來源：人民日報海外版

　　讓機器“自愈化”引領(lǐng)新科技變革（科技名家筆談）

　　高金吉

　　18世紀60年代，發(fā)端于英國的第一次工業(yè)革命開創(chuàng)了以機器代替手工勞動的時代。然而，機器是把“雙刃劍”，可以為人類帶來福祉，也可能造成災(zāi)害。隨著高危流程工業(yè)裝備和空天飛行器的發(fā)展，故障導(dǎo)致非計劃停產(chǎn)和突發(fā)事故，危害巨大。20世紀60年代起，設(shè)備監(jiān)測診斷技術(shù)和狀態(tài)維修興起，逐步實現(xiàn)了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化智能運維，但排故檢修必須靠人的狀況始終沒有改變。

　　人類歷史就是與各種疾病作斗爭的歷史，在各類傳統(tǒng)醫(yī)術(shù)和現(xiàn)代醫(yī)學(xué)還沒有誕生前的漫長歲月中，人類是靠自身的抵抗能力，戰(zhàn)勝疾病而“自愈”并生息繁衍下來。從生物演變歷程看，機器是生物以另一種方式的延續(xù)，活著的人和運行的機器都屬于耗散結(jié)構(gòu)開放系統(tǒng)，與機器故障和與人的疾病作斗爭可遵循某些共同規(guī)律。隨之而來的問題是，機器的排故檢修能否不需要人去“治愈”，而能像人一樣可以“自愈”呢？

　　筆者的回答是肯定的。在石化企業(yè)一線工作三十多年的實踐中，我認識到，除少數(shù)突發(fā)故障外，大多數(shù)故障發(fā)生均有一個漸進過程，而相互作用是故障的終極原因。如能早期發(fā)現(xiàn)并及時采取恰當(dāng)?shù)恼{(diào)控措施，在運行中抑制或抵消產(chǎn)生故障的原因和條件，故障完全可以防止。通過學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)、控制論、系統(tǒng)論、耗散結(jié)構(gòu)和仿生學(xué)等經(jīng)典著作。借鑒中華傳統(tǒng)醫(yī)術(shù)“自主調(diào)理”經(jīng)驗，特別是疾病痊愈很大程度上是靠人體自愈機制，我深切感悟到，機器故障從“治愈”到“自愈”是現(xiàn)代化大工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的重大需求，也是必然趨勢。2003年，筆者在國際學(xué)術(shù)會議上首次提出了過程裝備故障自愈調(diào)控原理，受到學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注。

　　德國羅爾夫·艾思曼教授曾提出，現(xiàn)代機電系統(tǒng)是由控制、動力、傳感及檢測、操作和結(jié)構(gòu)等五大功能模塊組成，將其通俗地類比于人的大腦、內(nèi)臟、五官、四肢和軀體，得到世界仿生學(xué)界的認可。但他忽略了對人體自愈功能的仿生。筆者由此提出了人工自愈（AS Artificial Self-recovery）的概念，研究把自愈機制這個人和動物特有的概念賦予機器，拓展了仿生學(xué)研究領(lǐng)域。自愈功能可抑制故障苗頭或在運行中自行消除故障，包含代償、清潔、修復(fù)、自適應(yīng)調(diào)節(jié)、應(yīng)激、協(xié)同、自保護等。

　　人工自愈和人工智能（AI）共同之處是“人工”，都是由人賦予機器功能。不同之處在于，人工智能是對人腦意識思維控制行為的模擬，而人工自愈是對人體無意識思維（不經(jīng)過大腦）的自愈機制的模擬。人工智能僅僅對人腦進行仿生，忽略了遍布人體全身的經(jīng)絡(luò)—神經(jīng)—內(nèi)分泌—免疫網(wǎng)絡(luò)形成的自愈功能的研究。

　　維納的控制論為生物系統(tǒng)與技術(shù)系統(tǒng)的連接架起了橋梁，提出目的性行為可以用反饋來代替，從而突破了生命與非生命的界限，把目的性行為這個生物所特有的概念賦予機器。但由于歷史背景的局限，1948年發(fā)表控制論時，是從研究火炮自動打飛機的實踐中研究目的性行為。顯然，控制論中的目的性行為不包含自愈機制。

　　工程控制論突破了動物和機器、控制工程和通信工程的界線，將動物的目的性行為賦予為機器共有的特征，概括綜合形成新理論。2010年，筆者提出將動物另一個共有的特征自愈機制賦予機器，概括綜合形成機器可以產(chǎn)生自愈功能遏制破壞力的理論——工程自愈論（Engineering Self-recovery）。工程自愈論是一門跨學(xué)科的學(xué)科群，是一種科學(xué)的哲學(xué)理論或從一種新的角度來觀察世界的系統(tǒng)觀點和方法，是人工自愈的理論基礎(chǔ)，可以改變理念，指導(dǎo)設(shè)計制造使機器實現(xiàn)自愈化。

　　自愈化是研究機器或裝置及其健康監(jiān)控系統(tǒng)在無人干預(yù)的情況下按設(shè)計的自愈機制自行抑制或消除故障的過程。自愈化技術(shù)大致可以分為四類：一是自修復(fù)，二是自代償，三是自保護，四是自愈調(diào)控。2021年7月，“首屆人工自愈與自主健康學(xué)術(shù)論壇”在北京化工大學(xué)舉行，與會學(xué)者興趣十足，研討熱烈。出乎意料的是，該學(xué)術(shù)論壇吸引了超過1.2萬人線上關(guān)注。

　　2006年，中國工程院咨詢項目提出“裝備故障自愈工程及其在我國推廣應(yīng)用的建議”。現(xiàn)代社會是生物—社會—機器（人造物）—賽博（Cyber）共存的時代，可稱其為BASOMAC（Biology-Society-Machine-Cyber）。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和AI與AS兩個輪子驅(qū)動，應(yīng)用賽博賦能技術(shù)，將嵌入式技術(shù)、智能材料和工業(yè)軟件與裝備本體技術(shù)深度融合，可實現(xiàn)裝備輔助康復(fù)和自主健康，以及高危流程裝置本質(zhì)安全化和無人化，引領(lǐng)新科技變革。

　　2001年起，北京化工大學(xué)診斷與自愈工程研究中心開展基于因特網(wǎng)的裝備遠程監(jiān)測與智能診斷研發(fā)及工程應(yīng)用，并在快準(zhǔn)溯源診斷、精穩(wěn)自愈調(diào)控研究取得若干成果，如透平機械軸位移與氣膜端面密封故障自愈調(diào)控、轉(zhuǎn)子多頻振動電磁力靶向抑制、電磁與氣壓液式轉(zhuǎn)子自動平衡等。2012年，筆者出版了《機器故障診治與自愈化》專著，擬于明年出版《人工自愈導(dǎo)論》中英文專著。

　　2009年，IBM提倡的“智慧地球”和“智慧工廠”戰(zhàn)略得到了普遍認可，但僅有“智慧”是不夠的，在未來世界，裝備安全與自主健康會越來越成為生產(chǎn)力和戰(zhàn)斗力的最重要組成部分。人工智能會使機器更聰明，人工自愈可讓機器更健康。中國具有門類齊全、世界上數(shù)量最多的工業(yè)裝備和制造廠，在學(xué)習(xí)國外構(gòu)建智慧工廠的同時，應(yīng)在世界上最先揭開“健康工廠”乃至“健康地球”發(fā)展戰(zhàn)略的序幕。

　　今天，我們可以展望，總有一天，隨著人工自愈科技的發(fā)展，人類會造出一些跟人一樣自主健康的機器裝備和制造系統(tǒng)，并有可能輔助增強人類自愈康復(fù)功能。人工自愈將助力新一輪科技革命，邁向自愈化時代。

　　（作者為中國工程院院士，北京化工大學(xué)教授，主要從事設(shè)備故障網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測診斷、智能運維與人工自愈研究；兼任中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院技術(shù)委員會主任；于2016年獲世界工程資產(chǎn)管理協(xié)會頒發(fā)的年度唯一的先進技術(shù)領(lǐng)域終身成就獎。）