人工智能使设备更聪明，人工自愈让装备自主健康

中国工程院院士高金吉出席2019全球工业智能峰会开幕式，并发表了主题为“人工自愈驱动装备自主健康”的演讲。

嘉宾重要观点

工业互联网与人工智能变革机器维修方式，人工自愈是赋予机器自发作用的维持健康状态的能力，人工自愈让装备自主健康，人工智能让机器更聪明。
机器能不能像人一样自愈？国际上对仿生提出了“五块论”（德国RolfIsermann教授提出机电一体化系统），控制系统相当于人的大脑，动力功能相当于内脏，传感功能相当于五官，操作功能相当于四肢，结构功能相当于躯体。
人工自愈是装备自主健康和智能制造的基础，是工业智能发展的重要方向。人工自愈改变传统理论、创新设计，让未来的机器装备和制造系统，乃至所有的人造物系统自主健康，助力于下一轮工业革命，迈进自愈化时代。
人工自愈与人工智能一样是新兴交叉学科，应列入基础学科发展行列，应该重视自愈化和自主健康装备的开发应用。

演讲全文

各位嘉宾，女士们、先生们，上午好！ 我报告的题目是《人工自愈驱动装备自主健康》，讲五个问题：

第一、工业互联网与人工智能变革维修方式。机器是制造业的根本，机器人是双刃剑，它既能给人类带来福址，也能带来灾害，由于机器故障或者人为误操作有可能导致机器和生产系统爆炸着火，机毁人亡。

国际上，美国、加拿大、欧洲曾经对石化生产事故进行统计，机器事故可达40%，人为失误达40%，工艺失误达20%，即装备和人为失误是石化生产事故最主要的原因，人为失误也会造成设备的损害。因此，如何保证设备安全运转是非常重要的问题。

一些大机组，如石化企业、冶金企业，在生产线上，它是高温高压、易燃易爆的，如果出现了问题，则容易机毁人亡。国际上，与故障做斗争用的是什么办法呢？用的是紧急停车系统（Emergency Shutdown System ，简称ESD）。

我在石化企业工作32年。从1979年开始，我开展状态监测故障诊断工作，1987年引入美国监测系统，1991年开始自己开发。2000年开始，我到了学校，研发监测诊断系统，原来研究石化应用，后来研究电力、钻井平台，还有燃气轮机、柴油机、航空发动机应用。

1987年，最早从美国引进一台监测系统，当时还是模拟量，美国也没有数字量。从1991年开始，我们团队研发国内第一套局域网监测系统，当时是100M，我们是用数字量，电路板还是引进国外的。

2001年，我到了学校，团队开始把局域网的监测系统通过互联网连到北京，通过专线连到我们学校的实验室，对机器进行监测和远程诊断。

2005年以后，我们开始自主研发电路板，这个电路板可以高速宽频带各种参数同步的数据采集，采集高质量的数据，便于进行分析。另外，我们研究样机，在国家“973计划”（即国家重点基础研究发展计划）支持下，后来在航空发动机也进行了数据采集的监测系统。我们到现在为止可以远程监测70家企业，2700多台关键机组。另外，对于远程监测在便携式监测或者无线也可以连到系统当中。

我们这个平台可以在线、离线、无线一体化监测，工业互联网把他们连到一起。我们与企业开发的远程监测诊断中心，现在已经建成了10多个，正在建的8个。这是三个例子，一个是中油（音）的远程监测，中石油管道远程监测，还有四川石化。

四川石化一开始建厂的时候，我们就去和他合作，现在监测80多台机组，另外还有两三千台设备，2012年到现在，预测了500多个故障都被排除掉了，所以到现在没有出现大的设备事故。

从1995年开始，我们承担国家经贸委的项目——振动诊断工程软件包，我们对10类56种机械故障进行了诊断，当时还是人机对话，还不能制动，但已经在20多个国企推广应用。

后来学校团队又开始研究故障的机理，同时建立了一个模型，找因果关系。另外，通过互联网、大数据找关联的关系，进行综合的诊断，多参数的判断故障，早期预警，同时找出故障的原因制造维修，这是我们开发的故障自动诊断系统，当时有离心泵，旋转机械、柴油机、燃气轮机等等。

我们除了对单台设备进行深入研究，开发出监测诊断系统，建立自动诊断系统。同时，我们对机群的数据也进行总结和研究，不断地完善专家系统的支持规则，提高专家系统诊断的准确率。

从2000年以来，我们统计各个案例，关键机组、透明压缩机组有2700多个案例。另外，离线的监测系统有1万多个案例。总共统计1.2万多个案例。用户统计反馈回来的结果，故障诊断准确率达到了90%，这是经过长期漫长的过程一点点提高的。

在这个基础上，因为准确率较高，国际上通用的紧急停车系统，它是单值超标停车，如温度超标，振动超标马上停下来。后来我们觉得把这个原因快速诊断出来是什么原因，比如说振动，如果不平衡，振动大一点影响不大，但如果掉叶片，这个时候就容易出现大的事故。确定风险有的是停车，有的是报警，这样就可以减少停车的次数取得长周期安全运转的效果。

这是我们研究的智能联锁系统，与国际上通用的对比，我们进行实验制造故障，现在我们已经产业化了，在重庆油气管网上已经开始试用了，将来需要全面推广，这是利用人工智能减少故障停车的次数。

总之，智能运维有赛博系统、虚拟系统，还有实体系统。它们通过监测诊断给人提供决策依据，人去执行，排除故障或者检修，这是智能运维的方法。

能不能减少人的工作，少忙一点，能够维护机器的健康？提出这个问题，我们数据获取、信息认知、科学决策，最后精准执行，都要靠人执行，人工智能帮助判断最后还要人去执行，工业互联网促进了诊断的准确性。

智能运维在这个基础上能不能再前进一步？我们提出人对自然和技术系统的认识程度，最好体现我们控制它的能力，我们能不能控制它而不靠人去维修。

第二，大工业机器崛起促生仿生人工自愈。机器监测判断，然后停下车来检修，我们能不能通过自愈调控让它不发生故障。

这个方面我们研究了，与疾病作斗争和与故障作斗争是有共同性的，人是自然制造的，有300万的历史，人在没有医药之前人能够繁衍下来靠的是自愈能力。机器到现在只有200多年的历史，机器都是人去诊断，有了智能以后自动诊断，但最后还要停下车检修。

机器能不能像人一样自愈？医学上讲，所谓保持健康的根本点不在于宏观的稳定状态，而在于调节控制和建立保持这种状态的机制，疾病的全愈还得依靠人体的自愈能力，包括免疫、防御、代偿、自修复和自适应等等。

国际上对仿生提出了“五块论”（德国RolfIsermann教授提出机电一体化系统，如下图），控制系统相当于人的大脑，动力功能相当于内脏，传感功能相当于五官，操作功能相当于四肢，结构功能相当于躯体。大家都知道仿照人的大脑提高机器的智能，那就是人工智能。

另外，人有自愈功能，自愈系统能不能人工自愈，让机器有这个功能。人工智能是1956年提出的，让计算机像人一样思考，计算机模拟人的头脑，仿生机械学对人的智能研究大大增强了仿生人脑的能力，但是忽略了人和动物自身健康的自愈系统和自愈功能。

因此，我们提出人工自愈和人工智能都是研究人到物的科学，人工自愈是赋予机器自发作用的维持健康状态的能力，让机器自主健康，人工智能让机器更聪明。

我们都知道有十几个躯体，两体模型，如果人的大脑介入就是人工自愈，如果人的无意识思维，自愈功能介入就变成人工自愈，即从实体、虚体两元空间到实体、虚体、人体三元空间。

第三，从自动化、智能化到自愈化。瓦特1978年发明蒸汽机，自动化是1936年提出来的，所以理论是落后实践的。自愈是1916年就有的，但是理论还没有开始研究。维纳提出反馈原理，创造了控制论，把目的性行为、生物特性赋予机器。自动化是有意识思维保持工作能力的，智能化就是人工智能驱动智能化。人体是无意识思维，目标是保持健康状态，实现自愈。

从历史来看，自动化、控制论、人工智能，原来有自愈的技术，2003年才开始提出自愈化。人工智能、仿生自愈系统包括什么呢？自修复、代偿、自保护和故障防止，下面简单讲一下自愈调控。自动控制是反馈原理，工况和指标比较纠正偏差，利用反馈这样的原理。

自愈调控是测试工况，有异常的时候诊断故障，找出故障的原因，通过反作用抵消故障产生的条件和原因，所以它与反馈原理还不是完全一样的。

我们团队2018年做了好多这方面的研究工作。轴位移，原来一波动轴就必须停车，现在通过调节平衡活塞的压差来保证平衡力，让它不停车，我也可以用电磁力。振动，也可以用多频振动来靶向抑制，从而抑制故障。平衡盘，原来只是密封，现在加电磁也可以控制，这个是实验的结果。

另外，动平衡在这方面做了很多工作，现在航空发动机也做整机的自动平衡，这个是制动平衡。我们有国际专利，螺旋桨的制动平衡。

人工自愈的意义，高危装置本质安全化、装备维修方式变革、空天飞行器自诊断、自恢复。刚才讲人工智能，如果加上人工自愈就变成了人工自愈和智能运维和自主健康系统。

“五化”是基础，最终的目标是自愈健康。结论是大工业机器崛起催生人工自愈，人工自愈拓展了仿生学、控制论和人工智能的研究领域。人工自愈将会促进装备的智能化由可控化、自动化真正实现具有自愈功能的高级智能阶段。

人工智能使设备更聪明，人工自愈让装备自主健康。人工自愈是装备自主健康和智能制造的基础，是工业智能发展的重要方向。人工自愈改变传统理论、创新设计，让未来的机器装备和制造系统，乃至所有的人造物系统自主健康，助力于下一轮工业革命，迈进自愈化时代。

人工自愈与人工智能一样是新兴交叉学科，应列入基础学科发展行列，应该重视自愈化和自主健康装备的开发应用。

谢谢大家！