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为海上丝绸之路保驾护航
发表时间 2017-10-25 14:44 来源 本站原创

  ——记上海海事大学物流工程学院院长胡雄

  2013年10月,中国国家主席习近平在出访东南亚国家期间,提出共建“21世纪海上丝绸之路”的重大倡议,得到国际社会高度关注。海上丝绸之路自秦汉时期开通以来,一直是沟通东西方经济文化交流的重要桥梁。在如今经济全球化的大背景下,世界各国之间通过海洋进行贸易的行为是不可或缺且日益频繁的。鉴于海港地区气候多变并且多台风,因此对港口大型起重机械健康诊断与本质安全的评价就显得尤为重要。如何进行损伤与安全评价?如何保障这些大型机械健康运转,实现大型物流装备的健康管理?这是上海海事大学物流工程学院院长胡雄所肩负的重担,为海上丝绸之路的发展保驾护航是他义不容辞的责任。

  胡雄,1962年6月出生,上海市人,上海交通大学博士,1980年就读于上交大机械制造工艺与装备本科专业,2002年为澳大利亚昆士兰理工大学访问教授(期间担任亚太地区状态监测与系统集成学会常务理事)。现就职于上海海事大学教授、博士生导师,并任上海海事大学物流工程学院院长兼任中荷机电工程学院院长,已从事教育工作三十余年。兼任上海机械工程学会常务理事及其设备状态监测评估与决策技术专业委员会主任、上海市设备管理协会状态监测专业委员会副主任、《机械设计制造》杂志编委和中国仪器仪表学会高级会员及其设备结构健康监测与预警分会理事。主要从事大型装备状态测控评管一体化技术,及其预报、健康诊断与智能化处理技术的研究。曾主持和主要参加完成近百项国家自然科学基金(攀登计划)资助的、国家“863计划”、省部级研究项目和国内外企业委托的、国际合作的科技服务项目,获得上海市科技进步奖和教学成果奖等省部级奖项3个,获得授权发明专利(第一完成人)2项,实用新型专利1项。在国内外权威刊物上公开发表学术论文近60篇,其中十多篇论文进入SIC、EI等检索系统,主编交通部“九五”规划教材《计算机辅助设备管理系统》,担任国家“十二五”重点图书《基于风险的船舶设计》编译委员会副主任委员,曾获得上海高等学校教学名师和育才奖等荣誉称号。

  成功,源于坚持不懈

  机械工程发展愈发日新月异,但这个圈子却很难留住人才。枯燥的实验研究,加上越到后程难度越大,很多人都转行谋求他路。而胡雄时至今日仍留了下来,全是因为他的一句“有兴趣才能坚持”。早在上世纪90年代,我国的机械行业并不景气,胡雄却依旧保持着兴趣,始终坚持在教学和科研一线工作,并顶住各方面压力和外部世界的各种诱惑,有了今天的丰硕成果,这一切都来之不易。在他看来,搞工科需要不断地坚持,遇到问题就思考问题。

  胡雄对大型装备进行了系统地思考和总结,以工程实际问题为导向,并提出了设备使用管理几大问题,受到了企业行家的钦佩,他们觉得能在学校中整理出来很不简单。

  首先,在生产过程中了解大型设备技术状态薄弱的地方,研究产生运行状态的评价标准,以便在日后设备维护保养时有针对性,做到设备的健康管理;其次,在几十年的全寿命周期过程中使用设备会有很多随机性和变异性因素,比如结构材料变化、载荷变化、环境变化、操作不当等,以及高速重载大冲击的复杂作业工况,必须要有在线实时的动态手段和方法掌控它,确保其可靠安全耐久,否则设备用不好;其三,当设备进入后期管理时,要有一套长年累月积累的设备“病历卡”,做到科学合理客观地进行续用、改造或报废的维修决策,实现设备全周期寿命的最大经济效益;还有,事故仿真还原,如果遇到码头上的机器和船只发生碰撞,或灾害天气下发生损坏等情况,都不能再复原。如果通过现场试验还原损伤过程,对其进行损伤评价,就能对其修复产生积极意义;最后,故障诊断分析、海量数据分析、信号处理及其智能化的系统集成,以及利用互联网与物联网,实现云平台服务。终端系统最终还是企业人员用,所以不能太复杂,要像傻瓜照相机一样,采用便捷的“菜单式”……

  要解决这些工程问题,光有实力和激情是远远不够的,还要有毅力和耐力,更要有吃苦耐劳和精诚合作的精神。所以,研究之路向来不会一帆风顺,胡雄和团队遇到的困难也很多。团队中主要是老师,主要精力是教学,搞科研意味着要分出额外的时间,许多老师克服了无暇照顾家庭的困难,大家齐心协力攻坚克难。团队采取分工合作模式,码头现场试验、现场数据分析、技术与系统研发、实验室建设、技术基础研究……各司其职,井然有序。他们主要通过各种项目做分析研究,但即使项目结束了,他们仍需继续进一步总结分析。后期跟进,数据整理归纳很重要,因为只有这样才能找出共性问题,方便解决工程难题。

  就这样,他们跃过了重重阻碍。

  从零开始,打造先进系统

  胡雄最初进入机械行业,我国刚刚改革开放,大型设备少之又少,更不用谈自主研发能力,只得靠进口。但随着上海振华重工公司的起步,我国开始逐步自己制造大型机器。那时,作为青年教师的胡雄便跟着老前辈做现场实验,自然开启了他与机械设备的探索之旅。

  谈起胡雄干了一辈子的老本行工程应用学,他打了个十分形象的比喻,“我们就像机器的医生”。各项检查指标是临床诊断的辅助手段,其实,在给大型装备的监测检验中也有指标:设计规范,但是这并不合理,因为设计规范针对的是新机器。“就像刚出生的婴儿有身体健康指标,如果到了中年老年还用这个指标衡量就不客观合理了”。他看到了问题,“我们缺少机器中、后期使用中的动态监测评价理论、技术和方法”。于是,便有了实现对设备进行动态跟踪、分析的想法。想法虽好,但一切都得从零开始。

  思想决定行为。要想改变就要先从思想开始,也就是设备管理理念。过去常说的“状态监测与故障诊断”,但研究都偏重于故障诊断的方法。然而,在实际应用中,遇到机器故障,面对硕大的机器,“从何找起”,“何时出故障”却成了阻挡进行诊断的第一难题。胡雄发现,若能将“状态监测与故障诊断”调整为“状态监测与健康评估”,那便能应用得更好,所谓的“健康评估”就是测评设备运行是否处在健康、亚健康、故障,还是失效状态,其目的就是根据设备所处的不同状态,制定不同的维修保养策略。如在亚健康时关注设备的劣化趋势,并及时地进行维护保养,使设备的运行恢复到健康状态,健康运行的设备肯定是长寿的。

  于是,胡雄在1998年研发的CMAS系统基础上进行了多次“应用、再研发、再应用”的螺旋形升级完善,研发了起重机械监评系统及信息物理平台NetCMAS(Crane Monitoring & Assessment System (including network and infrastructure)),它不但具备有起重机静动载强度、静动载刚度、水平度、稳定性、振动冲击等专项测试与分析功能,而且还具有在线定期定工况和作业状态下的实时监测与健康评估功能。通过这个系统,胡雄建立了集装箱桥吊、卸船机、门机、场地吊、斗轮堆取料机等大型装备机械状态相对标准与评价方法,成功应用了实时工作状态的标准生成技术,建立了近十年的实时工作状态的海量载荷谱等。

  NetCMAS是一个集传感技术、电子技术、(现代)信号处理技术、数据库技术、起重机设计与测试技术、状态监测与故障诊断技术、设备管理技术、自动化与智能化技术等于一体的软硬件集成系统,是一个基于互联网和物联网的起重机械实时工作状态的在线监测、控制、评估和报警系统。它具有设备的“体温计”和“病历卡”的功效,可以为起重机有针对性的日常维护和维修保养及其计划的制定提供及时可靠的现场数据和分析报告,为起重机的健康趋势分析和后期管理决策——更新、改造还是报废,提供科学客观完整的第一手资料。另外,系统还具有的设备运行状态“黑匣子”功能,能够为起重机故障诊断和分析、作业规范控制等提供现场最直接的数据和资料。

  胡雄说,这个系统的最大优势之一就是它能够根据设备自身运行特点自动生成一套基于概率控制的用于状态健康与安全分析评估的相对评价标准,大大提高了设备健康与安全管理的准确性和有效性。传统的安全要求一般只要达到结构不开裂、机构能作业即可,但实践证明这种现象一旦出现,便很难恢复到健康状态。而NetCMAS系统的理念是提倡设备实现健康运行,只要设备出现亚健康状态,比如远离结构开裂,机构故障状态,就立刻进入维修维护的计划中,这样一来极大提高了传统的安全控制点,降低了设备保养维修的难度,同时也提高了设备结构和机构的工作寿命,最直接的好处是维修费用和管理成本随之降低。

  “设备维修过程的信息化,以及基于状态的维修方式是今后设备现代化管理技术发展的重点之一,随着‘低碳’经济发展和工业结构的软调整,系统所体现的理念和方法在应用中也会随之得到体现。”这是胡雄出于发展长远的考虑。

  过去的理论方法很多,但真正提到要如何解决实际问题,却变得无从下手。胡雄所设计系统的诞生无疑是产学研成果转化的成功案例,更是从提供产品提升为提供服务的有力转化,是真正的“落到了实处”——通过对设备的实时健康分析和信息管理,帮助现场工程师及时消除故障隐患,做到了节省维修费用、减少停机时间、合理安排备品备件和维护保养计划,保障设备健康安全地运行,提高了设备现代化管理的水平。

  现在,NetCMAS系统已广泛应用于国内外十多家港航、冶金、海工等大型企业的大型集装箱桥吊、桥式抓斗卸船机、门机、浮吊、船舶、大型桁车等,实现了大型装备与结构的远程健康诊断和战略安全控制与管理,目前已有80余套在国内外大型企业得到应用。在2016年4月,起重机械监评系统及信息物理平台(NetCMAS)获得了国际工业界著名评估机构德国TUV NORD颁发的首张工业4.0证书,并指出“该系统强调对机器动态性能状态的监评,为起重机械的技术安全和品质运行提供监控手段,为把大型设备的物理维修纳入信息化管理提供了一个方便有效的方法,也是中国工业控制系统自动化的一个典型应用实例”。

  建设特色学院,培养一流人才

  身为上海海事大学物流工程学院院长的胡雄是学院发展的掌舵人,他坚信,“学院没有特色就没有生命力,没有水平的特色就不成为其特色,能够长远发展唯有把特色进行到底”,并把“特色上水平,可持续发展”写入了学院学科内涵建设的“十三五”规划。

  据悉,上海海事大学有3个特色方向:航运、物流、海洋,胡雄所在的物流工程学院也呼应了这3个方向,“我们学院主干学科是机械工程、电气工程和物流工程,三个学科都围绕装备展开,系统的设计、运作、优化由机电主干学科支撑。”其中,物流工程涉及了从设计到制造使用,从实验分析到评价,铺设的面很广很完善。装备安全是基础,以前是分散到各个学科里研究,比如机械装备故障诊断、电器设备故障诊断,而上海海事工程学院物流工程学院把动力性能聚焦形成物流装备安全工程,也就是把问题集中起来研究,这是其他学校没有的。从本科、硕士到博士,以港航企业的技术创新为出发点,从学科研究、社会需求、人才培养等方面围绕主干点进行了学科专业的调整,现在也建立了电气工程博士后流动站,用胡雄的话来说就是“整个构架起来了,效果不错。”

  从管理角度,胡雄对学术研究和专业建设开展团队化管理。2014年,胡雄带领学院凝聚科研有限力量,优化师资队伍,做到1+1>2。在原组建学科梯队3个(共设置8个学术团队)和教学梯队5个(共设置12个专业团队)基础上,对团队结构进行调整与优化,并对团队工作进行3年规划,最终达到人才培养与引进和目标的实现。他要求各专业团队定期开展专业团队教学研讨活动,比如课程体系的改革与优化、培养方案的修订、课程建设、教材建设、大学生科技创新项目指导、比赛的筹备、实践教学基地的建设、教学质量的提高等。此外,学院还制定了学科梯队及学术团队组建与工作方案(试行)、教学梯队及专业团队组建与工作方案(试行)、团队考核奖惩条例(试行)、评优管理办法、绩效工资分配方案(试行)等文件,通过1年的过程管理和绩效考核相结合的模式运行已初见成效,学院教职工能够充分意识到自己在教学和科研等方面的优势和弱点,对优势继续保持并不断完善,对弱点则不断改进,整个学院的教学、科研、管理等工作都朝气蓬勃地向前进。

  在学生培养方面,胡雄致力于为学生提供良好的平台,“搭好框架,划定边界”,剩下的就是让学生自由寻找自己感兴趣的领域,根据学生的特点,重点培养。老师也会尽可能为学生们提供去现场体验的机会,培养其实践能力。其实,在现场试验是一项非常艰苦的任务,经常是灰头土脸一身泥,在现场,不分院士、教授、博士,通通都撸起袖子干活,所以,这也为学生做出了榜样,言传身教中使他们学习感受老师吃苦耐劳的精神。

  胡雄一向尊崇培养人才首先是培养“人”,“人做事需要一种精神,技术能力是一方面,有毅力,能坚持也很重要,需要两方面综合起来。”他认为,一名优秀的科研人才,需要“拼搏精神,合作精神,独立思考研究能力”,这三者缺一不可。随着学科的不断发展进步,很多研究领域都变成了综合交叉性质的,这就需要科研人员宽广的知识面,不说样样精通,但也要样样知晓。

  以满腔热情,开创美好未来

  这些年来,胡雄可以很有底气地向其他人介绍,“我国技术发展在国际工程界处于领先地位”。可他心里知道,从国内到国际,有一道无形的墙横在中间,并非技术因素。所以,胡雄只能借助一些第三方机构,使工程服务技术走出去。他们已经给法国、德国、阿联酋等国的大型机器做了评价服务,受到高度评价,“同时我们看到他们的起重机制造厂商、高校的报告,我们的现场试验分析、评价遥遥领先于他们。”

  还记得在2009年,胡雄科研团队赶赴沙特一企业进行服务,他们的机器用了30年,常理来说该报废了,但令人讶异的是,他们提出:还用10年。于是,胡雄和团队展开一系列工作,做现场试验、分析、评估,但原则是“机器不行,便淘汰;若行,则尝试做改造,继续使用”。最后,胡雄如约作出一套改造方案,直到现在(已续用了8年),机器运行得都很好,对方也很满意。

  2010年,胡雄带领团队为青岛港(集团)有限公司前港分公司码头3台2500吨/小时的桥式抓斗卸船机和3台斗轮堆取料机进行性能安全的综合测试与健康评价。其中3台2500吨/小时的桥式抓斗卸船机是我国首次自行设计、制造的大型卸船机,在1998年投入使用。经过测试分析,他帮助用户了解和摸清设备结构的安全状况,掌握设备工作状态的结构受力变形、静动载强度、疲劳强度寿命和设备振动冲击等技术状态,以及码头不均匀沉降对结构的影响后,对使用设备进行维修决策,力争延长设备使用寿命,在此基础上,他们团队还对卸船机和堆取料机所存在的问题提出了有效的整改方案。

  目前,他们已与上海国际港务集团、上海振华重工集团、德国TUV Nord集团、上汽集团、海南港航集团公司等许多著名企业有长期的产学研合作关系。

  展望未来,胡雄希望能够把现在所从事的大型起重机设备的相关技术进行提炼,推广到其他机械设备上,比如风力发电、海洋平台、核电……然而,理想丰满现实骨感,真正的推广应用不是那么容易,对此,胡雄并没有气馁,他愿意脚踏实地,一步步地往前推,总有一天,梦想会变成现实。

  一系列丰硕成果,以及对未来的无限憧憬,都源于胡雄对他事业的兴趣与热爱,也正是这份热爱,使他至今都保持着澎湃激情,无论是实验、教学还是管理,他都做到了极致。

  现在的胡雄十分忙碌,业余时间能打场篮球是件奢侈且享受的事情,热爱运动的他还是教师篮球协会会长,每周会组织老师们打打篮球。忙里偷闲,工作、业余结合融洽,这种状态对胡雄来说也是很满足的。

  如今,全国各族人民都在为实现中华民族伟大复兴的中国梦而努力奋斗着,而习近平主席所提出的“丝绸之路经济带”和“21世纪海上丝绸之路”战略构想正是实现这一伟大梦想的必然路径,能为此做出自己的一份贡献,也是胡雄义不容辞的责任。对此,他信心满怀,将以满腔热忱,矢志不渝,精益求精,以求为国为民,乃至为全人类的繁荣昌盛做出更大的贡献。