基于性能衰減的船舶機(jī)電設(shè)備壽命預(yù)測(cè)與評(píng)估探討

甄鵬程 熊元元

摘? ? 要：本文通過測(cè)試數(shù)據(jù)，探討基于性能衰減的船舶機(jī)電設(shè)備壽命預(yù)測(cè)與評(píng)估。選取不同型號(hào)、規(guī)格的船舶部分典型機(jī)電設(shè)備作為研究對(duì)象，通過其性能檢測(cè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)，分析設(shè)備的性能數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備的性能衰減與影響因素的關(guān)聯(lián)關(guān)系，提出一種基于性能衰減規(guī)律的船舶機(jī)電設(shè)備壽命預(yù)測(cè)與評(píng)估方法，為船舶機(jī)電設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃提供可靠依據(jù)。

關(guān)鍵詞：船舶機(jī)電設(shè)備；性能衰減；壽命預(yù)測(cè)；評(píng)估設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U665.1? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Exploration on Life Prediction and Evaluation for Marine Mechanical and Electrical Equipment Based on Performance Attenuation

ZHEN Pengcheng，? XIONG Yuanyuan

（ COSCO Shipping Heavy Industry （ZhouShan） Co.， Ltd.，? Zhoushan 316131 ）

Abstract： This article explores the design method for carrying out the life prediction & evaluation of marine electromechanical equipment based on performance degradation through experimental data. The experiment selected ship electromechanical equipment of different models and specifications as the research object， and collected & analyzed the performance data change trend of the equipment through performance testing and environmental monitoring. Through analysis of the data， it was found that the performance degradation pattern of the equipment is closely related to environmental factors and usage conditions. Based on these findings， this article proposes a life prediction model for marine electromechanical equipment based on performance degradation laws， which can provide important basis for the maintenance and management of ship electromechanical equipment.

Key words： marine electromechanical equipment;? performance degradation;? life prediction;? evaluation design

1? ? ?前言

隨著船舶行業(yè)的不斷發(fā)展，船舶機(jī)電設(shè)備日益復(fù)雜化，其運(yùn)行環(huán)境也日益多樣化[1]，使得船舶機(jī)電設(shè)備的性能衰減問題越來越突出。性能衰減不僅會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的效率降低，而且可能引發(fā)各種安全隱患，因此，對(duì)船舶機(jī)電設(shè)備的壽命預(yù)測(cè)與評(píng)估設(shè)計(jì)具有重要意義。盡管現(xiàn)有的研究已經(jīng)涉及到了船舶機(jī)電設(shè)備的性能衰減問題[2]，但是，這些研究仍存在不足和局限性。首先，對(duì)于設(shè)備性能衰減規(guī)律的研究還不夠系統(tǒng)，缺乏對(duì)各種因素影響的全面分析和模擬;其次，現(xiàn)有的設(shè)備壽命預(yù)測(cè)與評(píng)估方法往往不夠準(zhǔn)確，不能有效地反映設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)和預(yù)測(cè)未來的性能趨勢(shì)。本文旨在通過深入研究船舶機(jī)電設(shè)備的性能衰減趨勢(shì)，探索一種基于性能衰減的船舶機(jī)電設(shè)備壽命預(yù)測(cè)與評(píng)估方法，以可系統(tǒng)地分析各種因素對(duì)設(shè)備性能的影響，較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)設(shè)備的壽命，發(fā)現(xiàn)性能衰減規(guī)律，助船舶操作人員更好地掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決潛在問題，提高設(shè)備的運(yùn)行效率和安全性。本文首先對(duì)船舶機(jī)電設(shè)備的性能衰減趨勢(shì)進(jìn)行研究，包括設(shè)備性能隨時(shí)間的變化趨勢(shì)、環(huán)境因素對(duì)設(shè)備性能的影響程度等;其后將基于其研究結(jié)果，探索一種基于性能衰減的船舶機(jī)電設(shè)備壽命預(yù)測(cè)與評(píng)估設(shè)計(jì)方法[3]；結(jié)合設(shè)備的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，利用機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備壽命和性能趨勢(shì)的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和評(píng)估[4]。

2? ? 探索目標(biāo)與途徑

本文探索的目標(biāo)是：較準(zhǔn)確地評(píng)估船舶機(jī)電設(shè)備的壽命并實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)。

探索的途徑是：通過獲取實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，分析船舶機(jī)電設(shè)備的性能衰減趨勢(shì)，找到其變化規(guī)律，總結(jié)出對(duì)設(shè)備壽命的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)與評(píng)估方法。

3? ? 檢測(cè)數(shù)據(jù)

3.1? ?檢測(cè)不同型號(hào)、規(guī)格的船舶機(jī)電設(shè)備的性能

船舶機(jī)電設(shè)備性能檢測(cè)數(shù)據(jù)。表1列出了所選用的四種類型具體不同性能參數(shù)（功率、效率、運(yùn)行溫度）的案例設(shè)備，標(biāo)明了各設(shè)備類型的性能參數(shù)以及性能檢測(cè)結(jié)果。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，從表1中可以看出，所有選取的船舶機(jī)電設(shè)備在性能檢測(cè)中表現(xiàn)良好，實(shí)際功率和效率均達(dá)到或接近額定值，運(yùn)行溫度也在正常范圍內(nèi)。亦表明其工作狀態(tài)與設(shè)計(jì)接近，可有效地滿足船舶的運(yùn)行需求。

通過對(duì)比不同設(shè)備的性能數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)每臺(tái)設(shè)備的性能特點(diǎn)。這些數(shù)據(jù)將用作后續(xù)的性能衰減規(guī)律研究和壽命預(yù)測(cè)模型建立依據(jù)。

3.2? ?對(duì)選取的船舶機(jī)電設(shè)備進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，對(duì)選取的船舶機(jī)電設(shè)備進(jìn)行了環(huán)境監(jiān)測(cè)，記錄了設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境參數(shù)，包括溫度、濕度和壓力。這些環(huán)境因素可能會(huì)影響設(shè)備的性能衰減和壽命。表2匯兌了各設(shè)備的類型、型號(hào)、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度和壓力數(shù)據(jù)。

從表2中可以看出，不同設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境參數(shù)存在差異。這些數(shù)據(jù)亦將作為后續(xù)的性能衰減規(guī)律研究和壽命預(yù)測(cè)模型建立提供依據(jù)。

通常，設(shè)備性能衰減和壽命的影響因素主要有：一是環(huán)境溫度。高溫可能導(dǎo)致設(shè)備部件的磨損和老化加速，從而影響設(shè)備的性能和壽命。同時(shí)，高溫也可能導(dǎo)致設(shè)備的工作效率降低。因此，在高溫環(huán)境下運(yùn)行的設(shè)備需要進(jìn)行特別的維護(hù)和保養(yǎng)；二是環(huán)境濕度。高濕度環(huán)境可能導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)腐蝕和短路等問題，從而影響設(shè)備的性能和壽命。因此，在高濕度環(huán)境下運(yùn)行的設(shè)備需要進(jìn)行特別的防護(hù)和保養(yǎng)；三是工作壓力。過高的工作壓力可能導(dǎo)致設(shè)備部件的損壞和疲勞，從而影響設(shè)備的性能和壽命。因此，在高壓環(huán)境下運(yùn)行的設(shè)備需要進(jìn)行特別的選型和設(shè)計(jì)。

3.3? ?船舶機(jī)電設(shè)備性能隨時(shí)間變化的情況

船舶機(jī)電設(shè)備性能數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的情況。每臺(tái)設(shè)備的功率和效率隨時(shí)間的變化趨勢(shì)和特征進(jìn)行了詳細(xì)記錄，并按記錄數(shù)據(jù)繪制趨勢(shì)圖。

通過觀察圖1、圖2、圖3，可以發(fā)現(xiàn)每臺(tái)設(shè)備的性能衰減規(guī)律。隨著時(shí)間的推移，發(fā)電機(jī)功率逐漸降低，效率也逐漸下降。在400 h內(nèi)，功率從初始的980 kW下降到860 kW，效率從初始的95%下降到85%，表明發(fā)電機(jī)的性能隨時(shí)間逐漸降低；電動(dòng)機(jī)功率和效率也呈下降趨勢(shì)。在400 h內(nèi)，功率從初始的480 kW下降到400 kW，效率從初始的92%下降到83%，表明電動(dòng)機(jī)的性能隨時(shí)間逐漸降低；泵額定功率和效率同樣呈下降趨勢(shì)。在400 h內(nèi)，功率從初始的170 kW下降到140 kW，效率從初始的85%下降到75%，表明電動(dòng)機(jī)的性能隨時(shí)間逐漸降低。總之，船舶機(jī)電設(shè)備的性能會(huì)隨著時(shí)間的推移而逐漸衰減。

3.4? ?船舶機(jī)電設(shè)備在不同環(huán)境溫度、濕度下的性能情況

船舶機(jī)電設(shè)備在不同環(huán)境溫度、濕度下的性能水平及其隨溫度、濕度變化引起的性能衰減率進(jìn)行了詳細(xì)記錄。如表3所示。

通過觀察表3和圖4中的數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)每臺(tái)設(shè)備的性能衰減規(guī)律。隨著溫度和濕度的增大，其性能水平以及性能衰減率在逐漸降低，在溫度20 ℃，濕度50的情況下，性能水平由初始95%降到85%；在溫度30 ℃，濕度60的情況下，性能水平由初始90%降到78%；在溫度40 ℃，濕度70的情況下，性能水平由初始85%降到67%。可以看出，隨著環(huán)境溫度、濕度增加，其性能衰減率逐漸加大。

4? ? 規(guī)律分析

通過對(duì)船舶機(jī)電設(shè)備的性能檢測(cè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)，可發(fā)現(xiàn)設(shè)備的性能衰減和環(huán)境因素影響的規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，船舶機(jī)電設(shè)備的性能隨時(shí)間推移而逐漸降低，且衰減速度逐漸加快。同時(shí)，環(huán)境溫度、濕度和壓力等因素也對(duì)設(shè)備的性能衰減和壽命產(chǎn)生影響。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，設(shè)備的性能衰減與時(shí)間呈線性關(guān)系，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，設(shè)備的功率和效率均逐漸降低，且其性能衰減速度逐漸加快。即在運(yùn)行初期，設(shè)備的性能下降較緩慢，但隨著時(shí)間的推移，衰減速度逐漸加快；其次，環(huán)境因素對(duì)設(shè)備的性能衰減和壽命產(chǎn)生影響。高溫、高濕度和高壓環(huán)境下運(yùn)行的設(shè)備更容易出現(xiàn)性能衰減和損壞。

通過本文實(shí)驗(yàn)得出以下結(jié)論：船舶機(jī)電設(shè)備的性能隨時(shí)間逐漸降低，且衰減速度逐漸加快。同時(shí)，環(huán)境因素對(duì)設(shè)備的性能衰減和壽命產(chǎn)生影響。因此，在船舶機(jī)電設(shè)備的維護(hù)和管理中，應(yīng)定期進(jìn)行性能檢測(cè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)，及時(shí)解決設(shè)備性能衰減帶來的問題。同時(shí)，對(duì)于高溫、高濕度和高壓環(huán)境下運(yùn)行的設(shè)備，需要進(jìn)行特別的維護(hù)和保養(yǎng)，以減緩設(shè)備性能衰減速度，延長設(shè)備壽命。

5? ? 船舶機(jī)電設(shè)備性能維護(hù)建議

經(jīng)上分析可知，定期檢修與維護(hù)是保障船舶機(jī)電設(shè)備正常運(yùn)行的重要手段。應(yīng)針對(duì)不同的設(shè)備特點(diǎn)及調(diào)研數(shù)據(jù)，制定匹配的檢修與維護(hù)計(jì)劃，包括設(shè)備檢查、清潔、潤滑、調(diào)整、更換等。定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修和維護(hù)，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問題，預(yù)防故障的發(fā)生，延長設(shè)備的使用壽命。在檢修與維護(hù)過程中，一要嚴(yán)格按照設(shè)備制造商提供的維護(hù)手冊(cè)進(jìn)行操作，遵循設(shè)備的操作規(guī)程和使用說明。二要隨時(shí)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，注意甄聽設(shè)備的運(yùn)行聲音、觀察其溫度參數(shù)、檢查潤滑油的油位等，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。定期更換易損件，如潤滑油濾清器、空氣濾清器等，確保設(shè)備的正常運(yùn)行。三要對(duì)設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，如定期檢查電氣線路、更換液壓油等，預(yù)防設(shè)備故障的發(fā)生。并做好檢修與維護(hù)記錄，記錄設(shè)備的維修歷史、更換的部件、維修的時(shí)間等信息，以便后續(xù)查詢和分析。

6? ? 結(jié)束語

本文例舉了船舶部分典型機(jī)電設(shè)備的性能衰減測(cè)試數(shù)據(jù)及其相關(guān)影響因素，并以此分析其性能衰減規(guī)律，提出其使用壽命評(píng)估的可行方法，推斷其它可能影響船舶機(jī)電設(shè)備性能的潛在因素，并據(jù)此提出應(yīng)對(duì)措施建議。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：甄鵬程（1983- ），男，工程師。研究方向?yàn)榇敖ㄔ臁?/p>

熊元元（1983- ），男，高級(jí)工程師。研究方向?yàn)榇吧a(chǎn)設(shè)計(jì)與工法設(shè)計(jì)。

收稿日期：2023-08-15