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当计量遇到大数据、智能制造和颜色

编辑:金沙官网        发布日期:2018-06-10        点击量:695

计量与大数据

有人认为,计量是保证单位统一和量值准确可靠的活动,和数字多少没有关系,其实不然。在自然科学领域,有不少无量纲的数字能够反映出物理现象和自然规律,这些数字往往是和计量密切相关的。比如,摩擦系数是指两表面间的摩擦力和作用在其一表面上的垂直力之间的比值,在计算中由于物理量单位被约去,剩下的是一组数字,但这组数字却反映出一种物理现象。

基本物理常数在物理学的发展中起了很大的作用。一些重大的物理理论常常与基本物理常数的发现或准确测定有着密切的联系。比如:牛顿引力常数、法拉第常数、阿伏伽德罗常数等,它们与经典宏观理论密切相关;量子理论的建立开辟了微观物理的新纪元,普朗克常数也伴随这一理论而问世。随着对原子和分子光谱的研究,出现了精细结构常数和里德伯常数。爱因斯坦相对论中有一个十分重要的基本物理常数,就是真空中的光速。光速不变原理是狭义相对论的两个基本原理之一。在量子理论和相对论建立的过程中,所确立的基本物理常数的数目已远大于原来经典物理中出现的常数。这充分说明,在微观和近代物理学中,基本物理常数具有更加重要的作用。用基本物理常数来定义基本物理量单位已经成为未来计量国际基准的发展趋势。从近期国际计量研讨会上获得消息,“千克”的定义可能将于2018年以新面孔和大家见面。和它一起被定义的还有热力学温度单位开尔文、电流单位安培和物质的量单位摩尔。

 

当计量遇到大数据、智能制造和颜色

信息时代的计量

进入信息时代以后,一切都为之而改变。物流、信息流、资金流、数据流、常识流在全球流通,时空被压缩,地球变成了一个小小的村落。信息化发展之快远远超出人们的想象。网络科技的发展颠覆了许多传统思维和经营模式,并对传统生产形式和组织形式提出了挑战。

传统的计量器具多是在狭小的实验室内进行量值传递,但进入信息时代后,通过互联网,可以对生产现场的计量装置、超大输油管线以及核电站的自动仪电控制系统等开展远程校准;以往,家中的电能表是由电力部门人工抄表,但采用智能电表后,不但可以实现远程抄表,甚至可以把电表、水表、燃气表集成在一起抄表;以往,人们去医院做诊断检查,医务人员多在仪器上直接查看图像,如今,医学影像系统可以直接传输到医生面前进行快速诊断;以往,人们要去证券营业部进行股票交易,如今,人们通过网上交易系统,弹指间就能完成交易和结算;以往,人们对环境污染的程度只能通过预报或感观来了解,如今,大气中PM2.5颗粒物的指数能即时发布,人们通过手机就能及时了解到空气污染的程度。

信息时代正在改变传统单一的生产方式,也不断改变了人们的生活方式。今天,人们可以用手机了解世界每分钟出现的变化,可以足不出户就在网上进行商品买卖和交易,并获得商品质量、价格等信息。这正是信息时代与计量科技为社会带来的进步。

 

计量与智能制造

智能制造是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机合一的智能系统,它在制造过程中能进行智能活动,比如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事,去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。它把制造自动化的概念更新,扩展到柔性化、智能化和高度集成化。智能制造的出现,使原先工业制造以能源驱动转向了信息驱动。

智能制造的每个过程都与计量技术紧密相关。智能制造系统不仅能在实践中不断充实常识库,具有自我学习的能力,还能通过测量,广泛搜集与理解环境信息和自身信息,并进行分析判断和规划自身行为的能力。要实现这种可取代人工智能的能力,就需要建立可时刻获取生产制造过程信息的手段,要求把计量能嵌入到由产品设计到制造的全过程中。当前,主要工业国家无一例外地把智能制造视为保持国家核心竞争力的重点。在我国发布的“中国制造2025”规划,智能制造成为信息化时代转变传统制造方式并迈向制造强国的重要举措。由于计量过程贯穿在智能制造的所有环节和全过程之中,成为工业生产的信息之源,是实现智能制造的基础。

 

计量与新材料

技术进步和产业发展越来越依赖于新材料的进步。然而,新材料研究过程中需要对材料的特性进行反复的测量和尝试,往往要耗费大量的时间和人力与物力,因此,导致一种新材料从最初发现到工业化应用往往历经漫长的时期。比如目前在手机上已广泛使用的锂电池,实际上个世纪70年代就在实验室出现,但20年以后才刚刚在部分领域应用。又如美国的F35战斗机从设计到定型的时间超过了25年,其中有大量时间都耗费在飞机和发动机材料特性的反复测量与试验之中。有关研究表明,如果能提高计量实验数据的开放度和为各研发机构间的共享,就可以少走许多弯路,让新材料的研发到应用从原来需要30年左右时间缩短到2-3年。

随着信息技术的发展,实验室间计量实验数据开放和共享程度正不断提高。比如,2004年,两位英国科学家首次在实验室得到了仅有一层碳原子构成的薄片,即“石墨烯”,到2014年,石墨烯材料的全球应用研究已是如火如荼。美国一家仪器企业利用锂电池在石墨烯表面和电极之间快速穿梭运动的特性,开发出可快速充电的石墨烯电池。如果把它应用在纯电动汽车上,只需充电1分钟,就能让汽车跑1000公里,为新能源汽车发展带来革命性的变化。

 

颜色计量

日常生活中物体的颜色是怎么回事,它又该如何进行测量呢?

在自然界中,如果没有光,一切颜色也将随之消失。人眼所能感受到的光的波长范围是(380-780)nm。当光照射到物体表面时,由于物体对光的反射能力不同,于是入射到人眼的光的颜色也不同。例如,波长为700nm的光所引起的视觉感受为红色;波长为580nm的光所引起的视觉感受为黄色;波长为510nm的光所引起的视觉感受为绿色;波长为450nm的光所引起的视觉感受为蓝色。

物体的颜色包含下面三个重要参数:明度、色调和饱和度。明度是人眼感觉到的物体的明亮程度,例如一张白纸被光源照明,人眼感觉较为明亮,而一张黑纸则不同。色调表示了各种不同的颜色,如红、绿、黄和蓝等等。饱和度表示了某一颜色彩色的纯度。物体的颜色一般可以用色度计、彩色亮度计和色差计等进行测量。


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