彭锐:科研青年当勇立创新潮头

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【人物档案】彭锐:新加坡国立大学,博士学位。北京科技大学经济管理学院,管理科学与工程系,副教授。2007年7月本科毕业于中国科学技术大学少年班光信息科学与技术专业;2011年10月毕业于新加坡国立大学工业与系统工程系,获得博士学位。2012年1月进入北京科技大学经济管理学院,2014年7月破格晋升为副教授。主要研究领域为系统可靠性分析,优化,以及系统的保护和维修策略。已发表近40篇SCI期刊论文,主持或参与5项国家自然科学基金,一项教育部博导基金,一项博士后面上资助,和五项中央高校基本科研业务费。


北京科技大学经济管理学院,管理科学与工程系,副教授彭锐博士

★科技日报报道

彭锐:有“备”无患,构筑系统安全的坚固堡垒

文·张祎旻

死机和系统崩溃经常会摧毁我们所需的重要数据。有什么办法可以从硬件层面上对系统进行坚固和安全保护?应该如何事先做好重要数据的备份?能不能对系统进行有效优化,以提高系统的整体安全性呢?答案是肯定的。

随着全球信息化建设高潮的来临,各行各业产生的数据越来越多,人们已进入百万兆字节的时代。这种信息量、数据量的不断猛增,系统的可靠性问题自然就显得十分重要了。事实证明,只有数据备份才能为人们提供万无一失的数据安全保护。不久前,“含有温储备元件的复杂多态多阶段系统的可靠性研究”项目获得2017年度国家自然科学基金面上项目的资助,引起人们的极大关注,而他的获得者,是北京科技大学东凌经济管理学院管理科学与工程系副教授彭锐,一位28岁的青年学者。

防患于未然有“备”而无患

古人云:凡事预则立,不预则废。这就告诫我们,无论什么事情,都需要事前做好准备和周全的计划,才能取得成功。

2014年,移动互联网产业实现前所未有的飞跃,被称为“移动互联网元年”。随着计算机技术的飞速发展,信息系统广泛应用于各种关键企业业务中,在系统中,很多关键应用和服务都需要采用备份技术保证系统的高可靠运行。

如何保证系统的可靠性,成为当今科技应用研究领域的热点。现在常用的方法是:采用冗余技术提高系统的可靠性。常用的技术有:冷备份、温备份和热备份。相对热备份元件,温备份元件保证系统高可靠性的前提下能够达到较低的功耗,消耗的能源更少,因此更加绿色环保。温备份算法,为实现关键应用的备份提供了有效探讨和实践。但是,由于温备份元件在温备份状态和在工作状态下的故障率不同,给含有温备份元件的冗余系统的研究造成了很大困难,历来研究者甚少。而且之前的研究多针对并联结构,大多仅限于二态系统和单阶段系统,事实上,研究含有温储备元件的复杂结构的多态多阶段系统的可靠性却是极为重要的。突破现有研究的局限,彭锐和美国的合作者邢留冬教授力图建立起具有各种复杂结构的含有温储备元件的系统的可靠性模型,并且容许系统中元件含有多个工作状态以及系统任务具有不同的阶段。此项研究成果可以应用到计算机系统可靠性的商用软件中,为系统的可靠性分析和优化提供一种更为快捷的计算手段。通过对二分决策图进行改进,彭锐将其用来描述含有温备份的系统的故障发生情况,从而得到了含有温备份元件的一般并联系统的可靠性模型,并正在将此研究扩展到更复杂结构的系统。温备份技术可大量用于数据管理系统,同时也可推广应用至电力系统以及无线传感系统等,具有广泛的应用前景。

防灾的守护者关注信息安全

当前,国家对信息安全的重视程度达到前所未有的高度,同时,网络攻击日新月异,对系统的刻意攻击不同于自然灾害等,因为攻击者会寻找系统的薄弱环节进行攻击,并且他们的攻击策略可以随着防守者的保护策略而改变,信息安全面临前所未有的挑战,在安全防护技术上不断进行创新才是唯一出路。作为国内关注于系统保护与信息安全创新的先行者,彭锐也在不断实践着。他敏锐地观察到,与传统的被动防御相比,主动防御技术更有主动性和预测性,能帮用户识别出网络系统中的潜在威胁以及系统的脆弱性,然后根据用户的安全需求选择最优成本效应下的主动安全防御措施,进而避免网络危险事件的发生,可为信息化时代的网络安全提供保障,也可用于攻防战争、军事目标的防护等。随着“9·11”事件,关于系统攻防博弈方面的研究进入了大众的视线。彭锐捕捉到了攻防博弈等技术的重要性和潜在的社会需求,考虑到攻防战争中有时会使用到假目标来欺骗攻击者,故开展了相关研究。与以往研究不同,彭锐独辟蹊径,以假目标有一定的被识破的概率这一着眼点入手进行思考,在ReliabilityEngineering&SystemSafety等可靠性顶尖期刊上发表了数篇论文。

除此之外,彭锐等还研究了一个带有性能共享组的复杂系统的攻防策略,该项研究对于电力系统的安全防护具有借鉴意义。相关研究成果发表于运筹学一流期刊EuropeanJournalofOperationalResearch。而他在一篇发表于国际工业工程领域顶级期刊IIETransactions的论文中,研究了常见于输油管道系统和电信系统的系统可靠性模型,可以通过将连续系统中的元件重新分配的办法,以减少系统的维修费用,具有很大的实际意义。在已故王文彬院长带领下,彭锐还以钢铁行业为背景,研究了设备的维修和健康保养策略。为了收集数据,帮助决策,彭锐和团队成员一起多次赴新兴铸管等钢铁企业基层进行实地调研走访,相关研究成果也为企业决定设备的检修周期提供了有用的参考。

不忘初心砥砺前行

古人云“三十而立”,不到三十岁的彭锐在事业上却已达到了一个引人注目的高度。通过几年努力,他已经发表了30多篇SCI期刊,多篇发表于可靠性领域或者工业工程领域的顶尖期刊,于2014年度获得国家自然科学青年基金资助,由于研究成果突出,在2014年被北京科技大学东凌经济管理学院破格晋升为副教授,并拿到2017年度国家自然科学基金面上项目,参与两项国家自然科学基金重点和重大国际合作项目。系统可靠性之路漫长又艰难,而他始终不忘初心,每一步都走得无比的踏实,书写着自己独有的精彩。

这份耀眼的成绩背后,是彭锐持之以恒潜心研究系统可靠性的结果,是一个个努力攻关不眠不休的日日夜夜,丰厚的学术积累为其奠定了坚实的基础。他2007年7月本科毕业于中国科学技术大学少年班光信息科学与技术专业,2007年8月拿着全额奖学金开始在新加坡国立大学工业与系统工程系直接进行博士阶段学习,师从著名的谢旻教授,2012年加入北京科技大学东凌经济管理学院。扎实的学习,使他在数理统计、运筹学、可靠性数学方面打下了坚实的理论基础。可靠性是衡量所有软件系统最重要的特征之一,软件可靠性模型是软件可靠性研究中备受关注、最活跃的一个领域,它不仅是软件可靠性预计、分配、分析与评价的最强有力的工具,而且为改善软件质量提供了指南。在博士期间,他就对软件的可靠性研究产生了浓厚的研究兴趣,他敏锐地注意到,软件的可靠性模型虽然在国外建立已久,并已经取得了一定的研究成果,但还存在许多关键问题没有解决,比如其大多数只是考虑了软件错误的发现过程,而没有考虑改正过程。软件错误的改正与发现相比滞后许多,在这方面,还有不少的研究空白。面对这样一个高科技尖端领域,彭锐毫不犹豫接受了挑战,受导师谢旻教授一篇论文的启发,彭锐匠心独具,以软件测试过程中的资源分配的不均匀以及软件测试中新的错误的引入这一新角度入手,着手撰写了一篇论文,对此方面进行研究论证,相关成果发表于可靠性领域的顶尖期刊ReliabilityEngineering&SystemSafety,受到国内外业界的广泛关注。从此,围绕软件可靠性研究的软件可靠性建模,系统的攻防博弈以及网络结构系统的可靠性建模成为彭锐科研目光聚焦之所在,同时,他也在不断拓展着自己研究的深度和广度。

目前,彭锐正在参与国防工业出版社“可靠性新技术”丛书编写工作,作为“十三五”规划重点专著,这是国家重点出版物出版规划项目,也是目前规格最高、规模最大的可靠性丛书。该丛书介绍了行之有效的质量与可靠性技术方法,反映了国防科技工业质量理论研究与工程实践的最新成果,丛书的编写完成,将为国防科技工业广大技术和管理人员应用质量与可靠性技术方法提供指导和支持,促进先进质量与可靠性技术方法在实际中的有效应用,可谓意义十分重大。

“居高声自远,非是藉秋风。”在系统可靠性分析这座科研高峰上,彭锐且歌且行,书写着属于自己的华美篇章。

★科技文摘报报道

彭锐:追逐梦想的“系统锻造师”

文/马爱平

记者通过2017年度国家自然科学基金申请结果得知,年仅28岁的北京科技大学东凌经济管理学院副教授彭锐的项目——“含有温储备元件的复杂多态多阶段系统可靠性研究”,一路过关斩将,获得了项目资助。

彭锐的科研之路可谓少年得志。然而这背后,是他比同龄人付出多倍的艰辛和努力。科研之路漫长而枯燥,彭锐依旧秉持乐观开朗的性格、严谨的科研作风,在科学世界里自由翱翔并踏实快乐着。

名师高徒卓尔不群

“有句话叫下士用己之力,中士用人之力,上士用人之智。”现代社会实际上你既需要自己的力气,也需要别人的力气,更需要用自己的智慧,和别人的智慧,任何一方面都不可以偏废。既不能刚愎自用,也不能妄自菲薄。虽然做科研太难,彭锐还是用做人的道理去做科研。

2007年7月,彭锐本科毕业于中国科学技术大学少年班光信息科学与技术专业,2007年8月拿着全额奖学金开始在新加坡国立大学工业与系统工程系直接进行博士阶段学习。导师是著名的谢旻教授,他是香港城市大学系统工程与工程管理系的首席教授,研究方向是系统可靠性建模与优化。

彭锐在博士期间研究的方向主要包括软件可靠性建模,系统的攻防博弈以及网络结构系统的可靠性建模。近30年来,国内外学者建立了很多软件可靠性模型,用来刻画软件错误在软件测试过程中的变化过程,从而用于决定何时投放软件等重要决策。以往的软件可靠性模型大多数只是考虑了软件错误的发现过程,而没有考虑改正过程。而事实上,软件错误的改正比发现要滞后,彭锐的导师谢旻教授在一篇论文中就建立了软件错误的发现和改正过程。

在此基础上,彭锐又考虑了软件测试过程中资源分配的不均匀以及软件测试中新错误的引入,写了一篇论文,发表于可靠性领域的顶尖期刊ReliabilityEngineering&SystemSafety。

23岁博士毕业后,彭锐于2012年加入北京科技大学东凌经济管理学院,在著名的王文彬教授的团队工作,研究的广度和深度得到了很大的提高。通过几年努力,他已经在SCI期刊发表了学术论文30多篇,其中一半都是在可靠性领域或者工业工程领域的顶尖期刊上发表。2014年度他获得国家自然科学青年基金支持,于2014年破格升为副教授,并拿到2017年度的项目支持,另外还是王文彬教授主持的国家自然科学基金重点项目和国家自然科学基金重大国际合作项目的直接参与人。

彭锐有名师,他也是高徒,更是一位学生眼中的好老师。在教学方面,彭锐注重启发式教育。区别于填鸭式,他上课时候,注重让学生自己思考、自己讨论。他鼓励学生多研究,先给学生出题目,提问题,然后让同学们思考、讨论。

攻克前沿卓有成效

“我一直都是从容不迫,一件一件地来,该干啥就干啥。我微信上面的签名就是去华取实,做性价比高的事。”彭锐说,这个世界选择太多,不能什么都做,必须要有所取舍。他认为要去华取实,得做最主要的事;要协调好利和义,不能只注重自己的利益,要跟人合作,讲道义。所以彭锐的科研总是能出成绩,并且合作者众多。

目前,彭锐研究的各个方向都是国际领先。比如,国外只做一两个温备份元件,而彭锐做的是任意多个元件系统,系统结构要复杂得多,属于国际领先。

彭锐还关注其他的一些前沿研究。系统的攻防博弈方面的研究在美国“911”事件之后引起了很多人的关注。对系统的刻意攻击不同于自然灾害等,因为攻击者会寻找系统的薄弱环节进行攻击,并且他们的攻击策略可以随着防守者的保护策略而改变。彭锐考虑到攻防战争中有时会使用到假目标来欺骗攻击者,故作了相关研究。

与以往研究不同,彭锐考虑到了假目标有一定的被识破的概率,在ReliabilityEngineering&SystemSafety等顶尖期刊上发表了数篇论文。该研究对于飞机坦克等军事目标的防护具有参考意义。

转化前景指日可待

彭锐还研究了一个带有性能共享组的复杂系统的攻防策略,发表于运筹学一流期刊EuropeanJournalofOperationalResearch。该项研究对于电力系统的安全防护具有借鉴意义。

另一个课题就是关于网络结构系统可靠性的研究,其中有代表性的一项是关于连续系统的研究。连续系统是指当系统中连续多个元件失效时系统才失效,这种模型常见于输油管道系统和电信系统。彭锐研究了通过将连续系统中的元件重新分配,以减少系统的维修费用,具有很大的实际意义,论文发表于工业工程顶尖期刊IIETransactions。

除此之外,彭锐还和美国麻省大学邢留冬教授研究了带有温备份元件的冗余系统的可靠性。备份元件可以增加系统的冗余,从而提高系统可靠性。相对热备份元件,温备份元件消耗的能源更少因此更加绿色环保。但是,由于温备份元件在温备份状态和在工作状态下的故障率不同,给含有温备份元件的冗余系统的研究造成了很大困难。之前的研究多局限于只有一到两个温备份元件的系统的可靠性研究,或者是要求元件故障发生时间服从指数分布。通过对二分决策图进行改进,彭锐将其用来描述含有温备份系统的故障发生情况,从而得到了含有温备份元件的一般并联系统的可靠性模型,并正在将此研究扩展到更复杂结构的系统。

在未来几年里,彭锐将继续在软件可靠性、系统攻防博弈、系统维修和温备份系统等方向进行研究,将研究更加深入,并随时关注其他可靠性领域的热点。

在与企业合作方面,彭锐说也已开展起来。“我们做的这些东西都以企业为背景,目前我们的主要精力还是用在学术研究上,转化的前景指日可待。”彭锐对此很有信心。

★中国科技产业杂志报道

心有凌云志、不懈攀高峰

——访北京科技大学东凌经济管理学院副教授彭锐

眼前这位朝气蓬勃的“80后”,居然是一位科研成果斐然的副教授,他名叫彭锐,今年才刚刚28岁,乃是名副其实的青年才俊。2014年7月,彭锐被北京科技大学东凌经济管理学院破格提拔为副教授。据了解,他的项目刚刚获批2017年国家自然科学基金的资助这已经是他第二次获得国家自然科学基金。

年纪轻轻的彭锐究竟是如何踏上科研之路,并取得如此难能可贵的成绩的呢?让我们跟随他的脚步,探寻他不一般的历程。

追梦,从科大少年班开始

说起中国科学技术大学少年班,大家都耳熟能详,这里是我国培养科学技术等领域优秀人才的摇篮,来到科大少年班的都是各学科出类拔萃的尖子。2007年7月,19岁的彭锐毕业于科大少年班光信息科学与技术专业,在这里,他学到了相当丰富的基础理论和专业知识。也是从这时开始,彭锐对系统可靠性研究产生了浓厚的兴趣,他胸怀鸿鹄之志在这个领域展翅翱翔。

在追梦的过程中,彭锐深感自己还有很多需要深入挖掘的领域,于是2008年8月,获取全额奖学金的他,来到了新加坡国立大学工业与系统工程系进行博士阶段的深造,并于2011年10月获得了博士学位。2012年1月,他回到祖国,进入了北京科技大学东凌经济管理学院,开启了全新的科研旅程。

探索,在科研之路勇敢前行

作为一名青年学者,彭锐始终严格要求自己,他学贯中西,精益求精,兢兢业业的进行着多项科学研究。彭锐的主要研究领域为系统可靠性分析、优化,以及系统的保护和维修策略。他全神贯注于自己的科研事业,专心致志、辛勤耕耘,获得了丰硕的成果。目前他已发表了30多篇SCI期刊论文,主持或参与五项国家自然科学基金,一项教育部博导基金,一项博士后面上资助,和四项中央高校基本科研业务费。

彭锐非常注重理论的创新和发展,他认为对于年轻人来说,只有理论上达到一定的高度,才能更好的应用于实践,做出更好的成绩。据了解,彭锐正在参与“十三五”国家重点出版物出版规划项目可靠性新技术丛书编写,这是目前我国规格最高、规模最大的可靠性丛书。这也为彭锐的光辉履历添上了浓墨重彩的一笔。

攀登,在每一个课题中提升自我

彭锐说:“在科研工作中,做人和做事一样重要,我们既要讲求道义,又要踏踏实实、爱岗敬业。”作为一个年轻的科学工作者,彭锐将做人和做事两方面协调的非常到位,他一直让自己保持一种从容不迫的状态,始终以乐观向上、坚持不懈的精神在浩瀚的科学世界畅游,在追逐真理的过程中提升自我。

截至目前,彭锐主持的课题有:国家自然科学基金青年项目(71301009);国家自然科学基金面上项目(71671016);博士后基金面上项目(2013M530531);中央高校基本科研经费(FRF-MP-13-009A);中央高校基本科研经费(FRF-TP-13-026A)等。

他参与研究的课题有:王文彬教授主持的国家自然科学基金重点项目(70972120);教育部博士学科点专项科研基金;国家自然科学基金重大国际合作项目(71420107023);由张晓冬教授主持的中央高校基本科研经费等。

在这些课题的研究过程中,彭锐以深厚的专业知识和丰富的经验迎接每一个挑战、克服每一个困难,他不断开拓新的发展方向,提高理论水平,掌握更多更先进的技术知识,在每一个课题中完善自己,不断提高自身素质。

彭锐多年来致力于系统可靠性领域的研究,积累了众多科研资源。他极为注重国内外的学术交流,他的课题有很多是与国内外著名专家共同开展的。他还是多项学术期刊的匿名评审人,曾多次受邀参加国内外学术交流会议,在交流中让自己的科研人生更加充实。

追寻,在温储备元件中探索奥秘

在彭锐的众多研究课题里,最值得一提的便是刚刚取得的2017年国家自然科学基金面上项目——“含有温储备元件的复杂多态多阶段系统的可靠性研究”。彭锐介绍道,这是一个应用前景非常广泛的课题,美国麻省大学教授、世界知名专家邢留冬也加入了这个研究团队,与彭锐和其他团队成员一起探索温备份元件的奥秘。

热储备元件,冷储备元件和温储备元件是储备元件的三种类型。热储备元件始终保持在正常工作状态,并且可以随时代替失效的工作元件接入系统进行工作,因而需要消耗额外的能源,它通常用于计算机系统、飞机发动机和电厂设备等。冷储备元件在作为储备元件时处于不工作状态,只有在工作元件失效时才进行加热并接入系统进行工作,通常用在冶金系统、航空航天系统、供气系统和装备系统等。温储备技术是一种平衡能源消耗和系统恢复时间的冗余技术。温储备元件非常绿色环保,它在作为储备元件时处于部分工作状态,并且可以在工作元件失效时快速转换到完全工作状态接入系统进行工作。

目前针对温储备元件的研究局限于并联的双态单阶段系统,彭锐打破了这一限制,通过对二分决策图进行改进,将其用来描述含有温备份的系统的故障发生情况,从而得到了含有温备份元件的一般并联系统的可靠性模型,并且容许系统中元件含有多个工作状态以及系统任务具有不同的阶段,其理论水平达到了国际前沿,可以说填补了温储备元件研究领域的空白。

彭锐的这项研究还可以应用到计算系统可靠性的商用软件中,从而对目前无法进行的含有温储备元件的多态多阶段系统可靠性分析和优化提供一个快捷的计算手段,为提高我国工业系统可靠性和减少系统故障损失有着深远的意义。

创新,在系统维护方面大显身手

彭锐一直都很重视创新的力量,并身体力行。他在博士期间的研究方向是软件可靠性建模、系统的攻防博弈以及网络结构系统的可靠性建模。他介绍道:“在信息化飞速发展的今天,稳定的软硬件系统是信息化时代处理分析各项数据的基本保障。因此,研究各种复杂软硬件系统的可靠性和保护策略以完善软硬件的正常运行过程至关重要。”针对这一情况,他做了很多创新性的研究,取得了相当大的进展。

在研究过程中,彭锐受到了他的导师——香港城市大学系统工程与工程管理系的首席教授谢旻的启发。彭锐正是在阅读了谢教授的一篇关于软件错误的发现和改正过程讨论的论文之后获得了灵感。在谢教授论文的基础上,彭锐考虑了软件测试过程中资源分配的不均匀以及软件测试中新的错误的引入,并在可靠性领域的顶尖期刊ReliabilityEngineering&SystemSafety上发表了相关论文。

彭锐在系统的攻防博弈方面的研究也很成功,成果发表于运筹学领域的顶尖期刊EuropeanJournalofOperationalResearch。彭锐介绍道:“系统的攻击者会想法设法找到系统的薄弱环节集中力量进行重点攻击,并且攻击策略会随着防守者的保护策略不断改变。”因此,系统的攻防博弈等技术极为重要,并且有着巨大的社会需求。在攻防战争中,有时会用到假目标来欺骗攻击者,考虑到假目标有一定的被识破的概率,彭锐作了大量的研究。另外,他还针对带有性能共享组的复杂系统的做出了攻防策略,该项研究在电力系统的安全防护方面也有一定的应用价值。

从少年时代开始,彭锐便把“去华取实”这句话当做自己的人生格言。在科学探索的漫长道路上,他始终沉着冷静,总是能够透过现象看到本质,一步步探索科学世界、寻求真理。从少年班到副教授,一路走来,彭锐认真勤恳、意志坚定,他抱负远大、厚积薄发,在以后的科研道路上,他希望自己能够在软件可靠性、系统攻防博弈、系统维修和温储备系统等方面开展更加深入的研究,取得更加丰硕的成果。

彭锐是一位胸怀大志的青年学者,是一位注重启发学生思考能力的优秀教师,是一名热爱运动的健身爱好者,是一个勇往直前的科学探索者,是一个开拓创新的系统守护者……未来,他将又给自己增加什么样的身份来丰富如此璀璨的人生呢?让我们拭目以待!

责任编辑:张迪
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