船舶機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用探討

摘 要：多樣化的機(jī)械設(shè)備在工程船舶中的應(yīng)用，給船舶機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測工作提出了更高的挑戰(zhàn)。實(shí)施科學(xué)有效的機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，對做好營運(yùn)船舶技術(shù)管理工作，提高船舶機(jī)械設(shè)備的利用率，保障船舶機(jī)械的安全運(yùn)行具有重要意義。采用狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)可以及早發(fā)現(xiàn)故障征兆，進(jìn)行視情維修，不僅可以防止突發(fā)事故，保障船舶安全，而且可以減少維修費(fèi)用，提高設(shè)備利用率，并帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：船舶機(jī)械；設(shè)備狀態(tài)；標(biāo)準(zhǔn)

目前，各種船舶動(dòng)力機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)逐步從研究階段走向?qū)嵱没A段，各種在線監(jiān)測傳感器和在線監(jiān)測系統(tǒng)不斷問世。目前船舶動(dòng)力機(jī)械所使用的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)手段主要以性能參數(shù)監(jiān)測、瞬時(shí)轉(zhuǎn)速監(jiān)測、油液分析監(jiān)測、振動(dòng)監(jiān)測等方式為主。

一、控制機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測工作的幾個(gè)措施

（一）定時(shí)監(jiān)測。定期定時(shí)的為使用中的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測。

（二）跟蹤監(jiān)測。跟蹤監(jiān)測數(shù)據(jù)異常的機(jī)械設(shè)備，了解機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)工作狀態(tài)的變化，如果發(fā)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備狀態(tài)有變化的趨勢，就應(yīng)該馬上組織維修。

（三）驗(yàn)收監(jiān)測。監(jiān)測維修后的機(jī)械設(shè)備，通過監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷已經(jīng)維修后的機(jī)械設(shè)備的使用狀態(tài)，與專業(yè)的維修人員一起商討維修后的機(jī)械設(shè)備是不是還能夠正常使用或者淘汰。

（四）其他監(jiān)測。在平常對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢查時(shí)，一些不太主要的機(jī)械設(shè)備如果也監(jiān)測出來問題，可以對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢測，并且分析判斷，解決小問題，避免將來促成大問題。

二、船舶設(shè)備監(jiān)測與診斷常用的兩種方法

（一）性能參數(shù)分析法。該方法通過獲取船舶柴油機(jī)工作時(shí)的汽缸壓力示功圖、排氣溫度、轉(zhuǎn)速、滑油溫度、冷卻水進(jìn)出口溫度及排放等熱力參數(shù)的變化來實(shí)現(xiàn)其工作狀態(tài)的判斷和故障預(yù)測。該方法是目前船舶機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測診斷中應(yīng)用最廣最成熟的方法，且該方法易實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測，被廣泛應(yīng)用于船舶動(dòng)力機(jī)械的各種設(shè)備。其中示功圖包含的信息量最多，根據(jù)示功圖可以計(jì)算指示功、壓力升高率和壓縮壓力，可以判斷燃燒質(zhì)量的好壞及各缸是否功率平衡。

（二）油液分析法。油液分析法監(jiān)測與診斷是通過獲取船舶機(jī)械設(shè)備潤滑油中的磨粒濃度、磨粒形狀及大小的變化、油質(zhì)的變化、含鐵量的變化，來實(shí)現(xiàn)對設(shè)備整體磨損狀態(tài)的分析，進(jìn)而來判斷設(shè)備河卵石制砂機(jī)的磨損狀態(tài)及故障狀態(tài)。目前已構(gòu)成鐵譜分析、光譜分析、理化試驗(yàn)、污染度分析等油液監(jiān)測方法，并形成了在線、離線和在線離線相結(jié)合的模式。為了推動(dòng)油液監(jiān)測技術(shù)在船舶機(jī)械中的應(yīng)用，中國船級社先后編寫了《螺旋槳軸狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)指南》和《柴油機(jī)滑油狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)指南》等指導(dǎo)性文件。詳細(xì)規(guī)定了采用油液分析方法監(jiān)測螺旋槳軸、柴油機(jī)狀態(tài)的具體要求。

1.潤滑油監(jiān)控分析中故障診斷和狀態(tài)識(shí)別。目前設(shè)備故障診斷工作可分為監(jiān)測信息預(yù)處理、故障識(shí)別、狀態(tài)分析和趨勢預(yù)測等。監(jiān)測信息預(yù)處理技術(shù)包括信號(hào)回歸和平滑處理、磨粒圖像特征信息提取等；故障識(shí)別分為邏輯診斷法、概率診斷法、模糊集診斷法、灰色關(guān)聯(lián)診斷法和基于證據(jù)理論的方法等；狀態(tài)分析技術(shù)分為基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析法、劣化度評價(jià)法、基于模糊綜合評價(jià)法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)綜合評價(jià)法等；狀態(tài)趨勢預(yù)測技術(shù)分為回歸預(yù)測方法、時(shí)間序列預(yù)測分析法、灰色理論的GM （1，1） 模型預(yù)測方法等。多數(shù)診斷工作首先需采集大量監(jiān)測樣本，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對樣本參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，獲得設(shè)備狀態(tài)轉(zhuǎn)變的一系列界限值，作為標(biāo)準(zhǔn)警告線和危險(xiǎn)線，將實(shí)際監(jiān)測結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)界限值對照，以判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。這種方法的缺點(diǎn)在于難以獲得特定設(shè)備的大量先驗(yàn)樣本；沒有考慮設(shè)備載荷或環(huán)境變化的影響以及個(gè)體情況差異；難以排除取樣中隨機(jī)因素的干擾等。

采用觀測趨勢值的分析方法同樣面臨缺乏先驗(yàn)樣本，難以排除隨機(jī)因素干擾的困境。而診斷過程的定性信息則更難以采用上述定量分析模型和方法。所以，目前多數(shù)油液監(jiān)測中診斷和預(yù)測工作很容易重走依據(jù)人工經(jīng)驗(yàn)判斷的老路，大大影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可信性。

解決以上問題的有效措施是智能化診斷技術(shù)。油液監(jiān)測中的信息形式多樣，定性與定量信息共存，具有多層次性及時(shí)間和空間的相關(guān)性。同時(shí)，油液監(jiān)測技術(shù)不再僅靠某一種方法，而是從機(jī)器潤滑 （或工作） 介質(zhì)中獲取摩擦學(xué)狀態(tài)信息的各種方法集成，機(jī)器的狀態(tài)信息能通過其他監(jiān)測手段獲得。因此，引入模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息融合技術(shù)、智能專家系統(tǒng)等智能化診斷技術(shù)是當(dāng)前機(jī)器磨損狀態(tài)識(shí)別研究的一個(gè)重要方向。

2.維修決策。除繼續(xù)深入開展?jié)櫥蜖顟B(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)的研究外，將其與維修管理決策結(jié)合也是發(fā)展趨勢。將故障診斷與工程控制相結(jié)合，并運(yùn)用專家知識(shí)成為一個(gè)維修管理決策支持專家系統(tǒng)，將是推行現(xiàn)代維修體制的技術(shù)基礎(chǔ)。目前發(fā)展起來的智能決策支持系統(tǒng)（IDSS）在決策支持系統(tǒng)（DSS）的基礎(chǔ)上集成了人工智能的專家系統(tǒng)（ES），在數(shù)學(xué)模型和定量分析方法的基礎(chǔ)上，綜合利用了知識(shí)工程、智能技術(shù)及其它相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)指導(dǎo)維修工作并對維修效果進(jìn)行評價(jià)和分析的功能，解決船舶設(shè)備維修決策過程中涉及的大量半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的決策問題。該系統(tǒng)功能包括為每個(gè)設(shè)備選擇適當(dāng)?shù)木S修方式；對預(yù)防維修的設(shè)備制定合理的維修周期；對視情維修的設(shè)備進(jìn)行在線狀態(tài)預(yù)測，確定維修時(shí)機(jī)和類型；智能決策支持系統(tǒng)下的維修管理；維修效果評價(jià)。

三、油液分析技術(shù)應(yīng)用控制標(biāo)準(zhǔn)

伴隨油液監(jiān)測技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛推廣應(yīng)用，作為油液污染分析技術(shù)不斷進(jìn)步和成熟的重要標(biāo)志油液污染度標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)也得到了快速發(fā)展。從最早使用的重量污染度和體積ppm、重量ppm等，逐漸改進(jìn)為可反映顆粒尺寸及分布的顆粒污染度表示方法。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織及一些國家的液壓行業(yè)組織和標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)都成立了污染控制技術(shù)委員會(huì)，負(fù)責(zé)液壓污染控制技術(shù)的推廣、應(yīng)用及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的制定和實(shí)施ISO4406污染度標(biāo)準(zhǔn)是由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的。ISO4406標(biāo)準(zhǔn)已被世界各國普遍采用，我國現(xiàn)行的污染度標(biāo)準(zhǔn)即等效采用此標(biāo)準(zhǔn)ISO4406：1999規(guī)定，顆粒計(jì)數(shù)儀采用≥4μm≥6μm和≥14μm三個(gè)尺寸的顆粒濃度等級代碼表示油液的污染度。我國也設(shè)立了相應(yīng)的機(jī)構(gòu)和組織，并且與國際標(biāo)準(zhǔn)化組織相應(yīng)技術(shù)委員會(huì)聯(lián)系開展工作，結(jié)合我國各工業(yè)部門的需要，也制訂了有關(guān)液壓污染控制的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，主要是應(yīng)用在航空液壓系統(tǒng)油液固體顆粒污染度分級標(biāo)準(zhǔn)GJB420和GJB420A，它們分別與NAS1638和AS4059標(biāo)準(zhǔn)等效。目前國內(nèi)船舶行業(yè)尚未制定相應(yīng)的污染度控制標(biāo)準(zhǔn)。

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