期采访嘉宾:
国家级故障诊断专家 唐德尧
预防危险、确保安全是轨道交通事业的头等大事。而在这个领域,北京唐智科技发展有限公司(以下简称“唐智科技”)是佼佼者,其在机械设备故障诊断技术研究和工程化应用方面,已走在前列:
十年前,唐智科技研发的“JK”系列走行部车载故障诊断产品就已经被广泛应用于铁路六大干线安全标准线的建设,如今更是遍及普速铁路、高速铁路、城市轨道交通等多个领域,发现了数以万计的故障,防止了数以千计的可能事故,每年创社会效益逾拾亿元。唐智科技在车辆走行部安全监测领域成就斐然,铁道部及所属部门对此高度重视。
唐智科技之所以取得这些成就,离不开国家级故障诊断专家唐德尧教授在故障诊断领域40多年的潜心研究,以及在科技成果产业化方面的努力。他以赤诚的科技报国情怀和梦想,倾其毕生精力致力于机械设备故障主动诊断研究,开创了以“技术保安全”的故障诊断产业。带着崇敬的心情,RT《轨道交通》记者近期采访了唐德尧教授。
在唐德尧教授办公室的走廊两边,挂满了几十位老一辈科学家的图像和他们富于哲理的名言。唐德尧教授谦虚地说:“我学习他们的深邃哲理、坚定信念和奋斗精神。”但在我们看来,他早已将这些精神融入自己的血液,并践行多年。
像蜡烛为人照明那样,
有一分热,
发一分光,
忠诚而踏实地为人类伟大事业贡献自己的力量。
——法拉第
唐德尧教授是赤卫队员、老共产党员的儿子,保家卫国是他儿时的梦想,同时,从小吃苦的经历也养成了他踏实纯朴的性格。和平年代,他的理想演变为科技卫国而成长为一名军工科技骨干、自然科学研究员,改革开放使他进而拓宽到科技报国的更广阔的天地。赤子的情怀、执着的追求、坚定的信念、无边的担当,也造就了他坚守苦寒、潜心创造、奋战古稀、春光灿烂的科技人生。
如今,媒体将他的诊断技术誉为“唐氏CT”,称他为“故障诊断一奇人”。在1977年,他研制出的第一项科研成果“CZY-4型振动测量仪”就大胆地突破了国外的落后规范;1984年10月,研制的“JK8241A轴承齿轮故障分析仪”成功通过了部级鉴定并获得了原航空航天部科技成果一等奖。该仪器多次揭示了包括从美、法、日引进的军、民装备的隐患,防止了事故隐患;1986年,国务院授予他“国家级有突出贡献的中青年专家”称号;1990年,“JK86411铁路车辆轮对轴承不分解自动诊断系统”创国际先进水平,赢得国家发明奖;2006年,含“JK00430铁路机车走行部车载监测装置”等诊断技术的“立体诊断系统”又开创国际领先水平……,英国学者邀请他前往讲学,剑桥国际知识分子名人传记中心为他立传表彰,美国企业来函求购多次荣获金奖的专利技术……他是当之无愧的中国故障诊断第一人。
更令人感叹的是,虽然已是古稀之年,但唐德尧教授如今的日程依然排得满满当当。他每天要给一批又一批的青年技术人员答疑、辅导、传授研究和解决问题的方法及其哲学思想;审查修改其设计、诊断方法论、论文、工作报告;插空研究新发现的故障现象或出现的难题:提出软硬件新技术、建模、仿真、数学推理、归纳设计诊断函数,撰写论文、专利、专著;研究当前的和未来潜在的装备可靠性缺陷,研究、储备新的诊断方法、理论、产品方案,研究故障机理诊断发现的装备缺陷内因而提出改进装备设计的“免疫设计”建议……
人生最终的价值在于觉醒和思考的能力,而不只在于生存。
——亚里士多德
在将科技转化为产业、开创新型产业的过程中,唐德尧教授做得很成功。谈起过往的经验,他坦言,“需求是发明之母”。关乎国计民生的难题,正是研究攻关的努力方向。而科技成果向需求提交的方式,不仅是论文,而更有效的是负载于能适应工程应用的产品。因此,将科技发明转化为产品是顺理成章的;而前所未有的系列高新技术产品投入规模生产,开创新型产业亦是顺理成章的。
他引用了诺贝尔奖得主海森堡的一句话:“我们所观察到的并不是自然的本身,而是因我们的提问方法所揭示的自然。”这是对目前认识方法的最有力的质疑。人类认识论的缺陷,往往导致对自己设计、制造的装备也存在己所不知的缺陷却并不知其机理。因此,从事故障诊断研究的唐德尧教授提出了故障机理诊断理论体系。在该领域,唐德尧教授先后提出了“广义共振与共振解调理论”、“轴承齿轮定点疲劳理论”、“车轮热分格裂纹理论”、“构架随遇激励故障侦察、防范理论”、“齿轮箱及传动系统共振破裂自动侦察、防范理论”、“识别轴系断裂故障的二孤谱、高孤谱理论”、“识别金属保持架损伤的外孤谱理论”、“识别、防范塑钢保持架磨损破裂的滚子间距测量理论”、“车轮多边形失圆与一系阻尼防范理论”等。
上述若干技术,不仅一定能够推进我国的故障诊断技术再攀高峰,也能在鼎助装备创新方面做出贡献。例如:
在诊断技术方面,基于“识别、防范塑钢保持架磨损破裂的滚子间距测量理论”,可望防止当前开始普及的塑钢保持架大量发生严重磨损破裂而没有经典信息不能诊断识别的问题;基于“齿轮箱及传动系统共振破裂自动侦察、防范理论”,可望解决曾经大量爆发的高铁进口齿轮箱破碎的早期诊断与通过施加阻尼降低破损率外因的问题。
在运载装备可靠性创新方面,基于“轴承齿轮定点疲劳理论”,解决传统的传动系统设计中因未能认识轴承与齿轮的合理匹配条件而故障多发的问题。依据所提出的匹配函数进行迭代匹配,可望设计出低故障率的传动系统;依据 “车轮热分格裂纹理论”改进车轮的制造工艺,可望从材料结构内因的角度提高车轮轮胚铸造的致密性而减少当前车轮的故障率;基于“广义共振理论”和“车轮多边形失圆与一系阻尼防范理论”,可望通过优化减振阻尼器解决当前车轮大量爆发多边形失圆的问题。
当然,将故障机理诊断所揭示的装备故障内因用于设计“未卜先知”的诊断技术,尚只能尽量使装备“防患于未然”。无边的担当还令唐德尧教授经常为装备的“优生优育”、“健康管理”、“智慧维修”而思考、建言。正如高金吉院士所评说:“通过识别故障机理,帮助机械顶层设计创新,从“装备保安全”的角度,提出消除产生故障内因的另一支谓之“免疫设计”原理和方法”。
我的理想,是为人类过上更幸福的生活而发挥自己的作用。
——诺贝尔
在唐德尧教授领导下,唐智科技在机械设备故障诊断技术研究和工程化应用方面优势明显、业绩突出。
依托近50年的技术积淀和持续研究、依托占员工50%的技术研究队伍、秉承正确的企业理念(科技先导、用户至上、务实专注、永葆领先)、坚定科学指导思想(确保装备安全运转、提高国家经济效益;科技开创市场、科技引导市场、科技服务市场;创造解放劳动),唐智科技产品奠定了永葆领先的功底和前景——拥有近百项专利、数十项软件版权、丰富的诊断理论体系。
截至2017年2月底,唐智科技的城轨车辆走行部车载故障诊断系统已经在北京、上海、广州、深圳、天津、青岛、武汉、兰州、哈尔滨、沈阳等城市共计近40条线路的车辆上装备,其中20多条线路100多列车已经投入运营,持续为用户提供走行部与轮轨安全保障和智慧维修信息服务。
其代表性的业绩有:上海16号线为120km/h高速A型车,所有列车加装了该系统,用户使用该系统正确诊断出轮对踏面内部缺陷等隐性故障,有效地保障了列车运营安全,提升了维修效率。北京燕房线、上海10号线二期为全自动驾驶车辆,所有列车标配了该系统,在设计阶段及时将该系统监测信息融入车地无线数据传输通道,与综合维修调度和列车专家诊断系统实现无缝融合,为全自动驾驶车辆提高安全性和可靠性奠定了基础。广州3号线通过装备该系统,成功实现了轴箱轴承状态修试点,在维修体制进步方面迈出了关键性的一步。深圳3号线、5号线、广州7号线等通过装备该系统,及时监测出电机轴承故障,并指出故障发生机理,帮助设计、制造、运输、维修等环节改进,有效规避同类故障的发生。
如果我看得远,那是因为我站在巨人的肩膀上。
——牛顿
当然,唐智科技并不满足于既有成绩,还在积极消化社会已有的先进技术。据唐德尧教授介绍,他们引入当代能为我用的先进技术的“开门科研”、“优选协作”机制,取得了既拉动社会相关产业,又节约自身投入的效果。唐智科技主张针对用户需求引用消化社会已有的先进技术、站在巨人的肩上创造新技术、潜心研究发展独有的诊断技术的方针。例如,基于当代通信技术,唐智科技已经实现了车载检测数据向本公司服务器的及时传送技术,正在向传送到用户服务器推广;解决了报警、维修信息以短信或微信向管理、维修人员实时发送,正在开发列车的车厢之间的测控信号实时无线传送及数据无线传送、无线传感器、传感器与车载诊断装置的测控数据实时无线传输等技术、设备,解决传统的诊断系统安装需要增加列车布线的问题。
另外,在人才战略方面,唐智科技也倾注了很多努力。唐智科技是一家300多人的企业,其中,拥有自然科学研究员2名,高级工程师约10名,引进、培养博士5名和硕士数十名,培养、建立了涵盖多领域技术的近十名青年专家的专家队伍;采取岗位成才、兼职送培、招聘引进的人才方针,经常学术讲座、学术交流共享、团队协作攻关、强化哲理教育、弘扬精神文明、成功激励兴趣等方式培养职工的创造、攻关、敬业、依恋热情和情怀;建立发明(内外)专利奖、项目或课题攻关成果奖、为用户防止机破的小苹果奖、以业绩为依据的晋级机制、欢迎离队回流的“金不换”机制等。因此唐智科技取得了良好的稳定科技人才队伍、不断发展壮大的效果。
唐智科技创建10多年来,不仅建立了强有力的科技队伍,而且建设了初具规模的产业化基地与研发工程中心,为公司的快速发展、扩大安保服务范围、水准与领域准备了条件。
在科学上面没有平坦的大道,只有不畏劳苦沿着陡峭的山路攀登的人,才有希望达以光辉的顶点。
——瓦特
追求真理的路上并不总是一帆风顺的,在带领团队前行的路上,唐德尧教授坦言,也遇到过很多困难。
“我们遇到的难题有三类:一是意外突发的故障与滞后的认识论之矛盾;二是不断增加的诊断需求与固有诊断装置的信息局限之矛盾;三是,新技术超前发现的故障与用户不能验证而判为误诊,而故障磨合-扩展十分迅速导致事故突发时不能捕获某些主导信息而只有最后防线的警戒信息之矛盾。”唐德尧教授还举了一个例子:车轴与电机轴因故发生不平行时,齿轮齿端发生强烈啮合冲击,诊断装置发出齿轮故障状态报警,但人工检查却尚无明显损伤,判为误诊,继续运行;齿轮运转的自然规律导致发生“自适应”缓解——齿端超温、磨耗、崩落,啮合变得平顺,报警逐渐消失;人工例行检查却认为漏诊。为此,唐德尧教授提出车载诊断软件对策:对报警未经维修而逐渐消失的“回光返照”做“趋势记忆分析”,坚持要求对之前长期报警而没有维修反馈者实施“智慧维修”防止故障突发扩展。
不仅如此,唐德尧教授不惧困难,带领团队向前探索的道路永不歇止。他表示,唐智科技将努力推进其理念:
故障机理诊断理念:致力故障机理研究,识别动态故障基因;创新自动诊断方法,提出结构优化建议。
健康评估管理理念:建立在线监测履历,预测剩余寿命趋势;识别制约安全因素,合理管控科学运行。
支持智慧维修理念:根据监测状态维修,避免滥修欠修损失;改进结构匹配状态,力争修效优于制造。即提出结构匹配方法,优化部件匹配方式,防止部件随意选用,避免故障多发内因。
鼎助免疫设计理念:识别故障多发内因,研究结构科学匹配,消除动态相生相克,力争免疫 和谐设计。利用故障机理诊断的认识论,继承结构强度静力学分析,引入广义共振动力学分析;不仅保障静惯性强度和裕量,而且遏制动态惯性共振裕度; 立足装备系统工程顶层设计,建立和谐免疫的动力学结构。
为此,唐智科技为轨道交通领域建立了远程云诊断中心、大数据研究与自动处理机制、故障机理与装备免疫咨询机构、故障预测与健康管理及智慧维修帮助机构等。
我们坚信,唐智科技的服务,终将遍及轨道交通、公路交通、船舰交通、发电设备、石油化工、矿山机械、钢铁冶金、能源输送、战车武装、航空航天等领域。