作者:温才妃 来源:中国科学报 发布时间:2012-12-11
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中国工程院院士高金吉:
开发高端机器要考虑“优生”“优育”

 

 高金吉
■本报记者 温才妃
 
人一旦生病,不仅可以靠吃药痊愈,还可借助身体的自愈功能调节;然而,机器出现故障,非但无药可吃,还不得不依靠人工修理。人们曾不止一次想过,机器能否和人一样实现自我康复?
 
近日,在中国工程院举办的“我国高端能源动力机械健康与能效监控智能化发展战略”学术论坛上,中国工程院院士、北京化工大学教授高金吉运用仿生学原理赋予机械内在的自愈机制,引来众人关注。
 
高金吉表示,自愈化是把动物的自愈机制概念赋予机器,其目的是维持机器的健康状态。好比人的免疫系统,它会主动分泌激素调节人体,不需要大脑刻意下指令。未来的机器也将模仿这一过程,在运行中出现故障将进行自我诊断、自我恢复,不需要人力干预。
 
这是一个听起来略显“魔幻”的想法。事实上,自愈化早在20世纪初就出现了雏形。自动平衡系统实现了机器的被动式自愈,当机器的转子由于不平衡发生振动时,平衡器会自动改变其中液体的分布抵消不平衡量,不用人的干预。
 
“仿生机械学研究的新领域是健康监控,与故障作斗争将是与疾病作斗争以另一种方式的延续。”高金吉说。
 
德国Darmstadt大学的RolfIsermann提出了著名的机器“五块论”——控制功能、动力功能、传感器功能、操作功能、结构功能,对应了人体的大脑、内脏、五官、四肢、躯体。高金吉则认为,RolfIsermann遗漏了机器的自愈系统,与之对应的是人体的自愈功能。
 
与理论上的意义相比,实现机器自愈化更是源自工程的重大需求。
 
世界石化装置正在朝大型化方向发展,但据监测统计,近年来相关企业炼油压缩机组故障频繁,故障报警率已近30%。一直以来,应对严重故障报警的最直接反应是“紧急停车”——机器停止运作。
 
高金吉指出,停车固然保护了机器,但却打断了长周期运行,极大地影响了生产成本。无法根据故障类型、破坏形式,来对报警和停机值进行分类设置,难免会增加报警停机次数;同时,无法分辨虚假信号,误报警及联锁停车也是不可避免的。
 
“怎么智能联锁,减少停车;怎么实现自愈,不发生故障;怎么基于诊断,改进设计。这是未来需要着重思考的问题。”高金吉说。
 
在他看来,机器也有一个类似“物竞天择,适者生存”的过程,所不同的是,“机竞人择,适者发展”,机械向高端发展,更是一种人为的推进过程。
 
“‘机竞人择,适者生存’,‘竞’的是人的设计。”高金吉说,创造新机器,设计是灵魂。“我们开发高端机器要事先布置安排,不能事后诸葛。机器在设计制作时就要考虑‘优生’,在运行维护中就要考虑‘优育’。”
 
他解释,一方面,我们要借助医学科学、网络化通信技术,通过信号识别做实时监测和早期预警,在运行维护中预防、消除故障;另一方面,我们要研究仿生机械学、系统论、医学、风险、监控一体化,追本溯源地解决设计制造问题,在设计时就要考虑可监测诊断和自愈调控的可能性,研制具有康复功能的新一代机器。
 
如今,在自愈化理念的引导下,能修复汽车表面刮痕的油漆、轴承磨痕自修复技术已在工程上应用。高金吉相信,在不太遥远的未来,压缩机、发电机的自愈化研究也将走出实验室,走入工业市场。
 
《中国科学报》 (2012-12-11 第1版 要闻)
 
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