安全和可靠度對現(xiàn)代裝備至關(guān)重要

1、未來裝備醫(yī)工程思維高金吉(北京化工大學(xué) 設(shè)備診斷工程研究中心 北京100029 )摘要 按照耗散結(jié)構(gòu)理論，人類與其所創(chuàng)造的裝備在本質(zhì)上是有共性的，在與疾病和與故障的斗爭方面也有很多相同或相近之處。在系統(tǒng)論的指導(dǎo)下，將醫(yī)學(xué)科學(xué)理論和方法用于裝備的故障診斷、預(yù)測和防治，有可能逐步形成用工程手段來防治故障的專門用于裝備的“醫(yī)學(xué)”-“裝備醫(yī)工程”(PME: Plant Medical Engineering) 。本文討論了疾病和故障成因及其診斷、病因病機和故障機理的深層規(guī)律、治愈和自愈、治標(biāo)和治本等共性問題，并就汲取中醫(yī)的黑箱法和西醫(yī)白箱法的精髓，創(chuàng)建醫(yī)工程的水晶箱法進行了探討。最后，應(yīng)用上述理論，對

2、當(dāng)前設(shè)備診斷技術(shù)研究的若干誤區(qū)進行了分析。關(guān)鍵詞 裝備醫(yī)工程；疾??；故障；防治1 引言安全和可靠度對現(xiàn)代裝備至關(guān)重要。1967年美國宇航局（NASA）在推行阿波羅計劃中專門成立了國家機械故障預(yù)防小組（MFPG）；不久英國也成立了由R.A.Collacott領(lǐng)導(dǎo)的機械保健中心（UKMHMC），其后相應(yīng)的機構(gòu)也應(yīng)運而生。近些年來，國際科學(xué)和工程界開始大量借用機器健康、診斷、防治、工業(yè)大夫等醫(yī)學(xué)術(shù)語，將醫(yī)學(xué)上的一些理念運用到設(shè)備工程中，這已成為該領(lǐng)域新的發(fā)展趨勢。人類醫(yī)學(xué)歷史悠久，早在公元前戰(zhàn)國時期中醫(yī)就形成比較完整的理論，西醫(yī)系統(tǒng)理論的形成也已有約400余年。1747年歐洲人在人是機器一書中提出應(yīng)

3、該用機器原理來分析人體結(jié)構(gòu)、病因和病理，并認(rèn)為臨床診治是：“身體是機器，疾病是機器故障的結(jié)果，醫(yī)生的任務(wù)是修機器”。1人類本身與其所創(chuàng)造的裝備在本質(zhì)上是有共性的，在與疾病和與故障的斗爭方面也有很多相同或相近之處。機械工程關(guān)于故障防治的許多關(guān)鍵技術(shù)可以而且應(yīng)該借鑒醫(yī)學(xué)科學(xué)原理去探索解決。因此，將醫(yī)學(xué)理論和方法用于裝備的故障診斷、預(yù)測和防治，有可能逐步形成、用工程手段來防治故障的專門用于裝備的新醫(yī)學(xué)，本文將其稱作“裝備醫(yī)工程”，英文名為PME: Plant Medical Engineering。裝備醫(yī)工程（簡稱醫(yī)工程）是研究裝備一生全過程及其同故障斗爭的一門科學(xué)體系，屬工程科學(xué)范疇。視裝備為有物

4、質(zhì)和能量輸入輸出的、能接收和發(fā)出信息的“活機器”，從裝備的整體性及其同外界環(huán)境的特征關(guān)系出發(fā)，用實驗研究、現(xiàn)場調(diào)查、臨床診斷等方法，不斷總結(jié)經(jīng)驗，研究裝備和外界環(huán)境相互關(guān)系，研究裝備故障發(fā)生、發(fā)展及其防治、根除的規(guī)律，以提高裝備素質(zhì)，杜絕事故，減少故障，延長壽命和運轉(zhuǎn)周期。2 自組織和他組織，裝備與人的異同人是天然自然物，是世界上最高級的自組織系統(tǒng)，而裝備則是由人來創(chuàng)建的人工自然物，是典型的他組織系統(tǒng)。這里所說的組織是系統(tǒng)科學(xué)的專屬概念。所謂組織，是指系統(tǒng)形成有序化的機制和過程。自組織和他組織，兩者的區(qū)別在于組織的動力、指令、調(diào)節(jié)不同。自組織是指動力、指令、調(diào)節(jié)都來自系統(tǒng)自身內(nèi)部的組織機制和過

5、程；而他組織是指動力、指令、調(diào)節(jié)都來自系統(tǒng)自身外部的組織機制和過程。顯然所有的裝備，例如機器是由外在的工人（組織動力）根據(jù)工程師的設(shè)計(組織指令)和操作工藝（組織調(diào)節(jié)）加工制造而成，因而是他組織。裝備的設(shè)計制造、安裝檢修、操作調(diào)節(jié)都完全依靠人去完成是理所當(dāng)然的。顯而易見，在這種意義上講，裝備和人是截然不同的。如所周知，耗散結(jié)構(gòu)理論是比利時物理學(xué)家普利高津于1969年創(chuàng)立的，于1977年榮獲諾貝爾獎。這一理論指出，一個遠(yuǎn)離平衡的開放系統(tǒng)，通過不斷地與外界交換物質(zhì)和能量，在外界條件的變化達(dá)到一定的閾值時，可能從原有的混沌無序的混亂狀態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N在時間上或功能上的有序狀態(tài)，這種遠(yuǎn)離平衡情況下所形成

6、的新的有序結(jié)構(gòu)，普利高津把它命名為“耗散結(jié)構(gòu)”。他證明了，在不違背熱力學(xué)第二定律的前提下，系統(tǒng)可以出現(xiàn)負(fù)熵增加機制，使系統(tǒng)總的熵變化趨于減少，即增加有序性，實現(xiàn)系統(tǒng)從無序向有序的進化。這為理解生命的本質(zhì)、健康的本質(zhì)，提供了最新的理論支柱。有些學(xué)者認(rèn)為，人與機器的最為深刻和本質(zhì)的特征是，人是耗散結(jié)構(gòu)，而機器不是耗散結(jié)構(gòu)。因為機器遠(yuǎn)離著耗散結(jié)構(gòu) 的三個基本條件：其一，機器是封閉系統(tǒng)，不是開放系統(tǒng)，機器不能與環(huán)境有物質(zhì)、能量交換，否則就瓦解；其二，機器是平衡系統(tǒng)，必須保持熱力學(xué)的平衡條件，不然，機體內(nèi)部和機體外部就不平衡，就會發(fā)生物質(zhì)、能量的交換，交換的結(jié)果是機體的瓦解。其三，機器不存在非線性相互作

7、用，不能把從環(huán)境輸入的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為機體自身，沒有負(fù)熵產(chǎn)生，不能自己升高有序度。筆者認(rèn)為，上述結(jié)論只說對了問題的一半，即這一結(jié)論僅僅適用于停運的“死機器”，至多適用于原始的人力機器，如同這一結(jié)論也適用于人的尸體一樣。而現(xiàn)代機器越來越趨于自動化和智能化，其結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，其功能越來越完善。運行中的“活機器”不是遠(yuǎn)離而是靠近乃至符合耗散結(jié)構(gòu)的三個基本條件：其一，機器是開放系統(tǒng)，如一臺工業(yè)泵，它輸入電能，吸入流體，排出壓力升高后的流體，并產(chǎn)生振動和噪聲，與環(huán)境有物質(zhì)、能量和信息的交換；其二，機器在運行時，不是簡單的熱力學(xué)平衡系統(tǒng)，而是與外界有物質(zhì)、能量和信息的交換的動態(tài)的有序穩(wěn)定系統(tǒng)，與外界的交換并不能

8、使機器瓦解；其三，機器存在非線性的相互作用，在學(xué)術(shù)理論上已是不爭的事實。如透平壓縮機的防喘振（Anti-surge）和自動平衡（Auto-balancer）系統(tǒng)，都是通過機體的自身調(diào)節(jié)來升高其有序度；近些年，能自動修復(fù)已磨損的透平機械軸承和柱塞泵的潤滑油填充劑業(yè)已問世。隨著科技的進步，高度自動化、智能化、仿生化的裝備會應(yīng)運而生，他組織的裝備和自組織的人會有許多相近乃至相同之處，有可能遵循某些共同的規(guī)律。這就有可能使醫(yī)學(xué)精粹的他山之石為現(xiàn)代裝備所用。按照耗散結(jié)構(gòu)理論，宇宙中的各種系統(tǒng)，不論是有生命的、無生命的，實際上無一不是與周圍環(huán)境有著相互依存和相互作用的開放系統(tǒng)。因而，運行的裝備和人一樣，都

9、是開放系統(tǒng)，兩者并無嚴(yán)格界限。這就為移植和借鑒現(xiàn)代醫(yī)學(xué)與疾病作斗爭的理論和方法，開展與裝備故障作斗爭的理論和方法的研究，并為醫(yī)工程的創(chuàng)建提供了理論上的依據(jù)。3 疾病和故障成因及其診斷 人類的科學(xué)研究活動是原因和結(jié)果及其相互關(guān)系的探討。人的疾病和裝備故障的成因及其診斷無疑是人類生存面臨的永恒課題。醫(yī)學(xué)研究病理的深層規(guī)律并提出“系統(tǒng)的整體性原理”和“系統(tǒng)的聯(lián)系性”原理，認(rèn)為“相互作用是疾病的真正終極原因”；提出“要素質(zhì)”、“系統(tǒng)質(zhì)”以及“系統(tǒng)的非加合性”等?？梢越梃b這些原理和方法去研究裝備部件和整機及其相互作用的關(guān)系，在多因多果的復(fù)雜關(guān)系中，找出故障原因與征兆的因果對應(yīng)關(guān)系，攻克當(dāng)前故障機理、故障

10、診斷和預(yù)測方法研究中的技術(shù)難關(guān)。3.1 整體性原理，疾病和故障的層次性 20世紀(jì)以來，現(xiàn)代科學(xué)對各種復(fù)雜現(xiàn)象的研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)雜性的內(nèi)在本質(zhì)之一是整體不等于部分之和，系統(tǒng)論（Systemics）將這種特性和規(guī)律總結(jié)為整體性原理，即系統(tǒng)整體的屬性、功能、行為原則上區(qū)別于系統(tǒng)內(nèi)各要素的屬性、功能、行為或其相加之和。該原理可簡述為：系統(tǒng)的整體大于它各部分的總和。系統(tǒng)的這一非加和性揭示了，系統(tǒng)在形成過程中發(fā)生的層次躍遷是一種質(zhì)變，從上層次到下層次的分化，或下層次到上層次的組合，都發(fā)生了質(zhì)的飛躍。 人是典型的非加和系統(tǒng)，系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)和層次序列，在人身上典型的表現(xiàn)出來，例如，在器官水平上，神經(jīng)、循環(huán)、呼吸、

11、泌尿、內(nèi)分泌等器官系統(tǒng)的整體功能，并不是各系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)器官的簡單相加，而是在系統(tǒng)水平上呈現(xiàn)的整體性能。因此，要正確地認(rèn)識和處理人的生理、病理的層次關(guān)系。在機械工程實踐中，機器的零部件均合格達(dá)標(biāo)，組裝起來的整機發(fā)生故障的實例屢見不鮮，完全符合醫(yī)學(xué)上常用的“系統(tǒng)的非加合性”原理。以石化行業(yè)常用的關(guān)鍵裝備四機組（壓縮機、蒸汽透平機、發(fā)電機、電動機連為一體）為例，盡管所有轉(zhuǎn)子和聯(lián)軸器均經(jīng)過嚴(yán)格高速動平衡，相連時對中均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，但試運時有的平穩(wěn)，有的發(fā)生強烈振動。據(jù)醫(yī)學(xué)上“系統(tǒng)的非加合性”原理，“要素質(zhì)”與“系統(tǒng)質(zhì)”是有本質(zhì)區(qū)別的，各轉(zhuǎn)子、連軸器均動平衡不等于軸系動平衡，轉(zhuǎn)子的相互作用可能是導(dǎo)致軸系不平衡

12、的真正終極原因。目前世界上所有制造廠以及在用戶安裝、檢修時，轉(zhuǎn)子間對中均是采用傳統(tǒng)的五維法（軸端面三維和軸外圓X、Y兩方向?qū)χ校?，均不考慮轉(zhuǎn)子的相對相位。實際上，各轉(zhuǎn)子均有殘余不平衡力或力矩，轉(zhuǎn)子相連時不考慮相對相位，可能造成軸系不平衡因素的迭加，這是導(dǎo)致軸系時有振動的根本原因。因此，如采用六維對中法，即在五維對中基礎(chǔ)上依據(jù)各轉(zhuǎn)子殘余不平衡力或力矩的方位，同時考慮轉(zhuǎn)子相對相位，有可能治本，使四機組轉(zhuǎn)子軸系處于動平衡狀態(tài)，運轉(zhuǎn)起來“有序穩(wěn)定”。目前，正在進行的模擬實驗和理論初步分析研究表明，采用六維對中法，可以大大降低軸系振動。因此，有必要進一步研究，從中找出規(guī)律，并以此為突破探索新的診斷、預(yù)測

13、思維方式和方法。3.2 聯(lián)系性原理，病因病機和故障機理的深層規(guī)律 系統(tǒng)論的聯(lián)系性原理反映了相互作用在事物的形成和發(fā)展和變化中的決定作用和地位，這是世界上的一種普遍規(guī)律。黑格爾在對立統(tǒng)一規(guī)律的研究中，明確提出，交互作用是事物的真正終極原因。 現(xiàn)代科學(xué)和哲學(xué)的系統(tǒng)中心論揭示了因果關(guān)系的更深刻、更本質(zhì)的客觀規(guī)律性，更符合人的疾病和裝備故障的實際，可以用來指導(dǎo)研究病因、病理和故障機理。其特點是，其一，人的病變和裝備的故障的終極原因是其所處的相互作用異常。即內(nèi)部要素與要素之間的關(guān)系，要素與整體之間的關(guān)系，其與外界的關(guān)系，這三方面關(guān)系形成復(fù)雜的關(guān)系網(wǎng)，其中某一方面關(guān)系異常，或關(guān)系網(wǎng)的某個或某些環(huán)節(jié)異常，都

14、可能引起病變和故障。其二，“實體”致病的“因”作用不過是關(guān)系網(wǎng)異常的一種“果”，實體性因素是否發(fā)生致病和產(chǎn)生故障的作用并不是由其本身決定，而是由其所處的關(guān)系網(wǎng)決定。如一臺透平壓縮機，在運行中監(jiān)測到強烈的精確分頻振動，解體檢查發(fā)現(xiàn)軸承損壞，其原因就不一定是軸和軸承本身的問題（如間隙過大或軸瓦松動等），而是由于軸與軸承的摩碰造成的，摩碰是由于轉(zhuǎn)子和定子不同心引起的，不同心是由于對中不良，而對中的變化是源于基礎(chǔ)的不均勻沉降。從中不難看出，故障診斷必須研究零部件的相互作用，研究因果鏈，研究故障機理，才能從一次原因、二次原因、三次原因等，最終查明初始原因。3.3 健康的本質(zhì)是有序穩(wěn)定 現(xiàn)代醫(yī)學(xué)將人看成是

15、一個“耗散結(jié)構(gòu)”，健康的本質(zhì)是處于“有序穩(wěn)定”狀態(tài)，保持健康的根本點不在于那種宏觀的穩(wěn)定狀態(tài)，而在于調(diào)節(jié)控制那些建立和保持這種狀態(tài)的具體機制，對于這個系統(tǒng)運行狀態(tài)可用“熵病”和“有序度”來評價。所以應(yīng)該引入機器運行“健康狀態(tài)”的評價方法和標(biāo)準(zhǔn)，深入研究設(shè)備故障的深層次內(nèi)涵，探討其與“有序穩(wěn)定度”和與可靠度間的關(guān)系。在理論上，研究“熵病”和“有序度”在裝備工程上的含義，提出新的概念。以高速旋轉(zhuǎn)機械為工程實例，從研究滑動軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性振動故障機理可以得知，機器在正常運行時是處于動的有序穩(wěn)定狀態(tài)，一旦遇到干擾或機器自身發(fā)生變化，如潤滑油溫的升降、轉(zhuǎn)子葉片結(jié)垢、對中變化等，都可能造成機器失穩(wěn)。從

16、非線性振動理論可以分析研究故障和“有序穩(wěn)定度”的關(guān)系以及“有序穩(wěn)定度”與可靠度的關(guān)系，從而研究出提高機器有序穩(wěn)定度的對策。4 治療原理和治療深度， 16世紀(jì)以后，西醫(yī)把物理學(xué)的作用原理移植到治療學(xué)中，首先形成了“修理模式”。這這種模式貫徹了牛頓力學(xué)原理，慣性力保持事物的初始狀態(tài)，要糾正變態(tài)回到初始狀態(tài)，需要相反的外加作用來抵消加速度。這一原理轉(zhuǎn)化到治療學(xué)中，成為用治療作用來消除外來致病作用及其引起的病變狀態(tài)，把疾病理解為機體的局部異常，治療的任務(wù)在于消除或修復(fù)已有的病灶，在病變和治療中都把機體置于被動地位。 顯而易見，當(dāng)代裝備的維修方式和16世紀(jì)西醫(yī)的“修理模式”是異曲同工的。而現(xiàn)代醫(yī)學(xué)早已改

17、變了傳統(tǒng)的修理模式，無論是治療原理還是治療深度，在理論和方法上均取得了重大突破，這是很值得醫(yī)工程認(rèn)真研究和借鑒的。在某種意義上可以說，醫(yī)學(xué)的今天就是醫(yī)工程的明天。4.1 自主調(diào)理是治療學(xué)的第一原理，治愈和自愈從人類的疾病史和治療史的角度來看，人的疾病已有300萬年歷史，而真正意義上的醫(yī)療活動不過萬年左右，這就是說，人類的歷史有99%以上的時間是“缺醫(yī)少藥”的，然而，人類并沒有被疾病征服和消滅，靠的就是生命的自組織機制，是機體對內(nèi)外環(huán)境的復(fù)雜作用能夠防御、調(diào)節(jié)、適應(yīng)的機制和能力，是機體對自身所發(fā)生的異常（病變）自主地調(diào)節(jié)、恢復(fù)到正常值并保持穩(wěn)定的機制和能力。裝備發(fā)生故障往往是連鎖停機或是人為停機

18、解體檢修來排除故障，這是迄今為止大多數(shù)裝備采用的是靠人去“治愈”的方法，其本身沒有任何“自愈”的功能。其結(jié)果，不但減少了生產(chǎn)時間，還增加了檢修費用，更容易在開停機過程中發(fā)生新的故障和事故。現(xiàn)代裝備越來越自動化、智能化，獨立完成特定任務(wù)的功能越來越強，對人的依賴性越來越小，有的根本不可能由人去維修，如美國今年6月10日發(fā)射的“勇氣”號火星車和7月7日升空的“機遇”號火星車，預(yù)定于明年1月在火星分別著陸，在太空飛行半年之久，一旦有了故障靠人去診斷和維修是根本不可能的。醫(yī)學(xué)上提出“自主調(diào)理是治療學(xué)的第一原理”以及“自愈和治愈”等理念；保持健康的根本點不在于那種宏觀的穩(wěn)定狀態(tài)，而在于調(diào)節(jié)控制那些建立和

19、保持這種狀態(tài)的具體機制。疾病的痊愈終歸還得依靠人體的自愈能力，包括免疫、防御、代償、修復(fù)和適應(yīng)等。這些都可以用來指導(dǎo)研究裝備自愈系統(tǒng)原理，研制出裝備的自愈系統(tǒng)，該系統(tǒng)可在裝備運行中測試分析早期故障征兆，采用智能診斷和主動控制方法自行將故障消除在萌芽中?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)已經(jīng)向修理機器學(xué)習(xí)，更換人的心臟、腎等零部件了，工程上也應(yīng)借鑒移植現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的“自主調(diào)理”治療原理，以故障預(yù)防和自愈為目標(biāo)，研究過程裝備復(fù)雜系統(tǒng)自主調(diào)控原理及其在工程上的應(yīng)用，實現(xiàn)故障在裝備運行中的“自愈”。上世紀(jì)六十年代從美國等發(fā)達(dá)國家興起的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)，開始改變了傳統(tǒng)的事后維修(BM：Breakdown Maintenance

20、)、定期計劃檢修（TBM：Time Based Maintenance），逐步實施預(yù)知維修（PdM：Predictive Maintenance）和智能維護（Intellgent Maintenance），應(yīng)用信息技術(shù)和知識工程去指導(dǎo)人們何時停機檢修，指明故障的可能原因和要維修的部位。為了防止故障蘊成機毀人亡的惡性事故，在石化、冶金、電力等流程工業(yè)，許多重要裝備都設(shè)有停車連鎖或緊急停車系統(tǒng)（ESD: Emergency Shut Down），對保護裝備不受損壞起到了重要作用。上述與故障作斗爭的方法盡管采用了信息工程、知識工程等高新技術(shù)，但其有一個共同特點就是必須停機后由人去修復(fù)機器和重新啟動裝

21、備使其恢復(fù)正常。工程實踐表明，除了少數(shù)突發(fā)故障以外大多數(shù)故障發(fā)生是有一個漸進過程的，而相互作用是故障的終極原因。在故障形成過程中可能有若干因果關(guān)系，其最初始原因，往往是由于工藝、環(huán)境或輸入條件變化或操作不當(dāng)引起的，如果早期發(fā)現(xiàn)，及時采取恰當(dāng)?shù)拇胧┦峭耆梢苑乐沟?。在系統(tǒng)論指導(dǎo)下，移植現(xiàn)代醫(yī)學(xué)“自主調(diào)理”治療原理，本文研究以故障預(yù)防和自愈為目標(biāo)的過程裝備自主調(diào)控原理。探討改變裝備完全靠人去“治愈”的傳統(tǒng)維修方式，應(yīng)用狀態(tài)監(jiān)測診斷技術(shù)、人工智能技術(shù)、主動控制技術(shù)、信息和計算機技術(shù)等，在裝備發(fā)生故障之前，實現(xiàn)故障“自愈”的可能性，開發(fā)出故障自愈調(diào)控系統(tǒng)（FSR：Fault Self-recoveri

22、ng Regulation）是完全可能的?？梢灶A(yù)見，在流程工業(yè)廣泛應(yīng)用的緊急停車系統(tǒng)（ESD）之前增設(shè)故障自愈調(diào)控系統(tǒng)（FSR），可在確保安全前提下大幅度減少故障停機，降低維修費用；并可以指導(dǎo)設(shè)計出免維修或少維修的新一代監(jiān)控一體化的過程裝備，取得巨大經(jīng)濟效益。4.2 治療深度的研究，治標(biāo)和治本 治療深度首先是治療的層次問題。除了少數(shù)較簡單的疾病以外，大多數(shù)疾病的發(fā)生、發(fā)展都程度不同地具有層次性。這些不同病變層次之間有著質(zhì)的差別，又有相互作用，在因果關(guān)系上，形成一次因果、二次因果、三次因果及更深層次的因果鏈在現(xiàn)象與本質(zhì)的關(guān)系上，有著一級本質(zhì)、二級本質(zhì)、三級本質(zhì)及更深層次本質(zhì)的不同。一般來說，只要

23、存在層次性，層次的病因、層次的本質(zhì)，無論對于病變，還是對于治療，都具有決定意義。醫(yī)學(xué)上提出，“防病知本，診病求本，祛病治本，愈病固本”。這對于故障的診斷和防治都有指導(dǎo)作用。上述由于精確分頻振動導(dǎo)致軸承損壞的例子，只有找出基礎(chǔ)不均勻沉降這一初始原因，才能消患治本。5 中西醫(yī)的黑箱法和白箱法，醫(yī)工程的水晶箱法黑箱和白箱是控制論的概念，是根據(jù)對于被控制系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和作用機制了解的不同程度而區(qū)分的。黑箱是指內(nèi)部結(jié)構(gòu)和作用機制尚不了解的系統(tǒng)，白箱是指內(nèi)部結(jié)構(gòu)和作用機制已經(jīng)了解清楚的系統(tǒng)。西醫(yī)學(xué)在近代的發(fā)展，主攻方向是運用分解還原方法，對人體進行白箱研究，以解剖學(xué)為基礎(chǔ)，一步一步地把人體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和作用

24、機制弄清楚。西醫(yī)的 臨床診治是以白箱研究為基礎(chǔ)的，力圖進行白箱控制。黑箱的研究是在不打開研究對象的情況下，對對象進行考察，主要是給以輸入，測定其輸出，經(jīng)過多次重復(fù)，分析和掌握輸入和輸出之間的規(guī)律性關(guān)系，由此斷定系統(tǒng)內(nèi)部造成輸入與輸出之間這種特定關(guān)系的作用機制或性質(zhì)。黑箱方法在中醫(yī)學(xué)得到了廣泛的應(yīng)用。中醫(yī)和西醫(yī)這兩種醫(yī)學(xué)體系分別起源、分別發(fā)展了幾千年，其研究對象是同一的，至今中西醫(yī)之間的學(xué)術(shù)差異之深到了格格不入的程度。鋒芒初露的設(shè)備診斷技術(shù)剛剛誕生四十多年，如研究方法不當(dāng)，有可能走彎路，因此，應(yīng)該取中、西醫(yī)之所長，借鑒和移植醫(yī)學(xué)科學(xué)理論和方法。在系統(tǒng)論的指導(dǎo)下，應(yīng)用“透視原理”，汲取中醫(yī)樸素系統(tǒng)

25、論“黑箱法”和西醫(yī)還原理論“白箱法”的精髓，借鑒和研究“水晶箱法”原理，即認(rèn)為裝備是整體的又是透明的，內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和作用機理是清楚的，整體又是沒被分解的。在這個思維模式和相關(guān)研究工作的基礎(chǔ)上，通過設(shè)備故障與人體疾病診治的比較研究，創(chuàng)建一個新原理裝備醫(yī)工程的“水晶箱法”原理，科學(xué)地開展裝備故障診斷和防治，為提高裝備安全和可靠度打下堅實的理論基礎(chǔ)。6 設(shè)備診斷技術(shù)研究的若干誤區(qū)分析從上世紀(jì)七十年代末至今二十多年，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及診斷技術(shù)在我國開發(fā)應(yīng)用取得了顯著成效，曾出現(xiàn)過高校研究和企業(yè)應(yīng)用的“診斷熱”，但近年來無論是診斷理論和技術(shù)的研究，還是設(shè)備診斷工程的推廣應(yīng)用，都不如前十幾年。其原因之一，是當(dāng)初

26、對診斷技術(shù)期望過高，實際結(jié)果有差距；原因之二，診斷是應(yīng)用技術(shù)，要接受工程實踐的檢驗，如同醫(yī)學(xué)的理論和方法，要靠臨床診療去驗證一樣。如果研究創(chuàng)新的目的僅僅是為了發(fā)表高水平的論文，而到現(xiàn)場現(xiàn)在和將來都無法應(yīng)用，就不會有生命力。筆者認(rèn)為，當(dāng)前在設(shè)備診斷技術(shù)研究方面尚存在如下一些誤區(qū)，應(yīng)在系統(tǒng)科學(xué)和醫(yī)學(xué)科學(xué)理論的指導(dǎo)下，認(rèn)真加以分析。本文提出討論，旨在與各位同行商榷。誤區(qū)之一 ：重視信息處理和特征識別，忽視機器結(jié)構(gòu)和故障機理研究這是一種“黑箱法”研究，只研究機器發(fā)出的信號，進行處理和分析，提取特征并研究如何識別，但對機器結(jié)構(gòu)和故障機理一無所知，不研究機器內(nèi)部零部件間及機器與環(huán)境的相互作用。當(dāng)然，診斷的

27、結(jié)果只能是產(chǎn)生特征信號的一次原因，而無法通過故障因果關(guān)系鏈查明初始原因。應(yīng)該指出，信號處理，特征提取和識別的研究是絕對重要和必要的，但多數(shù)研究者都擠在這條“華容道”上，定會貽誤戰(zhàn)機。因此，從事重視理論研究的同時也應(yīng)重視臨床診斷和防治對策的研究。誤區(qū)之二： 用“灰色”的不可知論，代替“黑、灰、白”的普遍規(guī)律 認(rèn)為機器種類繁多，故障機理復(fù)雜，因此，難以查清，只能是“灰色”的，其診斷結(jié)果用百分?jǐn)?shù)來表示。實際上，依據(jù)故障機理的研究和臨床診斷的工程經(jīng)驗，故障特征和其原因往往存在三種關(guān)系，即有為白色，無為黑色，尚不清楚的為灰色。顯然，如果全采用灰色理論，就永遠(yuǎn)不能確診。誤區(qū)之三： 用經(jīng)驗的概率百分?jǐn)?shù)，來診

28、斷具體機器的故障原因并精確計算其隸屬度用監(jiān)測道的信號診斷一臺機器的故障，采用書本上專家提供的故障原因的可能百分?jǐn)?shù)進行復(fù)雜的計算，得出精確的隸屬度百分?jǐn)?shù)。但書上的百分?jǐn)?shù)只是所有發(fā)生故障的機器的概率統(tǒng)計結(jié)果，如同頻振動的原因，轉(zhuǎn)子不平衡為70，但是，如果所診斷的機器是由于軸承間隙過大，則上述計算結(jié)果正好相反。因此可以說，這種方法是“猜測”，而不是診斷。這如同醫(yī)生不能用病人發(fā)燒的最多的病因去為一位正發(fā)燒的病人下診斷結(jié)論一樣。雖然聽起來是幼稚可笑的，但是世界上一家頗有名氣的公司推出的機械故障診斷專家系統(tǒng)，就是這樣推理的。誤區(qū)之四 用單一的狀態(tài)參數(shù)，評估裝備復(fù)雜系統(tǒng)對復(fù)雜的機械裝備系統(tǒng)進行風(fēng)險評估，僅僅

29、依據(jù)預(yù)測和分析某一狀態(tài)參數(shù)，如振動的幅值，預(yù)測并得出是否安全的結(jié)論。這正如僅測量血壓，就判定一個人是否健康一樣，顯然是不可信的。對復(fù)雜的大系統(tǒng)，其內(nèi)部以及與環(huán)境有復(fù)雜的相互作用和關(guān)系網(wǎng)，過分的簡單化是不可行的。誤區(qū)之五 不善于應(yīng)用信息技術(shù)診斷故障，僅憑經(jīng)驗多次拆機“剖腹探查”有些工程技術(shù)人員，不重視采用先進的信息技術(shù)和診斷方法，機器出了毛病，不測試分析就拆開檢查。殊不知拆開的機器，如同驗尸一樣，失去了許多動態(tài)信息，有些故障是無法判斷的，如轉(zhuǎn)子的質(zhì)量偏心，解體檢查測量發(fā)現(xiàn)不了問題，只有在運行時才能檢測診斷出來；又如，軸承的有序穩(wěn)定狀態(tài)，也只有運轉(zhuǎn)時才能判定，“剖腹探查”往往無濟于事。7 結(jié)論現(xiàn)代

30、系統(tǒng)論和耗散結(jié)構(gòu)理論為借鑒現(xiàn)代醫(yī)學(xué)與疾病作斗爭的理論和方法，開展與裝備故障作斗爭的理論和方法的研究提供了理論上的依據(jù)。人類本身與其所創(chuàng)造的裝備在本質(zhì)上是有共性的，在與疾病和與故障的斗爭方面也有很多相同或相近之處。在現(xiàn)代系統(tǒng)論和耗散結(jié)構(gòu)理論的指導(dǎo)下，將醫(yī)學(xué)理論和方法用于裝備的故障診斷、預(yù)測和防治，有可能逐步形成、用工程手段來防治故障的專門用于裝備的新醫(yī)學(xué)裝備醫(yī)工程?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)精粹的他山之石為現(xiàn)代裝備所用，可使初露鋒芒的設(shè)備診斷工程發(fā)揚光大，呼之欲出的醫(yī)工程前程似錦。裝備醫(yī)工程的創(chuàng)建，為研制具有自愈功能的監(jiān)控一體化的新一代裝備提供了理論依據(jù)。參考文獻(xiàn)1 思格爾， 需要新的醫(yī)學(xué)模型：對生物醫(yī)學(xué)的挑戰(zhàn)，

31、 醫(yī)學(xué)與哲學(xué)， 1980（3）882 Gao Jinji. Mechanical Fault Diagnosis Expert System Based on Black-Gray-White Gathering Sieve Method, Euromaintenances 2002.3 祝世訥， 中西醫(yī)學(xué)差異與交融，人民衛(wèi)生出版社， 2001.11, 38394 錢學(xué)森，建立系統(tǒng)學(xué).山西人民出版社，20015 沈祿庚，系統(tǒng)科學(xué)概要，北京廣播學(xué)院出版社，2000.16 湛墾華，沈小峰等編，普利高津與耗散結(jié)構(gòu)理論，陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1998，107GaoJinji. A Study of th

32、e Fault Self-Recovering Regulation for Process Equipment, Proceedings Of IMS2003, Xian, China, 2003作者：高金吉(1942-)，男，遼寧本溪人，中國工程院院士、北京化工大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師。TelFax-mail: gaojinjiThinking about Future Plant Medical EngineeringGao Jin-ji Beijing University of Chemical Technology Plant Diagnosis Engineering Research Center Beijing 100029, ChinaAbstract: According to the dissipative structure theory, human has much in common with man-made machine, and there is