基于專(zhuān)家系統(tǒng)的船舶電氣設(shè)備故障診斷研究

張蒙蒙

摘? ?要：船舶的行駛環(huán)境造成了船舶電氣設(shè)備發(fā)生故障的不穩(wěn)定性、故障點(diǎn)的不確定性。針對(duì)該問(wèn)題，文章提出了采用專(zhuān)家系統(tǒng)解決故障點(diǎn)的不穩(wěn)定性、不確定性。該系統(tǒng)通過(guò)反向推理、模糊推理等方式能將船舶電氣設(shè)備歷史故障種類(lèi)、故障解決辦法記錄下來(lái)，從而提高了船舶電氣設(shè)備供電的連續(xù)性，保證了船舶在行駛時(shí)的安全性。

關(guān)鍵詞：船舶電氣設(shè)備;專(zhuān)家系統(tǒng);故障診斷

1? ? 船舶電氣設(shè)備相關(guān)研究

隨著十八大提出的發(fā)展海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略，船舶電氣設(shè)備越來(lái)越向集中控制、大型化的方向發(fā)展，船舶電氣設(shè)備每個(gè)模塊的復(fù)雜性、集成性也逐步提高，所以，船舶電氣設(shè)備某個(gè)模塊發(fā)生故障時(shí)，容易引發(fā)二次故障，這樣使得船舶輪機(jī)人員的檢修工作量、檢修難度增大，進(jìn)而使檢修時(shí)間加長(zhǎng)，提高了檢修成本，也不利于船舶航行時(shí)的安全[1]。另外，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，船舶電氣設(shè)備模塊更新快，這就要求船舶檢修人員的知識(shí)量增大、技術(shù)能力提升，短期內(nèi)是不可能辦到的，而且成本很高。所以，需要設(shè)計(jì)出一套能自動(dòng)分析船舶電氣設(shè)備故障點(diǎn)位置、根據(jù)位置準(zhǔn)確給出故障解決方案、還能不斷更新數(shù)據(jù)庫(kù)的故障診斷系統(tǒng)，這樣可以提高船舶電氣設(shè)備的安全性、船舶檢修人員的工作效率，保證船舶能持續(xù)、安全地運(yùn)行。

傳統(tǒng)的電氣設(shè)備故障發(fā)生時(shí)，一般采用建立設(shè)備的拓?fù)淠Ｐ停瑥亩玫皆O(shè)備的數(shù)學(xué)模型—拓展關(guān)聯(lián)矩陣，診斷故障發(fā)生時(shí)依據(jù)電流的變化來(lái)判斷出故障的位置，由于船舶不穩(wěn)定因素較多、數(shù)學(xué)模型難以找到合適的船舶電氣設(shè)備，故很難更好地實(shí)現(xiàn)理想的效果。隨著模糊控制、專(zhuān)家系統(tǒng)、蟻群算法等智能算法的提出，現(xiàn)代電氣設(shè)備故障診斷經(jīng)常采用智能化辦法進(jìn)行解決。王天序[2]提出了根據(jù)故障樹(shù)模型，通過(guò)ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)專(zhuān)家數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了專(zhuān)家系統(tǒng)故障診斷的功能。陳小平[3]通過(guò)分析LMS最小均方根原理對(duì)自適應(yīng)濾波器的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)并驗(yàn)證其濾波功能，取得了好的效果，但是當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)微小故障時(shí)，該方法顯示了它的局限性，在針對(duì)微小故障時(shí)具有檢測(cè)效果不靈敏等缺點(diǎn)。

基于以上的研究基礎(chǔ)，綜合船舶電氣設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)，分析船舶電氣設(shè)備在運(yùn)行時(shí)可能存在的故障點(diǎn)及原因，本文對(duì)產(chǎn)生的故障進(jìn)行了分類(lèi)，并對(duì)故障采用框架的方式來(lái)表示。這樣在搭建專(zhuān)家系統(tǒng)時(shí)，可以高效地處理故障點(diǎn)。搭建完故障框架，需要采用一種對(duì)應(yīng)故障及故障所屬的類(lèi)型的規(guī)則。本文采用產(chǎn)生式規(guī)則進(jìn)行故障知識(shí)描述，通過(guò)模糊控制提高故障解決過(guò)程中的準(zhǔn)確性，減少不確定性的發(fā)生，設(shè)計(jì)出專(zhuān)家故障診斷系統(tǒng)。

2? ? 船舶電氣設(shè)備故障分類(lèi)

船舶電氣設(shè)備具有電網(wǎng)容量小、輸電線路短、工作環(huán)境惡劣等特點(diǎn)，所以，船舶電氣設(shè)備不間斷地、長(zhǎng)時(shí)間地工作，出現(xiàn)運(yùn)行不正常及各種故障類(lèi)型的可能性提高，現(xiàn)對(duì)船舶電氣設(shè)備故障進(jìn)行分類(lèi)[4]。

（1）船舶電氣設(shè)備自身產(chǎn)生的故障，如原動(dòng)機(jī)—柴油機(jī)組的功率、轉(zhuǎn)速失調(diào)等，發(fā)電機(jī)繞組發(fā)生三相短路、單相短路、斷路、過(guò)電流等故障。

（2）船舶電氣維修人員由于操作不當(dāng)引起的故障，如合閘操作和分閘操作，應(yīng)該合閘操作的沒(méi)有合閘，或者不應(yīng)該合閘操作的進(jìn)行合閘等人為造成的失誤操作等。

（3）海上惡劣的環(huán)境引起的電氣設(shè)備故障，當(dāng)然這種故障一般是由于電氣設(shè)備的絕緣措施沒(méi)有做好。

（4）三相短路、斷相、缺相等意外情況引起的故障。

通過(guò)以上分析，形成船舶電氣設(shè)備的故障框架及歸類(lèi)故障演變關(guān)系[5]如圖1所示。通過(guò)該框架，可知為了避免船舶電氣設(shè)備故障的擴(kuò)大，要使船舶電氣設(shè)備各個(gè)參數(shù)保持正常、穩(wěn)定的狀態(tài)。

3? ? 船舶電氣設(shè)備專(zhuān)家系統(tǒng)診斷總體結(jié)構(gòu)框架

綜合知識(shí)庫(kù)、解釋機(jī)、推理機(jī)、知識(shí)庫(kù)與人機(jī)交互界面組成了基于專(zhuān)家系統(tǒng)的船舶電氣設(shè)備故障診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架如圖2所示。該系統(tǒng)的工作原理是：人機(jī)界面起到用戶、專(zhuān)家與推理機(jī)、解釋機(jī)、知識(shí)庫(kù)溝通的橋梁，人機(jī)界面將用戶與專(zhuān)家儲(chǔ)存的故障特征輸入到專(zhuān)家系統(tǒng)，所用的規(guī)則通過(guò)推理機(jī)識(shí)別并匹配專(zhuān)家系統(tǒng)的特征，數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)成功匹配的故障特征信息[6]。專(zhuān)家系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)圖2所描述的功能，可以對(duì)知識(shí)庫(kù)中的信息進(jìn)行更新、維護(hù)，使得電氣設(shè)備更新?lián)Q代時(shí)專(zhuān)家系統(tǒng)能不斷適應(yīng)并及時(shí)升級(jí)。通過(guò)上述操作，能夠?qū)崿F(xiàn)專(zhuān)家系統(tǒng)對(duì)船舶電氣設(shè)備故障類(lèi)型的準(zhǔn)確判斷，并能夠很好地應(yīng)對(duì)故障，可以更好地清除故障，達(dá)到船舶電氣設(shè)備正常運(yùn)行的效果。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

本文首先分析了船舶電氣設(shè)備故障的特點(diǎn)，針對(duì)故障特點(diǎn)對(duì)故障進(jìn)行分類(lèi)，并將故障可能會(huì)衍生出來(lái)的其他故障進(jìn)行了總結(jié)，通過(guò)專(zhuān)家系統(tǒng)來(lái)分析船舶電氣設(shè)備故障類(lèi)型，通過(guò)判斷故障所屬類(lèi)型從知識(shí)庫(kù)中找到相應(yīng)的故障解決方案。同時(shí)，針對(duì)船舶在行駛過(guò)程中船舶電氣設(shè)備各參數(shù)出現(xiàn)不穩(wěn)定的問(wèn)題，提出了采用模糊控制的規(guī)則，通過(guò)對(duì)電氣設(shè)備各模塊的仿真模擬，使得應(yīng)用專(zhuān)家系統(tǒng)來(lái)解決船舶電氣設(shè)備故障診斷得到很好的實(shí)現(xiàn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]梁純，仇文寧.人工智能技術(shù)在船舶電力系統(tǒng)故障診斷中的應(yīng)用[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2018（16）：52-54.

[2]王天序，譚躍.船舶電氣設(shè)備故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)建造策略[J].大連海事大學(xué)學(xué)報(bào)，2001（3）：29-32.

[3]陳小平.高壓電網(wǎng)故障信號(hào)處理與保護(hù)系統(tǒng)研究[J].華中電力，2011（4）：1-3.

[4]周左晗，施偉鋒.船舶電力系統(tǒng)故障工況仿真[J].船電技術(shù)，2008（4）：193-196.

[5]馮茂巖.船舶電力系統(tǒng)故障演變與對(duì)策[J].江蘇船舶，2005（3）：30-31，35.

[6]周子冠，白曉民，李再華，等.采用知識(shí)網(wǎng)格技術(shù)的智能輸電網(wǎng)故障診斷方法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010（4）：8-15.