基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)的船用柴油機故障診斷系統(tǒng)應用探究

俞偉強

摘 要：船舶柴油機在使用過程中不可避免地會發(fā)生故障，導致船用柴油機產(chǎn)生故障的原因具有不確定性，故障排除過程比較復雜。基于科技發(fā)展水平，結(jié)合船舶柴油機故障診斷的現(xiàn)狀，提出了一個船用柴油機故障診斷智能化的方法，其主要內(nèi)容是收集、整理常用船舶柴油機故障維修數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)建立故障數(shù)據(jù)庫，然后開發(fā)一個診斷系統(tǒng)，讓管理人員可以利用此系統(tǒng)對柴油機的故障進行分析與處理，以提高船用柴油機故障分析診斷的準確率和效率。

關(guān)鍵詞：無線網(wǎng)橋;向家壩升船機;船舶交通管理系統(tǒng);通信

中圖分類號：U642? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）01-0058-03

柴油機是目前船舶應用最廣泛的動力設備，隨著船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)日益先進，可以得到大量的柴油機發(fā)生故障時的數(shù)據(jù)，但這些信息比較分散，使得其得不到充分的利用。目前用于船舶柴油機故障診斷的技術(shù)主要以溫度、噪聲聲譜、壓力、速度、振動頻譜圖、滑油中的金屬磨粒、輻射波等為研究對象，從這些研究對象得出的結(jié)論較為準確，但是對這些參量的測量成本高、檢測過程相對復雜、測量時間比較長，在運算中所需的數(shù)據(jù)量以及公式量龐大，因而達不到實時性的要求[1]。作為輪機使用管理人員，當柴油機發(fā)生故障時還更多地采用“看、摸、聽、測、嗅、做、記”等傳統(tǒng)經(jīng)驗診斷方法[2]，這些經(jīng)驗以及記錄的測量數(shù)據(jù)也就不能整理并匯總成數(shù)據(jù)庫，從而使診斷經(jīng)驗無法得到很好地傳承和利用。本研究提出的建立柴油機故障診斷數(shù)據(jù)庫，目的是通過匯集各艦船柴油機的故障數(shù)據(jù)以及處理方法，利用基于數(shù)據(jù)庫軟件的管理分析功能開發(fā)出一個診斷系統(tǒng)，讓輪機管理人員可以利用此系統(tǒng)對柴油機出現(xiàn)的故障進行診斷，以提高故障排除的效率。

本研究把各種柴油機故障案例分類整理，基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)建立故障數(shù)據(jù)庫，將故障處理的經(jīng)驗與知識輸入到利用通用平臺開發(fā)的專家系統(tǒng)中，再根據(jù)故障征兆和故障現(xiàn)象與專家系統(tǒng)對話，查出故障發(fā)生的原因及各原因在以往此類故障中出現(xiàn)的概率，從而達到快速診斷并能參考經(jīng)驗知識處理相應的故障。數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)越多，所得結(jié)論的準確性越高，隨著數(shù)據(jù)庫的不斷完善，管理人員對船用柴油機的故障速度與準確性將得到大幅提升。

1船用柴油機故障數(shù)據(jù)庫

船用柴油機故障數(shù)據(jù)庫，是通過收集柴油機典型故障或系統(tǒng)故障、船舶機器曾出現(xiàn)過的柴油機故障以及對故障的分析與處理結(jié)果的信息，然后進行分類規(guī)整，以數(shù)據(jù)庫軟件進行處理，成為故障數(shù)據(jù)庫。本研究對數(shù)據(jù)庫的設計理念是一個數(shù)據(jù)庫分兩門，第一門是柴油機故障數(shù)據(jù)庫，將典型的常見故障，其原因、處理方法錄入，方便使用者查找并參考處理故障。第二門是典型數(shù)據(jù)庫，收集大部分柴油機常見故障實例，將每個案例的故障原因、故障查找過程與故障處理方法錄入，使用者在查找某一故障時，可以搜索到相關(guān)案例，并能看到在以往的案例中，某一項導致故障的原因所占的比例，以確定故障的主要原因。

1.1船用柴油機基本信息

船用柴油機由成千上萬個零件組成，其結(jié)構(gòu)隨著技術(shù)的發(fā)展、柴油機工作要求的提高愈來愈復雜，且型式多種多樣。但船用柴油機的基本結(jié)構(gòu)大體相同，主要由氣缸、活塞、連桿、機體及燃油、潤滑、冷卻工作系統(tǒng)等組成。[3]柴油機的任何一個組件、任何一個工作系統(tǒng)的任何一個部件出現(xiàn)問題都會導致柴油機的工作異常，因而也表明了柴油機故障診斷的重要性和其不確定性。

1.2柴油機典型故障

船舶柴油機工作環(huán)境惡劣，對柴油機典型故障，本研究按配氣、燃油、潤滑、冷卻、起動和操縱各工作系統(tǒng)進行整理歸納。因柴油機故障類目很多，不一一列舉，所整理的故障數(shù)據(jù)都在數(shù)據(jù)庫中，作為診斷系統(tǒng)的信息層。

以燃油系統(tǒng)為例，通過對燃油系統(tǒng)故障引起的一系列典型故障以及故障處理方法的分析發(fā)現(xiàn)，柴油機燃油系統(tǒng)的故障主要集中在高壓噴射部分，典型的故障有噴油泵故障、噴油器故障和噴油定時方面的故障[4]。對此類數(shù)據(jù)進行分析匯總，分為“原因”、“檢查”、“處理方法”三項。數(shù)據(jù)庫中的故障數(shù)據(jù)以這樣的形式進行分類整理后錄入，從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)有些故障的根本原因都是由某些部件例如噴油泵和噴油器的故障導致的，若將柴油機的所有典型故障都列舉出來，可以發(fā)現(xiàn)有許多故障的處理方法可以先檢查同一處，也就是因此處異常而引起故障的可能性最大。建立故障數(shù)據(jù)庫的目的就是把繁多的故障數(shù)據(jù)整理成信息層，在底層的繁雜數(shù)據(jù)不會影響輪機人員的判斷，利用數(shù)據(jù)庫的分析處理能力，當進行故障診斷時，只需鍵入關(guān)鍵詞語，信息就能從底層信息層提取出來。

2故障數(shù)據(jù)庫的建立

用Access軟件新建一個數(shù)據(jù)庫，然后，在該數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建的對象都存放在其中。數(shù)據(jù)庫一般包含有若干個表對象，并能對其表間關(guān)系進行定義。在建立表對象之后，其他對象如查詢、報表、窗體、模塊等都可在表對象的基礎上建立。

建立數(shù)據(jù)庫之后，需要添加數(shù)據(jù)表，本研究建立了六個數(shù)據(jù)表。數(shù)據(jù)表是由表結(jié)構(gòu)和表內(nèi)容（數(shù)據(jù)）組成，是存儲數(shù)據(jù)的基本單位，是操作整個數(shù)據(jù)庫工作的基礎，更是所有查詢、窗體、報表的數(shù)據(jù)來源。因此數(shù)據(jù)表特別是表之間的相互關(guān)系會導致數(shù)據(jù)庫的整體功能的使用，它對實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫功能的各對象的復雜程度有著比較大的影響，也是研究過程中對診斷系統(tǒng)的開發(fā)的最重要環(huán)節(jié)。圖1至圖8是建立數(shù)據(jù)表、定義數(shù)據(jù)表以及錄入故障數(shù)據(jù)的過程。

2.1故障數(shù)據(jù)庫管理流程

故障數(shù)據(jù)庫管理的流程是指故障數(shù)據(jù)審批的流程，包括：故障信息資料的錄入、故障數(shù)據(jù)資料的校對、故障數(shù)據(jù)資料的審核、故障數(shù)據(jù)資料的審定。其中故障信息資料的錄入又分為新故障資料的錄入和歷史故障資料的錄入。

故障數(shù)據(jù)庫管理的流程設計規(guī)則主要是通過字段“State”來實現(xiàn)對信息的控制，其規(guī)則見表1所示。當“State”為“0”時，可以在流程入口“故障信息錄入”的窗口中看到該條記錄，當“State”改變時，只能在其對應的流程中顯示。

2.2進入流程的功能設計

柴油機故障診斷系統(tǒng)共設計了10個功能，功能是業(yè)務流程的基礎，進入流程的功能為入口功能。在本診斷系統(tǒng)中，“機型管理”、“故障管理”、“系統(tǒng)管理”、“類型管理”、“故障實例”、“典型故障分析”這些均為入口項。開發(fā)柴油機故障診斷系統(tǒng)是指在對故障診斷的過程以及功能設計成功之后，實現(xiàn)所設計的流程與功能。其中最為重要的是對界面以及信息層的設計與實現(xiàn)。在登錄之后，可以進入該數(shù)據(jù)庫的主界面，如圖9、圖10所示。

3 故障診斷系統(tǒng)測試

通過建立柴油機故障數(shù)據(jù)庫、錄入數(shù)據(jù)信息、明確診斷流程、故障診斷系統(tǒng)的界面設計、信息層的完善，以及對這些設計的逐步實現(xiàn)，柴油機故障診斷數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)已基本建立。輸入“排氣白色”、“主機啟動困難”等關(guān)鍵詞進行測試，結(jié)果如圖11和圖12所示。由圖可見，通過關(guān)鍵詞的搜索可以快速找到故障的原因和處理方法并找出相關(guān)案例。

4結(jié)論

本研究根據(jù)船舶柴油機實際，開發(fā)出實用性強且符合柴油機發(fā)展形勢的基于數(shù)據(jù)庫的故障診斷系統(tǒng)。在建立故障數(shù)據(jù)庫時，以主機系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)為基礎進行整理，進而錄入數(shù)據(jù)庫，按照通用性原則，整理時又劃分為燃油、冷卻、滑油系統(tǒng)等。經(jīng)過測試，該系統(tǒng)可以用來快速查找排除柴油機的故障，隨著船舶柴油機的發(fā)展，該數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)也將更加完善，為輪機人員迅速準確地排除柴油機故障提供有效幫助。

參考文獻：

[1]仲國強. 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的船舶柴油機智能故障診斷研究[D].大連海事大學，2020.

[2]鄧勇.船舶柴油機故障診斷方法芻議[J].機電信息，2012（36）：74-75.

[3]張志剛，鄧小飛，周軍.神經(jīng)網(wǎng)絡算法在船舶柴油機遠程故障診斷系統(tǒng)的研究[J].艦船科學技術(shù)，2019，41（16）：97-99.

[4]饒遠.柴油機燃油系常見故障分析與排除[J].內(nèi)燃機與配件，2019（17）：166-167.