人工智慧使設備更聰明，人工自愈讓裝備自主健康

中國工程院院士高金吉出席2019全球工業智慧峰會開幕式，併發表了主題為“人工自愈驅動裝備自主健康”的演講。

嘉賓重要觀點

工業互聯網與人工智慧變革機器維修方式，人工自愈是賦予機器自發作用的維持健康狀態的能力，人工自愈讓裝備自主健康，人工智慧讓機器更聰明。
機器能不能像人一樣自愈？國際上對倣生提出了“五塊論”（德國RolfIsermann教授提出機電一體化系統），控制系統相當於人的大腦，動力功能相當於內臟，傳感功能相當於五官，操作功能相當於四肢，結構功能相當於軀體。
人工自愈是裝備自主健康和智慧製造的基礎，是工業智慧發展的重要方向。人工自愈改變傳統理論、創新設計，讓未來的機器裝備和製造系統，乃至所有的人造物系統自主健康，助力於下一輪工業革命，邁進自愈化時代。
人工自愈與人工智慧一樣是新興交叉學科，應列入基礎學科發展行列，應該重視自愈化和自主健康裝備的開發應用。

演講全文

各位嘉賓，女士們、先生們，上午好！ 我報告的題目是《人工自愈驅動裝備自主健康》，講五個問題：

第一、工業互聯網與人工智慧變革維修方式。機器是製造業的根本，機器人是雙刃劍，它既能給人類帶來福址，也能帶來災害，由於機器故障或者人為誤操作有可能導致機器和生産系統爆炸著火，機毀人亡。

國際上，美國、加拿大、歐洲曾經對石化生産事故進行統計，機器事故可達40%，人為失誤達40%，工藝失誤達20%，即裝備和人為失誤是石化生産事故最主要的原因，人為失誤也會造成設備的損害。因此，如何保證設備安全運轉是非常重要的問題。

一些大機組，如石化企業、冶金企業，在生産線上，它是高溫高壓、易燃易爆的，如果出現了問題，則容易機毀人亡。國際上，與故障做鬥爭用的是什麼辦法呢？用的是緊急停車系統（Emergency Shutdown System ，簡稱ESD）。

我在石化企業工作32年。從1979年開始，我開展狀態監測故障診斷工作，1987年引入美國監測系統，1991年開始自己開發。2000年開始，我到了學校，研發監測診斷系統，原來研究石化應用，後來研究電力、鑽井平臺，還有燃氣輪機、柴油機、航空發動機應用。

1987年，最早從美國引進一台監測系統，當時還是模擬量，美國也沒有數字量。從1991年開始，我們團隊研發國內第一套局域網監測系統，當時是100M，我們是用數字量，電路板還是引進國外的。

2001年，我到了學校，團隊開始把局域網的監測系統通過互聯網連到北京，通過專線連到我們學校的實驗室，對機器進行監測和遠程診斷。

2005年以後，我們開始自主研發電路板，這個電路板可以高速寬頻帶各種參數同步的數據採集，採集高質量的數據，便於進行分析。另外，我們研究樣機，在國家“973計劃”（即國家重點基礎研究發展計劃）支持下，後來在航空發動機也進行了數據採集的監測系統。我們到現在為止可以遠程監測70家企業，2700多臺關鍵機組。另外，對於遠程監測在便攜式監測或者無線也可以連到系統當中。

我們這個平臺可以在線、離線、無線一體化監測，工業互聯網把他們連到一起。我們與企業開發的遠程監測診斷中心，現在已經建成了10多個，正在建的8個。這是三個例子，一個是中油（音）的遠程監測，中石油管道遠程監測，還有四川石化。

四川石化一開始建廠的時候，我們就去和他合作，現在監測80多臺機組，另外還有兩三千台設備，2012年到現在，預測了500多個故障都被排除掉了，所以到現在沒有出現大的設備事故。

從1995年開始，我們承擔國家經貿委的項目——振動診斷工程軟體包，我們對10類56種機械故障進行了診斷，當時還是人機對話，還不能制動，但已經在20多個國企推廣應用。

後來學校團隊又開始研究故障的機理，同時建立了一個模型，找因果關係。另外，通過互聯網、大數據找關聯的關係，進行綜合的診斷，多參數的判斷故障，早期預警，同時找出故障的原因製造維修，這是我們開發的故障自動診斷系統，當時有離心泵，旋轉機械、柴油機、燃氣輪機等等。

我們除了對單臺設備進行深入研究，開發出監測診斷系統，建立自動診斷系統。同時，我們對機群的數據也進行總結和研究，不斷地完善專家系統的支持規則，提高專家系統診斷的準確率。

從2000年以來，我們統計各個案例，關鍵機組、透明壓縮機組有2700多個案例。另外，離線的監測系統有1萬多個案例。總共統計1.2萬多個案例。用戶統計反饋回來的結果，故障診斷準確率達到了90%，這是經過長期漫長的過程一點點提高的。

在這個基礎上，因為準確率較高，國際上通用的緊急停車系統，它是單值超標停車，如溫度超標，振動超標馬上停下來。後來我們覺得把這個原因快速診斷出來是什麼原因，比如説振動，如果不平衡，振動大一點影響不大，但如果掉葉片，這個時候就容易出現大的事故。確定風險有的是停車，有的是報警，這樣就可以減少停車的次數取得長週期安全運轉的效果。

這是我們研究的智慧聯鎖系統，與國際上通用的對比，我們進行實驗製造故障，現在我們已經産業化了，在重慶油氣管網上已經開始試用了，將來需要全面推廣，這是利用人工智慧減少故障停車的次數。

總之，智慧運維有賽博系統、虛擬系統，還有實體系統。它們通過監測診斷給人提供決策依據，人去執行，排除故障或者檢修，這是智慧運維的方法。

能不能減少人的工作，少忙一點，能夠維護機器的健康？提出這個問題，我們數據獲取、信息認知、科學決策，最後精準執行，都要靠人執行，人工智慧幫助判斷最後還要人去執行，工業互聯網促進了診斷的準確性。

智慧運維在這個基礎上能不能再前進一步？我們提出人對自然和技術系統的認識程度，最好體現我們控制它的能力，我們能不能控制它而不靠人去維修。

第二，大工業機器崛起促生倣生人工自愈。機器監測判斷，然後停下車來檢修，我們能不能通過自愈調控讓它不發生故障。

這個方面我們研究了，與疾病作鬥爭和與故障作鬥爭是有共同性的，人是自然製造的，有300萬的歷史，人在沒有醫藥之前人能夠繁衍下來靠的是自愈能力。機器到現在只有200多年的歷史，機器都是人去診斷，有了智慧以後自動診斷，但最後還要停下車檢修。

機器能不能像人一樣自愈？醫學上講，所謂保持健康的根本點不在於宏觀的穩定狀態，而在於調節控制和建立保持這種狀態的機制，疾病的全愈還得依靠人體的自愈能力，包括免疫、防禦、代償、自修復和自適應等等。

國際上對倣生提出了“五塊論”（德國RolfIsermann教授提出機電一體化系統，如下圖），控制系統相當於人的大腦，動力功能相當於內臟，傳感功能相當於五官，操作功能相當於四肢，結構功能相當於軀體。大家都知道倣照人的大腦提高機器的智慧，那就是人工智慧。

另外，人有自愈功能，自愈系統能不能人工自愈，讓機器有這個功能。人工智慧是1956年提出的，讓計算機像人一樣思考，計算機模擬人的頭腦，倣生機械學對人的智慧研究大大增強了倣生人腦的能力，但是忽略了人和動物自身健康的自愈系統和自愈功能。

因此，我們提出人工自愈和人工智慧都是研究人到物的科學，人工自愈是賦予機器自發作用的維持健康狀態的能力，讓機器自主健康，人工智慧讓機器更聰明。

我們都知道有十幾個軀體，兩體模型，如果人的大腦介入就是人工自愈，如果人的無意識思維，自愈功能介入就變成人工自愈，即從實體、虛體兩元空間到實體、虛體、人體三元空間。

第三，從自動化、智慧化到自愈化。瓦特1978年發明蒸汽機，自動化是1936年提出來的，所以理論是落後實踐的。自愈是1916年就有的，但是理論還沒有開始研究。維納提出反饋原理，創造了控制論，把目的性行為、生物特性賦予機器。自動化是有意識思維保持工作能力的，智慧化就是人工智慧驅動智慧化。人體是無意識思維，目標是保持健康狀態，實現自愈。

從歷史來看，自動化、控制論、人工智慧，原來有自愈的技術，2003年才開始提出自愈化。人工智慧、倣生自愈系統包括什麼呢？自修復、代償、自保護和故障防止，下面簡單講一下自愈調控。自動控制是反饋原理，工況和指標比較糾正偏差，利用反饋這樣的原理。

自愈調控是測試工況，有異常的時候診斷故障，找出故障的原因，通過反作用抵消故障産生的條件和原因，所以它與反饋原理還不是完全一樣的。

我們團隊2018年做了好多這方面的研究工作。軸位移，原來一波動軸就必須停車，現在通過調節平衡活塞的壓差來保證平衡力，讓它不停車，我也可以用電磁力。振動，也可以用多頻振動來靶向抑制，從而抑制故障。平衡盤，原來只是密封，現在加電磁也可以控制，這個是實驗的結果。

另外，動平衡在這方面做了很多工作，現在航空發動機也做整機的自動平衡，這個是制動平衡。我們有國際專利，螺旋槳的制動平衡。

人工自愈的意義，高危裝置本質安全化、裝備維修方式變革、空天飛行器自診斷、自恢復。剛才講人工智慧，如果加上人工自愈就變成了人工自愈和智慧運維和自主健康系統。

“五化”是基礎，最終的目標是自愈健康。結論是大工業機器崛起催生人工自愈，人工自愈拓展了倣生學、控制論和人工智慧的研究領域。人工自愈將會促進裝備的智慧化由可控化、自動化真正實現具有自愈功能的高級智慧階段。

人工智慧使設備更聰明，人工自愈讓裝備自主健康。人工自愈是裝備自主健康和智慧製造的基礎，是工業智慧發展的重要方向。人工自愈改變傳統理論、創新設計，讓未來的機器裝備和製造系統，乃至所有的人造物系統自主健康，助力於下一輪工業革命，邁進自愈化時代。

人工自愈與人工智慧一樣是新興交叉學科，應列入基礎學科發展行列，應該重視自愈化和自主健康裝備的開發應用。

謝謝大家！