科技自立自强之院士说｜高金吉：人工自愈拓展高危流程工业智能制造、安健发展新途径

他认为，真正的创新源于工程实践。“从人工智能到人工自愈，从自动化到自愈化，这是未来发展的必然。我国拥有世界上最全的工业门类以及数量最多的装备，应率先开展这方面的探索，为世界做出贡献。”

以下为访谈实录：

新华网：聚焦制造业高质量发展，您认为当前我们推进智能制造的过程中还有哪些薄弱点？

高金吉：美国纽约大学怀特（P.K.Wright）教授和卡内基梅隆大学布恩（D.A.Bourne）教授合作了一本书叫做《制造智能》，讲的是智能机器在没有人操作情况下能够生产出小批量的产品。我认为，智能机器实际上就是人工智能，没人监管、没人操作就意味着自动化，所以智能制造的初衷就是人工智能+自动化。我觉得，智能制造对离散制造行业能够实现优化自动生产，比如德国提出的工业4.0，应用于机器制造业、汽车行业，都是非常好的。

图为中国工程院院士高金吉（新华网 朱家齐摄）

不过，石化冶金、煤化工等长周期、连续生产且易燃易爆、高负荷的高危流程工业，在安全可靠、长周期运行方面仍是薄弱环节，如果生产中断将造成较大损失。人工智能技术对生产装备能够起到监测诊断作用，如果机器振动等超标能够智能维修，可以提前预警，就能减少造成重大损失。我认为，对于高危流程工业而言，应该在流程智能制造的基础上，考虑到流程工业的安全可靠，因此我提出装备能够“自主健康”是新的发展方向。

新华网：针对您提出“高危流程工业要高质量发展，必须实现安全可靠长周期运行”的观点，您认为智能制造应朝着什么方向发展？如何实现人工自愈赋能装备自主健康？

高金吉：如何保证高危流程工业长周期安全运行，我在工厂工作32年，对此深有体会。机器在运行过程中除突发故障外，出现其他故障都会有一个过程，

如果能够在过程的早期发现并查找故障产生的原因，采取对应的措施，就可以避免故障发生。

依照国际标准，包括智能设备在内，超标停车，人来检修的做法一直延续至今。我回到北京化工大学任教后开始这方面研究，中医讲“自主调控是治疗学的第一原理”，人体的自愈机制令我受到启发。从瓦特发明蒸汽机到现在两三百年的时间里，机器出了问题都是靠着人检修，有没有可能实现机器做到自我修复、不依靠人？人工智能会使机器更聪明，人工自愈可让机器更健康，我觉得这是未来的发展方向。

2003年，我在国际会议上首先提出过程装备自愈的原理；2010年我在日本召开的国际学术研讨会上提出工程自愈论的概念；2018年我在《机械工程学报》发表文章，提出人工自愈、自愈调控和装备自主健康。对于机器而言，看输出是否满足要求，没满足就调输入，这是自动控制；自愈调控是诊断机器产生异常、产生故障的原因和条件，然后想办法能够抵消掉，这样机器就可以既不报警又不停车，实现长周期运转，这对未来装备高质量发展非常有用，所以我在智能化的基础上提出自愈化。

自愈化包括自修复、代偿、故障防止、自愈调控等几方面。人工自愈是在人工智能的基础上溯源诊断，把问题弄清楚，然后自行采取措施。特别注意的是，这个采取措施并不是人为停机采取措施，而是赋予机器的自愈机制。

以发达国家提出的非正常工况管理为例，指的是计算机智能监测发现异常，提醒操作者进行调整。但如果赋予机器自愈机制，让机器去自动识别异常工况，自适应调整，那就不会出现问题，从这个角度讲，人工自愈是在人工智能基础上发展起来的。

从人工智能到人工自愈，从自动化到自愈化，这是未来发展的必然。我认为，在我们在装备设计的时候就应考虑到这个问题，在整个工艺过程中考虑到非正常工况的自愈调控，就能够保证装备的安全、过程的长周期运行以及保证高危流程工业高质量发展起来。

新华网：工业互联网被视为第四次工业革命重要基石。在您看来，这些年我国工业互联网取得了哪些方面的成果？

高金吉：2012年，工业互联网的概念由美国GE公司首先提出，他们要把工业互联网技术应用到工业上，用于400万台旋转机械，后来又推出GE Predix平台。我们团队在讨论时我说到，GE公司做的是航空发动机，团队大部分是IT人员，掌握了3000多万条数据，但他们对民用工业机器并不了解，光有数据还不够，还应该了解机器的故障机理。

1997年，MIT和斯坦福大学组织召开研讨会，讨论因特网如何对机器进行远程监测。同样在1997年，我在广州中设协组织的国际工程设备工程大会上主旨演讲，代表中石化和辽阳石油化纤公司（以下简称辽化）介绍如何应用因特网对装备远程监测。从学术角度，我们的企业与美国名校基本是同步的。

当年，在辽化试车过程中，很多机组出现振动问题，我们半夜到达现场，观察等待几个小时，发现机组不振了。没想到我们刚回到家，被告知机组又出现振动。当时我就在想，能不能用计算机将数字记录下来，我们来进一步分析，实际上这就是数字化的开始。

1987年，我们研究所斥资17万美元购置M6000监测系统，没想到在1988年1月就派上用场。半夜11点，机器出现同频振动，监测系统显示四个同频振动都振起来了。我们判断原因是掉叶片，必须开盖检查。当时的情况是，如果开盖检查，将损失3天的生产时间；但如果不打开盖，我判断有可能会出大问题。经过激烈讨论，终于在第二天凌晨6点打开盖，证实了确实由于掉叶片导致机组振动。通过这件事，避免了重大事故，验证了监测系统起到很大的作用。后来上第二期工程的时候，我建议关键机组也要上监测系统，来保证预警和安全，维修也能做到有的放矢。

1991年，当时国际市场上还没有数字监测系统，作为公司的副总工程师，我就组织仪表厂、机械研究所、信息中心一起研发局域网的监测系统，并在1995年二期工程实现应用，在预知维修、确保安全运行方面发挥了很大作用。

2002年，我在北京化工大学组织团队和中石油合作，开发关键机组基于因特网的远程监测诊断系统，把辽化和大庆的装备监测系统放到一个平台上，能够诊断、预警、减少故障。至今已积累故障案例超过2万个。正是这些案例，让我深切地领悟到，要诊断好设备，必须将设备机理与大数据分析有效结合，才能溯源诊断机组出现问题的根本原因，分析产生的条件和原因。据用户反馈信息统计，实现诊断准确率超过90%。

我国高危流程工业开展智能诊断工作较早。早先辽化从法国引进的关键机组运行中经常出现振动问题，应用便携仪器检测和从国外引进的M6000实时监测系统，1985年我们自主开发了监测诊断维修决策系统，通过建立数据库，分析故障原因，提出状态维修建议书，指导对症下药有的放矢去维修，并要求各厂执行后要反馈结果，以完善我们的诊断知识规则。

正是基于监测诊断系统，辽化当时13台关键技术、400多台重要设备，十年间故障停车台次减少90%，同时延长了运转周期，从全公司一年一大修，变成三年两修，再到后来三年一修，走在行业前列。监控诊断系统的作用是能够把问题搞清楚，在此基础上我们才可以考虑如何让装备自愈，不再发生故障。

新华网：工业互联网与人工智能、人工自愈对于推进智能安健制造、新型工业化起到哪些助推作用？

高金吉：人工自愈可以赋予装备自主健康。流程工业企业分为资源规划系统ERP、生产执行系统MES和控制系统PCS三个层次，但实际上对高危流程工业还不够，因为在安全方面只是采用国际标准。这意味着如果超标了，机器就得停下来检修导致生产中断，如果处理不及时还有可能产生其他问题，造成更大损失。因此我提出应该加上第四层，即故障自愈和异常工况自愈调控系统。

与前三次工业革命相比，我觉得第四次工业革命应加上人工自愈和装备自主健康，并应用故障自愈调控系统和非正常工况自愈调控系统，才能保证流程工业安全可靠、自主健康长周期运行，又能提高效益，这一点我觉得意义非常重大。

目前，智能制造中还没有提到这个问题。我国拥有世界上所有的工业门类和数量最多的装备，应率先开展这方面的科技发展战略，在保证机器能够长周期安全运行、无人值守、智能安健制造方面走在前面。

新华网：如何推进智能安健制造促进制造业高质量发展？您建议应采取哪些政策措施？

高金吉：首先，我们国家应该鼓励原创，这点我觉得非常重要。应该鼓励我们工厂的工程技术员、科技人员在实践一线提出的原理和方法。实话说，我国石化工业互联网研究和应用是走在靠前的，应该总结我们自己的经验。

其次，我们现在考核的一流学科都是延续下来的传统学科，这些学科的设置是否最合理并没有经过严格科学论证。真正的创新不是靠单一学科，而是靠特色和交叉学科，人工智能、智能制造都是交叉学科，所以要鼓励学科交叉融合。我们团队从2001年开始建设诊断与自愈工程研究中心，在发展过程中做了很多交叉学科创新的事。我觉得应该在鼓励一流学科建设的同时，更应该鼓励特色和创新交叉学科，这点非常重要。

第三，企业数字化升级改造除了搞智能化外，也应该搞自愈化，特别是现在提出来要设备更新。我们原来是想朝着智能化方向发展，同时也应该把自愈化技术加进来，让它保证安全长周期运行，或实现无人值守本质安全化。

装备更新不能只图短平快，得经过测试分析，找出设备上的问题。如果设备和过程不和谐，大马拉小车，那应该测试分析然后重新节能设计，在原来基础上改进；同时把健康监测、抑制振动、自动平衡、故障防止等先进技术用到装备上，这才能够实现真正的升级。不是说限期把之前旧的换成新机器就行了，新的必须得比原来的好，真正实现数字化、智能化、自愈化升级在役再制造。

最后，我们国家装备门类齐全，数量最多，如何在装备上率先发展新的科技发展战略，用人工自愈和自主健康技术来实现新的科技变革，我们要走在前列。同时鼓励原创、鼓励工程应用，把我国装备制造和高危流程行业搞得更好，对国际上也是贡献。