船舶柴油發(fā)電機(jī)智能化故障診斷技術(shù)研究（1）

摘 要：本文對診斷船舶柴油機(jī)故障的意義進(jìn)行了論述，并且對現(xiàn)在世界上常見的一些監(jiān)測柴油機(jī)狀態(tài)和診斷柴油機(jī)故障的方法、特點(diǎn)和原理進(jìn)行了介紹，對各種新技術(shù)在診斷船舶柴油機(jī)故障中的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)，希望能夠?qū)Υ安裼蜋C(jī)故障診斷技術(shù)的發(fā)展具有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：船舶；柴油機(jī)故障；診斷技術(shù)

在船舶動(dòng)力裝置中柴油機(jī)屬于一種最為重要的機(jī)械設(shè)備，然而因?yàn)椴裼蜋C(jī)具有十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，再加上非常惡劣的工作條件，因此其很容易出現(xiàn)各種故障。如果船舶的柴油機(jī)出現(xiàn)故障，除了會(huì)使整個(gè)船舶動(dòng)力裝置的工作受到影響，導(dǎo)致發(fā)生重大的損失之外，還會(huì)對船舶的安全產(chǎn)生危害，最終使船舶各項(xiàng)性能的正常發(fā)揮受到極大影響。所以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和診斷故障具有十分重要的作用，其能夠使柴油機(jī)工作時(shí)的可靠性和安全性得以全面提升，同時(shí)還能夠起到降低維修費(fèi)用、減少各種損失的作用，并且可以有效的預(yù)防各種突發(fā)事故。

一、傳統(tǒng)的船舶柴油機(jī)故障診斷技術(shù)分析

在監(jiān)測和診斷船舶柴油機(jī)故障的時(shí)候具有多種多樣的方法，傳統(tǒng)的方法主要包括紅外測溫法、溫度分布法、瞬時(shí)轉(zhuǎn)速法、壓力波分析法、油液分析法、熱力參數(shù)分析法、振動(dòng)法等。其中最為常見的就是振動(dòng)分析法、油液分析法和熱力參數(shù)分析法等。

（一）船舶柴油機(jī)故障振動(dòng)分析法。所謂的振動(dòng)分析法主要是利用工作過程中船舶柴油機(jī)形成的振動(dòng)信號(hào)，然后對其實(shí)施測試、分析和處理，從而診斷內(nèi)部零件的狀態(tài)。振動(dòng)分析法具有可以在線診斷、較高的準(zhǔn)確率以及較快的診斷速度等特點(diǎn)。目前我國很多實(shí)驗(yàn)室在振動(dòng)監(jiān)測診斷柴油機(jī)故障的研究方面獲得了非常突出的成果，比如將振動(dòng)傳感器安裝在氣缸頭，利用對振動(dòng)信號(hào)的分析對缸內(nèi)故障進(jìn)行診斷，同時(shí)還可以對柴油機(jī)主軸承故障進(jìn)行診斷，通過對管路內(nèi)壓力波信號(hào)的利用對柴油機(jī)軸承故障進(jìn)行診斷，通過機(jī)器表面信號(hào)對氣缸磨損和活塞進(jìn)行診斷等。

（二）船舶柴油機(jī)故障油液分析法。通過含鉛量檢查結(jié)果分析、油品化驗(yàn)等各種方式分析潤滑油中含鐵量的變化、油質(zhì)的變化、磨粒大小和形狀的變化、磨粒濃度等分析柴油機(jī)的整體磨損狀態(tài)，并且對柴油機(jī)的故障狀態(tài)和磨損狀態(tài)進(jìn)行判斷。一般來說油液分析主要?jiǎng)澐譃閮纱箢悾菏紫仁欠治鲇鸵罕旧砦锢砘瘜W(xué)性能；其次是分析油液中的不潔物質(zhì)，其主要包括顆粒計(jì)數(shù)法、光譜分析法以及鐵譜分析法等。采用油液分析的方法在對信息進(jìn)行提取的時(shí)候非常方便，其能夠有效的防止出現(xiàn)聲振技術(shù)存在的頻譜干擾等問題。然而光譜技術(shù)診斷的方式具有較為昂貴的價(jià)格，而鐵譜技術(shù)具有較多的手動(dòng)操作，同時(shí)其速度也比較慢，而且需要具有豐富經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員參與到分析、判斷和識(shí)別的工作中來，因此在使用的時(shí)候存在著一定的限制，并且需要較長的標(biāo)準(zhǔn)圖譜積累時(shí)間。

（三）船舶柴油機(jī)故障熱力參數(shù)分析法。熱力參數(shù)分析法主要是通過對工作過程中柴油機(jī)的熱力參數(shù)的變化進(jìn)行分析，從而將其工作狀態(tài)判斷出來，這些參數(shù)主要包括排放、冷熱水進(jìn)出口溫度、滑油溫度、轉(zhuǎn)速、排氣溫度和氣缸壓力示功圖等。利用熱力參數(shù)分析法可以很好地判斷出柴油機(jī)性能的好壞，示功圖。在這些參數(shù)中具有最多的信息包含量，因此可以以示功圖為根據(jù)對壓縮壓力、壓力升高率和指示功等進(jìn)行計(jì)算，而且還可以對各缸功率是否平衡和燃燒質(zhì)量的好壞進(jìn)行判斷。

二、現(xiàn)代船舶柴油機(jī)故障診斷技術(shù)分析

（一）基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的船舶柴油機(jī)故障診斷技術(shù)?；诰W(wǎng)絡(luò)神經(jīng)的船舶柴油機(jī)故障診斷技術(shù)主要是利用對診斷經(jīng)驗(yàn)和故障實(shí)例的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，然后通過對分布在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的連接權(quán)值的利用將故障診斷知識(shí)技術(shù)表達(dá)出來，其具有相似歸納能力、模式匹配能力以及聯(lián)想記憶能力等?，F(xiàn)在在船舶柴油機(jī)故障診斷中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用主要包括以下幾個(gè)方面：首先是在故障診斷中直接運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，要將其中關(guān)鍵參數(shù)挑選出來作為輸入層，將其中的故障參數(shù)挑選出來作為輸出層，通過對典型樣本學(xué)習(xí)所得權(quán)值的利用實(shí)施有效的模式識(shí)別；其次是自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)別，其主要是通過對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并行處理和分布式信息存儲(chǔ)的利用將模式識(shí)別中提取特征和建模的麻煩避開，這樣還可以將不恰當(dāng)?shù)奶卣魈崛『湍Ｊ讲环纤鶎?dǎo)致的種種問題消除掉，因此在識(shí)別故障的時(shí)候更加方便；再次是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)處理，在信號(hào)處理的過程中運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要是對其智能化識(shí)別和最優(yōu)化算法的特點(diǎn)進(jìn)行利用；第四是模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性擬合和學(xué)習(xí)能力具有非常高的準(zhǔn)確性；最后是專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合識(shí)別，大量的研究表明，只要專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)完全的結(jié)合，做到取長補(bǔ)短，就可以將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自身存在的一系列問題很好的克服掉，最終能夠?qū)崿F(xiàn)完美的結(jié)合。

（二）基于專家系統(tǒng)的智能化船舶柴油機(jī)故障診斷技術(shù)?；趯＜蚁到y(tǒng)的智能化故障診斷技術(shù)屬于一種非常常見的智能化船舶柴油機(jī)診斷技術(shù)，其主要是通過對研究領(lǐng)域中專家的專業(yè)知識(shí)的利用解決各種問題的一種智能系統(tǒng)。作為專家系統(tǒng)的分支，故障診斷專家系統(tǒng)的核心主要包括解釋部分、推理機(jī)、知識(shí)獲取部分、知識(shí)庫等幾個(gè)部分。很多的診斷型專家系統(tǒng)在知識(shí)表達(dá)中都是通過產(chǎn)生式規(guī)則和框架來進(jìn)行的。從診斷推理方面來講，基于專家系統(tǒng)的智能化的船舶柴油機(jī)故障診斷技術(shù)對研究推理模型和推理邏輯更加注重。作為一種可以使系統(tǒng)復(fù)雜性得以降低的方法，模糊邏輯在近期被廣泛的應(yīng)用在了專家系統(tǒng)的邏輯推理中。最近有研究人員將一種基于模型的知識(shí)庫理論提了出來，從根本上改變了推理機(jī)制，比如可視覺模型、定性護(hù)理模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等，因此極大的推動(dòng)了人工智能領(lǐng)域的不斷發(fā)展。

（三）基于混合系統(tǒng)的船舶柴油機(jī)故障診斷技術(shù)。1.結(jié)合專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的故障診斷技術(shù)：在開發(fā)研制傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)的過程中具有知識(shí)獲取難度較高、實(shí)時(shí)性較差、推理能力較弱以及知識(shí)維護(hù)較難等一系列的問題，而通過對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)較好的自適應(yīng)、自組織、響應(yīng)快以及容錯(cuò)性等優(yōu)勢的利用就能夠?qū)⑦@些問題很好的解決掉。比如通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對專家系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)造，也就是采用基于數(shù)值運(yùn)算的推理取代基于符號(hào)的推理，這樣就可以使專家系統(tǒng)的執(zhí)行效率得以顯著提升，同時(shí)還可以使專家系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)問題得以有效解決。2.結(jié)合模糊推理和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的故障診斷技術(shù)：在推理速度、知識(shí)存儲(chǔ)、診斷知識(shí)的表示等各個(gè)方面模糊推理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法具有十分重要的作用，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以對人腦神經(jīng)元功能進(jìn)行模仿，因此其直接處理數(shù)據(jù)的能力和自學(xué)系能力非常強(qiáng)大；而模糊推理可以對人腦的邏輯思維進(jìn)行模仿，其結(jié)構(gòu)性知識(shí)表達(dá)能力比較強(qiáng)。對兩者的優(yōu)勢和不足進(jìn)行比較，就能夠有效地結(jié)合模糊推理方法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，從而確保故障診斷系統(tǒng)更好的處理不確定或者不精確的模糊信息，同時(shí)還可以調(diào)整基于規(guī)則的結(jié)構(gòu)性知識(shí)。

三、結(jié)語

在自動(dòng)化程度不斷提升以及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，船舶柴油機(jī)故障診斷技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了較快的發(fā)展。不管是之前的事后維修，還是后來的定時(shí)檢測和視情維修，船舶柴油機(jī)故障診斷技術(shù)都發(fā)揮了十分重要的作用?？傊?，在未來的發(fā)展中必須要對新的船舶柴油機(jī)故障診斷技術(shù)進(jìn)行不斷研究和開發(fā)，從而與新時(shí)期的要求相適應(yīng)。

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