中国工程院院士高金吉：要重点支持鼓励敢为垦荒牛的工业互联网平台

zelricn · 发表于 2020-12-16 10:00:00

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12月12日，中国工程院院士高金吉在杭州举行的2020（第五届）中国工业大数据大会?钱塘峰会暨未来智造大会上建议：“在奖励双跨几十万台设备连在一起大平台的同时，更应该重点支持鼓励敢为垦荒牛，开发应用让企业获得实效的行业工业互联网专业平台。”

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         当天的会议上，高金吉院士做了“工业互联网+赋能装备智能运维与自主健康”的主题演讲。

      高危流程装备监测诊断网络化、智能化

         高院士表示，关于工业互联网和数字化需求，事实上始源于更早，他讲了两个故事：2012年GE提出工业互联网的概念，国内发展也非常快速，1997年1月斯坦福大学MIT联合举办了首届基于英特网的工业装备远程诊断的研讨会，1997年在国际设备工程大会上主旨报告提出设备集散监测网络与远程诊断系统。当时讲中国石化集散监测网络，不能说2012年才开始有工业互联网，实际上工程需要我们早就做。我当时在辽化，夜间出现问题没有办法用仪器分析，1984年提出能否用计算机把这个记录下来，数字化需求当时就有，后来我到美国参加国际会议作报告，考察了一下美国的情况，当时美国有模拟量远程监测系统，后来引进了一台，领导对这个非常不满意，但是1988年进行诊断，判断了叶片掉了，如果当时不判断出来，可能换了轴瓦就要开车，结果就会使机器损害，后来公司领导对这个事儿非常重视，认为这个监测诊断非常重要。

         1991年开始自主开发数字化的网络监测系统，也监测了运营状态和工况。当时FBDI，是国内第一套远程监测系统，后来开发了状态监测诊断与维修信息系统，建立设备状态库、机器结构和故障库，在大修前两个月提出维修建议，指导设备维修，维修什么地方，这样可以有的放矢，这就是智能运维的起步，1988年我担任公司主管设备的副总工程师，开始研究故障问题，400多台设备，6000多台故障，1997年32次，大检修时间由1年到3年一大修，取得了很好的成绩。这是从1979年是一直到2018年的情况，1987年引进国外的，1991年开始自己研发，后来2000年开始把远程监测连到北京，就是英特网，原来是用在民用的，后来在发动机、柴油机、燃气轮机等等进行应用。

      工业互联网+AI助力溯源诊断与智能运维

         国际上在工业互联网应用上，应用的企业83%都用在设备的监测、故障诊断、预测性维修、远程运维等，国内在这方面用得比较多。工业互联网如何助力快速感知、实时监测、超前预防、联动处置、系统评估，从这几个方面：一硬，快速感知连续监测、高质量的数据采集。一网，远程监测传输，信息跑代替人跑。一软，研究故障机理、研究大数据分析、建立规则。一平台，集中监测大数据云平台与服务，远程苛刻危险环境的监测，快速预警防范事故，大数据分析溯源诊断，远远超过人的能力。

         2001年实现了工业互联网建立了远程监测诊断平台，机组可以到车间、到公司一直到北京。到现在，能够监测100多家企业，5000多台设备，避免上百起重大事故，平台在、离线、无线一体化监测。

      2000年以来建立21个监测诊断中心，另外有十几个正在建立，在提倡跨地区、跨平台、跨行业的大平台建设的同时，应该鼓励发挥行业同类装备工业互联网平台。

         数据分析应该与理论研究、模拟计算和实验研究相结合，因为它是结构非常复杂，工况也是很会变的。我们从1995年国家经贸委给了我们项目，有震动诊断工程软件包，辽化牵头，我在清华读论文博士，高速涡轮机械故障诊断研究机理和规则，我列了很多表，后来把这个知识和经验进行推理，我把它叫做第一代人工智能，当时美国本特利公司他们在诊断方面有工程师帮助系统，诊断9种故障，我们可以诊断10类，56种，所以在人工智能方面起步，在装备方面我们不比美国落后。

         工业软件非常重要，基于机理和数据驱动的故障诊断与预测，一个要知识驱动，故障机理、模型、因果关系，用故障案例，这是第一代人工智能，第二代就是数字化，数字化就是数字驱动，研究关联关系、验证因果关系，大数据分析、小样板分析，机器学习，这个需要IT人员，在物理实体是基础的，制造业是基础，这样才能够让人工智能、IT发挥更好的作用，工业互联网把知识驱动、数字驱动结合起来，同时利用知识、数据、算法、算力四个要素，注重更强大的第三代人工智能，取得更大的技术进步。有了故障以后可以早期发现，比如说这个如果事先知道划片坏了有裂纹了检修可以少花很多钱，如果不能监测发生了爆炸着火，那危险是大的，不仅仅是花钱的问题了。

      设备大数据分析与智能联锁

         我们不仅研究一台设备，而且对同类设备进行监测，研究故障、因果、知识规则，不断的完善，这样能够更好地完善以后诊断更加准确，工业互联网不应该过分追求设备的数量，而是应该看是否能够发挥作用。

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         这是我们监测的数据，每年能够有2万多T，另外有上万台在线的故障案例里，这是2000年-2020年的企业，积累了14000多个故障案例，这个案例非常宝贵，针对准确率达到了90%。国际上的设备为了防止设备不出故障都采用紧急停车系统，好多家因为经常停车，所以就摘掉了，带来很大的风险，实际上这是不合理的，对石化企业流程工业影响非常大，所以如何快准判断，我们把诊断的专家系统、知识规则加入到这个功能去，研究智能诊断，重庆管道已经开始应用，根据风险和状态判断决定停车还是不停车，有的可以不停车，保证流程工业长周期的运转。

         这是我研究智能联锁系统。工业互联网与人工智能怎么变革智能维修方式，数据获取、信息认知、科学决策、精准执行，现在我们做到了智能运维，还能够往前走一步，人类对自然和技术系统认识程度的最好体现是我们控制它的能力，我们能否控制它。

      工业互联网+AI与AS赋能装备自主健康

         高院士表示，石化企业爆炸着火非常危险，但是用紧急停车系统，发生故障停下来人进行维修，停了以后生产也要停了，能否在这个过程当中，通过故障调控回归到正常状态，减少故障停车，降低维修成本，减少机器对人的依赖，这是自愈化的需求。

         自愈化的需求，国际上仿生系统提出60多年，“五块论”是国际上提出来的：控制功能、动力功能、传感器功能、操作功能、结构功能、自愈功能。人工智能是模仿人的头脑，让机器人像人一样头脑能够思考，有意识的思维，有目的的行为，比如说人免疫系统是无意识的，头脑不思考，但是可以保持人的健康状态，所以机器提出仿生学新的研究领域，数字虚体、物理实体，把人的意识思维放在其中就是人工智能，如果把人无意识思维就是自愈功能放进就是人工自愈，这是数字孪生的概念。人工自愈系统包括自修复、自调控、代偿、自保护、故障防止，人工智能使机器更加聪明，人工自愈使机器自主健康。

         自动控制研究很多年了，控制论提出来，二次大战瞄准飞机打飞机，把狩猎行为进行对比，把生物特有的概念赋予机器，就是如果有问题为达到目标和希望值对比，通过执行器调输入，这是控制论，是反馈控制，我们提出自愈调控，把机器的状态、特征提取、诊断、判断、产生故障的原因和条件，这样智能决策来自愈调控、来抵消故障产生的原因和条件，使故障不发生、还不停车，工业互联网+人工智能+人工自愈，快速溯源诊断、精稳自愈调控，是人类无法完成的任务。

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         比如说一个FSR，轴向位移，如果气动波动，就把车停下来，平衡盘是固定的，压差也是U，平衡盘压差可以调整可以把轴位移控制住，还可以加电磁力，在震动上也是可以，可以保证一直震动，另外还可以进行自动平衡，这是我们在实验室做的，这是在发动机研究所，他们通过大的试验台做。这是我们的监测系统可以同步多参数、状况工况都在监测，原来都是分散的监测，后来我们提出这个技术以后，他们觉得不光是技术问题，而是整个技术管理体制都要变化。这是德国的一台西门子压缩机组，在天津，当时震动非常大，造成了上千万的损失，螺丝齿轮都坏了，我们用阻力减震器安装上以后就可以了，还有吉化发生爆炸的安全事故，实际上这个问题是误操作造成的，如果当时有一个联锁，能够判断这个预热器热了，按泵的按钮应该不上量，就可以解决，用智能联锁可以解决这个问题，避免这个灾难事故。石化DCS系统每个操作员需要应对报警组态超过4000多个，往往忽略了真正需要紧急处理的关键报警，导致了产量降低、质量下降、紧急停车，严重时甚至导致了事故的发生。国外报警一个企业一小时16次，国内甚至达到几十次、上百次，怎样通过自愈调控解决这个问题，这个也是很重要的研究方向。

         2008年IBM提出智慧地球，奥巴马2009年给予了肯定，2009年8月IBM发布了智慧地球赢在中国的计划书，正式揭开了IBM智慧地球、智慧工厂在中国的序幕。但是智能工厂很重要，但是制造业的实体应该是安全、提质、降本、增效，如何通过人工智能+人工自愈，既有智能化，也有自愈化，来辅助康复，自主康复，自主健康、本质安全化、高危无人化，这是以后很重要的发展方向。

      高院士为整场演讲做了总结：

         第一，工业系统千差万别，装备种类繁多，结构、工况机故障机理复杂，与下棋不同，靠IT人员数据分析、计算速度快难以实现溯源诊断与智能运维，赋能技术与本地技术的深度融合才能够形成助力企业设备管理升级的革命性技术。建议，建立工业互联网智能运维平台、应IT人员与企业设备工程师密切合作，大数据分析与理论研究、模拟实验研究成果相结合。

         第二，工业互联网是基础设施，只有在工业企业安全优化提高效率降低成本取得实效才能够可持续发展。工业互联网应该锁定工程重大需求切入点，在长期应用实践中不断验证完善，建议在奖励双跨几十万台设备连在一起大平台的同时，更应该重点支持鼓励敢为垦荒牛，开发应用让企业获得实效的行业工业互联网专业平台。

         第三，国防和核工业及高危装备无人化是必然趋势，工业互联网及人工智能、人工自愈快准溯源诊断与精稳自愈调控，赋能装备自主健康，既可以实施再制造，还可以改变传统理念，研制下一代自主健康装备，驱动新一轮工业革命，走向自愈时代，建议中国在跟踪学习GE工业互联网和IBM智慧地球的同时，应该用于自主创新，在世界上最先揭开健康工厂乃至健康地球的发展序幕，创建智慧健康工程。我卷了~~~~~~~