测量学科的发展现状及展望

　　0　引　言

　　近百年来,仪器仪表学科随着科学技术的发展取得了巨大进步。从某种意义上说,没有测量,就没有科学技术[1]。测量的目的在于获取被测量的信息,因此,测量不仅要确定被测量的值,有时还要确定量在时间、空间上的分布;确定量之间的关系及描述这种关系的参数等[2]。计量测试技术已发展到从恒定量转向变化量的测量;从非矢量转向矢量测量;从数值型转向用自然语言描述的符号测量。各个领域对测量的需求日益增多,复杂大系统的测量问题已经提到人们面前[3];有些测量要求是实时、在线的,而有些变量的直接测量是不可行或不可能的。特别是近年来,人们已不满足于对单参量或简单的组合参量的测量,而要求对测量结果作综合评价,即对被研究对象作出状态估计、诊断或趋势分析。这样,测量工作者面临的往往是需要实时测量的,多变量的动态过程或系统;或者是不可直接测量的物理量;或者是要求描述具有某些复杂特性的被测对象,等等。此时,仅仅采用传统的测量方法来解决上述问题就很难满足要求,本文对测量学科的发展历史及研究现状作一综述。

　　1　测量学科的发展及研究现状

　　1.1　测量学科的发展历史

　　在远古时期,人类根本就不懂得什么是精确思维,随着数和形等概念的产生,人们才逐渐学会使用精确的方法进行数学计算和逻辑推理,这是人类认识能力的一大飞跃。至十九世纪, G. Boole建立了逻辑代数体系, A. Demorgan提出了关系逻辑理论,后来, G. Frege和B. Russell等人相继建立了命题演算和谓词演算系统[4],使经典逻辑的发展进入了崭新的形式化阶段。

　　经典逻辑和精确数学的成功推动了精确科学的迅速发展,然而,现代科学技术的发展面临各学科普遍要求逻辑的形式化与逻辑学科发展现状之间的矛盾,以二值逻辑为基础的精确理论和方法是适应经典力学和经典物理学等“精确科学”的需要而发展起来的,不可能不带有这些学科固有的局限性。现实世界许多概念是没有明确隶属边界的,除了确定性信息外,还存在许多模糊性信息,由此而涉及到的判断和推理也往往具有似然性,人的感官所接收到的信息绝大部分都是模糊的,人类对客观世界的描述、解释通常是以某种直观的定性方式进行的,很少使用微分方程和具体的数值描述[5],这是人类智能的最大特点。

　　从信息系统角度看,测量是获取信息的主要方法,见图1,而广义的信息应当包括定量、定性以及定性到定量的综合集成信息。

　　从复杂大系统角度来看,在一些特定知识领域中,精确的定量信息是不可能或不必要的,需要进行定性符号分析与预测。故障诊断通过对设备运行过程中发出的各种信息进行收集,分析,从局部推测总体,从现象推测本质,定性和定量地识别机组的运行状况。由于大系统的复杂性、主动性、不确定性、不确知性和维数灾,使现有的基于数学模型的大系统理论处于困境[6],因此对复杂大系统的故障诊断具有很高的难度,此时,严格、精确的定量描述几乎是不可能的,而只有定量描述来确定设备运行情况也是不够的,基于定量和定性描述的量并加以综合利用,基于知识存贮的大系统广义模型化方法[6]才能准确描述系统运行状态,作出准确的评价。