基于模糊理論的船舶電動燃油泵技術(shù)狀態(tài)評估研究

王一波，耿俊豹，牛建釗，劉凌剛

（海軍工程大學(xué)動力工程學(xué)院，湖北武漢430033）

基于模糊理論的船舶電動燃油泵技術(shù)狀態(tài)評估研究

王一波，耿俊豹，牛建釗，劉凌剛

（海軍工程大學(xué)動力工程學(xué)院，湖北武漢430033）

簡練的技術(shù)評估指標(biāo)和評估方法是準(zhǔn)確評估船舶電動燃油泵技術(shù)狀態(tài)的關(guān)鍵。根據(jù)船舶電動燃油泵實際使用和維修情況，確定了燃油流量和噪聲作為技術(shù)狀態(tài)評估指標(biāo)，并選取模糊理論作為技術(shù)狀態(tài)評估方法，構(gòu)建了基于模糊理論的船舶電動燃油泵技術(shù)狀態(tài)評估方法。案例應(yīng)用表明，該方法在實際運用中可行且易用。

技術(shù)狀態(tài)評估；電動燃油泵；模糊理論

電動燃油泵是船舶動力裝置的關(guān)鍵設(shè)備之一，如果燃油泵在運行過程中出現(xiàn)故障，可能造成動力裝置失去動力，從而引起重大船舶安全事故。因此，對電動燃油泵進行技術(shù)狀態(tài)評估，及早發(fā)現(xiàn)燃油泵在運行中出現(xiàn)故障的趨勢，具有重要意義。研究船舶技術(shù)狀態(tài)評估的文獻不少[1-4]，但是研究船舶電動燃油泵的文獻很少。

本文首先確定電動燃油泵的等級劃分，并根據(jù)目前船舶管理的實際情況，選取簡練的指標(biāo)體系；其次，構(gòu)建了基于模糊理論的電動燃油泵的技術(shù)狀態(tài)評估方法；再次，選取某船舶電動燃油泵的有關(guān)數(shù)據(jù)開展案例應(yīng)用；最后，總結(jié)。

1 等級劃分和指標(biāo)確定

船舶電動燃油泵大部分是螺桿泵[5]。根據(jù)螺桿泵的基本結(jié)構(gòu)和功能，確定電動燃油泵的等級和評估指標(biāo)。

（1）狀態(tài)等級劃分。針對電動燃油泵的技術(shù)狀態(tài)，將評估結(jié)果劃分為四個等級：良好、正常、一般、差。

良好：電動燃油泵各項指標(biāo)都要處于正常范圍，可以放心使用。正常：燃油泵各項指標(biāo)處于正常范圍內(nèi)，可以正常運行，但需要定時注意各項指標(biāo)的變化。一般：燃油泵盡管能工作，但各項指標(biāo)已經(jīng)接近臨界狀態(tài)，并朝著惡化的趨勢發(fā)展，需要時時檢測燃油泵的各項指標(biāo)，出現(xiàn)問題時及時排除。差：電動燃油泵處于潛在故障狀態(tài)或已經(jīng)發(fā)生故障，各項指標(biāo)綜合評估已經(jīng)超越臨界值，再運行下去可能會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，需要立即停機檢查維修。

（2）評估指標(biāo)選取。評估指標(biāo)不需要過多，過多可能帶來數(shù)據(jù)收集工作量，指標(biāo)之間可能相互關(guān)聯(lián)，造成評估結(jié)果的不確定的增加。選中的指標(biāo)要能夠有數(shù)據(jù)支撐，尤其是現(xiàn)場能夠收集到的數(shù)據(jù)更好。

根據(jù)電動燃油泵的結(jié)構(gòu)和功能，本文選取流量和噪聲作為評估指標(biāo)。

2 基于模糊理論的技術(shù)狀態(tài)評估

根據(jù)模糊數(shù)學(xué)基本理論，應(yīng)用模糊理論，首先需要建立隸屬函數(shù)，然后利用模糊綜合判據(jù)判斷技術(shù)狀態(tài)等級[6]。

2.1 建立隸屬函數(shù)

（1）流量閾值的設(shè)定及隸屬函數(shù)的建立某型燃油泵流量閾值的設(shè)定如下所示：

A1=3.9為良好等級與正常狀態(tài)下之間的閾值；

A2=3.8為正常狀態(tài)與一般狀態(tài)下之間的閾值；

A3=3.5為一般狀態(tài)與差狀態(tài)下之間的閾值。

設(shè)x為泵實際流量，根據(jù)閥值建立隸屬函數(shù)如式（1）所示。

當(dāng)流量處于良好等級時，賦值為0.9；當(dāng)流量處于正常狀態(tài)下時，賦值為0.7；當(dāng)流量處于一般狀態(tài)下時，賦值為0.5；當(dāng)流量處于差狀態(tài)下時，賦值為0.

（2）噪聲閾值的設(shè)定及隸屬函數(shù)的建立

根據(jù)電動燃油泵技術(shù)規(guī)格要求，噪聲閾值的設(shè)定如下所示：

B1=60為良好等級與正常狀態(tài)下之間的閾值；

B2=80為正常狀態(tài)與一般狀態(tài)下之間的閾值；

B3=85為一般狀態(tài)與差狀態(tài)下之間的閾值。

設(shè)x為泵實際噪聲值，根據(jù)閥值建立隸屬函數(shù)如式（2）所示。

當(dāng)噪聲處于良好等級時，賦值為0.8；當(dāng)噪聲處于正常狀態(tài)下時，賦值為0.6；當(dāng)噪聲處于一般狀態(tài)下時，賦值為0.5；當(dāng)噪聲處于差狀態(tài)下時，賦值為0.

2.2 模糊綜合判據(jù)

本文有四種評語，記作V={良好，正常，一般，差}，稱之為評語集。因素集和評語集之間的關(guān)系可以用評價矩陣R來表示：

R是由所有對單因素評判的模糊集組成的。

在進行狀態(tài)評估時，電動燃油泵的流量和與產(chǎn)生的噪聲所占據(jù)的權(quán)重是有所差異的，根據(jù)專家經(jīng)驗，采用直接給出法給出權(quán)重系數(shù)：

根據(jù)測定的流量值和噪聲大小，代入對應(yīng)的隸屬函數(shù)，之后根據(jù)評判權(quán)重系數(shù)建立評判矩陣：C=A·R＝（c1，c2，…，cn），向量C是進行綜合評判的結(jié)果，依據(jù)隸屬度最大原則可以得知最大的cj即為綜合評判值。根據(jù)表1所列評判準(zhǔn)則可得出技術(shù)狀態(tài)等級。

表1 基于最大隸屬值的技術(shù)狀態(tài)評判準(zhǔn)則

2.3 模糊理論評估的基本步驟

電動燃油泵運用模糊綜合評判方法進行技術(shù)狀態(tài)評估的步驟為：

（1）確定因素集U={流量，噪聲}，評語集V={良好，正常，一般，差}；

（2）將因素集中各因素權(quán)重設(shè)定為A={0.4，0.6}；

（3）依據(jù)流量及噪聲指標(biāo)，分別建立評判矩陣r1，r2；

（5）運用模糊矩陣的運算方法得到C=A·R＝（c1，c2，…，cn），進而根據(jù)隸屬度最大原則選取最終的評判結(jié)果。

3 案例應(yīng)用

XXX船電動燃油泵在連續(xù)運行過程中出現(xiàn)流量及噪聲的波動現(xiàn)象，現(xiàn)需要根據(jù)流量及噪聲變化，對該船電動燃油泵進行技術(shù)狀態(tài)評估，以確定電動燃油泵是否可以繼續(xù)承擔(dān)工作任務(wù)，避免發(fā)生故障。以下為電動燃油泵在運行中一小時內(nèi)檢測到四組流量和噪聲指標(biāo)的數(shù)值。

表2 XXX船電動燃油泵流量及噪聲記錄表

根據(jù)流量和噪聲所對應(yīng)的隸屬函數(shù)可以得到評價矩陣：

則

由上述結(jié)果可得，根據(jù)隸屬度最大原則，c4=0.64，處于正常與良好范圍內(nèi)，因而該電動燃油泵處于正常狀態(tài)，流量及噪聲指標(biāo)都處于正常范圍內(nèi)，可以正常運行，不需要更換維修，僅需要定時觀察指標(biāo)變化。由此可以看出，該模糊綜合評判方法可以對電動燃油泵的技術(shù)狀態(tài)進行有效的評估。

4 結(jié)束語

本文提出采用流量和噪聲作為電動燃油泵的技術(shù)狀態(tài)評估指標(biāo)，并采用模糊理論中最大隸屬度函數(shù)作為技術(shù)狀態(tài)評估的基本方法。案例應(yīng)用表示，本方法可行和簡單，可應(yīng)用于現(xiàn)場，值得借鑒。

[1]余建星，杜尊峰，溫晶晶.船舶電力系統(tǒng)狀態(tài)評估方法研究[J].船舶工程，2008，30（6）：39-41.

[2]楊俊飛，梁樹甜.船舶電力推進系統(tǒng)狀態(tài)評估方法研究[J].船電技術(shù)，2015，35（6）：48-50.

[3]萬延斌.船舶動力裝置技術(shù)狀態(tài)綜合評價方法研究[J].裝備制造技術(shù)，2014，（7）：167-169.

[4]周根明，唐曉霞，郭霆.基于AHP方法的船舶柴油機健康狀態(tài)評估[J].柴油機，2013，35（6）：9-13.

[5]李光華，陳金增，馮巧蓮，等．艦船流體機械與傳動[M]．武漢：海軍工程大學(xué)，2015．

[6]楊綸標(biāo)，高英儀.模糊數(shù)學(xué)原理及應(yīng)用[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2001.

Technical Condition Evaluation of Ship Electric Fuel Pump Based on Fuzzy Theory

WANG Yi-bo，GENG Jun-bao，NIU Jian-zhao，LIU Lin-gang
（Power Engineering College，Naval University of Engineering，Wuhan Hubei 430033，China）

Simple technical condition evaluation index and method are the key to gaining the correct condition of ship electric fuel pump. According to the actual operation and maintenance，the fuel flow and noise are used to evaluate the technical condition，and the fuzzy theory is chose to make the decision. A technical condition evaluation of ship electric fuel pump based on fuzzy theory is set up. The instance shows that this method is applicable and simple.

technical condition evaluation；electric fuel pump；fuzzy theory

U692.7

B

1672-545X（2016）09-0152-02

2016-06-04

王一波（1993-），男，河南許昌人，工學(xué)學(xué)士，助理工程師，專業(yè)方向：艦船動力工程；耿俊豹（1973-），男，江蘇徐州人，博士，副教授，專業(yè)方向：可靠性維修性保障性工程；牛建釗（1991-），男，河北邯鄲人，碩士研究生，專業(yè)方向：可靠性維修性保障性工程；劉凌剛（1992-），男，江西吉安人，碩士研究生，專業(yè)方向：可靠性維修性保障性工程。