綠色工程 C 量化問(wèn)題，解決問(wèn)題

概述
在資源緊張、溫室效應日趨嚴重的今天，能源與環(huán)境一直以來(lái)都是人們目光關(guān)注的焦點(diǎn)，也是全世界共同面臨的有史以來(lái)最嚴峻的科技與社會(huì )挑戰。各國政府，包括發(fā)達國家和發(fā)展中國家都紛紛出臺了相應法規和節能減排的約束性指標，各大主流媒體和廠(chǎng)商也大大提高了對“綠色”的強調力度――這些越來(lái)越多的關(guān)注帶來(lái)了新的課題和需求。為了滿(mǎn)足這些新出現的需求，工程師們需要‘量化問(wèn)題’，并進(jìn)而‘解決問(wèn)題’，綠色工程正是通過(guò)創(chuàng )新的圖形化開(kāi)發(fā)平臺，為工程師們提供了測量、自動(dòng)化以及設計工具，從而構建節約能源、保護環(huán)境的綠色應用。

綠色工程 ―― 量化問(wèn)題，解決問(wèn)題
1983年以來(lái)我國能源加工轉換效率一直徘徊在70％左右，導致能源消耗高、環(huán)境污染重。國家“十一五”規劃提出了節能降耗和污染減排目標，并作為約束性指標。綠色工程的目的就是降低產(chǎn)品的排污量，開(kāi)發(fā)消耗更少能源的設備，創(chuàng )造可行的再生能源技術(shù)。
本質(zhì)上進(jìn)行綠色工程與進(jìn)行任何其他類(lèi)型的工程創(chuàng )新并沒(méi)有任何不同。首先，需要測量所關(guān)心的參數，例如功率品質(zhì)和功率消耗；車(chē)輛以及工廠(chǎng)的排污量，例如水銀和氮氧化物等；環(huán)境數據，包括二氧化碳、溫度以及水質(zhì)。這不僅是一個(gè)數據獲取和過(guò)程分析的過(guò)程，也是促使人們改變行為方式的契機。
“我們發(fā)現對于能源和溫室氣體, 一旦你開(kāi)始測量具體的數據，人們就會(huì )減少使用,” “測量不僅僅是簡(jiǎn)單的任務(wù), 一旦公司有一個(gè)合適的基準，他們就會(huì )開(kāi)始考慮改變(使用能源的方式)”
- Linda Fisher, the chief sustainability officer at DuPont
- Excerpt from “A Change in Climate”, published in the January 2008 issue of the Economist
通過(guò)‘量化問(wèn)題’的過(guò)程，工程師們可以從數萬(wàn)個(gè)可靠測量系統獲取前所未有的大量可靠精確數據，從而在此基礎上對產(chǎn)品和過(guò)程進(jìn)行改進(jìn)，創(chuàng )建更高效的技術(shù)與流程，設計并開(kāi)發(fā)下一代產(chǎn)品和技術(shù)以‘解決問(wèn)題’，最終獲得環(huán)境以及經(jīng)濟上的利益。
來(lái)看一個(gè)更為具體的例子。世界最大的鋼鐵公司之一、美國最大的鋼鐵回收公司Nucor Steel在新近收購的小型鋼鐵廠(chǎng)增加了自動(dòng)化系統，以便提高效率和安全性。工程師使用LabVIEW圖形化開(kāi)發(fā)軟件和NI硬件開(kāi)發(fā)了天平與稱(chēng)重系統，測量鋼鐵的精確重量，以得出電力加熱爐鑄鐵所需能量的精確值。在開(kāi)發(fā)此系統之前，鋼鐵在每個(gè)熔爐的重量是估計得到的，時(shí)常產(chǎn)生偏差導致過(guò)度加熱鋼鐵，不僅在過(guò)程中浪費了電力，還導致新鑄鋼鐵質(zhì)量不合格，且不合格鋼鐵的重鑄還需要消耗大量能量、花費大量資金。這是一個(gè)典型的‘量化問(wèn)題’‘解決問(wèn)題’的綠色案例，借助此稱(chēng)重系統，Nucor將需要重鑄鋼材總批次數從6000多(2006年)減少到僅10個(gè)批次(2007年)。不僅極大的降低了電力消耗從而節約生產(chǎn)成本，也為環(huán)境治理做出了不小的貢獻。
綠色工程技術(shù)
幾十年以來(lái)，科學(xué)家和工程師一直為世界上一些共同的挑戰而不斷創(chuàng )新，尋求可能的解決方案?；仡櫧?0年來(lái)的發(fā)展，如圖1所示，在很多深受關(guān)注的領(lǐng)域都取得了巨大的突破和進(jìn)展，2004年開(kāi)始越來(lái)越多的學(xué)者們把注意力放在了和環(huán)境相關(guān)的課題上，包括開(kāi)發(fā)新的清潔能源利用方式、提高現有產(chǎn)品的能源效率、以及環(huán)境和氣候變化的研究。

這些綠色工程相關(guān)的課題所需要的技術(shù)及其廣泛，從測試測量、工業(yè)自動(dòng)化控制到嵌入式系統。比如前文提到的Nucor Steel綠色案例就涉及到如下一些重要技術(shù)：
用于測量和解決問(wèn)題的圖形化軟件
高速及高分辨率測量技術(shù)
領(lǐng)域專(zhuān)用的分析和處理函數庫
用于高級控制的FPGA

上述技術(shù)中的一部分是隨著(zhù)半導體行業(yè)的發(fā)展而出現的――半導體的發(fā)展為模數轉換器（ADC）的功能帶來(lái)了重大改進(jìn)，相應的也為高速及高分辨率測量技術(shù)帶來(lái)了新的發(fā)展。其他的一些技術(shù)已經(jīng)存在了一段時(shí)間，但是通過(guò)對設計和工程工具進(jìn)行改進(jìn)，領(lǐng)域專(zhuān)家也能夠比較方便的直接使用這些技術(shù)，而無(wú)需依賴(lài)于相應的技術(shù)人員。這種方式將必須的技術(shù)直接交給了最接近問(wèn)題本身的人們，因此相比過(guò)去，他們能夠更成功地開(kāi)發(fā)各種解決方案。
通過(guò)NI圖形化平臺構建綠色應用及客戶(hù)案例分析
綠色工程的應用涵蓋幾乎各個(gè)行業(yè)，盡管對這些綠色工程的應用有許多分類(lèi)方法，大部分應用可以歸入以下五個(gè)類(lèi)別：
1、可再生能源發(fā)電
2、功率品質(zhì)
3、環(huán)境監測
4、機器與過(guò)程優(yōu)化
5、綠色產(chǎn)品與技術(shù)的開(kāi)發(fā)和測試
下面的例子展示了綠色工程在可再生能源發(fā)電以及環(huán)境監測中的應用。