信息融合下船舶柴油機(jī)故障診斷方法研究

梁振臣，汪瑋，宋育強(qiáng)，周峰

（海南省三亞市92569部隊(duì)司令部，海南三亞572000）

信息融合下船舶柴油機(jī)故障診斷方法研究

梁振臣，汪瑋，宋育強(qiáng)，周峰

（海南省三亞市92569部隊(duì)司令部，海南三亞572000）

柴油機(jī)是我國(guó)船舶當(dāng)前主要的動(dòng)力設(shè)備，它的運(yùn)轉(zhuǎn)性能直接關(guān)系到船舶運(yùn)輸?shù)男剩栽谛畔r(shí)代的背景下，如何將先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)同故障診斷手段結(jié)合就需要進(jìn)行嚴(yán)格的研究。將通過(guò)當(dāng)前船舶柴油機(jī)的故障發(fā)生類(lèi)型為切入點(diǎn)，分析診斷定義與診斷方法，并結(jié)合實(shí)際的信息處理方式，詳細(xì)討論船舶柴油機(jī)故障的判別方法，最終為相關(guān)機(jī)械故障診斷專(zhuān)業(yè)提供可以參考的理論依據(jù)。

信息融合；船舶柴油機(jī)；故障診斷

過(guò)去我國(guó)仍對(duì)于機(jī)械故障診斷技術(shù)相比較其他發(fā)達(dá)國(guó)家，仍存在著一些差距，但是自從上個(gè)世紀(jì)八十年代，我國(guó)對(duì)于該技術(shù)的研究進(jìn)入了重要時(shí)期，各高校以及企業(yè)對(duì)于機(jī)械工作診斷的重視程度已經(jīng)越來(lái)越高，雖然目前與歐美國(guó)家還有一定差距，但是差距已經(jīng)很小。

我國(guó)對(duì)于機(jī)械故障的診斷最初還是單一地線性分析，對(duì)于機(jī)械故障當(dāng)中非線性特征的研究存在一定的困難。隨著信息時(shí)代的到來(lái)，各種技術(shù)手段豐富起來(lái)，為非線性的分析提供了足夠的技術(shù)措施，同時(shí)專(zhuān)家系統(tǒng)也為非線性系統(tǒng)的分析提供了充足的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)與方便，另外信息融合系數(shù)下，模糊數(shù)學(xué)等是概念為描述機(jī)械故障提供了理論支持。

不僅僅是船舶柴油機(jī)故障診斷技術(shù)，其他方面的機(jī)械故障診斷技術(shù)所涉及的領(lǐng)域也比較廣泛，所以不同科目、不同學(xué)科的進(jìn)步與發(fā)展都能夠?yàn)楣收显\斷技術(shù)的進(jìn)步提供很強(qiáng)的理論支持。隨著信息時(shí)代的到來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)逐漸融入各行各業(yè)，船舶柴油機(jī)故障診斷同樣也受到了計(jì)算機(jī)技術(shù)的影響，整體上向著更高、更快的方向發(fā)展，同樣的，診斷技術(shù)的技術(shù)也能促進(jìn)各方面學(xué)術(shù)的進(jìn)一步研究。

1　船舶柴油機(jī)故障分析

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，船舶柴油機(jī)故障分析的手段也越來(lái)越多，但是有些技術(shù)手段具有一定的片面性，換句話說(shuō)是沒(méi)有清晰了解到船舶柴油機(jī)故障的根本性質(zhì)，首先對(duì)船舶柴油機(jī)故障與分類(lèi)進(jìn)行分析。

1.1故障及故障診斷的定義

當(dāng)前我船舶柴油機(jī)故障可以分為正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況、反常運(yùn)轉(zhuǎn)情況和不正常運(yùn)轉(zhuǎn)三種情況；運(yùn)轉(zhuǎn)情況也可以分為正常運(yùn)轉(zhuǎn)、反常運(yùn)轉(zhuǎn)和故障三種。

所謂船舶柴油機(jī)故障一般是指柴油機(jī)在工作過(guò)程中，由于內(nèi)部或者外部原因造成該機(jī)械失去了原本的工作性能，或者是該柴油機(jī)設(shè)備出現(xiàn)了危險(xiǎn)情況，有可能危害操作者的安全等現(xiàn)象。從狹義方面來(lái)定義，船舶機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)一個(gè)或者一個(gè)以上的技術(shù)故障特征就是屬于故障范疇之內(nèi)。從廣義上來(lái)講，船舶柴油機(jī)故障一般是指在正常工作中不希望看到的特性。

如果船舶柴油機(jī)出現(xiàn)了在相關(guān)技術(shù)文件當(dāng)中沒(méi)有提及到的狀態(tài)，那么一般認(rèn)定該柴油機(jī)處于正常狀態(tài)，沒(méi)有發(fā)生故障。而所謂的異常狀態(tài)一般是指在工作過(guò)程當(dāng)中，運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)發(fā)生變化，整體性能已經(jīng)無(wú)法達(dá)到規(guī)定要求?？偠灾安裼蜋C(jī)故障狀態(tài)的診斷標(biāo)準(zhǔn)是基于性能與功能喪失的程度的，程度越高需要診斷的需求就越大。

1.2故障診斷方法的分類(lèi)

基于解析冗余的方法、基于信號(hào)處理的方法及基于知識(shí)的方法，這三種方法是國(guó)際診斷技術(shù)中的主流方法[1]。

基于解析余度的方法分為狀態(tài)估計(jì)法、參數(shù)估計(jì)法以及等價(jià)空間法；基于信號(hào)處理的方法分為直接測(cè)量系統(tǒng)的輸入輸出、基于小波變換的方法、輸出信號(hào)處理法、信息匹配診斷法以及基于信息相互間融合處理的方法；最后的基于對(duì)知識(shí)處理的方法，其主要由基于對(duì)運(yùn)行癥狀處理的方法和基于定性模型的方法[2]。

2　信息融合下船舶故障診斷過(guò)程

2.1柴油機(jī)的診斷預(yù)報(bào)過(guò)程

當(dāng)前對(duì)于我國(guó)船舶柴油機(jī)故障判斷過(guò)程當(dāng)中，一方面要將機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，從而為后續(xù)的診斷與分析做好理論鋪墊，為船舶柴油機(jī)的故障的檢查工作提供保障；另一方面，對(duì)于一些短時(shí)間的故障措施要采取不同的處理態(tài)度，若對(duì)柴油機(jī)影響不大，可以進(jìn)行系統(tǒng)性的信息采集，若對(duì)柴油機(jī)影響較大，可以先進(jìn)行普遍性的保養(yǎng)措施，再進(jìn)行下一步的診斷工作，而我國(guó)目前對(duì)船舶柴油機(jī)故障診斷過(guò)程主要通過(guò)三個(gè)方面進(jìn)行：

（1）運(yùn)行狀態(tài)特征的收集

柴油機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)收集是故障診斷的重要步驟，所以能否將工作中的柴油機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，對(duì)評(píng)估柴油機(jī)性能是否優(yōu)良具有決定性作用。在船舶柴油機(jī)故障診斷過(guò)程中就是在柴油機(jī)布置合理的信息傳感器以及信息轉(zhuǎn)換設(shè)備，在運(yùn)行的全過(guò)程中收集和提取特性信息。

（2）特征信號(hào)的提取

所謂的特征信號(hào)提取，就是在船舶柴油機(jī)發(fā)生故障的時(shí)候從眾多的信號(hào)當(dāng)中選取與故障相關(guān)的信息或者數(shù)據(jù)，而目前使用最多的采取方法還是信號(hào)分析處理技術(shù)。

通過(guò)對(duì)特征信號(hào)的提取，一方面能夠?qū)Υ安裼蜋C(jī)故障數(shù)據(jù)與信號(hào)變化進(jìn)行系統(tǒng)分析，從而判斷出柴油機(jī)目前是否處于正常工作狀態(tài)；另一方面，由于信息處理過(guò)程當(dāng)中，有很多無(wú)用的信息存在于整體信息采集當(dāng)中，所以對(duì)于故障判斷會(huì)造成一定程度上的阻礙，因此對(duì)于特征信號(hào)的提取更加重要，能夠更加迅速的確定需要分析的數(shù)據(jù)庫(kù)。

（3）故障的診斷與狀態(tài)評(píng)估

通過(guò)上述的兩個(gè)步驟之后，最后就是依據(jù)提供的信息進(jìn)行柴油機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況判斷，若柴油機(jī)確實(shí)存在著故障前兆，那么就可以根據(jù)上述的信息進(jìn)行故障源的尋找，從而進(jìn)一步確定故障原因、部位以及危險(xiǎn)程度。

2.2柴油機(jī)診斷預(yù)報(bào)方法

隨著科學(xué)信息技術(shù)的不斷提高，當(dāng)前我國(guó)船舶柴油機(jī)故障診斷技術(shù)通常分為以下幾種：

（1）性能參數(shù)法

性能參數(shù)法是通過(guò)對(duì)船舶柴油機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，收集分析其性能參數(shù)，從而直觀反映柴油機(jī)工作狀態(tài)的變化。在動(dòng)力設(shè)備等數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)措施進(jìn)入機(jī)械工程之前，我國(guó)船舶柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程當(dāng)中有自己的技術(shù)參數(shù)監(jiān)控措施，通過(guò)自身性能與技術(shù)的測(cè)試檢驗(yàn)，對(duì)于柴油機(jī)的工作壓力、功率、油壓或者尾氣指標(biāo)等機(jī)型統(tǒng)計(jì)，所以可以根據(jù)這些測(cè)定數(shù)據(jù)對(duì)柴油機(jī)當(dāng)中的工作故障進(jìn)行判斷。

（2）振動(dòng)信號(hào)診斷分析法

振動(dòng)信號(hào)診斷分析法是信息融合下船舶柴油機(jī)工作故障診斷的主要方法，振動(dòng)信號(hào)診斷方法工作原理就是對(duì)柴油機(jī)工作當(dāng)中的信息進(jìn)行收集、分析以及處理，從而達(dá)到診斷的目的，其具備快速分析、高效率診斷的優(yōu)點(diǎn)，并且能夠在一定程度上對(duì)在線設(shè)備進(jìn)行診斷，它的具體診斷過(guò)程如下：

首先對(duì)于運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)的收集，當(dāng)今社會(huì)是信息時(shí)代，對(duì)于船舶柴油機(jī)故障的判斷，必須要保證信息采集的完整性與準(zhǔn)確性；

其次，對(duì)于采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的分析，一方面要結(jié)合船舶柴油機(jī)的工作原理，對(duì)采集的原始信息進(jìn)行加工分析；另一方面，對(duì)于能夠反映柴油機(jī)工作狀態(tài)的參數(shù)要進(jìn)行重點(diǎn)處理；

最后，就是根據(jù)數(shù)據(jù)的分析，對(duì)船舶柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)狀態(tài)做出最終診斷，根據(jù)以往柴油機(jī)維修方面的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，從提取的特征參數(shù)中，建立相應(yīng)的判據(jù)，進(jìn)行狀態(tài)的診斷與趨勢(shì)的預(yù)報(bào)[3]。但是，由于柴油機(jī)激勵(lì)源較多且相互間會(huì)發(fā)生干擾，難以進(jìn)行識(shí)別與區(qū)分，并且故障判據(jù)也會(huì)因柴油機(jī)類(lèi)型的不同而不同，所以移植性比較差。

3　結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文對(duì)船舶柴油機(jī)的故障進(jìn)行分析，闡述故障發(fā)生的分類(lèi)與研究現(xiàn)狀，并對(duì)診斷過(guò)程與診報(bào)方法進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，為船舶柴油機(jī)故障診斷的發(fā)展提供了一定的參考依據(jù)。

[1]鄧輝.柴油機(jī)故障診斷及排除方法的研究[J].黑龍江科技信息，2013，（15）：43-43.

[2]馬善偉，樂(lè)正偉，呂健，等.柴油機(jī)故障診斷技術(shù)綜述[J].上海第二工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，（02）：122-128.

[3]王秋鵬.基于自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)的柴油機(jī)故障診斷與探析[J].新技術(shù)新工藝，2014，（07）：126-129.

Research on Fault Diagnosis Method of Marine Diesel Engine Based on Information Fusion

LIANG Zhen-chen，WANG Wei，SONG Yu-qiang，ZHOU Feng
（Sanya City，Hainan Province，the 92569 army Headquarters，Sanya Hainan 572000，China）

The diesel engine is the main power of China’s Shipbuilding Equipment，its performance is directly related to the efficiency of ship transportation，so in the context of the information age，how to apply the advanced science and technology with the combination of fault diagnosis means need a rigorous study.Through the fault current of marine diesel engine type as the breakthrough point，analysis of diagnostic definition and diagnostic method，information processing method and combined with the actual，distinguishing method of marine diesel engine fault diagnosis is discussed in detail，finally can refer to the related mechanical engineering theory.

information fusion；marine diesel engine；fault diagnosis

TK428

A

1672-545X（2016）10-0187-02

2016-07-27

梁振臣（1981-），男，海南?？谌耍究?，工程師，研究方向：船舶機(jī)電。