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SIMATIC S7-300,，數(shù)字輸出 SM 322,，電位隔離， 16數(shù)字輸出,，24V DC,，0.5A，1x 20 極,， 總電流 4A/組 （8A/模塊）

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隨著城市的規(guī)模和密度不斷加大,，電力、供水,、交通網(wǎng)絡不斷擴張,，我們需要更多的電腦幫助我們了解和管理這個世界。要做到這一點,，并且保證讓人類掌控一切,， 的方式就是化繁為簡。

大布賴滕巴赫是德國圖林根森林地區(qū)一座風景如畫的旅游小鎮(zhèn),。它還是如今革命性,、最復雜的能源工程的一部分。但當?shù)?700個居民卻不這么認為。對他們來說,，大布賴滕巴赫稱得上聲名顯赫的一點,，就是培育了德國冬季運動的傳奇人物曼努埃拉和亨克爾，兩人均曾在各自的項目上獲得奧運會和世錦賽 ,。

上圖：大城市中,，供水、能源和物流等基礎設施相互交織,。

但是,，一段時間以來，大布賴滕巴赫一直“陰云密布”,。究其原因,，是聯(lián)邦政府決定逐步讓可再生能源發(fā)電取代現(xiàn)有的發(fā)電系統(tǒng)。隨著德國最后一座核電站于2022年退役,，德國綠色電能的占比將在2020年達到35%,，2050年更是要達到80%。“這將導致電力行業(yè) 的重大調(diào)整,，其復雜度也,。”德國能源聯(lián)邦署主席Stephan Kohler說道。使這項宏偉計劃如此復雜的原因是,，它需要大量的可再生能源,、新的電網(wǎng)技術、新的蓄能系統(tǒng),。

對于這個小鎮(zhèn)上的居民來說,，這就意味著同意在自家門口架設一條輸電干線。這條線路將把德國北部風電場的電能傳送給南部的電力用戶,。如今,，本地居民的反對浪潮高漲，還成立了行動小組,。但是,，從更廣泛的范圍來看，國家能源鏈的每個環(huán)節(jié)——從北海的海上風電場,，到圖林根小鎮(zhèn),，再到打造綠色未來的愿景——都是息息相關的。“正因為如此,，所有這一切才變得這么復雜。”Kohler指出,。

對于自身在德國能源改革中應發(fā)揮的作用,，大布賴滕巴赫的居民可能有一種偏見，但是400公里以外南部民眾的積極性卻異常高漲。比如,，在巴伐利亞Allgau地區(qū)的Wildpoldsried村,，2500名居民建立了讓其他小鎮(zhèn)羨慕的可再生能源經(jīng)濟模式。借助光伏電池板,、生物質(zhì)分解器和風電場,，Wildpoldsried能夠產(chǎn)出兩倍于自身需求的電能。這一系統(tǒng)的不足在于,，能源盈余給當?shù)仉娋W(wǎng)造成了很大壓力,。根據(jù)陽光強度和風力大小，該地區(qū)30分鐘內(nèi)的電能輸出波動可達40兆瓦,。

為了提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性,，Wildpoldsried最近的電力公司——Allgauer Uberlandwerk正與西門子合作對新技術進行試驗。他們研究的主要課題是,，在可再生能源并網(wǎng)發(fā)電后,，如何利用智能電網(wǎng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)電網(wǎng)內(nèi)部的復雜過程。他們正在對軟件代理支持的自動化技術進行測試,，以便管理電力流動并實現(xiàn)電力供需平衡,。下一階段，該項目還將納入32輛電動汽車供Wildpoldsried居民租用,。車輛的電池可暫時存儲盈余的電能,。

現(xiàn)代生活的其他方面同樣面臨著復雜度不斷提高的挑戰(zhàn)。例如,，在城市中,，不同的基礎設施相互交織,，組成了一個復雜的網(wǎng)絡,。隨著使用這些網(wǎng)絡的人數(shù)越來越多,，具體化地描繪并預測網(wǎng)絡的運行越來越難,。到2015年,，全球各地至少有25個人口過千萬的特大城市,。最大的蟻巢有200萬只螞蟻,，但其復雜程度和人類城市相比也不過如此,。在這種復雜的系統(tǒng)中,，即便是輕微的變化也會產(chǎn)生重大的影響,。比如，修建一條地鐵線可能對周邊的電力,、燃氣,、飲用水供應系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的影響——更不用說對當?shù)鼐用竦挠绊懥恕Ｆ駷橹挂驯蛔C實的一點是：預測這種互動及其影響的難度極大,。這也令很多城市規(guī)劃者感到遺憾,。

模擬城市,。西門子中央研究院（CT）的工程師們正試圖揭示這些復雜的相互依存關系。為此,，他們已經(jīng)開發(fā)出一種軟件平臺,，可以創(chuàng)建一個完整的虛擬大都市，這樣工程師就可以規(guī)劃并模擬基礎設施的變化調(diào)整,。只需輕點鼠標,，科學家們就能創(chuàng)建大街小巷。軟件可以顯示出新的建筑工程會對周邊街區(qū)產(chǎn)生怎樣的影響,，包括可能發(fā)生的交通擁堵,，以及對地區(qū)能源平衡的影響等。研究人員還使用該軟件來推斷社會經(jīng)濟指標的變化,，如就業(yè)率,、人均經(jīng)濟產(chǎn)值等。西門子的研究人員還計劃將本地建筑規(guī)范以及能效要求納入模擬,，另外還會考慮諸如氣候和人口變化等長期因素,，這都會對建設方案產(chǎn)生影響。

從地表上看,，城市已經(jīng)夠復雜了,，但是真正的挑戰(zhàn)往往潛藏在地表以下，因為在這里,，眾多水管交錯形成的迷宮像巨大的蜘蛛網(wǎng)一樣綿延不絕,。隨著城市不斷擴張，它的管道迷宮也在不斷擴張——由于滲漏造成的問題也會日益嚴重,。例如,，倫敦的供水管網(wǎng)長達三萬公里。即便是富裕的城市也深受管網(wǎng)漏水的困擾,。倫敦供水管網(wǎng)滲漏量降低百分之一,，節(jié)省的水就夠22.4萬人使用。

在發(fā)展中國家,，情況就嚴重多了,。世界銀行的統(tǒng)計表明，每天由于管道滲漏造成的漏水量高達4500萬立方米,。除這種浪費外,，還有水質(zhì)下降問題，因為污染物可通過管道的裂口污染飲用水,。要想準確查明滲漏位置,，難度很大，而且代價不菲,，主要是因為流量計和類似檢測設備的數(shù)量不足,。

西門子工程師已開發(fā)出一套系統(tǒng),，能夠自動檢測到大型管道網(wǎng)絡中最為細小的裂縫。該系統(tǒng)對不同的網(wǎng)段在用水量最低的時段進行檢測,，比如夜間，這樣就可以得出各自的參考值,。如果這種用水量突然猛增,，就說明存在滲漏現(xiàn)象，系統(tǒng)就會發(fā)出警報,。

智能技術不僅能用于監(jiān)測飲用水的供應,，也可用來緩解交通壓力。在某些地段,，車輛的數(shù)量劇增,，有可能阻塞街道。比如,，印尼首都雅加達的街頭就有將近700萬輛車,，每天還有1100多輛新轎車或摩托車加入這個車輛大軍。雅加達為交通擁堵付出了沉重的代價,。根據(jù)印尼大學環(huán)境專家Firdaus Ali所做的一項調(diào)查,，堵車給這座城市帶來的經(jīng)濟損失高達每年30億美元左右——根源在于由此造成的生產(chǎn)率損失，此外惡劣的空氣質(zhì)量還導致醫(yī)療成本不斷攀升,。

盡管如此,，我們依然看到希望的曙光。比如,，對于中國武漢的850萬名居民來說,，道路交通最近有所改善，原因之一是引進了西門子精密的交通管理系統(tǒng),。全市共有420個十字路口,、岔道口和轉彎處安裝了攝像頭，用于監(jiān)控車流量,。它們采集的數(shù)據(jù)被傳輸至控制中心,，電腦據(jù)此計算出紅綠燈的 轉換時間，從而盡可能避免形成交通擁堵和其他道路交通障礙,。

柏林也在使用西門子的數(shù)字化技術控制交通流量,。德國這座最大的城市于2005年就開始應用世界上 *的交通管理系統(tǒng)。它能夠根據(jù)當前的交通數(shù)據(jù)和不同時段,，自動控制全市1700多個紅綠燈以及300個交通流量指示牌,。

力求簡單。道路,、飲用水以及電力網(wǎng)絡的規(guī)模和復雜度都在不斷加大,，因此更需要能夠評估當前條件并相應優(yōu)化其功能的傳感器和計算機,。就廣義的機器對機器通信而言，市場研究機構IDC的分析師預測,，到2015年將會有150億個智能設備實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng),，而到2020年這一數(shù)字預計將增長至500億。這種潮流也提出了一些新挑戰(zhàn),，比如,，如何盡量使這些設備簡單直觀且易于操作，同時還要確保它們不易被  襲擊,。全面滿足所有這些需求是一個艱巨的挑戰(zhàn),。對此，西門子中央研究院實用性實驗室的研究人員提出了幾種辦法,，可以使復雜體系簡便易用,。他們開展的研究項目大到CT掃描儀，小到簡化電動車充電過程的新應用,。

盡管如此,，要實施諸如大布賴滕巴赫附近的架空輸電線路這樣的大型項目，所需要的可不僅僅是簡單,。瑞士人用行動說明,，不管多么南轅北轍的觀點都有可能得以調(diào)和。Aargau州建立一個廢品回收中心的計劃,，最初遭到當?shù)鼐用竦膹娏业种?。但是在咨詢程序結束時，連受影響最大的社區(qū)都贊成這個項目,。當局使用的“計謀”就是讓居民自己做決定,。