),分析故障類型和設備狀態(tài),然后查詢故障類型庫,做出相應的決策。
4 結束語
建立在現(xiàn)代故障診斷技術上的鋼鐵冶煉設備故障診斷系統(tǒng),可對設備的運行狀態(tài)進行實時在線檢測、通過對其監(jiān)測信號的處理與分析,可真實地反映出設備的運行狀態(tài)和松動磨損等情況的發(fā)展程度及趨勢,為預防事故、科學合理安排檢修提供依據(jù),可以提高設備的利用效率,產(chǎn)生了很大的經(jīng)濟價值,對此類故障診斷系統(tǒng)的研究有很深遠的意義。
參考文獻
[1] 沈慶根,鄭水英.設備故障診斷[M].北京:化學工業(yè)出版社,2006.
[2] 王仲生.智能故障診斷與容錯控制[M].西安:西北工業(yè)大學出版社,2005.
[3] 李民中.狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術在煤礦大型機械設備上的應用[J].煤礦機械,2006(03).
[4] 傅其鳳,葛杏衛(wèi).基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的旋轉機械故障診斷[J].煤礦機械,2006(04).
關鍵詞:鋼鐵 冶煉設備 故障 措施
在連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)中,如果某臺關鍵設備因故障而不能繼續(xù)運行,往往會涉及全廠生產(chǎn)系統(tǒng)設備的運行,而造成巨大的經(jīng)濟損失。因此,對于連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng),例如電力系統(tǒng)的汽輪發(fā)電機組、冶金過程及化工過程的關鍵設備等,故障診斷具有極為重要的意義。
對于某些關鍵機床設備,因故障存在而導致加工質量降低,使整個機器產(chǎn)品質量不能保證,這時故障診斷技術也不容忽視。
故障診斷的基礎是建立在能量耗散原理上的。所有設備的作用都是能量轉換與傳遞,設備狀態(tài)愈好,轉換與傳遞過程中的附加能量損耗愈小。例如機械設備,其傳遞的能量是以力、速度兩個主要物理參數(shù)來表征,附加能量損耗主要通過溫度及振動參數(shù)表現(xiàn)。隨著設備劣化程度加大,附加能量損耗也增大。因此,監(jiān)測附加能量損耗的變化,可以了解設備劣化程度。
一、 鋼鐵冶煉機械設備故障診斷技術的發(fā)展
診斷技術發(fā)展幾十年來,產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益,成為各國研究的熱點。從診斷技術的各分支技術來看,美國占有領先地位。美國的一些公司,如Bently,HP等,他們的監(jiān)測產(chǎn)品基本上代表了當今診斷技術的最高水平,不僅具有完善的監(jiān)測功能,而且具有較強的診斷功能,在宇宙、軍事、化工、工業(yè)等方面具有廣泛的應用。
我國診斷技術的發(fā)展始于70年代末,而真正的起步應該從1983年南京首屆設備診斷技術專題座談會開始。雖起步較晚,但經(jīng)過近幾年的努力,加上政府有關部門多次組織外國診斷技術專家來華講學,已基本跟上了國外在此方面的步伐,在某些理論研究方面已和國外不相上下。目前我國在一些特定設備的診斷研究方面很有特色,形成了一批自己的監(jiān)測診斷產(chǎn)品。全國各行業(yè)都很重視在關鍵設備上裝備故障診斷系統(tǒng),特別是智能化的故障診斷專家系統(tǒng),在電力系統(tǒng)、石化系統(tǒng)、冶金系統(tǒng)、以及高科技產(chǎn)業(yè)中的核動力電站、航空部門和載人航天工程等。工作比較集中的是大型旋轉機械故障診斷系統(tǒng),已經(jīng)開發(fā)了20種以上的機組故障診斷系統(tǒng)和十余種可用來做現(xiàn)場故障診斷的便攜式現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器。透平發(fā)電機、壓縮機的診斷技術已列入國家重點攻關項目并受到高度重視;而西安交通大學的“大型選轉機械計算機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)”,哈爾濱工業(yè)大學的“機組振動微機監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)”。東北大學設備診斷工程中心經(jīng)過多年研究,研制成功了“軋鋼機狀態(tài)監(jiān)測診斷系統(tǒng)”,“風機工作狀態(tài)監(jiān)測診斷系統(tǒng)”,均取得了可喜的成果。
故障診斷(FD)始于(機械)設備故障診斷,其全名是狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷(CMFD)。故障診斷技術是一門交叉學科 ,為解決復雜系統(tǒng)的故障診斷問題提供了強有力的理論基礎,同時實現(xiàn)了故障診斷技術的實用化;近二十年來,由于技術進步與市場需求的雙重驅動,故障診斷技術得到了快速發(fā)展,已在航空航天、核反應堆、電廠、鋼鐵、化工等行業(yè)得到了成功應用,取得了顯著的經(jīng)濟效益;從故障診斷技術誕生起,國際自動控制界就給予了高度重視。
二、鋼鐵冶煉機械設備故障診斷的主要理論及其方法
從不同的角度出發(fā)有多種故障診斷分類方法,這些方法各有特點,但從學科整體可歸納以下幾類方法。
1、基于系統(tǒng)數(shù)學模型的診斷方法:該方法以系統(tǒng)的數(shù)學模型為基礎,以現(xiàn)代控制理論和現(xiàn)代優(yōu)化方法為指導,利用Luenberger觀測器 、等價空間方程、Kalman濾波器、參數(shù)模型估計與辨識等方法產(chǎn)生殘差,然后基于某種準則或閥值對殘差進行分析與評價,實現(xiàn)故障診斷。該方法要求與控制系統(tǒng)緊急結合,是實現(xiàn)監(jiān)控、容錯控制、系統(tǒng)修復與重構等的前提、得到了高度重視,但是這種方法過于依賴系統(tǒng)數(shù)學模型的精確性,對于非線性高耦合等難以建立數(shù)學模型的系統(tǒng),實現(xiàn)起來較困難。 2、基于系統(tǒng)輸入輸出信號處理的診斷方法:通過某種信息處理和特征提取方法來進行故障診斷,應用較多的有各種譜分析方法、時間序列特征提取方法、自適應信號處理方法等。這種方法不需要對象的準備模型,因此適應性強。這類診斷方法有基于小波變換的診斷方法、基于輸出信號處理的診斷方法、基于時間序列特征提取的診斷方法。
3、基于人工智能的診斷方法:基于建模處理和信號處理的診斷技術正發(fā)展為基于知識處理的智能診斷技術。人工智能最為控制領域最前沿的學科,在故障診斷中已得到成功的應用。對于那些沒有精確數(shù)學模型或者很難建立數(shù)學模型的復雜大系統(tǒng),人工智能的方法有其與生俱來的優(yōu)勢?;趯<蚁到y(tǒng)的智能診斷技術、基于神經(jīng)網(wǎng)絡的智能診斷技術與基于模糊邏輯的診斷方法已成為解決復雜大系統(tǒng)故障診斷的首選方法,有很高的研究價值和應用前景。
4、其它診斷方法:其它診斷方法有模式識別診斷方法、定性模型診斷方法以及基于灰色系統(tǒng)理論的診斷方法等。另外還包括前述方法之間互相耦合、互補不足而形成的一些混合診斷方法。
三、鋼鐵行業(yè)中機械設備故障診斷技術的應用
鋼鐵行業(yè)中的主要機械設備是各種傳動設備和液壓設備,如軋機、傳送帶、各種風機等。它們的工作狀況決定了生產(chǎn)效率和鋼鐵冶煉的質量,對這些設備狀態(tài)的在線檢測,能夠及時、準確的檢測出生產(chǎn)設備的運行狀況,并給出相應的操作和建議。因此建立相應的故障診斷系統(tǒng)對整個系統(tǒng)的正常運行特別重要。于是針對鋼鐵行業(yè)特殊的機械環(huán)境(多傳動設備和液壓設備),相應的故障診斷系統(tǒng)也必須以這些設備的特點而建立。主要原理是以運動機械的振動參量檢測為中心,輔助以溫度、壓力、位移、轉速和電流等各種參數(shù)的采集,從而對這些大型傳動設備的狀態(tài)進行分析和判斷,再進行相應的處理。整套故障診斷系統(tǒng)由計算機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集單元、檢測元件、數(shù)據(jù)通訊單元以及專業(yè)開發(fā)軟件組成。此系統(tǒng)既可單獨工作,又可和DCS或PLC組成分散式故障診斷系統(tǒng)對所遇生產(chǎn)設備進行監(jiān)控和故障診斷。
機械振動是普遍存在工程實際中,這種振動往往會影響其工作精度,加劇及其的磨損,加速疲勞損壞;同時由于磨損的增加和疲勞損壞的產(chǎn)生又會加劇機械設備的振動,形成一個惡性循環(huán),直至設備發(fā)生故障,導致系統(tǒng)癱瘓、損壞。同時機械設備的工作環(huán)境也是造成機械設備發(fā)生故障主要原因之一,因此,根據(jù)對機械振動信號和工作環(huán)境溫度、濕度的測量和分析,不用停機和解體方式,就可以對機械的惡劣程度和故障性質有所了解。同時根據(jù)以往經(jīng)驗建立相應的處理機制庫,從而針對不同的故障做出相應的診斷和處理。整個處理過程如下:
1、傳感器采集設備工作狀態(tài)信號。如各種傳動裝置的振動信號、溫度信號、液壓裝置的壓力、流量和功率信號等。
2、特征信號提取。將各種傳感器采集信號進行信號分類,刷選出相應的傳感器信號,如振動傳感器采集的文振動強度信號、壓力傳感器采集的壓力信號等。
3、對特征信號處理。對傳感器采集的特征信號進行濾波、放大等處理,提取出相應的特征信號。
4、對采集信號進行故障診斷。將提取的特征信號進行判斷處理,選擇相應的故障方法(如小波變換法),分析故障類型和設備狀態(tài),然后查詢故障類型庫,做出相應的決策。
四、結束語
建立在現(xiàn)代故障診斷技術上的鋼鐵冶煉設備故障診斷系統(tǒng),可對設備的運行狀態(tài)進行實時在線檢測、通過對其監(jiān)測信號的處理與分析,可真實地反映出設備的運行狀態(tài)和松動磨損等情況的發(fā)展程度及趨勢,為預防事故、科學合理安排檢修提供依據(jù),可以提高設備的利用效率,產(chǎn)生了很大的經(jīng)濟價值,對此類故障診斷系統(tǒng)的研究有很深遠的意義。
參考文獻:
關鍵詞:交通運輸設備制造業(yè);產(chǎn)業(yè)關聯(lián);感應度系數(shù);影響力系數(shù)
中圖分類號:F223 文獻標志碼:A 文章編號:1673-291X(2013)11-0055-02
引言
產(chǎn)業(yè)關聯(lián)理論是認識一個國家在一定時期內的社會再生產(chǎn)過程之全貌的一種工具,不僅有助于了解國民經(jīng)濟各產(chǎn)業(yè)部門的比例關系,也可以作為進行經(jīng)濟預測和經(jīng)濟決策的輔助工具。一般地,產(chǎn)業(yè)關聯(lián)指產(chǎn)業(yè)間以各種投入品和產(chǎn)出品為連接紐帶的技術經(jīng)濟聯(lián)系。產(chǎn)業(yè)關聯(lián)理論,是從量的角度靜態(tài)考察國民經(jīng)濟各產(chǎn)業(yè)部門間技術經(jīng)濟聯(lián)系與聯(lián)系方式,即產(chǎn)業(yè)間的投入與產(chǎn)出的量化比例關系。
從產(chǎn)業(yè)之間供給與需求聯(lián)系的角度看,這種關聯(lián)關系分為3種:一是前向關聯(lián),即交通運輸設備制造業(yè)與需求本產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品或服務的產(chǎn)業(yè)的關聯(lián),交通運輸設備制造業(yè)對該產(chǎn)業(yè)主要產(chǎn)生供給推動作用;二是后向關聯(lián),即交通運輸設備制造業(yè)與向本產(chǎn)業(yè)供給生產(chǎn)要素的產(chǎn)業(yè)的關聯(lián),交通運輸設備制造業(yè)對該產(chǎn)業(yè)主要產(chǎn)生需求拉動作用;三是環(huán)向關聯(lián),交通運輸設備制造業(yè)與那些既向本產(chǎn)業(yè)提供生產(chǎn)要素又將本產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品或服務作為其生產(chǎn)要素的產(chǎn)業(yè)的關聯(lián),交通運輸設備制造業(yè)對該產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生拉動和推動雙向作用。
一、交通運輸設備制造業(yè)關聯(lián)性實證研究
(一)交通運輸設備制造業(yè)后向關聯(lián)度
1.后向直接關聯(lián)度
直接關聯(lián)度反映某產(chǎn)業(yè)在生產(chǎn)運行過程中,因直接消耗而對其他產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生的拉動和影響作用,可由直接消耗系數(shù)表示。以下為計算整理2007年北京市42部門投入產(chǎn)出表直接消耗系數(shù)表,選出與交通運輸設備制造業(yè)后向直接關聯(lián)度前5位產(chǎn)業(yè)。見表1。
表1 交通運輸設備制造業(yè)直接消耗系數(shù)表前5位
從表1可以看出,交通運輸設備制造業(yè)對本部門、批發(fā)和零售業(yè)、金屬冶煉及壓延加工業(yè)、化學工業(yè)及其他制造業(yè)直接消耗比較多,而對其他產(chǎn)業(yè)直接消耗很少,如食品制造業(yè)、農業(yè)、采掘業(yè)、建筑業(yè)。這也從側面反映出交通設備制造業(yè)對金屬產(chǎn)品加工制造業(yè)、化學工業(yè)及其他制造業(yè)的依賴程度較大,已形成了緊密的聯(lián)系。如對金屬產(chǎn)品制造業(yè)的消耗體現(xiàn)在金屬初級品的消耗及相關配套金屬件的使用上;對化學工業(yè)的消耗體現(xiàn)在電噴、電鍍、油漆等一些化學品的使用上。
2.后向完全關聯(lián)度
一個產(chǎn)業(yè)在生產(chǎn)過程中的直接消耗和全部的間接消耗之和構成了該產(chǎn)業(yè)的完全消耗。產(chǎn)業(yè)間的后向完全關聯(lián)度用完全消耗系數(shù)表示。表2為與交通運輸設備制造業(yè)后向完全關聯(lián)度前5位產(chǎn)業(yè)。
表2 交通運輸設備制造業(yè)完全消耗系數(shù)表前5位
從表2可以看出交通運輸設備制造業(yè)對其他部門的完全消耗情況,完全消耗比較多的部門主要體現(xiàn)在本部門、金屬冶煉及壓延加工業(yè)、化學工業(yè)以及其他制造業(yè),這與直接消耗系數(shù)表反映的情況大致相同。這更加表明了交通設備制造業(yè)對金屬產(chǎn)品加工制造業(yè)、化學工業(yè)及其他制造業(yè)的依賴程度較大。如果這些產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不平衡,也會影響交通運輸設備制造業(yè)的發(fā)展。
結合表1、表2可以看出,交通運輸設備制造業(yè)的發(fā)展可以加大其對后向相關產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品消耗,從而拉動和影響后向相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
(二)交通運輸設備制造業(yè)前向關聯(lián)度
1.前向直接關聯(lián)度
交通運輸設備制造業(yè)直接關聯(lián)度可由直接分配系數(shù)表示,其經(jīng)濟含義是,某產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品分配給另一個產(chǎn)業(yè)作為中間產(chǎn)品直接使用的價值占該種產(chǎn)品總產(chǎn)出的比例。交通運輸設備制造業(yè)的直接分配系數(shù)越大,說明其他產(chǎn)業(yè)對交通運輸設備制造業(yè)的直接需求越大,交通運輸設備制造業(yè)的直接供給推動作用越明顯。與交通運輸設備制造業(yè)前向直接關聯(lián)度前5位產(chǎn)業(yè)見表3。
表3 交通運輸設備制造業(yè)直接分配系數(shù)表前5位
從表3可以看出,除了對本部門與交通運輸及倉儲業(yè)的直接分配系數(shù)較大,對其余產(chǎn)業(yè)部門的直接分配系數(shù)均比較小,說明交通運輸設備制造業(yè)的產(chǎn)品在全行業(yè)生產(chǎn)中作為其他部門的消耗品所占份額較小。從而間接地表明了,交通運輸設備制造業(yè)更加傾向于最終需求型制造業(yè)的特征,其產(chǎn)品更多的是作為最終消費產(chǎn)品。
2.前向完全關聯(lián)度
交通運輸設備制造業(yè)的前向完全關聯(lián)度可以由完全分配系數(shù)表示。完全分配系數(shù)的經(jīng)濟含義是,某產(chǎn)業(yè)或部門每一個單位增加值通過直接或間接聯(lián)系需要向另一個產(chǎn)業(yè)提供的分配量。完全分配系數(shù)越大,說明一個產(chǎn)業(yè)對另一個產(chǎn)業(yè)的供給推動作用越大,產(chǎn)業(yè)之間的前向完全關聯(lián)度越大。與交通運輸設備制造業(yè)前向完全關聯(lián)度前5位產(chǎn)業(yè)見表4。
表4 交通運輸設備制造業(yè)完全分配系數(shù)表前5位
從表4可以看出,相對于直接分配系數(shù),除了本部門與交通運輸及倉儲業(yè)系數(shù)依舊較高,交通運輸設備制造業(yè)對其他產(chǎn)業(yè)的完全分配系數(shù)均有所提高。說明交通運輸設備制造業(yè)作為間接投入對其他產(chǎn)業(yè)提供的產(chǎn)品或者服務比較明顯。
結合以上分析以及表3、表4可以看出,交通運輸設備制造業(yè)作為直接投入對其他產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動作用不太明顯,其產(chǎn)品表現(xiàn)出最終消費品的特征。而作為間接投入,對其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展顯現(xiàn)出叫明顯的推動作用,其他產(chǎn)業(yè)對交通運輸設備制造業(yè)的需求也較大。
(三)交通運輸設備制造業(yè)的行業(yè)波及效果分析
1.交通運輸設備制造業(yè)感應度系數(shù)
產(chǎn)業(yè)感應度系數(shù)反映其他產(chǎn)業(yè)最終需求的變化而使該產(chǎn)業(yè)發(fā)生變化的程度。感應度越高,越容易成為瓶頸部門。根據(jù)里昂惕夫逆矩陣和公式計算出2007年北京市42部門的感應度系數(shù),篩選出感應度系數(shù)較大的產(chǎn)業(yè),見表5。
從表5可以看出,交通運輸設備制造業(yè)的感應度系數(shù)為1.122 6>1,處于全行業(yè)平均水平之上。表明交通運輸設備制造業(yè)在經(jīng)濟活動中受其他產(chǎn)業(yè)影響的波及程度比較明顯,國民經(jīng)濟各部門的發(fā)展對該部門生產(chǎn)需求的推動作用較大,該產(chǎn)業(yè)容易成為瓶頸部門。因此,交通運輸設備制造業(yè)應該作為北京優(yōu)先發(fā)展的產(chǎn)業(yè)重點扶持。
表5 產(chǎn)業(yè)感應度系數(shù)
2.交通運輸設備制造業(yè)影響力系數(shù)
產(chǎn)業(yè)影響力系數(shù)反映該產(chǎn)業(yè)最終需求變化而使其他產(chǎn)業(yè)發(fā)生相應變化的程度。影響力系數(shù)越大,表示該部門對國民經(jīng)濟各部門生產(chǎn)需求的拉動作用越大。根據(jù)里昂惕夫逆矩陣和公式計算出42部門的影響力系數(shù),見表6。
表6 產(chǎn)業(yè)影響力系數(shù)前5位
從表6可以看出,交通運輸設備制造業(yè)影響力系數(shù)為1.2804>1,高居第3位,處于全行業(yè)平均水平之上。表明交通運輸設備制造業(yè)產(chǎn)出的增加對其他產(chǎn)業(yè)部門產(chǎn)出增加的影響非常大,對國民經(jīng)濟發(fā)展的拉動作用也非常大。
結合以上數(shù)據(jù)分析,交通運輸設備制造業(yè)的感應度系數(shù)與影響力系數(shù)均大于1,處于全行業(yè)平均水平之上,因此,該產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟生產(chǎn)中是其他部門所消耗的中間產(chǎn)品的主要供應部門,同時,在生產(chǎn)過程中又大量消耗其他部門的產(chǎn)品,具有較強的輻射作用,是帶動北京市國民經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)。
二、結論
雖然目前接觸到的物聯(lián)網(wǎng)設備多數(shù)小巧玲瓏,不過實際上它們與人們熟知的電腦一樣,也是由硬件+操作系統(tǒng)構成,因此它們同樣會受到傳統(tǒng)漏洞和攻擊的威脅,加上由于物聯(lián)網(wǎng)設備多以不同形態(tài)示人,導致人們普遍對其威脅性認識不足。
然而隨著物聯(lián)網(wǎng)設備的快速普及,據(jù)Gartner的預計到2020年物聯(lián)網(wǎng)設備將達到208億件,因此,基于這些IoT設備的網(wǎng)絡攻擊將日益凸顯。2015年,就有安全公司在可連網(wǎng)相機內發(fā)現(xiàn)了一種被稱為Conficker蠕蟲病毒的惡意軟件,借助該病毒,黑客不僅可以收集個人信息,引導下載更多的惡意程序,還可以借其變種營造龐大的僵尸網(wǎng)絡。而這也從側面反映出IoT制造商在生產(chǎn)和銷售其產(chǎn)品時,對其自身系統(tǒng)的不了解。那么對于使用者來說,其潛在危害性更可見一斑了。
同時,企業(yè)為了進一步降低運營成本也會逐步借助大量的物聯(lián)網(wǎng)設備來提高工作效率,而一旦物聯(lián)網(wǎng)設備中存在漏洞,便有可能導致廣泛的數(shù)據(jù)泄露。因此,當企業(yè)面對日益增多的物聯(lián)網(wǎng)設備時,又該部署哪些安全策略進行防護呢?
第一,全面防護。確保數(shù)據(jù)安全,加密的數(shù)據(jù)中心或者云端以及介于兩者之間的措施。另外終端安全、網(wǎng)絡安全、身份和驗證管理等方面也需要注意。
第二,設備研究。需要了解物聯(lián)網(wǎng)設備,數(shù)據(jù)收集和發(fā)送的源和目標、誰請求這些數(shù)據(jù)、漏洞評估和設備認證。
第三,審計網(wǎng)絡。在安裝設備之前做好審計。這樣能夠更好地了解設備對網(wǎng)絡流量的影響,并且需要評估當設備安裝完成后會有哪些影響,需要確保任何改變都在可控程度內。
第四,網(wǎng)絡劃分。如果不能完全相信這些物聯(lián)網(wǎng)設備,最好將它們放在獨立的網(wǎng)段中,例如VLAN劃分,這樣使其不能訪問或者干擾企業(yè)關鍵數(shù)據(jù)。
1.物與物交流的物聯(lián)網(wǎng)時代
物聯(lián)網(wǎng)(Web3)的物與物之間交流不同于Web1的人與物交流與Web2的人與人交流,其主要區(qū)別在于:Web1的物主要指計算機,人與計算機打交道,互聯(lián)網(wǎng)通過計算機終端提供服務,交流之主體是人與計算機;Web2的人與人交流更凸現(xiàn)了實時性和多媒體特征,人們之間的通過文字、圖片、動畫、語音和視頻的形式即時信息互動,超越了人機交互界面,交流之主體是人與人(圖1);而物聯(lián)網(wǎng)之物與物交流是通過傳感技術、無線傳輸技術和互聯(lián)網(wǎng)絡將具有感知的物品連接在一起,“形成了一個更加智慧的生產(chǎn)和生活體系”2,交流之主體則是更為廣泛的包括人類在內之智慧物。
2.物聯(lián)網(wǎng)使具有“智慧”之物成為可能
物(things)指客觀世界中萬物之總稱,“物也者,大共名也”(荀子•正名)。而物聯(lián)網(wǎng)中的“物”是指能夠通過網(wǎng)絡聯(lián)系起來的“物”,換句話說,能否實現(xiàn)此物與彼物的相聯(lián),關鍵在于“物”是否具有相連的條件,即物聯(lián)網(wǎng)中的“物”是否具有環(huán)境感知、身份識別、信息接收和行為決策等智慧特征。只有具有這些特征的“物”構成的“智慧地球”,才可能實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)中物與物的“對話”。因此,物聯(lián)網(wǎng)中的“物”并非是物質世界中所有的物,而是具有一定智慧之物3。智慧是指對事物能迅速、靈活、正確地理解和解決的能力4。按照這一定義,以產(chǎn)品類“物”為例,要使其具有“智慧”似乎是不可能的事。但是,傳感器的應用使產(chǎn)品有了“感覺器官”,RFID的應用使產(chǎn)品有了可識別的身份,再通過無處不在移動網(wǎng)絡使產(chǎn)品有了判斷和處理問題的大腦,原本無意識的物體變成了有智慧的物品。也可以說物聯(lián)網(wǎng)中“物”必須具有一定程度的智慧,至少要讓物聯(lián)網(wǎng)絡知曉你是誰(能識別)、在何處(能定位)和做什么(能感知和溝通)。
設計對象的更新:從常規(guī)智能產(chǎn)品到智慧型物品
從產(chǎn)品設計視角,為了區(qū)分常規(guī)的智能產(chǎn)品設計與面向物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)品設計,我們將后者的設計對象稱之為“智慧型物品”。從本質上說“智慧型產(chǎn)品”的也屬于“智能產(chǎn)品”一類,但其與一般意義的上智能產(chǎn)品有所不同。
1.“智能”有限的智能產(chǎn)品
常規(guī)的智能產(chǎn)品也可以具有感知、決策和執(zhí)行等功能,如智能導航儀、智能洗衣機和智能冰箱等。這類產(chǎn)品是機械、電子、信息和人工智能技術的結晶,美國西北大學教授Norman認為“由于機器的智能并不存于機器中,而是存在于設計者的大腦中;因此,當意外事件發(fā)生時,由于設計者不在場,所以機器往往就不靈了”5。機器的“失靈”并不等于機器完全沒有“智能”,而是設計者使機器所具有的“智能”不能應對“意外事件”。理由有二:第一,設計者設定的或設想的智能處理程序與實際情況不符,因為設計者的智慧總是有限的,不可能窮盡所的可能性;第二,特殊情況下超出了智能產(chǎn)品的應對能力,從而出現(xiàn)錯誤。譬如,GPS導航儀由于無法反映道路擁堵、交通管制或維護等實時情況,從而導致錯誤的導航。
2.“智能”無限的智慧物品
與常規(guī)的智能產(chǎn)品相比,物聯(lián)網(wǎng)中的“物”并不是一個孤立的人工智能產(chǎn)品,而是網(wǎng)絡中的一個節(jié)點或終端,其智能與網(wǎng)絡有密不可分的關系,離開了網(wǎng)絡,其智能成了無本之木和無源之水。以3G手機為例,如果沒有了網(wǎng)絡不僅不能上網(wǎng),甚至電話都不能用了。另一方面,來自物聯(lián)網(wǎng)的智能使產(chǎn)品更具有智慧,如物聯(lián)網(wǎng)導航儀可以隨時接收實時道路情況,選擇最佳的行駛線路;物聯(lián)網(wǎng)冰箱會及時提示用戶購買將要用完食物,進入商家購買界面享受商家自動配送服務。從“戴物聯(lián)網(wǎng)‘表’保老人平安”到“‘智慧旅游’開啟智能時代”無不具有“智慧”的烙印。對于基于物聯(lián)網(wǎng)技術的物聯(lián)網(wǎng)終端產(chǎn)品來說,與其稱為智能產(chǎn)品,莫如定位于“智慧型物品”更為合適。正如前述,這種“智慧型物品”是物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的產(chǎn)物,完全依賴于物聯(lián)網(wǎng)而存在。因而,“智慧型物品”的“智能”存在于物聯(lián)網(wǎng)中之中。名為Nabaztag(后更名Karotz,圖2)的無線智能兔子,法國Violet公司將其稱為首款Facebook硬件。
Karotz是為社群網(wǎng)絡整合打造的,具有“智能”的“智慧型物品”。當連接至互聯(lián)網(wǎng)時,內置網(wǎng)絡攝像頭可在語音識別軟件的指揮下拍攝照片,并將照片上傳至Facebook,且還能閱讀Twitter信息流和天氣播報等內容。在此基礎上Violet公司還推出了Android版和iOS版的一款應用程序,能在Android或iOS移動設備上向Karotz智能兔發(fā)送文字信息,從而讓Karotz“講話”。
從設計“智能產(chǎn)品”到設計“智慧型物品”,設計師的思維方式將發(fā)生變化:智能產(chǎn)品具有智能不再是固化的和有限的,而是動態(tài)的和可擴展的。設計者雖然不能讓產(chǎn)品本身的智能應對所有情況,但可以讓產(chǎn)品接收來自網(wǎng)絡的“智能”變得更加“智慧”。設計師不只是設計產(chǎn)品對象本身,而是要設計好產(chǎn)品與物聯(lián)網(wǎng)對接的形式和獲得智能的路徑。
設計策略的變革:從一體化解決方案到智慧解決方案
物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和應用給人們的生活方式帶來了革命性變化,許多過去認為是天方夜談的事情,如今已變成了現(xiàn)實。千里之外,人們可以看到家中的情景,智能家居讓小偷們“失業(yè)”;憑借一部手機,就能遠程輕松指揮智能家居,顯示了智慧生活的神奇魅力1。顯然要實現(xiàn)這樣的目標,得益于革命性的“智慧解決方案”。
1.一體化解決方案產(chǎn)生的非“聰明”產(chǎn)品
“產(chǎn)品設計的核心是為滿足消費者的需求所提供的產(chǎn)品創(chuàng)新方案”2。這種創(chuàng)新方案并非是一蹴而就,而是對多個產(chǎn)品解決方案的評價、篩選、組合和決策,其根本目標總是為了滿足產(chǎn)品服務的對象——產(chǎn)品消費者(間接用戶或直接用戶)的需要,實現(xiàn)這一目標必然會涉及到產(chǎn)品解決方案的選擇問題。對于常規(guī)的產(chǎn)品設計來說,滿足用戶需求的解決方案主要立足產(chǎn)品對象本身,即利用產(chǎn)品本體所具有的特性和功能來實現(xiàn)設計目標。設計者基于獨立的、有界的或者封閉的產(chǎn)品空間,提出一體化解決方案。立足于產(chǎn)品本身的一體化解決方案由于受自身條件的約束,在由用戶、產(chǎn)品和場景構成的產(chǎn)品系統(tǒng)中,用戶始終是起主導作用的主體,產(chǎn)品總是為用戶服務的客體,二者的主從屬關系也總是恒定的。如家用智能洗衣機,可以自動選擇最佳的洗衣程序,但確不能保證一定能將衣物洗凈;家用智能電冰箱,可以提供最佳的食品保存溫度,但確不可能提醒用戶食品是否超過了保質期。這是因為局限于一體化的產(chǎn)品解決方案,由于缺乏“智慧”是不“聰明”的產(chǎn)品。
2.智慧解決方案催生的“聰明”產(chǎn)品
智慧解決方案超越了一體化解決方案的局限,將立足于產(chǎn)品本身的解決思路擴展到開放的物聯(lián)網(wǎng)空間,利用以“更透徹的感知、更全面的互聯(lián)互通、更深入的智能化為特征”1的智慧方法來實現(xiàn)常規(guī)產(chǎn)品無法企及的目標。實現(xiàn)智慧解決方案的基礎是物-物之間的透徹識別和全面互聯(lián)構成的有機網(wǎng)絡,依托的是物聯(lián)網(wǎng)海量、高速、實時的數(shù)據(jù)超常處理能力和系統(tǒng)、全面和深入的智能決策和行動技術??v觀物聯(lián)網(wǎng)的主要應用領域,如智能醫(yī)療、智能交通、智能電網(wǎng)、智能農業(yè)、智能安防、智能建筑、智能生活和智能家居等均是采用智慧解決方案的結果。
采用智慧解決方案不僅可以構建具有“更深入的智能化”的各類智慧的應用系統(tǒng),還可以設計出“聰明”的各類物聯(lián)網(wǎng)終端產(chǎn)品。正如國際電信聯(lián)盟于2005年的報告中所描繪的那樣:“當司機出現(xiàn)操作失誤時汽車會自動報警;公文包會提醒主人忘帶了什么東西;衣服會告訴洗衣機對顏色和水溫的要求等”。海爾的世界上首臺物聯(lián)網(wǎng)冰箱,不僅可以儲存食物,而且可以通過與網(wǎng)絡連接,實現(xiàn)了冰箱與冰箱里的食品、與超市的食品、與人類之間自由溝通2。例如Wifi體重計(圖3)就像我們的便攜私人健身教練一樣,用戶可以隨時隨地、隨心所欲地咨詢健身相關資料??蓭椭脩魣猿滞瓿晒?jié)食和健身計劃,還可以將數(shù)據(jù)共享到其他健身App中。憑借內置的Wi-Fi連接,可以自動記錄用戶所有的體重數(shù)據(jù)和阻抗測量值,并通過無線方式傳輸?shù)接脩舻膇Phone、iPad和iPodtouch上。用戶通過下載免費的iTunesApp,便可隨時安全登錄查看完整的體重、體重指數(shù)(BMI)、脂肪和肌肉量等信息。與智慧型物品需要依賴于物聯(lián)網(wǎng)技術一樣,設計師要實現(xiàn)設計能夠理解人意圖的“聰明”產(chǎn)品也必將以基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧解決方案為設計策略,這種設計策略采用開放的創(chuàng)新設計思維,體現(xiàn)了直接方式與間接支持、產(chǎn)品終端與網(wǎng)絡系統(tǒng)的交集與整合。
設計思維的轉變:從服務設計到智慧服務設計
服務設計命題的提出,為產(chǎn)品設計提供了一種全新的思維方式,是物質條件不斷提升的前提下,從為生存到為生活方式而設計的設計理念變革之使然。從本質上說,立足于非物質的服務設計是為了“將設計的理念融入到服務的規(guī)劃與流程本身,從而提高服務質量,改善消費者的使用體驗”3,而物聯(lián)網(wǎng)技術的應用和普及則為單純的服務設計轉換為智慧服務設計提供了可能性。
1.從為“一次”到“服務”之設計思維轉變
傳統(tǒng)意義上的產(chǎn)品設計主要針對用戶購買產(chǎn)品的“一次”,由于從“購買——使用——廢棄”全過程完全由用戶自主進行,產(chǎn)品提供的服務功能是在有限的設計過程中完成的,用戶的按受的服務也是在一個有界空間進行的。在服務設計之中,所謂的產(chǎn)品只不過是為用戶提供服務的一個節(jié)點或產(chǎn)品終端,設計不再囿于相對獨立的產(chǎn)品和不可拓展的服務。可以認為,為“一次”的設計是有限的,而為“服務”的設計是無限的。從“有限的服務”到“無限的服務”促使了設計思維的轉變與創(chuàng)新:首先,由于產(chǎn)品與服務融為一體的服務設計是“包括服務模式、商業(yè)化模式、產(chǎn)品平臺和交互界面的的一體化設計”1,因而這種設計必定是多學科的團隊行為,服務體系的構建需要不同背景開發(fā)人員同力完成。其二,實現(xiàn)“無限的服務”,需要一個合適的運作平臺,該平臺允許眾多的第三方設計公司可以在平臺上、斷更新和擴充服務功能和內容,以滿足用戶的無限需求。蘋果公司的AppStore和iTunes、GooglePlay以及諾基亞的OviStore等正是這種平臺的具體體現(xiàn)。
2.從為“接受服務”到為“智慧服務”之設計思維轉變
物聯(lián)網(wǎng)的引入使服務系統(tǒng)的感知服務成為可能。接受服務的對象進入服務提供環(huán)境之后,由無處不在的計算技術和網(wǎng)絡構成智慧系統(tǒng)就能夠自動識別接受服務的對象,從而提供相應的服務。如應用于北京故宮、成都都江堰、南京中山陵和杭州虎跑寺等景點的自動導游系統(tǒng)借助集智能多媒體導游和GPS全球定位系統(tǒng),隨時感知游客所處的景點位置,自動進行詳細的講解。這種服務模式雖然只是基于物聯(lián)網(wǎng)技術的服務雛形,但其“智慧”特色已見端倪?;谖锫?lián)網(wǎng)的智慧服務系統(tǒng)的設計不只是對用戶需求、產(chǎn)品終端、計算技術和互聯(lián)網(wǎng)絡的整合,其服務對象和形式也將發(fā)生變化。服務對象將由消費者擴展為物聯(lián)網(wǎng)中的“物節(jié)點”,如汽車自動駕駛、不停車自動繳費、寵物位置定位、遠程信息采集和安全防護監(jiān)控等。服務的形式將由接受服務擴展為基于感知識別的更智能的個性化“智慧服務”,如根據(jù)感知到的病人狀況,提供醫(yī)療咨詢和診治建議、根據(jù)感知到的家庭養(yǎng)花的物理信息(品種、濕度、溫度和養(yǎng)分等)提供自動養(yǎng)護等。物聯(lián)網(wǎng)的引入對服務設計注入了新的生命力,設計創(chuàng)新與科學技術的結合,將使真正智能化的智慧服務成為現(xiàn)實。
武漢僑亞百老匯信息技術有限公司利用物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、無線通信等信息化技術,提出“信息化養(yǎng)老”服務模式,希望將智能養(yǎng)老服務模式延伸至老人家中。E-脈手表的服務內容涵蓋老年人生活的各個方面,包括生活照料、家政服務、康復護理、醫(yī)療保健、精神慰藉等,該方案以網(wǎng)絡和電話為主要實現(xiàn)形式,整合社會上已成熟的專業(yè)化老年服務機構力量,結合信息化終端E-脈手表和智能健康養(yǎng)老服務站為老人搭建了一個居家養(yǎng)老的信息化服務平臺2。
結語