伊梟劍：用技術讓裝備重獲新生

武光磊

伊梟劍

人需要做健康管理，那你聽說過給裝備做健康管理嗎？

隨著信息技術的迅速發展，航空、航天、船舶、兵器等各個領域系統的復雜性、綜合化、智能化程度不斷提高，其研制、生產尤其是維護和保障的成本也越來越高。因此，復雜系統故障診斷和可靠性逐漸成為科學家關注的焦點。基于復雜系統通用質量特性和經濟性考慮，以預測技術為核心的故障預測和健康管理PHM（Prognostics and Health Management）技術應運而生。

目前，PHM在國內外得到了廣泛應用，但PHM技術在國內相對來說還是一個比較新穎的概念，研究起步較晚。北京理工大學特別副研究員伊梟劍正是國內研究PHM的中堅力量之一。在他看來，裝備的健康管理不僅是提高裝備維修決策科學性的重要依據，也是提高裝備全壽命管理效益的重要手段，更是提升部隊裝備保障能力和戰斗力的重要基礎。這值得他繼續為之奮斗下一個10年。

十年磨劍

伊梟劍從一開始就認準了自己的研究興趣——兵器科學。2010年9月，他順利考入北京理工大學機電學院兵器科學與技術專業，攻讀博士學位，至此拉開了他研究兵器科學的序幕。隨著研究的深入和科研能力的積累，他把目光鎖定在了裝備健康管理這一研究方向上，并邁出了堅實的步伐。

2015年，伊梟劍申請到了國家留學基金管理委員會的聯合培養博士項目，前往加拿大渥太華大學學習一年。在國外，他親身感受到了國內裝備可靠性研究與國外的差距。“國外裝備可靠性研究起步比較早，我在加拿大的導師從1980年就開始做這方面的研究了。”

20世紀70年代起，故障診斷、故障預測、基于狀態的維修、發動機監控、健康管理等系統逐漸在工程項目中探索應用。工程實踐表明，故障預測與健康管理技術利用先進的傳感器技術，獲取系統運行狀態信息和故障信息，借助神經網絡、模糊推理等算法，根據系統歷史數據和環境因素，對系統進行狀態監測、故障預測，同時對系統的健康狀態進行評估，結合地面維修資源情況，給出維修決策，以實現關鍵部件的實情維修。

PHM的概念和技術很快出現在軍用裝備中，美國、英國、加拿大、荷蘭、新加坡、南非和以色列等國已將PHM技術應用到直升機上，出現了被稱作“健康與使用監控系統”（HUMS）的集成應用平臺。

面對與國外研究相差20年的差距，伊梟劍暗暗下定決心，要做中國自己的PHM技術應用平臺，壯大國內的PHM研究。“以前的關鍵問題是裝備性能問題，現在的關鍵問題是裝備的可靠性問題。”因此，當中國裝備的整體性能達到世界先進水平后，就需要考慮裝備健康管理和全壽命周期的問題了。

“我可以說是從學生時代專業和方向就沒有變過，一直在做裝備可靠性研究，多年來的科研鋪墊和技術儲備都是我現在工作方向的根基。”目前，伊梟劍正承擔某輪式裝甲車系列改進健康管理系統的研制，這是我國裝甲裝備領域首套面向中型合成營的健康管理系統。“在推進健康管理系統型號的過程當中，我們需要給不同的部門去論證搭載健康管理系統的必要性。我記得一年就開了50多次研討會，評審會幾乎每周都開一次。”

在伊梟劍看來，美國目前在其軍事裝備中大力推廣PHM的技術應用，并將其廣泛安裝到第三代軍事裝備上已近10年，如果中國還是要在下一代裝備上才去列裝PHM技術，那么彼此之間的差距只會越來越大。所以他大膽提出在目前的裝備上全面推進健康管理系統，只要邁出了第一步，就能把差距一點一點縮小。

與國外博士導師B.S.Dhillon合影

主動出擊

傳統的維修為什么會被淘汰，是因為其在裝備出現了明顯劣化后才實施。而PHM則力求實現智能化預測與決策，通過智能模型預測將要發生的故障并在故障發生前提供需要更換的零部件信息，以達到降低故障率和節省保障費用的目的。簡而言之，PHM是對復雜系統傳統使用的機內測試（build-in test，BIT）和狀態（健康）監控能力的進一步擴展，它是從狀態監控向健康管理的轉變，這種轉變引入了對系統未來可靠性的預測能力，借助這種能力識別和管理故障的發生、規劃維修和供應保障，降低使用與保障費用，提高裝備系統的安全性、完好性和任務成功性，以較少的維修投入，實現基于狀態的維修或視情維修（condition-based maintenance，CBM）和自主式保障。

當今世界新一輪科技和產業革命正在孕育興起，具有軍事應用前景的物聯網、大數據、云計算、人工智能等戰略性新興技術的集中出現，將從根本上影響軍事領域。伊梟劍說：“目前我們已經開始大范圍地進行研究，PHM技術要成為未來裝備上必須搭載的技術。”

在PHM技術基礎科研方面，伊梟劍作為項目負責人或技術負責人主持國家自然科學基金、博士后基金、國家科技重大專項、國防科工局技術基礎、國防科工局基礎科研和裝備發展部共性基礎等十余項國家級項目；在PHM技術工程應用方面，他作為項目負責人或技術負責人主持論證了地面突擊、空降和無人裝備健康管理系統，并主持研制了某輪式裝甲車系列改進健康管理系統。

光是在2017年一年，伊梟劍總共發表了15篇EI、SCI。但是面對如此豐碩的成果，他說自己只是比別人更善于總結罷了。他說：“我做的這些項目實際上都圍繞著一個主線來申請。盡管看起來似乎很多，但每個項目都有自己的特點，不同的關注點，最終每個項目的結果可以串聯起來。”

對于技術的研究和應用，伊梟劍也有自己的思考，比如像前沿的技術點，他會選擇用國家自然基金去申報；而專項的技術，則會申請國家重點研發計劃項目；如果技術成熟，已經具備了一定的應用條件，他會將相關技術推廣到型號裝備中。如此清晰有條理的安排，似乎也印證伊梟劍的科研之路一直走得很順利，所有的成果和進步都來自基礎的積累。

不止十年

站在“十四五”的開局之年，伊梟劍的心里也有著自己的目標。“我們希望在‘十四五’期間，將北京理工大學系統可靠性研究中心升級為產學研用的聯合體，打造一個為國家安全服務的新型研發機構。”

伊梟劍的下一步計劃，是在完成手上主持的項目的后續驗收后，著手啟動新項目，繼續圍繞PHM技術開展實體系統的研究。“目前整個研制的周期很長，非常費時費力，我們了解到數字孿生的概念，希望將其應用于研究。”

數字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程。這種仿真過程對于伊梟劍的研究是非常適用的，如果能夠完美地映射出實體裝備的整個生命周期，則可以提高PHM技術在實際裝備上的應用。

“北京理工大學的理念始終著眼于國家重大戰略需求，既然國家在裝備領域確實需要我們進行相關技術攻關，那么我們就有責任承擔起相關的科研攻關工作。”北京理工大學的校訓“德以明理、學以精工”在伊梟劍身上得到了印證，探索科學知識，掌握裝備領域的關鍵技術，解決國防問題，這就是他在科學的世界里探索的初衷。不只是在下一個10年，而是在今后無數個10年中，直至實現為止。