船舶儀器儀表的智能化管理措施

周培培

摘要：隨著船舶設(shè)備制造技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備的結(jié)構(gòu)和技術(shù)越來(lái)越復(fù)雜，隨之要求船員的現(xiàn)場(chǎng)故障診斷、隔離和維修能力也越來(lái)越高。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的快速發(fā)展，液壓技術(shù)以其操作平穩(wěn)、操作簡(jiǎn)單、功率重量比大、無(wú)級(jí)調(diào)速、調(diào)速范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，在船舶工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，包括舵機(jī)、發(fā)電機(jī)、甲板機(jī)械等。然而，盡管液壓技術(shù)在工業(yè)化發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，但液壓系統(tǒng)中也存在一些困難和問(wèn)題，其中最突出的是液壓系統(tǒng)的故障診斷。液壓系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，由于其自身的缺點(diǎn)，很難判斷故障的原因，確定故障的位置。

關(guān)鍵詞：船舶;儀表;液壓;智能化;管理

1導(dǎo)言

船舶在航行過(guò)程中，船員的職責(zé)不僅是操作人員，而且擔(dān)負(fù)著船體的維護(hù)工作。除要求機(jī)組人員準(zhǔn)確操作設(shè)備外，還要求機(jī)組人員具備重要設(shè)備的日常維護(hù)、現(xiàn)場(chǎng)故障定位和維護(hù)能力。從相關(guān)研究成果表示，船體結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，需要的技術(shù)含量越高，相關(guān)設(shè)備的操作難度與操作人員的數(shù)量也成正比。同時(shí)，船體結(jié)構(gòu)對(duì)于維護(hù)人員的要求也比較高，維修人員需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)故障的具體情況，根據(jù)故障發(fā)生的原因，制定相應(yīng)的維護(hù)措施。

2 IETM技術(shù)用于設(shè)備故障診斷隔離的效益

2.1快速取得技術(shù)信息

船體故障維修過(guò)程中，首先需要明確技術(shù)數(shù)據(jù)信息，因此，如何快速獲取技術(shù)信息是儀器儀表正常運(yùn)行的關(guān)鍵。同時(shí)也關(guān)系到維修的效率。IETM系統(tǒng)在不同層次的設(shè)備中組織各種信息，為用戶提供樹(shù)形結(jié)構(gòu)，方便用戶分類和搜索;IETM系統(tǒng)提供基于關(guān)鍵字的全系統(tǒng)搜索和頁(yè)面搜索;IETM提供豐富的鏈接功能，維修人員在故障排除時(shí)可以輕松鏈接。拆卸圖紙并訂購(gòu)相關(guān)零件的信息。

2.2降低故障誤報(bào)效率

儀器儀表設(shè)備在使用過(guò)程中出現(xiàn)的故障有一部分屬于誤報(bào)警故障。維修人員需要準(zhǔn)確的識(shí)別哪些是誤報(bào)警故障，才能提升設(shè)備的維修效率。如果維護(hù)人員不能準(zhǔn)確的維護(hù)故障，這些誤報(bào)警故障就會(huì)出現(xiàn)在相關(guān)的記錄報(bào)告中，不利于維修人員經(jīng)驗(yàn)的積累。通過(guò)使用IETM，可以大大減少類似事件。

2.3提升故障診斷隔離的準(zhǔn)確性

故障定位是故障維修中最困難的一步。使用紙質(zhì)手冊(cè)來(lái)隔離故障是非常繁瑣的，而且往往無(wú)法在有限的時(shí)間內(nèi)確定故障的原因。另外，根據(jù)傳統(tǒng)的隔離方法一步一步地找出故障原因，也很容易造成故障，所以必須重復(fù)或向上級(jí)維修單位匯報(bào)。針對(duì)交互式電子技術(shù)在故障診斷中的應(yīng)用效果，國(guó)外進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，熟練維修人員的故障診斷隔離精度提高了40%，非熟練維修人員的故障診斷隔離精度提高了30%。因此，在IETM的幫助下，非熟練維修人員也可以跟熟練人員一樣完成故障隔離的過(guò)程。

3智能儀表

3.1儀器

儀器是測(cè)量、分析、控制和顯示客觀物質(zhì)世界的基本手段和設(shè)備。它們也是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要工具。先進(jìn)水平是國(guó)家乃至社會(huì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保障和前提。這也是推動(dòng)中國(guó)構(gòu)建和諧社會(huì)進(jìn)程的巨大動(dòng)力。

3.2智能儀表性能特點(diǎn)

智能儀表將計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和測(cè)量技術(shù)集成到儀表設(shè)計(jì)中，使儀表體積更小、功能更強(qiáng)。它的軟件功能意味著可以嵌入人工智能。其功能特點(diǎn)主要體現(xiàn)在：

（1）在測(cè)量過(guò)程中，將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于儀器，可以簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)，提高儀器自動(dòng)化程度;另一方面，可以通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)儀器的各種功能。

（2）可以存儲(chǔ)和計(jì)算測(cè)量數(shù)據(jù)，主要有兩個(gè)方面：提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和結(jié)果的后續(xù)處理。

（3）單片機(jī)的引入，使多功能智能儀表具有多功能性。通過(guò)測(cè)量過(guò)程的軟件控制和數(shù)據(jù)處理能力，可以實(shí)現(xiàn)以前儀器儀表不能匹配的許多功能，如自動(dòng)故障診斷、自動(dòng)量程切換、圖形顯示和輸出打印等，各種新功能還在開(kāi)發(fā)中。

4船舶儀器儀表的智能化管理措施

4.1基于淺層知識(shí)的故障診斷專家系統(tǒng)

以領(lǐng)域?qū)＜液陀脩舻某ＷR(shí)和經(jīng)歷為核心內(nèi)容，經(jīng)過(guò)通過(guò)產(chǎn)生式推理或者推理演繹過(guò)程獲取結(jié)果。最終目標(biāo)是找到一組與給定癥狀的原因相同或最符合的故障集合。推理中常用符號(hào)常識(shí)和數(shù)值常識(shí)。符號(hào)常識(shí)一般用來(lái)表示問(wèn)題與癥狀之間的因果關(guān)系，而數(shù)字常識(shí)一般用來(lái)反映問(wèn)題與癥狀之間因果關(guān)系的程度（如概率）。該專家系統(tǒng)具有常識(shí)表達(dá)直觀、方式標(biāo)準(zhǔn)、推理速度快等優(yōu)點(diǎn)。這個(gè)專家系統(tǒng)的缺陷是它需要太多的常識(shí)完整性。

4.2船舶機(jī)電設(shè)備智能化

船舶機(jī)電設(shè)備的智能化是實(shí)現(xiàn)船舶智能化最為重要的基礎(chǔ)。但船舶上的機(jī)電設(shè)備種類繁多，大設(shè)備包括主柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)組和主配電板等，小設(shè)備包括雷達(dá)、GPS導(dǎo)航、電話機(jī)等，一般有幾十甚至上百種機(jī)電設(shè)備，且設(shè)備對(duì)應(yīng)的廠家不同會(huì)導(dǎo)致各機(jī)電設(shè)備相互配合上會(huì)出現(xiàn)協(xié)調(diào)困難的問(wèn)題，這對(duì)于船舶智能化發(fā)展是嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

按機(jī)電設(shè)備的用途來(lái)分，大致可分為動(dòng)力系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、配電系統(tǒng)和用電系統(tǒng)。動(dòng)力系統(tǒng)是給船舶及其電源設(shè)備提供動(dòng)力的系統(tǒng)，包括主柴油機(jī)、齒輪箱、螺旋槳等;電源系統(tǒng)是給船舶用電設(shè)備提供電力的系統(tǒng)，包含發(fā)電機(jī)組、軸帶發(fā)電機(jī)、變速恒頻恒壓發(fā)電機(jī)等;配電系統(tǒng)是將電源輸配送到船舶的各個(gè)位置，以滿足船舶各個(gè)用電設(shè)備的需求，包括主配電板、應(yīng)急配電板、充放電板等;用電系統(tǒng)即各種用電設(shè)備，主要是以電動(dòng)機(jī)、照明、船舶電器為主。

4.3故障技術(shù)信息的搜集與整理

故障技術(shù)信息來(lái)源包含初步設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和使用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。初步設(shè)計(jì)資料是指空調(diào)體系設(shè)計(jì)廠家在設(shè)計(jì)過(guò)程中形成的各種技術(shù)文件，包含體系結(jié)構(gòu)分化手冊(cè)、技術(shù)原理手冊(cè)、備件技術(shù)圖紙、技術(shù)性能要求手冊(cè)、操作手冊(cè)、保護(hù)手冊(cè)、故障診斷書(shū)等。Agnosis Book等Agnosis阻隔手冊(cè)等技術(shù)原理手冊(cè)和技術(shù)性能要求手冊(cè)與故障診斷阻隔活動(dòng)沒(méi)有直接關(guān)系，但它們?yōu)楣收显\斷阻隔活動(dòng)的開(kāi)展供給了參考數(shù)據(jù)，是不可訪問(wèn)的技術(shù)數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是指設(shè)備在各階段實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的與故障有關(guān)的數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)階段包含設(shè)計(jì)定型后的理論驗(yàn)證、樣機(jī)實(shí)驗(yàn)和工廠實(shí)驗(yàn)。通過(guò)這些數(shù)據(jù)，能夠有效地找到體系中容易發(fā)生故障的部分，斷定故障診斷阻隔的優(yōu)先級(jí)。

經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)是指設(shè)備投入運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，在體系保護(hù)、故障診斷阻隔和部件保護(hù)過(guò)程中堆集的數(shù)據(jù)的搜集。數(shù)據(jù)收集有助于斷定體系各組成部分的健康狀況，診斷和阻隔專家體系的常識(shí)推理。

4.4解決信息融合問(wèn)題

IBS處理多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，包括船舶導(dǎo)航狀態(tài)、環(huán)境感知、船舶控制、數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)。簡(jiǎn)單地整合和組合這些信息很難完全反映這些信息的價(jià)值。就故障診斷而言，只有在對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析后，才能識(shí)別出實(shí)際的故障類型;就航行設(shè)計(jì)而言，應(yīng)有效的連接船舶周圍的條件和環(huán)境，分析船舶本身的動(dòng)態(tài)性能和經(jīng)濟(jì)性，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。航行路線和速度的設(shè)置應(yīng)采用多目標(biāo)優(yōu)化的方法，對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸而言，應(yīng)以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)。實(shí)際情況、數(shù)據(jù)傳輸頻率和實(shí)際內(nèi)容得到有效調(diào)整。為此，IBS必須進(jìn)一步探討信息之間的關(guān)系和矛盾，利用證據(jù)理論的實(shí)際應(yīng)用，在貝葉斯理論的基礎(chǔ)上，促進(jìn)船舶性能的提高，使船舶處于最佳狀態(tài)。

4.5船舶智能導(dǎo)航

隨著計(jì)算機(jī)、傳感器、通信和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，導(dǎo)航設(shè)備、自動(dòng)化設(shè)備和環(huán)境意識(shí)設(shè)備的優(yōu)化升級(jí)得到了有效的促進(jìn)。目前，物聯(lián)網(wǎng)（IOT）、信息物理系統(tǒng)（IPS）和大數(shù)據(jù)技術(shù)在船舶領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，使得船舶與海岸之間的信息交換更加有效。這為新一代集成船橋系統(tǒng)的建立奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。新一代IBS具有高質(zhì)量的綜合導(dǎo)航、船舶自動(dòng)裝卸、導(dǎo)航過(guò)程中出現(xiàn)故障時(shí)的自動(dòng)診斷等優(yōu)點(diǎn)。此外，IBS還可以對(duì)船舶周圍環(huán)境及其自身狀態(tài)進(jìn)行有效的監(jiān)控，從而有效地保證船舶航行的安全，同時(shí)也有效地節(jié)約了運(yùn)營(yíng)成本。

結(jié)語(yǔ)：對(duì)于船舶結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其集成度較高，數(shù)量比較多，這也是現(xiàn)代裝備制造業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)。制造上的難度給設(shè)備制造單位提出了更高的要求。從目前來(lái)看，IETM技術(shù)在船舶制造領(lǐng)域發(fā)揮了很大的作用。相對(duì)于船舶儀器儀表來(lái)說(shuō)，需要從液壓系統(tǒng)、測(cè)量方法以及智能化維修方面進(jìn)行不斷的嘗試與研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]高金龍.基于虛擬儀器的船舶柴油機(jī)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)研究[D].天津理工大學(xué)，2018.