船舶設(shè)備故障診斷技術(shù)及其應(yīng)用研究

黎鋅

摘要：本文主要針對船舶設(shè)備故障診斷技術(shù)進(jìn)行研究，分析船舶設(shè)備故障診斷的必要性，并指出目前船舶設(shè)備中常見的故障和分析，結(jié)合智能故障診斷系統(tǒng)來詳細(xì)分析故障診斷技術(shù)以及其應(yīng)用，希望能夠為船舶設(shè)備故障診斷技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)新和應(yīng)用提供一定的思路。

關(guān)鍵詞：船舶設(shè)備;故障診斷;智能

0? 引言

故障診斷技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域而衍生發(fā)展起來，主要涵蓋了故障監(jiān)測診斷、故障智能分析以及故障處理三部分。故障診斷技術(shù)是基于電子技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能技術(shù)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來，最早應(yīng)用于國防、航天等先進(jìn)領(lǐng)域，之后向其他各個領(lǐng)域延伸發(fā)展。尤其是進(jìn)入21世紀(jì)以來，故障診斷技術(shù)開始應(yīng)用于船舶設(shè)備領(lǐng)域，能夠?qū)Υ霸O(shè)備的安全運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，還能夠分析故障和事故原因，并采取針對性的維護(hù)方案和措施，保證了船舶設(shè)備的安全運行，維持了船舶運行的穩(wěn)定性。

1? 船舶設(shè)備故障診斷的必要性分析

在船舶系統(tǒng)以及船舶設(shè)備中引入故障診斷技術(shù)具有十分重要的意義，下面就船舶設(shè)備故障診斷技術(shù)的必要性和重要性進(jìn)行分析：

①通過故障診斷技術(shù)能夠保證船舶運行的穩(wěn)定性，而且對于船舶設(shè)備還能夠進(jìn)行監(jiān)測維護(hù)，保證整個船舶的正常運行，保障了船舶企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

②在船舶設(shè)備故障診斷中引入實時監(jiān)測技術(shù)和故障診斷技術(shù)之后，能夠?qū)崟r地了解船舶設(shè)備的運行狀況，而且能夠預(yù)測并發(fā)現(xiàn)潛在的故障和威脅并及時處理，有效地避免了停機檢修和海上突發(fā)故障問題，在人力資源、物力資源以及時間方面得到了有效節(jié)約。

③通過故障診斷技術(shù)能夠預(yù)測故障并分析故障發(fā)展趨勢，以此分析確定維護(hù)時間，最大限度地降低損失。

④在船舶中引入了故障診斷技術(shù)之后，船舶運行狀態(tài)信息、運行環(huán)境信息等均能夠被監(jiān)測，為智能船舶提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，對于未來船舶的發(fā)展以及工作效率的提高均有重要作用。

2? 常見船舶設(shè)備故障類型

2.1 船舶電子設(shè)備故障

在船舶運行和船舶的使用過程中需要大量的電子設(shè)備、儀器儀表進(jìn)行輔助支持，主要通過這些電子設(shè)備實現(xiàn)對船舶的整體控制。主控制室的大量電子設(shè)備會因為線路問題、外界環(huán)境問題等導(dǎo)致其出現(xiàn)故障，一旦船舶電子設(shè)備出現(xiàn)故障就會導(dǎo)致船舶控制出現(xiàn)問題，直接影響船舶安全運行。另外，作為直接的供電設(shè)備，電動機運行出現(xiàn)問題而引起的電壓問題也會影響船舶運行。

2.2 船舶機械設(shè)備故障

對于船舶當(dāng)中的機械設(shè)備而言，也需要進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測以及故障診斷，而且通過故障診斷技術(shù)還能夠發(fā)現(xiàn)潛在的機械故障和威脅，通過智能系統(tǒng)給出維修決策。機械的運行狀況必須進(jìn)行實時監(jiān)控，當(dāng)前主要利用大量的傳感器進(jìn)行機械設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測，得到機械設(shè)備的各項參數(shù)，當(dāng)出現(xiàn)故障的時候能夠直接檢測出來，同時針對故障問題可以直接給出維護(hù)方案。

2.3 船舶機電設(shè)備故障

在船舶當(dāng)中，機電設(shè)備主要包括隱性故障和顯性故障兩種類型。機電設(shè)備如果沒有火花、冒煙或者是發(fā)熱等明顯故障現(xiàn)象的是隱性故障，如果出現(xiàn)火花或者冒煙屬于顯性故障，一般機電設(shè)備控制回路中容易發(fā)生隱性故障。

3? 常用船舶設(shè)備故障診斷技術(shù)及其應(yīng)用分析

3.1 信號采集與傳感技術(shù)

對于船舶設(shè)備而言，要想進(jìn)行故障診斷首先必須實現(xiàn)船舶設(shè)備的目標(biāo)信號監(jiān)測，要實現(xiàn)這一目的需要大量的傳感設(shè)備和傳感技術(shù)進(jìn)行支持。通過傳感技術(shù)進(jìn)行信息采集，得到船舶電子設(shè)備、機械設(shè)備等設(shè)備的運行參數(shù)以及性能指標(biāo)等，在獲得信息之后能夠進(jìn)行量化并綜合分析。綜合利用數(shù)據(jù)采集終端、A/D轉(zhuǎn)換器以及數(shù)據(jù)篩選處理器等，最終實現(xiàn)信息采集。在船舶設(shè)備中引入一整套完整的信息采集系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)整個船舶當(dāng)中多臺設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與診斷，目前船舶故障診斷系統(tǒng)的分布測點數(shù)目超過幾百個。在近年來傳感技術(shù)發(fā)展的背景下，光纖式傳感技術(shù)以及數(shù)字式傳感技術(shù)衍生并在船舶故障診斷中應(yīng)用，監(jiān)測效率大幅度提高。在信號采集技術(shù)以及傳感技術(shù)中還引入了高速圖形顯示技術(shù)以及多媒體投影技術(shù)等，這些技術(shù)的引用提高了狀態(tài)監(jiān)測和故障檢測的效率，節(jié)省了時間。

3.2 故障機理與故障特征

對于船舶設(shè)備的故障診斷而言，要想更加科學(xué)有效的診斷故障，首先要明確故障的發(fā)生機理以及常見故障形式，基于此能夠更快速準(zhǔn)確的進(jìn)行故障檢測，也能夠更加快速的提出故障應(yīng)對策略。因此，在船舶設(shè)備的故障診斷中還進(jìn)行大量研究，基于故障機理和故障特征提出故障診斷模型，以計算機為基礎(chǔ)進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、仿真模擬以及實驗驗證，為船舶故障診斷奠定基礎(chǔ)。

3.3 信號處理與特征提取技術(shù)

在故障診斷技術(shù)的信息采集之后需要進(jìn)行信號的處理，通過信號放大、A/D轉(zhuǎn)換、異常值標(biāo)定等初步信號預(yù)處理之后，將信號傳輸導(dǎo)入到分析模擬軟件當(dāng)中，進(jìn)行連續(xù)實時動態(tài)監(jiān)測得到誘發(fā)故障先兆信息，基于此才能夠?qū)崿F(xiàn)有效的故障診斷。故障信號特征提取技術(shù)也在不斷發(fā)展完善，在傳統(tǒng)傅里葉變換等傳統(tǒng)特征提取技術(shù)的基礎(chǔ)上衍生發(fā)展，快速傅里葉變換技術(shù)（FFT）、高階統(tǒng)計量分析方法、時頻分析方法以及現(xiàn)代譜分析方法等新型現(xiàn)代技術(shù)研究出現(xiàn)，為故障診斷奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

3.4 故障識別與智能決策技術(shù)

在控制中心獲得船舶設(shè)備的運行狀態(tài)信息以及參數(shù)之后，需要進(jìn)行故障識別，基于故障識別需要進(jìn)行智能決策。故障識別的主要作用是整合參數(shù)信息，利用計算機模型以及軟件分析，評估設(shè)備運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)故障和潛在故障，對于故障問題還應(yīng)該通過系統(tǒng)分析和比對給出故障原因。目前，智能故障診斷方法由于其便捷、高效、準(zhǔn)確等特征被應(yīng)用，常見的診斷方法包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷法、故障樹法以及模糊邏輯法和專家系統(tǒng)診斷法等。在實際的船舶故障診斷中為提高準(zhǔn)確性和科學(xué)性，還往往將多種方法結(jié)合使用;另外針對不同的設(shè)備還往往采用不同的故障診斷和分析方法，比如船舶柴油機等機械設(shè)備往往采用故障樹法。

3.5 基于計算機的智能診斷技術(shù)

在上世紀(jì)七十年代計算機衍生發(fā)展以來，被快速地應(yīng)用到各個領(lǐng)域當(dāng)中，充分發(fā)揮了計算機的計算以及計算機整合能力，能夠?qū)崿F(xiàn)對復(fù)雜工況和復(fù)雜條件的分析計算。對于船舶設(shè)備以及其他工業(yè)設(shè)備而言，可以進(jìn)行計算模擬以及仿真，了解設(shè)備的運行狀況，同時給出設(shè)備的故障原因以及故障程度等信息，工作人員可以基于此進(jìn)行設(shè)備故障檢修以及故障排除工作。如圖1所示，即一典型的基于計算機的智能診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)的建成是綜合利用智能診斷方法的結(jié)果，同時引入數(shù)學(xué)模型方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法等，在圖1的系統(tǒng)當(dāng)中還引入了專家診斷方法。目前船舶設(shè)備故障診斷系統(tǒng)為代表的智能診斷系統(tǒng)當(dāng)中基于不同的方法進(jìn)行，常用的包括基于故障聲信號的故障診斷方法、基于鐵譜分析的方法以及基于專家系統(tǒng)的方法和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷方法。目前由于計算機技術(shù)、人工智能技術(shù)以及信息處理技術(shù)的發(fā)展，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、專家診斷技術(shù)等新的故障診斷技術(shù)被研發(fā)并被應(yīng)用，和傳統(tǒng)的故障診斷技術(shù)相比效果更佳，給船舶故障檢測以及智能診斷系統(tǒng)的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。而且我國當(dāng)前在這一方面的財力和科技投入也逐漸增多，更為其發(fā)展提供了支持。

4? 結(jié)論

船舶航行時間長，而且所處的環(huán)境惡劣、多變，一般運行條件往往比較苛刻，保持船舶的安全穩(wěn)定運行就顯得尤為重要。在船舶當(dāng)中引入設(shè)備故障診斷技術(shù)能夠很好地提高其應(yīng)對不可預(yù)見性問題和災(zāi)難性問題的能力，以及提高船舶安全運行水平，發(fā)現(xiàn)潛在故障問題及時排除并保證其穩(wěn)定性，對于故障問題還能夠通過系統(tǒng)進(jìn)行分析處理，減少停機時間，提高運行效率。當(dāng)前科學(xué)技術(shù)、傳感技術(shù)、計算機技術(shù)以及信號處理技術(shù)等的發(fā)展，也為船舶設(shè)備故障檢測診斷系統(tǒng)的發(fā)展奠定了很好的基礎(chǔ)，同時在未來還需要不斷的發(fā)展完善與創(chuàng)新。

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