一级计量师

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前景广阔的模糊技术

（一）

在现实生活中，有很多现象并非界限分明。比如说“百把斤”、“个把钟点”、“七老八十”、“比较热”，虽然没有指出具体计量数据，但人们一听也都明白。这就是日常生活中的“模糊”语言，或称语言概念中的“模糊程度”。

“模糊”一词在英文中名为“Fuzzy”，除有“模糊”的概念外，还有“不分明”和“边界不清”的含意。比如白与黑、胖与瘦、高与低、深与浅等，本应泾渭分明，但在这明显的两极幅度间，却有不白不黑、不胖不瘦、不高不低、不深不浅的概念。这些“模棱两可”和“不分明”现象是在自然界和社会生活中普遍存在的，而这种不分明性被称之为模糊性。由此看出，“模糊”概念是建立在近似推论之上的近似概念。

（二）

为了寻求解决概念划分上不确定现象的思维模式和方法，1965年，美国加州大学伯克利分校的一位名为洛特菲·扎德（L）A（Zadeh）教授，发表了轰动科坛的着名论文《模糊集合理论》（Fuzzy Set），标志着数学的一个分支——模糊数学的诞生。模糊数学把复杂系统中所呈现的大量模糊现象作为研究对象，把数学从处理两种绝对状态（即绝对发生，概率为1；绝对不发生，概率为0）转移到连续值的逻辑上来，在适当的限度上相对地加以划分。以此为基础，建立了模糊集合的运算、变换等理论，为解决模糊现象找到了一套理论和方法。随之模糊代数及模糊逻辑等亦因而问世，并已经在图像识别、人工智能等许多方面得到了广泛应用。模糊理论认为，只要抓住控制事物的主要本质方面，在无关紧要的小问题上“模糊”一点并无妨碍，“能模糊处且模糊”的概念输入电脑，引进控制学说，就产生了模糊逻辑控制。例如机械系统的模糊可靠性设计，是将各种设计参数作为具有某种连续性型隶属函数的模糊变量来处理，在规定的模糊可靠度下，可设计出结构简单、重量轻、成本低的产品来。值得一提的是模糊集合论与经典集合论相比是一个巨大的飞跃，它使经典数学“非此即彼”的性质拓宽到“亦此亦彼”，使二值逻辑推入多值逻辑，从而强化了精确数学的内容，为解决客观事物差距的中间过渡的“不分明”和“边界不清”现象提供了理论依据，将模糊的存在用数学形式来表示，并将被控制的模糊现象采用模糊数学的方法进行量化，输入或输出计算机进行控制，使电脑接近人脑。

（三）

随着模糊理论的出现，人们开始应用模糊技术。模糊技术主要包括模糊判断、模糊控制、模糊诊断及模糊设计、模糊决策等方面。在模糊控制中，可以把人的经验归纳成定性表达的一组条件语句，然后利用模糊理论的工具把它定量化，以实现模仿人的操作效果。在实际运行时，控制器先要感知对象的输出情况，比如自动驾驶汽车，控制器先是精确接收路况和运行规则的各种信息，通常把信息数据解析出输出误差和误差变化率，然后把它们转化成模糊量，并根据推理合成规则推算出模糊控制量——决策意图。再把它转化为确定的控制量（行止、速度、方向等），并加到对象上去（油门、方向盘、刹车）完成自动驾驶操作。

当今模糊控制技术已发展成为更高级、更复杂的信息处理系统。一些国家甚至将其列为21世纪国际竞争的战略要点。70年代后，国外已成功地在蒸汽机、锅炉、压力容器、热交换器等多方面采用了模糊控制技术。到了90年代，模糊理论研究和工程应用已取得了突破性进展。

随着模糊技术的发展，多种多样的模糊技术产品相继问世，已有洗衣机、电视机、电冰箱、空调器、摄像机、吸尘器、微波炉等40多种。这些模糊家电由于能最大限度地顺应人们日常生活的需要，例如模糊洗衣机模仿人脑的功能，将人的模糊信息和直接思维转化为准确的控制，它具有智能分析、判断，能自动收集需要洗的衣物重量、布质、水温及污垢程度等信息，进行综合判断，决定洗衣粉用量的多少、水位的高低、洗涤方式和洗涤时间的长短，同时在洗涤过程中，不断调整水位、时间及水流的强弱，并能自动显示故障报警，以达到最佳洗涤状态。一台5.5公斤模糊洗衣机的用水量比双缸洗衣机节水一半，省电10%。具有模糊逻辑的微波炉，能对食品的重量、高度、形状及温度等进行自动检测，并能自动化霜、再热、烧烤等，使食物色香味俱佳；安装模糊空气净化器以后，只要人进入房间，便可自动启动，其传感器还能检测香烟和其它燃气污染程度；模糊吸尘器可通过传感器感觉地板、地毯的类型，并自动判断污秽类别、分布情况及深度，自动设定合适的吸尘力，既省时又省电。除了家用电器外，模糊技术还在石油化工、冶金机械、航天航海、水质净化、气象预报及汽车行驶模糊调节和地铁列车运行控制等多种行业中陆续得到应用。

（四）

随着高新技术的发展和国际市场竞争的加剧，模糊技术已引起了很多国家尤其是工业发达国家的高度重视。美、日、英、法、德国已在实际生产中广泛应用了模糊技术，韩国、新加坡及香港、台湾等国家和地区正急起直追，迎头赶上。尤其是日本，模糊控制技术发展速度居世界之冠，现在已有50多家大公司投入模糊控体的研究，已有200多种模糊产品问世，1993年仅销售模糊控制芯片一项就获利6亿美元；1995年仅模糊家电产品的产值就达到近8亿美元，迅速超过了模糊理论发源地的美国。

我国模糊技术虽然起步较晚，但发展很快。尤其是在模糊理论方面，还处于国际领先地位。如国际模糊系统协会副主席兼中国分会主席汪培庄教授提出的“因素空间、模糊落影和值流推理”等3项理论，为运用概念进行判断推理这一思维过程提供了一个新的数学框架，从而拓宽和加深了模糊数学描述客观世界的广度与深度。

1988年，由我国国家模糊技术实验室研制出世界上第二台模糊推理机，推理速度达到每秒1500万次，体积仅为日本第一台模糊计算机的十分之一；1988年至1992年，在汪培庄教授的主持下，又承担并完成了国家自然科学基金委员会的重大课题“模糊信息处理与模糊推理机”。同时，在生产应用方面，我国也不甘落后，如北方工业大学于1990年研究成功“快速自动寻优模糊控制理论及其应用技术”，1996年重庆钢铁公司与重庆爱普模糊技术公司协作，共同开发出模糊控制器，为工业生产、汽车安全行驶、窑炉、风机及水泵的运行提供了技术条件。无锡小天鹅洗衣机厂已推出了国际上最先进的“神经模糊”技术控制的全自动洗衣机和有中国特色的模糊理论控制的洗衣机。特别令人鼓舞的是，我国是最早把模糊理论引入气象预报、地震工程、高炉冶炼控制等方面的国家。由于我国模糊理论和模糊技术的实力较强，已与北美、欧洲、日本一起被公认为国际模糊数学的四大主力国家。

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