機器也可“優(yōu)生”“優(yōu)育”
人一旦生病，不僅可以靠吃藥痊愈，還可借助身體的自愈功能調(diào)節(jié)；然而，機器出現(xiàn)故障，非但無藥可吃，還不得不依靠人工修理。人們曾不止一次想過，機器能否和人一樣實現(xiàn)自我康復？
近日，在中國工程院舉辦的“我國高端能源動力機械健康與能效監(jiān)控智能化發(fā)展戰(zhàn)略”學術論壇上，中國工程院院士、北京化工大學教授高金吉運用仿生學原理賦予機械內(nèi)在的自愈機制，引來眾人關注。
中國工程院院士、北京化工大學教授高金吉
高金吉表示，自愈化是把動物的自愈機制概念賦予機器，其目的是維持機器的健康狀態(tài)。好比人的免疫系統(tǒng)，它會主動分泌激素調(diào)節(jié)人體，不需要大腦刻意下指令。未來的機器也將模仿這一過程，在運行中出現(xiàn)故障將進行自我診斷、自我恢復，不需要人力干預。
這是一個聽起來略顯“魔幻”的想法。事實上，自愈化早在20世紀初就出現(xiàn)了雛形。自動平衡系統(tǒng)實現(xiàn)了機器的被動式自愈，當機器的轉(zhuǎn)子由于不平衡發(fā)生振動時，平衡器會自動改變其中液體的分布抵消不平衡量，不用人的干預。
“仿生機械學研究的新領域是健康監(jiān)控，與故障作斗爭將是與疾病作斗爭以另一種方式的延續(xù)?！备呓鸺f。
德國Darmstadt大學的Rolf Isermann提出了著名的機器“五塊論”——控制功能、動力功能、傳感器功能、操作功能、結構功能，對應了人體的大腦、內(nèi)臟、五官、四肢、軀體。高金吉則認為，Rolf Isermann遺漏了機器的自愈系統(tǒng)，與之對應的是人體的自愈功能。
與理論上的意義相比，實現(xiàn)機器自愈化更是源自工程的重大需求。
世界石化裝置正在朝大型化方向發(fā)展，但據(jù)監(jiān)測統(tǒng)計，近年來相關企業(yè)煉油壓縮機組故障頻繁，故障報警率已近30%。一直以來，應對嚴重故障報警的最直接反應是“緊急停車”——機器停止運作。
高金吉指出，停車固然保護了機器，但卻打斷了長周期運行，極大地影響了生產(chǎn)成本。無法根據(jù)故障類型、破壞形式，來對報警和停機值進行分類設置，難免會增加報警停機次數(shù)；同時，無法分辨虛假信號，誤報警及聯(lián)鎖停車也是不可避免的。
“怎么智能聯(lián)鎖，減少停車；怎么實現(xiàn)自愈，不發(fā)生故障；怎么基于診斷，改進設計。這是未來需要著重思考的問題?！备呓鸺f。
在他看來，機器也有一個類似“物競天擇，適者生存”的過程，所不同的是，“機競?cè)藫?，適者發(fā)展”，機械向高端發(fā)展，更是一種人為的推進過程。
“‘機競?cè)藫瘢m者生存’，‘競’的是人的設計?！备呓鸺f，創(chuàng)造新機器，設計是靈魂。“我們開發(fā)高端機器要事先布置安排，不能事后諸葛。機器在設計制作時就要考慮‘優(yōu)生’，在運行維護中就要考慮‘優(yōu)育’?！?/p>
他解釋，一方面，我們要借助醫(yī)學科學、網(wǎng)絡化通信技術，通過信號識別做實時監(jiān)測和早期預警，在運行維護中預防、消除故障；另一方面，我們要研究仿生機械學、系統(tǒng)論、醫(yī)學、風險、監(jiān)控一體化，追本溯源地解決設計制造問題，在設計時就要考慮可監(jiān)測診斷和自愈調(diào)控的可能性，研制具有康復功能的新一代機器。
如今，在自愈化理念的引導下，能修復汽車表面刮痕的油漆、軸承磨痕自修復技術已在工程上應用。高金吉相信，在不太遙遠的未來，壓縮機、發(fā)電機的自愈化研究也將走出實驗室，走入工業(yè)市場。
來源：中國科學報