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機器是雙刃劍，可以為人類帶來福祉，也可能導致災難。現(xiàn)代工業(yè)生產規(guī)模越來越大，設備故障導致的非計劃停產和事故損失巨大。從1781 年瓦特發(fā)明蒸汽機至今僅有200多年的歷史，人與故障作斗爭主要是靠“治愈”，即機器出了故障要停機由人來檢修。 

上世紀60年代起，設備監(jiān)測診斷技術向數(shù)字化、信息化、智能化發(fā)展，實現(xiàn)了緊急停車保護和預測維修，但出了故障必須依賴人這點始終沒有改變。 

機器“人工自愈”概念的提出 

工程實踐表明，除少數(shù)突發(fā)故障外，大多數(shù)故障的發(fā)生均有一個漸進過程。由于從裝備的設計制造到運行操作都沒有重視故障發(fā)生的漸進過程，錯過了調控和抑制故障的大好時機，導致設備故障乃至發(fā)生事故。 

任何機器都是設計在一定范圍內可以有序穩(wěn)定運行，而實際工況可能由于其內部的變化和外部干擾偏離原設計條件，出現(xiàn)故障或非正常工況。 

筆者總結多年工程實踐，感悟到有必要深入研究機電裝備復雜系統(tǒng)動力學行為，通過自診斷預測和主動控制在運行中抑制和消除故障。2003年，筆者在國際學術會議上首次提出故障自愈原理，受到學術界的關注。 

中國自愈醫(yī)學理論創(chuàng)始人張弦研究發(fā)現(xiàn)，人和動物都存在一個與生俱來、自發(fā)作用的自愈系統(tǒng)，使其得以維持健康狀態(tài)，自愈力使其免于在受到來自外界的侵害后喪失生命力。筆者認為，可借鑒這一原理研究機器故障如何從完全依賴人工“治愈”到可以在運行中“自愈”，提出人工自愈（Artificial Self-recovery，AS）新概念。 

依據(jù)仿生學原理，德國學者Rolf Isermann 提出了“五塊論”，即現(xiàn)代機電系統(tǒng)是由控制、動力、傳感及檢測、操作、結構等5 大功能模塊組成，將其類比于人的大腦、內臟、五官、四肢和軀體，得到世界仿生學界的認可，但這忽略了對人和動物維持自身健康的自愈功能的仿生。 

如今，人工自愈研究正把自愈機制這個人和動物特有的概念賦予機器。機器產生自愈力可抑制可能產生的損壞力，使其不產生或在運行中自行消除故障，自愈力包含代償力、清潔力、修復力、自適應調節(jié)力、應激力、自保護力和協(xié)同力等。 

讓機器更健康 

人工自愈和人工智能一樣都是仿生機械學研究的領域。其共同之處是“人工”，即都是由人賦予機器功能。不同之處在于人工智能是對人腦思維控制行為過程的模擬，而人工自愈是對無意識思維（不經過大腦的）自愈機制的模擬。人工智能會使機器更聰明，人工自愈可讓機器更健康。 

維納的控制論為生物系統(tǒng)與技術系統(tǒng)的連接架起了橋梁。但在1948年維納發(fā)表控制論時，由于歷史背景的局限，他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是不包含生命體內由自愈力驅動的自愈過程的。 

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機器共有的特征，概括綜合形成新理論。本文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生自愈力來遏制破壞力的理論——工程自愈論。工程自愈論是人工自愈的理論基礎，可以指導設計制造，使機器實現(xiàn)自愈化。 

自動化的研究對象是機器的目的性功能和優(yōu)化運行，控制系統(tǒng)像人的大腦一樣，模擬有目的思維，控制機器保持其優(yōu)化功能。自愈化旨在讓機器系統(tǒng)像人一樣具有自愈功能，自愈系統(tǒng)模擬無意識思維，抑制機器的異常行為，確保其自身的健康狀況和長周期安全運行，自愈化是研究機器或裝置及其監(jiān)控系統(tǒng)在無人干預的情況下按設計的自愈機制自行抑制或消除故障的過程。 

本質是智能化水平的提高 

近20年來，北京化工大學診斷與自愈工程中心在快準溯源診斷、精穩(wěn)自愈調控及應用研究方面取得了一些成果：透平壓縮機軸位移故障自愈調控、基于電磁力的轉子多頻振動靶向抑制、動靜壓混合氣膜端面密封的自愈調控以及電磁自動平衡與氣壓液式自動等技術。 

中國科學院先進制造領域戰(zhàn)略研究組指出，至2050 年，裝備的智能化水平將得到本質的提高。體現(xiàn)在根據(jù)環(huán)境和任務的變化，裝備不僅具有參數(shù)調節(jié)的適應能力，同時也具有結構適應能力。結合材料、信息技術的進步，裝備的自我進化和升級的能力，將會促進裝備的智能化水平由可控化、自動化進入自維護、自適應和自進化的高級智能階段。 

中國工程院咨詢項目“裝備故障自愈工程及其在中國推廣應用的建議”指出，故障自愈原理及其在裝備復雜系統(tǒng)的工程應用，可以有效地預防和消除故障，減少裝備對人的依賴程度，實現(xiàn)自愈化。 

人工自愈是研發(fā)自主健康裝備的理論基礎，可創(chuàng)造出具有自愈功能的新概念機電裝備系統(tǒng)，大幅度減少對人的依賴程度，具有廣闊的應用前景。人工自愈能讓未來的裝備乃至制造系統(tǒng)自主健康，進入自愈時代。

摘自《中國科學報》