一、從故障診斷到自愈的工程需求和科學(xué)依據(jù)
從單細(xì)胞到人類社會(huì)的進(jìn)化歷程，可以認(rèn)為機(jī)器是生物以另一種方式的延續(xù)，而與故障作斗爭是與疾病作斗爭以另一種方式的延續(xù)。從1781年瓦特發(fā)明蒸氣機(jī)到1800年廣泛用于工業(yè)化生產(chǎn)至今，僅有200多年歷史。人與故障作斗爭主要是靠“治愈”，即機(jī)器出了故障要停機(jī)由人來檢修。人的疾病已有300萬年歷史，真正意義上的醫(yī)療活動(dòng)不過萬年左右，而人類并沒有被疾病征服和消滅，靠的就是生命的自愈機(jī)制和能力。裝備故障可否在機(jī)器運(yùn)行中得到控制或自行消除？故障能否像人和動(dòng)物的疾病一樣可以“自愈”？在人與故障和與疾病作斗爭的過程中能否遵循共同的規(guī)律？人類能否在治愈的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造和發(fā)展裝備故障自愈功能，在確保安全的前提下，長周期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)節(jié)約型流程制造？
現(xiàn)代裝備日趨大型化、高速化、自動(dòng)化和智能化，特別是廣泛應(yīng)用于石化、冶金、電力、有色等流程工業(yè)的高速透平機(jī)械等重大裝備，與生產(chǎn)過程緊密相連，形成大系統(tǒng)。這類系統(tǒng)一旦發(fā)生故障可能導(dǎo)致重大事故，并造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。從20世紀(jì)60年代開始，國際工程科技界開發(fā)了設(shè)備監(jiān)測診斷技術(shù)，在工業(yè)企業(yè)逐步推行預(yù)知維修和智能維修，并在上述企業(yè)廣泛采用緊急停車系統(tǒng)。這為確保安全生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用，取得了實(shí)效。但是，故障停機(jī)檢修也會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，啟停機(jī)過程中也可能產(chǎn)生新的故障。
工程實(shí)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(gè)漸進(jìn)過程的，如果早期發(fā)現(xiàn)，及時(shí)采取恰當(dāng)?shù)拇胧┦峭耆煞乐沟�。造成這一問題的主要原因在于：在觀念上沒有“防杜漸”的超前意識，從裝備的設(shè)計(jì)制造到運(yùn)行操作都沒重視故障發(fā)生的漸進(jìn)過程，因而錯(cuò)過了調(diào)控的大好時(shí)機(jī)，導(dǎo)致設(shè)備故障的發(fā)生；另一個(gè)重要原因是裝備尚沒實(shí)現(xiàn)監(jiān)控一體化，且智能程度不夠。
在系統(tǒng)論的指導(dǎo)下，打破傳統(tǒng)的專業(yè)壁壘，借鑒和移植醫(yī)學(xué)與疾病作斗爭的“自主調(diào)理”治療原理，集成狀態(tài)監(jiān)測診斷技術(shù)、人工智能技術(shù)、主動(dòng)控制技術(shù)、容錯(cuò)技術(shù)等，研究以故障預(yù)防和自愈為目標(biāo)故障自愈功能，從而使大幅度減少故障停機(jī)成為可能。重點(diǎn)研究裝備的自愈調(diào)控原理及其在裝備、機(jī)泵群和裝置系統(tǒng)上的工程應(yīng)用，為節(jié)約型流程制造提供技術(shù)支持。
二、裝備故障自愈調(diào)控在透平機(jī)械上的工程應(yīng)用
對裝備的故障自愈調(diào)控的研究可為研制工業(yè)應(yīng)用的故障自愈調(diào)控（FSR：Fault Self-recovery Regulation）提供科學(xué)依據(jù)和關(guān)鍵技術(shù)，如在流程工業(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），可在確保安全的前提下大幅度減少自動(dòng)聯(lián)鎖緊急停車，并可開發(fā)出新一代裝備，使其具備自愈功能，改變或減少靠人去治愈的傳經(jīng)維修方式。如圖1所示，F(xiàn)SR可以將機(jī)器監(jiān)測、診斷、維修和過程與控制結(jié)合為一體，實(shí)現(xiàn)過程機(jī)器和診斷、監(jiān)控一體化，達(dá)到機(jī)器系統(tǒng)故障自維修、自消除，即具有自愈功能。
故障自愈原理在透平壓縮機(jī)組工程應(yīng)用典型實(shí)例如下：
（1）轉(zhuǎn)子自動(dòng)平衡高速轉(zhuǎn)子的自動(dòng)平衡系統(tǒng)可以應(yīng)用于單轉(zhuǎn)子、垂直轉(zhuǎn)子、懸臂轉(zhuǎn)子以及多轉(zhuǎn)子軸系。
（2）主動(dòng)磁力軸承應(yīng)用主動(dòng)磁力軸承的振動(dòng)故障診斷和自愈調(diào)控。
（3）注水防結(jié)焦 在一些場合，可以向離心壓縮機(jī)缸內(nèi)注入軟化水，可降低溫度，防止石油氣體在葉輪上結(jié)焦產(chǎn)生振動(dòng)。
（4）油沖洗消除結(jié)焦 通過向離心壓縮機(jī)缸內(nèi)注油沖洗 葉輪上的結(jié)焦消除振動(dòng)。
（5）調(diào)整潤滑油溫消除振動(dòng) 通過調(diào)整潤滑油溫油壓，改變軸承油膜的剛度和阻尼抑制振動(dòng)，如轉(zhuǎn)子軸系半速（或低頻振動(dòng)）失穩(wěn)控制，以實(shí)現(xiàn)故障自愈。
（6）防喘振系統(tǒng) 通過自動(dòng)打回流來避免由于離心壓縮機(jī)流量變化產(chǎn)生喘振。
（7）軸位自愈移調(diào)控 高速渦輪機(jī)械通過軸位移故障自愈調(diào)控和止推軸承油壓調(diào)整來防止止推軸承的損壞。
（8）于氣密封狀態(tài)沖洗 監(jiān)測干氣密封氣膜中有否夾帶液體，依據(jù)狀態(tài)適時(shí)吹入潔凈氣體，防止由于氣膜的不穩(wěn)定導(dǎo)致密封損失。
三、基于自愈機(jī)制的機(jī)泵群智能維修系統(tǒng)
故障自愈原理可以推廣應(yīng)用于抱括人在內(nèi)有機(jī)泵群（人—機(jī)—過程—環(huán)境）復(fù)雜系統(tǒng)，可以看作是一種廣義的故障自愈調(diào)控。集中專家群體智慧和計(jì)算機(jī)高性能，實(shí)現(xiàn)處理人—機(jī)—過程—環(huán)境系統(tǒng)復(fù)雜問題的可操作的智能平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)基于自愈機(jī)制的以可靠性為中心的智能維修系統(tǒng)（RCIMS）。
基于自愈機(jī)制的以可靠性為中心的網(wǎng)絡(luò)化智能維修系統(tǒng)，以監(jiān)測系統(tǒng)為基礎(chǔ)，將用戶、維修計(jì)劃管理、備件管理、維修部門等建立成一個(gè)自組織（自愈）機(jī)制，利用系統(tǒng)工程方法構(gòu)建以可靠性為中心的網(wǎng)絡(luò)化智能維修系統(tǒng)。此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在中國石油遼陽感化公司的動(dòng)設(shè)備上進(jìn)行了工程示范。
四、流程生產(chǎn)裝置非正常工況的診斷與自愈調(diào)控
故障自愈調(diào)控原理可以用于防止過程生產(chǎn)裝置人—機(jī)—過程—環(huán)境復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)入非正常工況。非正常工況是指當(dāng)石油化工廠受到嚴(yán)重?cái)_動(dòng)時(shí)，由于超過了設(shè)計(jì)限度，控制系統(tǒng)已經(jīng)無法應(yīng)付這種工況，工廠迅速地進(jìn)入一種非正常操作狀態(tài)。調(diào)研表明，非正常工況及演變成的事故造成的直接損失與所帶來的相關(guān)損失之比為1：10。非正常工況所造成的損失大致占全部成本的3%—8%。
故障自愈調(diào)控執(zhí)行及時(shí)地識別、診斷、評估和調(diào)整，應(yīng)使工廠恢復(fù)正常狀態(tài)或進(jìn)入一種安全狀態(tài)。
總體技術(shù)策略和解決方案是：全方位、全時(shí)間周期監(jiān)控非正常工況。
主要集中在非正常工況的診斷預(yù)測和自愈調(diào)控的研究：診斷預(yù)測——研究系統(tǒng)進(jìn)入非正常工況的原因和預(yù)測其產(chǎn)生的條件；
自愈調(diào)控——研究如何在運(yùn)行中，防止、抑制和抵消系統(tǒng)內(nèi)部的變化或處部干擾，使其中不超過設(shè)計(jì)限度，從而不進(jìn)入非正常工況。
以危險(xiǎn)或重要的操作應(yīng)采用全自動(dòng)機(jī)構(gòu)或者采用程序控制高施、聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)或聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)以防止誤操作。
五、故障自愈工程與綠色和節(jié)約型流程制造
故障自愈工程是指在系統(tǒng)論的指導(dǎo)下，打破傳統(tǒng)的專業(yè)壁壘，借鑒和移植現(xiàn)代醫(yī)學(xué)“自主調(diào)理”治療原理，集成狀態(tài)監(jiān)測診斷技術(shù)、人工智能技術(shù)、主動(dòng)和自適應(yīng)控制技術(shù)、智能和自修復(fù)材料、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)等、研究并推廣應(yīng)用以故障預(yù)防和自消除為目標(biāo)的裝備自主調(diào)控和自修復(fù)技術(shù)，使裝備系統(tǒng)具備故障自愈功能的全部活動(dòng)。故障自愈調(diào)控技術(shù)及應(yīng)用屬于故障自愈工程的一陪分。
故障自愈調(diào)控原理及其在裝備、機(jī)泵群和裝置復(fù)雜系統(tǒng)的工程應(yīng)用，如圖2所示，可以有效地在各種進(jìn)音段預(yù)防和消除各類故障，從而大大提高過程工業(yè)生產(chǎn)的安全可靠度和運(yùn)行周期，減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)綠色和節(jié)約型流程制造。
可以做到7個(gè)“減少”
（1）減少故障和事故。
（2）減少停機(jī)生產(chǎn)損失。
（3）減少“過剩檢測”。
（4）減少“過剩維修”。
（5）減少排污污染環(huán)境。
（6）減少備件儲(chǔ)備。
（7）減少裝備對人的依賴程度。
六、結(jié)論
“物競天擇，適者生存”�？茖W(xué)發(fā)展觀要做到人與自然的和諧，也應(yīng)做到人與人造物的和諧，未來的裝備和生產(chǎn)裝置必然更適應(yīng)人的需求，與人的關(guān)系會(huì)更和諧，可以大大解放人的腦力勞動(dòng)。而故障自愈原理為裝備系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)步提供了新的研究方向，可為機(jī)械裝備和大型流程工業(yè)提供安全臨控新的超前預(yù)、消患治本的科學(xué)方法和手段，并為研制具有自愈功能的新一代透平機(jī)械裝備、實(shí)現(xiàn)節(jié)約型流程制造提供關(guān)鍵技術(shù)。
故障自愈是故障診斷發(fā)展的必然趨勢，透平機(jī)械等重大裝備系統(tǒng)故障自愈是預(yù)防故障和減免維修的減災(zāi)增效工程；是用知識和信息技術(shù)改造傳統(tǒng)制造業(yè)和促進(jìn)信息行業(yè)大發(fā)展的必然趨勢；是涉及到多學(xué)科交叉的前沿技術(shù)；是涉及到多專業(yè)、多部門建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的系統(tǒng)工程；是自主創(chuàng)新的重要方向，具有廣闊的發(fā)展前景。
