船舶大功率柴油機(jī)故障診斷技術(shù)研究

蓋業(yè)闖

（大連里瓦泵業(yè)有限公司，遼寧 大連 116000）

一、引言

若想船舶柴油機(jī)能安全且穩(wěn)定地運(yùn)行，柴油機(jī)診斷故障技術(shù)必須要有效地發(fā)展，才能使其得以保證。因此，針對(duì)于當(dāng)前船舶柴油機(jī)診斷故障技術(shù)的發(fā)展情況，應(yīng)該從人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專(zhuān)家神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專(zhuān)家系統(tǒng)智能化、處理信號(hào)技術(shù)、灰色系統(tǒng)理論以及模糊推理與人工神經(jīng)網(wǎng)結(jié)合等相關(guān)診斷故障方法進(jìn)行研究。

二、現(xiàn)階段船舶柴油機(jī)診斷故障技術(shù)

（一）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷故障方法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷故障技術(shù)，就是運(yùn)用學(xué)習(xí)和訓(xùn)練診斷故障經(jīng)驗(yàn)和實(shí)例，將學(xué)習(xí)診斷故障的知識(shí)技術(shù)，利用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部分布連接權(quán)值表達(dá)，其匹配故障模式和聯(lián)想記憶以及相似歸納的能力都具備，征兆與故障間的非線性的映射關(guān)系也因此而得以實(shí)現(xiàn)。船舶柴油機(jī)診斷故障應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要有以下幾種：其一，診斷故障直接用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。輸入層必須要選擇主要的參數(shù)，故障參數(shù)作為輸出層，獲得的權(quán)值利用典型樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)，來(lái)識(shí)別模式。其二，模糊精神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。無(wú)論是學(xué)習(xí)能力，還是準(zhǔn)確的非線性擬合都具備。其三，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的處理。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重要的功能就是對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，利智能化及比較好的算法對(duì)特點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別。其四，對(duì)適應(yīng)性比較強(qiáng)的神經(jīng)網(wǎng)格模式進(jìn)行識(shí)別。針對(duì)于信息存儲(chǔ)而言，有效運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)進(jìn)行分布和處理，將識(shí)別模式中提取特征和建模的麻煩盡可能避開(kāi)，致使提取特征不當(dāng)和模式不符合等導(dǎo)致的影響消除，從而容易識(shí)別故障。其五，識(shí)別專(zhuān)家系統(tǒng)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合。通過(guò)實(shí)踐可以了解到，專(zhuān)家系統(tǒng)結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，能夠揚(yáng)長(zhǎng)避短，無(wú)論是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)驗(yàn)不足，還是沒(méi)有推理性等其他的問(wèn)題都能夠有效地解決，從而使完善的組合得以實(shí)現(xiàn)。

（二）處理信號(hào)技術(shù)診斷故障的方法

將變換小波的診斷故障的方法有效進(jìn)行運(yùn)用，也就是處理信號(hào)術(shù)診斷故障的方法。小波變換應(yīng)用數(shù)學(xué)的分支二十世紀(jì)80年代的后期開(kāi)始發(fā)展起來(lái)，其的很多特性都非常優(yōu)良。有效運(yùn)用變換小波，能夠隨機(jī)對(duì)信號(hào)去噪，也就是將小波變換可以當(dāng)作預(yù)處理信號(hào)的一種方法，進(jìn)行信號(hào)去噪和提取故障特征信號(hào)。將小波的尺度適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行選取，將信號(hào)在這些尺度小波基礎(chǔ)上重新構(gòu)建，除掉工頻和高頻噪聲頻段內(nèi)小波的尺度，致使重新構(gòu)建信號(hào)內(nèi)只有故障和系統(tǒng)運(yùn)行的信息。小波變換診斷故障的方法，輸入的信號(hào)比較低，計(jì)算量也很小，并且對(duì)象數(shù)學(xué)模型不需要，能夠?qū)?shí)時(shí)檢測(cè)故障有效地實(shí)現(xiàn)，此外，該方法靈敏度也比較高，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，其余的幾種故障診斷方法的弊端都能夠克服，所以，該方法診斷故障非常有發(fā)展的潛力。

（三）模糊推理與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的有機(jī)結(jié)合

無(wú)論在知識(shí)存儲(chǔ)和診斷知識(shí)表示，還是推理速度等相關(guān)方面，模糊推理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法都將重要的作用充分地發(fā)揮出來(lái)。模糊推理能夠?qū)δX邏輯思維進(jìn)行模仿，結(jié)構(gòu)性知識(shí)表達(dá)能力非常強(qiáng)；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)于人腦神經(jīng)元功能能夠模仿，直接處理數(shù)據(jù)能力和自學(xué)系能力都具備，并且都非常強(qiáng)大。對(duì)二者優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)進(jìn)行比較以后，將模糊推理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法結(jié)合起來(lái)，無(wú)論是診斷故障系統(tǒng)處理不確定，還是不精確等相關(guān)信息，都能夠有效地解決，并且還能夠調(diào)整和學(xué)習(xí)規(guī)則結(jié)構(gòu)性的知識(shí)。模糊邏輯方法與神經(jīng)網(wǎng)方法有機(jī)地結(jié)合方法，包括聯(lián)結(jié)主義神經(jīng)-模糊推理協(xié)作系統(tǒng)和傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)模糊化兩種方式：其一，聯(lián)結(jié)主義神經(jīng)-模糊推理協(xié)作系統(tǒng)，直接根據(jù)模糊分類(lèi)算法的構(gòu)造和模糊規(guī)則的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；其二，傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊化，該方式將神經(jīng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)保留了，神經(jīng)元經(jīng)過(guò)模糊化處理以后，模糊信息的能力就會(huì)變得更強(qiáng)。

三、船舶大功率柴油機(jī)診斷故障技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)

（一）智能化電子控制技術(shù)

智能化就是將診斷型專(zhuān)家系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，自動(dòng)完成數(shù)據(jù)分析和處理以及識(shí)別故障，既能免減輕診斷故障工作量，又能夠提高正確率。將專(zhuān)家系統(tǒng)診斷故障構(gòu)建，在分析和研究的基礎(chǔ)上，形成故障的機(jī)理，還要具有系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)，解決好專(zhuān)家系統(tǒng)勢(shì)不短板的問(wèn)題。專(zhuān)家系統(tǒng)故障的振動(dòng)中，有效地應(yīng)用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，使其更加智能化，既有自學(xué)習(xí)和自組織的功能，又具有聯(lián)想的功能，致使診斷故障系統(tǒng)不但能夠自我發(fā)展，也能夠自我完善。

（二）提高平均有效壓力和單機(jī)功率

不斷提高平均有效壓力和單機(jī)功率，減小比重量和體積是船用大功率柴油機(jī)長(zhǎng)期以來(lái)一直追求的主要目標(biāo)。目前船用大功率柴油機(jī)平均有效壓力不斷提高，但最高燃燒壓力也隨之增大，影響了柴油機(jī)的可靠性和壽命。因此，目前主要通過(guò)擴(kuò)大缸徑和增加缸數(shù)來(lái)提高單機(jī)功率。提高單機(jī)功率的另一選擇是發(fā)展V形機(jī)，目前采用V形16缸或V形18缸的低速柴油機(jī)在技術(shù)上已不存在問(wèn)題，可以滿足單機(jī)功率達(dá)92000kW的要求。由于平均有效壓力很高，雖按螺旋槳特性運(yùn)行，低工況性能也難以保證，因此須采用各種措施對(duì)柴油機(jī)的全工況進(jìn)行性能優(yōu)化。

（三）全生命周期經(jīng)濟(jì)性和低排放技術(shù)

開(kāi)展船舶柴油機(jī)性能及燃燒技術(shù)研究,重點(diǎn)突破高增壓技術(shù)、高壓共軌燃油噴射技術(shù)、高效燃燒技術(shù)等,以解決船舶柴油機(jī)低負(fù)荷性能和全工況乃至全生命周期經(jīng)濟(jì)性的問(wèn)題。結(jié)合船舶柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)型式、工作要求、運(yùn)行環(huán)境以及燃料種類(lèi)等多種實(shí)際情況,開(kāi)展大功率柴油機(jī)噴水燃燒、廢氣再循環(huán)(EGR)、NOx還原等排放控制技術(shù)研究,以滿足世界環(huán)境保護(hù)提出的更進(jìn)一步的嚴(yán)格要求。

結(jié)語(yǔ)

船舶大功率柴油機(jī)診斷故障的方法比較多，在實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)診斷故障現(xiàn)場(chǎng)上，還有一定的局限性和存在一些問(wèn)題。這些問(wèn)題和局限性使柴油機(jī)診斷故障的可靠性、準(zhǔn)確性、適用性以及實(shí)用性都受到了制約，但是，它們也對(duì)柴油機(jī)診斷故障的手段進(jìn)行了豐富，為實(shí)際應(yīng)用診斷故障技術(shù)的走向打下了牢固的基礎(chǔ)。