【会员成就】他为飞机、高铁装上“安全大脑”——访国家自然科学奖二等奖获得者、中国自动化学会理事姜斌教授

“做科研很枯燥，如果找不到兴趣，根本坚持不下去。”近日，记者走访了刚荣获国家自然科学奖二等奖的教育部“长江学者”特聘教授、中国自动化学会理事、南京航空航天大学姜斌教授，在故障诊断和容错控制这个研究方向上，他已经坚持了20多年，研究成果丰硕。但更令他自豪的是，研究成果将在相关领域得到应用，保护人民的生命财产安全。

将“专家”带上蓝天，为大飞机护航

姜斌教授的“动态系统故障诊断与可靠容错控制”今年获得了国家自然科学奖二等奖，在竞争激烈的国家三大奖中斩获这一重量级奖项实属不易。记者提起时，姜斌却心态淡然，“得奖只是个形式，其实大部分人默默无闻地做了很多出色的工作，但未必能得大奖。如果以得奖为目的去做研究，不仅太功利了，而且很可能是做不下去的。”

谈起自己的研究，姜斌教授满满的自豪感，“故障诊断和容错控制是一门涉及自动控制理论、计算机科学、信号处理、人工智能等多学科的新型边缘学科，在我读博期间，可查文献还不多，但我已经注意到现代工业产业对其有迫切的实际需求。”

“现代控制系统日趋大规模、复杂化，其中的仪器越来越精密，一旦发生故障，首先系统性能会大幅度下降，更严重的是发生事故甚至灾难，产生的损失将不可计算。” 姜斌讲解，有了故障诊断技术，就可以在故障萌芽状态及时发现，并通过容错系统调节到安全容许的范围内，从而保障系统的安全性。

在老式飞机上，是没有故障诊断和容错控制装置的。姜斌给记者举例，比如古巴空难，就是因为个别元件老化导致飞控系统失灵，但该故障却无法得到及时的诊断和容错。要保障飞机安全，仅仅依靠“英雄机长”是不够的，科学技术至关重要。

他向记者透露，在国产大飞机C919研制的初期，中国商飞就开始和南航合作研制一个用于故障诊断的专家系统，当飞机装载了该系统之后，就如同将飞机控制的专家带到了蓝天上，用专家的丰富知识及时识别、判断并解决故障。

故障诊断专家系统的开发难度很大，“一座大飞机构造复杂，传感器、执行器多达几百个甚至几千个，要找到发生故障的器件很难。故障之间还存在耦合传播，表面上是某执行器故障了，背后可能是另一传感器故障，故障定位很难。故障发生了，如何进行隔离？这都是全新的问题。”姜斌告诉记者，虽然由于适航要求，大飞机还未装载这项国产装置，但从地面仿真系统的测试来说，目前研制的专家系统，可以实现故障的检测和诊断，未来有望为国产大飞机“保驾护航”。

与灾难赛跑，融合设计引领学术发展

“故障诊断和容错控制是两个不同的系统，往往分开设计。先诊断故障，然后再进行容错控制。”在这两方面，相关研究已经比较深入。但其中还存在一个关键问题，事故灾难往往发生在几分钟甚至几十秒之间，如果故障已经发生，可能在诊断的几分钟甚至一分钟内，险情就会急转向下。

由姜斌团队提出的故障诊断和容错控制融合设计的理论，将诊断系统和容错控制集成、一体化设计，是一个重要的理论贡献。姜斌介绍，这种融合设计，相当于跟故障抢时间。“我们必须在几分钟甚至更短时间内检测出故障所在，并同时启动容错机制，保证系统的性能在容许的范围之内。比如当飞机的两个发动机都失灵，我们如何调整控制参数，重新设计结构，用剩余的百分之三四十的控制余度，去实现原来百分之百的功能。”

姜斌的研究拓展了原有的设计理念，开启了故障诊断和容错控制领域新的研究方向。正如他常对学生说的，“你去查文献，一些问题如果有成千上万人研究，你很难超越前人；如果少有人涉足，但现实又迫切需要解决，你可能会开启一个新的方向”，如今姜斌的研究团队在控制领域的国内和国际顶级期刊发表了一批论文，产生重要影响，国内外很多权威学者都给予高度评价，带动了不少学者从事相关研究。他也实现了自己做研究的初心，“不单是发表论文，要引领学术发展，推动学科进步。”

如今他的科研团队的研究成果广泛应用在了航空航天、轨道交通等领域。团队与航天五院开展科研合作，解决导航卫星的可诊断性、可重构性分析与设计问题，从机理上提高了卫星的安全性和可靠性。南航自主研制的天巡一号微小卫星有了团队系统实验后，较大地延长了在轨运行寿命。

作为主要研究单位之一，姜斌团队承担的一个国家自然科学基金重大项目课题，正解决高铁追尾的安全隐患，减少高铁故障的误报率，尽量避免高铁的停车、晚点。为开发这个系统，团队的老师和多名研究生，都蹲点高铁设计所足足半年，发现有什么故障，就提出新方法来解决。“所开发的新技术已在实验验证阶段，明年一年主要是要面向真正的应用，进行机载实验。”

在我的团队必须创新创优

在学生们眼里，姜斌严谨认真，却时出幽默之语，还常用专业知识来妙设譬喻。

很多学生记得他在一次毕业典礼上的寄语——“永远保持一颗平和的心，在控制领域，我们叫系统的稳定性。不管外界纷纷扰扰，最终要回归自己的轨道。”“永远保持一颗宽容的心。一个好的容错系统，既要能够容忍别人的异议甚至错误，更要能容忍自己的，不要妄自菲薄。”“保持一颗感恩的心。在控制领域，我们叫反馈。反馈是控制论的核心。”

青年博导、南航自动化学院教授杨浩是姜斌的第一批硕士和博士，他还记得刚刚读研时导师教诲的情景，“那时姜老师常带我去图书馆，给我讲控制领域牛人做研究的故事，原来是控制领域‘小白’的我，兴趣越来越浓。”如今杨浩已经是国家优青，国家“万人计划”青年拔尖人才。团队博士生柳春告诉记者，老师讲故事的习惯，至今依然在传递。

但学生们有时候也会“怕”姜老师。“团队有规矩，每周要给导师写邮件，汇报研究进展；一个月一次团队学术汇报。”有的硕士博士会感觉“压力山大”，姜斌笑着说，“有问题要及时解决，这是我的习惯。在我的团队必须创新创优，我有责任推动大家向前走。”

“国家利益是科研的根本，兴趣和毅力是科研的动力，创新创优是科研的灵魂，严谨求实是科研的生命，”其中，姜斌唯一无法“容错”的是科研诚信，“这是生命线，研究可以慢一点，但数据不能有半分虚假，投稿或许可以瞒过审稿人，发表出来你瞒得过所有读者吗？”

要深入了解本领域，得走出国门看看，国际化交流是姜斌培养学生的显著特点。姜斌曾在新加坡、法国、美国等地工作了6年多，回国后他积极联系国外相关单位，不遗余力地把学生们送出去培养。学生任文静觉得自己很幸运，“姜老师对接的要么是海外名校，要么是权威学者，还常常有国外大咖给我们上课！”在他的悉心培养下，团队的博士毕业生，获得了全国优秀博士论文提名、省优秀博士论文等各种荣誉，并成长为故障诊断与容错控制方向的青年学术骨干。

来源：中国江苏网

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