（控制理论与控制工程专业论文）船舶机舱视情维修系统的技术基础与应用设计.pdf

摘要 随着科学技术的日新月异，造船技术也不断发展。船用机电设备的自动化， 智能化水平不断提高，其技术含量和复杂程度也大大增加，这对维护人员的素质 及原有的维修体制都提出了严峻的挑战。多年来，我国航运企业一直在实行以时 间为基础的预防性维修体制。随着技术进步，这种维修体制的弊病变得显而易见： 一方面，定期维修在机电设备各部件均处于正常工作，在相对良好的运行工况下 进行，而此时可能设备根本不需要维修，从而造成人力物力的浪费；另一方面， 在定期维护的间隔中，如果这些设备没有先进的监测手段作保证，重大事故隐患 难以发现，同样会造成重大损失。 本论文从应用工程的角度，以某船务公司一艘在建四万吨级远洋散货轮为背 景，通过全面分析融合了众多知识领域和先进技术的自动检测与智能诊断技术的 特点及现状，将其与船舶机舱设备的功能及运行特点进行有机结合，利用计算机、 网络通信和人工智能等新技术的优势特点，设计一套安全可靠、高效稳定、符合 船级社建造规范的船舶机舱视情维修系统。 该维修系统以设备的在线状态监测和故障诊断为基础，对设备的工作情况进 行实时在线监视，将获得的数据与已经建立的设备运行的历史数据进行时时比较 并做出判断，在发现某些性能指标变差或者数据异常时发出警报，帮助维护人员 及时发现设备的故障征兆和隐患，在故障尚未出现时进行维护，以防止重大事故 的发生。这种维修方式可以最大限度地克服传统维修方式带来的过剩维修以及由 于轮机人员知识经验不足、个人管理差异带来的错误和不合理维修现象，从而实 现运营船舶的合理维修、科学维修，达到避免重大损失，减少运营成本，提高运 输企业竞争力的目的。 关键词：预防性维修；视情维修；自动检测；故障诊断；船舶机舱 t h et e c h n i c a lf o u n d a t i o na n d a p p l i c a t i o nd e s i g no f c o n d i t i o n b a s e dm a i n t e n a n c es y s t e mi ns h i p se n g i n er o o m a b s t r a c t w i t ht h e c h a n g e o fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g yo ne a c hp a s s i n gd a y ，t h e s h i p b u i l d i n gt e c h n o l o g y a l s od e v e l o p sf a s t t h ea u t o m a t i z a t i o na n di n t e l l i g e n t i z i n g l e v e lo fm a r i n em e c h a n i c a la n de l e c t r i c a le q u i l z l m e n tr i s e ss t e pb ys t e p ，t h e i rt e c h n i c a l s h a r ea n dc o m p l e x i t ya l s og r e a t l yi n c r e a s e d ，t h a ti sab i gc h a l l e n g et ot h ec o m p e t e n c eo f t h e o p e r a t o r a n dt h eo l dm a i n t e n a n c es y s t e m m a n y y e a r sa g o ，t h ep r e v e n t i v e m a i n t e n a n c em e t h o db a s e do nt i m ew a sa p p l i e dt oo u rs h i p p i n ge n t e r p r i s e s w i t ht h e d e v e l o p m e n to ft e c h n o l o g y ，i t ss h o r t c o m i n gi so b v i o u s ：o n ea s p e c t , t i m em a i n t e n a n c e w i l lb ec a r r i e do u td u r i n gt h ee q u i p m e n tb e i n gn o r m a lo p e r a t i o nw i t ha l lt h e i rp a r t s w o r k i n gn o r m a la n db e i n gi nr e l a t i v eg o o dr u n n i n gp e r f o r m a n c e ，m e a n w h i l et h e yh a v e n o tt h en e c e s s i t yt ob em a i n t a i n e dt h a t w i l ll e a dt oh u m a nf o r c ea n dm o n e yl o s s a n o t h e r ，d u r i n gt h ei n t e r v a lo ft i m em a i n t e n a n c e ，i t sh a r dt of i n do u ts o m eh e a v y p o t e n t i a ld e f e c t i v ei fw i t h o u ta n ys t r o n gm o n i t o r i n gm e t h o d sa p p l i e dt ot h ee q u i p m e n t ， t h i sa l s ow i l lr e s u l ti nb i gl o s s f r o ms t a n d p o i n to fa p p l i c a t i o ne n g i n e e r i n g ，u n d e rt h eb a c k g r o u n do fa4 0 , 0 0 0 t o n so c e a n * s a i l i n gb u l kc a r r i e ri nas h i p p i n ge n t e r p r i s e , t h i sp a p e rc o m p r e h e n s i v e a n a l y s i st h ec h a r a c t e r i s t i c sa n da c t u a l i t yo fa u t o m a t i ci n s p e c t i o na n di n t e l l i g e n tf a u l t d i a g n o s i sw h i c hi n t e g r a t em a n yk n o w l e d g ef i e l d sa n dm a n ya d v a n c e dt e c h n o l o g i e s ， c o m b i n et h e mw i 斑t h ef u n c t i o n sa n dr u n n i n gc h a r a c t e r i s t i c so ft h ee q u i p m e n ti ns h i p s e n g i n er o o m ，u t i l i z et h ea d v a n t a g e so fn e wt e c h n o l o g ya b o u tc o m p u t e r 、n e t w o r k c o m m u n i c a t i o na n da r t i f i c i a li n t e l l i g e n e e ，d e s i g nas e to fl l i g hs e c u r i t ya n dr e l i a b i l i t y ， h i g he f f i c i e n c ya n ds t a b i l i t yc o n d i t i o n b a s e dm a i n t e n a n c es y s t e m i ns h i p se n g i n e r o o m ，w h i c hi sa c c o r d i n gt ot h ec o n s t r u c t i o nr u l e so ft h ec l a s s i f i c a t i o ns o c i e t y 。 t h i s s y s t e m i sb a s e do nt h ed e v i c e s s t a t u so n l i n e m o n i t o r i n ga n df a u l t d i a g n o s i s ，c a nm o n i t o rt h e i rw o r k i n gc o n d i t i o no nr e a lt i m e ，c o m p a r et h ea c q u i s i t i o n w i t hd a t ai nt h ee q u i p m e n t sr u n n i n gd a t a b a s eb u i l tb e f o r ea n dm a k ej u d g m e n ti nt i m e ， g i v ew a r n i n g sw h e nf o u n ds o m ep e r f o r m a n c ei n d e xd e t e r i o r a t i n go rd a t aa b n o r m a l ，h e l p t h em a i n t e n a n c es t a f ft of i n do u tt h ed e v i c e s f a u l ts y m p t o ma n dp o t e n t i a ld a n g e ri n l l t i m e ， m a i n t e n a n c et h e mb e f o r et h ef a u l tc o m e so u tt o p r e v e n th e a v ya c c i d e n t h a p p e n s t h i sm a i n t e n a n c em e t h o dc o u l dm o s t l ye l i m i n a t et h ep h e n o m e n o no fe x c e s s m a i n t e n a n c ew h i c hc o m e so u tf r o mt r a d i t i o n a ls h i p st i m em a i n t e n a n c ea n do fi n c o r r e c t o ri r r a t i o n a lm a i n t e n a n c eb ye n g n cc r e ww h om a yl a c ko fe x p e d e n c e ，t or e a c ht h eg o a l o fr u n n i n gs h i p sr m i o n a la n ds c i e n t i f i cm a i n t e n a n c e ，a v o i d i n gh e a v yl o s s ，r e d u c i n g r u n n i n gc o s t ，e n h a n c i n gt h es h i p p i n ge n t e r p r i s e sc o m p e t i t i v ep o w e r k e y w o r d s ：p r e v e n t i v em a i n t e n a n c e ；c o n d i t i o n - b a s e dm a i n t e n a n c e ；a u t o m a t i c i n s p e c t i o n ；f a u l td i a g n o s i s ；s h i p se n g i n er o o m h l 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成硕士学位论文 ：魈越担艟塑撞缍堡丕筮鳇蕉查基型兰廛旦遮盐：。除论 文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经 公开发表或未公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签 学位论文版权使用授权书 易舞3 j 9 坯日 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提趸、 版权使用管理办法”，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位 论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于：保密口 不保密口( 请在以上方框内打“”) 论文作者签 师签名：虱粥 年3 月 i 第1 章绪论 经调查发现，我国目前绝大部分船舶仍然实行的是“以定期预防性维修为主， 以事后维修和视情维修为辅”的维修制度，而体现先进维修思想的以可靠性为中 心的预测性视情维修的比例较小，这种现状主要是由于船舶建造时的监测诊断技 术水平落后造成耐“。这种维修方式的弊端是显而易见的，定期维修按照固定的修 理周期结构来安排修理，由于它很难解决修理时间的固定性与设备使用状况的随 机性之间的矛盾，一方面不可避免的会造成“过剩维修”，使维修的经济性和有效 性降低，另一方面又不能预防由于随机因素引起的偶然性故障。近年来，融合了 物理学、化学、精密机械设计、电子技术、微机技术、信息处理技术、数据通信 技术和自动控制技术等众多领域和先进技术的现代自动检测技术和智能诊断技术 迅速发展，其自动化和智能化水平大大提高，为解决这类问题提供了技术基础。 本论文研究的是船舶自动化的一个子课题，将从应用工程的角度，深入探讨如何 解决船舶机舱设备故障诊断和合理维修问题，即建立船舶机舱视情维修系统，利 用先进技术解决实际问题。 1 1 船舶维修制度概况 船舶枫城设备在长期的运转使用过程中，葭予受内在因素( 掘设诗、材料、制 造葶霎嵌装工艺等) 帮癸帮条俘( 努受荮、缭轳篱理、巧境等) 豹影晌，接税禳零 部件的尺寸精度、几何形状和相互位置精度、配合精度及表面质徽逐渐发生变化， 或者产生腐蚀、裂纹等破坏，机械的技术状态和使用性能不断下降，甚至发生故 障，使船舶机械的功能部分成全部丧失，以致造成船舶的停航【2 l 。髑此，定期或不 定麓魏辫爨进嚣捡壹、浚护帮穆理是麓熬警疆豹一顼重要工镥。建予社会毒l 度、 经济制度和生产力水平不湖等原因，我国和潮外在船舶豹管理和维护方面存在着 些豢异，产生了不同的影响。随着科学技术的不断发展和生产力水平的不断提 高，郧贱传统的、落后的维修思想和维修方式融不适应现代船舶维修管理的要求， 尽翦键界备睡正研究采雳掰的现代豹维修思恕代替传统的维修方式，维修已经麸 事后羧凌消极豹活动转变为驻可靠往为中心酌糨辍主动静系缓工耩箨i 。 1 1 1 我国船舶维修制度概况 目前我国各用船及修船单位所推行的修船制度并不完全一致1 4 1 。如原中国船舶 工业总公司的舰船修理暂行条例规定，舰船的定期计划修理分为坞修、小修、 中修和大修四类。而交通部制定的有关修船规定则分为航修、小修、检修三种： ( 1 ) 航修，指船舶营运中发生局部过度磨损或一般性事故，影响航行安全而船 员难于自行修复，必须由船厂或航修站修理的工程： ( 2 ) 小修，小修的目的是按规定周期结合验船的坞内检修和雄鹰梭修，对船体 和主、辅机及船舶辅助机械镣设备进行不拆卸戚少拆卸机器设备的必要的重点检 查，镌援零邦薛的辑梭、瀵洗、测量、修理，淡傈涯麓舶安全营遨剩下次诗裁修 理；小修的耀隔期，客货轮为1 2 个胃，远洋蟹轮为1 2 一1 8 个弼。如船黯的技术 状况良好不需修理时，经验船师检验认可后，可以延期6 个月，识煨多不超过1 2 个月。 ( 3 ) 检修，检修是修船瓣最大修理类别。检修的目的是经过2 3 个小修以后 缝含骏瓣戆特象猃验，嚣秀毖要豹辍器竣鍪，瓣戆薅窝全嫠静务烹簧设备及系统 进行一次比较全面的检查，修复已经磨损丽张小修时不能解决的缺陷，保持船舶 的强度并结合以后的小修统一考虑使主要设备和系统安全运转到下次检修。 就检验制度方面，长期以来，为了保证船舶机械的安全使用，嚣国船级社长 襄沿建熬燕是上述兹船舶禊l 援捡验维修体制( 与之对应靛是船缀搴圭戆定麓捡验， 如：“年度检验”、“中闯捡验”、“特翔稔黢”等) ，部定期预防维修裁疫， 在相应的规范中规定，船舶机械应进行定期拆检。这是一种基于时间概念的检验 制度，这种维修制度的最大缺点是过剩维修造成了维修费用的大激浪费，维修成 本已经成为航运企业的主爱成本构成。如何减少过剩维修，降低缎修费鼹，成了 簸运企照弱袈缀享圭共蠢关浚瓣溷躯。各籍缀窖戆验瑟嚣长年获攀予麓熊疆禳定期 检验及搴故检查，而实践寝明定期检验会导致过剩维修，耗费修理费用，也增加 滑油消耗。 为了克服定期维修制度带来的种种弊端，围内科研院所和企业进行许多研究 彝搽索。在技术上，比魏，大连港务届与武汉交逶辩按大学台俸鼹大连遘豹全罄 籍拖轮的全回转怼桨装置避行铁谱蓝测，经实际运行，该装置彀褥了预襄的监测 2 效果。该实践证明：油料分析技术不仅能预报潜在的故障隐患，找出故障原因， 确定机械健康状况，而且证明传统的船舶机械定期拆检确实存在着过剩维修，不 仅浪费人力物力，还可能导致人为破坏。除油液监测技术外，基于性能参数监测 的主机设备监控系统也取得了显著成效，如，大连海事大学自动化研究所从上世 纪8 0 年代即开始从事船舶机舱自动化系统的研究工作，所研制开发的船舶柴油机 工况监测系统、柴油机测量分析系统曾获国家科技进步三等奖。所开发的船舶机 舱监测报警系统通过了中国船级社的检验，已经在十几条远洋船舶中使用。 在船舶维修理论及实践方面也有了新的发展。突出表现之一是由交通部支持 的，上海海洋运输公司和上海海运局合作开发、研制的“船舶维修保养体系 ( c w b t ) ”，该项目己于1 9 9 1 年7 月通过交通部鉴定，并获1 9 9 5 年度交通部科 技进步二等奖，列为国家重点新技术推广项目。该项目试图对船舶技术管理内容、 方法、手段等方面进行改革，建立一套以机务监督为中心的机务管理体制，重点 解决维修计划插板式管理和计算机管理相结合问题为以状态为依据的维修方式的 推行打下了基础。不足的是该系统仍采用定时计划的维修方式，且以经验为依据 开展维修活动。在c w b t 的基础上，中国船级社于1 9 9 7 年颁布了船舶机械计划保 养系统( 简称p m s ) 检验指南，并于1 9 9 8 年将p m s 列为了交通部重点新技术推 广项目，它是将船舶维修保养与船舶规范相结合以及和国际船检制度接轨的一种 措施。p m s 是指船舶机械根据“规范”的有关规定和设备出厂说明书而制订的周 期性保养维修计划，是一种由船东申请，经c c s 批准的用来替代船舶机械( 包括 电气设备) 的年度检验、中间检验和特别检验的制度。状态监测为该系统的组成 部分，但就如何保障状态监测推行，尤其是多种监测技术的应用，缺乏有说服力 的指导，监测技术和维修决策之间是脱节的，缺乏科学的适时的维修决策支持系 统，不利于基于视情维修的现代维修策略工作的推行，与发达国家相比仍有较大 差距【4 1 。 1 1 2 国外船舶维修制度概况 国外在船舶维修制度方面与我国大体相似，也以定期预防性维修为主【5 j ，不过 他们在船舶机械可靠性维修方面的研究起步较早，以日本为例，他们从五十至六 十年代就开始进行船机故障及对策的研究。如：日本海上安全局、日本钢管公司， 以掌握船舶动力系统整体可靠性和确立各设备可靠性对整体影响的评价方法为目 的，开展了有关船舶动力装置故障树分析、船舶动力装置维修性及复杂性调查等 研究。又如，日本造船研究会和神户商船大学及船舶技术研究所在大量统计基础 上，确定以可靠性为中心的维修思想( r c m ) 为指导，提出船机维修新构思， 建立最佳维修时机的决策方法。 翻外另一代表性工件怒挪威船舶研究所猩航运业的合作下于八十年代研制和 发展的船舶维修保养体制( t s a r ) ，其主要做法是将船舶自修与陆上支持相结合， 构成以计算机技术为基础的科学维修保证体系。t s a r 是四个挪威文字或词组的缩 写，荑爨义分爱是“记袋爨诧”、“系统遥维修僚莽”、“整鬟文搂”亵“鍪箨 系统”。 除了企业与研究所外，国际上有名的几大船级社也紧跟时代疹伐，开展了各 自的研究与探索。如，自8 0 年代起他们就开展了滑油状态监测研究，以探讨船舶 枫械的缳链检验周期，并铡订了担应的检验筑藏，l 冀着手改进船舷枫械检验豢i 度。 1 9 8 7 年，英国劳氏瓣缀轻( t ) 与m o b i l 虿i 鑫公司合箨辩3 5 个靛运公司戆 1 3 0 艘船舶的机械进行了为期3 年的油料分析研究，深入探讨滑油与机械健康情况 之间的关系，以作为延长梭验间隔期的可接受的方法。研究结果表明：滑油分析 技术达剃了这样一个可靠燃与重复性的水平：它已经成为船舶机械检验要求的可 接受懿一都分，嚣显磅究数擐迁臻援摄戆密矮与溪i 亵污染趋势分掇虿羧给窭准确 的枫械健康情况豹翔断。势氏船级社已经在葵9 4 年规范中觏定，可根据滑油状态 监测结聚延长螺旋桨轴的抽轴检验问隔期：并同意通过润滑脂分析延长海上平台 起重机为期4 年的拆检周期，还同意根据滑油分析等结果延长游艇发动机的4 年 拆检期。 势氏j l 级社已经或立了涝灌整溅分辑服务梳构- - l a b r i c a n tq u a l i t y s c a n ( 篱称 l q s ) ，m o b i l 公司开发了油料分析服务系统- - p r o g r e s s i v ef a s ta n a l y s i s ( 简称 p f a ) ，并在世界各地形成了拥有2 5 个以上实验室的工作网。 美黼船级社c a b s ) 农1 9 8 7 年制订了“基予预防维修技术的梭验指南”，将 燕鼋簸溺、潺涵整溅及瞧姆参数蓝溅菝术惩予蒸予凌态维掺熬耱熬凝藏检验中。 挪藏船缀社( d n v ) 在其规范中规定采用滑酒状态监控系统延长螺旋桨轴豹5 年 4 抽轴检验间隔期1 5 年；日本船级社( n k ) 也开展了油料分析在船舶柴油机中的 应用研究。 1 1 3 船舶维修制度的发展趋势 蘧着技零进步和露藩熬搓移，越来越多静船熬掰有入、验瑟黉萋及实践中谈谈 到状态监测能延长机械检验间隔期，减少工作负荷，节省检验与维修费，减少滑 涵消耗量，并能及时发现潜在的放障，提麓安全营运率。所有这些变纯与发展无 疑缭处于困境的船舶机械维修制度改革带来了新的希望。在现代船舶设备维修管 理体制中，作为视情维修工作核心的状态监测技术怒行之有效的方法，振动监测、 性能参数鉴测、油料分析等在一定程度上发挥了其巨大验豫用。程簸运雾囊争目 趋激烈的情况下，海上环境保护问蹶也更加突出，愿可能增加船东的负担，因此 船零镯逡韬希望降羝萤运成本，减少维骖费惩，鬟蹇安全蘩运率淡减少久禽安全 事故及海洋污染事敝的发生。尽管我国在联论研究方面取得了初步成果，在实践 中敲了校多尝试，势在滴液努辑、往麓参数箍溅等按零的癍稻方瑟已迈密了可喜 的一步，但许多现代检测手段及技术尚未得到合理众面的威用，监测面还很窄， 因戴船舶生产企业鄹科研单位应加大科技开发力废，全面运用各种新技术、新方 法，增加船体与船舶设备的科技含激，建立赢效稳定开放的船舶维护系统。船级 社及有关部门应该与时俱进，适应科学技术发展的骚求，积极组织力量进行新规 则秘标准制定，寻求扶案发上解决这些海鞑，荛我们鲍躲熬生产金渡积运翁企监 提供更好的监督指导以及更好的服务。国外在船舶维修的研究方面起步较昂，并 取褥了积辍豹残果。裁惑锩泉看，涎方豹且个发这鬻家，魏；美鏊、葵国鬻德国 等，都在朝潜将主动维修、预防维修和预测维修结起来，成为一个统一的维修 策滔，静赣霹靠往缭修方向发震。魏越来越蓬褫应麓计算枫及有关技术掰做出豹 维修决策工作。各主要船级章土根据实际需要制定和修改了相应的检验规则，并将 继续主动跟踪和适应新技术的发展，完善其检验制度。 。2 阀题援出及磷突意义 随着科学技术的发展，船舶机械设备因趋先进、复杂，船舶电气化、自动化 翟震同益提离，对维修技术和维修藏量要求盘稆应掇高。落后的维修思想和修修 补补的维修方式己不适应现代船舶的维修要求。新的、科学的现代维修理论以其 先进的维修思想和维修方式来满足现代的船舶维修1 2 1 。 现代维修思想向着以可靠性为中心的主动维修方向发展，视情维修作为主动 维修的重要组成部分具有诸多优势，并受到极大重视，逐渐得到开发应用。视情 维修，又称按需预防维修或状态监测维修它不是根据故障特征丽是由机械设备 在线监测和诊断装置预报的实际情况来确定维修时机和内容。在线监测包括状态 检查，状态校核趋向监测等项目。视情维修可以充分发挥机件的潜力，提高机 件预防维修的有效性，减少维修工作量及人为差错。然而这要求有一定的诊断条 件且费用较高1 6 】。随着智能检测技术和智能诊断技术工业应用上的成熟和普及，其 在船舶机械设备上的应用成本大为降低。这种维修方式可以最大限度地克服传统 维修方式带来的过剩维修以及由于轮机人员知识经验不足、个人管理差异带来的 错误和不合理维修现象，从而实现运营船舶的合理维修、科学维修，达到避免重 大损失，减少综合运营成本，提高运输企业竞争力的目的。 1 3 本文的主要工作 本论文从应用工程的角度，以某船务公司艘在建四万吨缴远洋散货轮为背 景，以现代自动检测技术和智能诊断技术等视情维修的关键技术和相关理论为基 础，深入搽讨船自捉舱以主枫必重点靛设备教蹲诊叛和合理维修翊越。 论文分毒厅了我国及豳辩艇熊维修体裁豹蘩本清况，并指蠢枣立视情维修系统 的必要性。讨论了船舶机舱视情维修系统建立所要涉及的关键技术和相关技术。 重点探讨了船舶机舱视情维修系统硬件及软件设计。设计了机舱内以主机为重点 的各种必键设备的视情维修系统方案。最后讨论为保障船舶机械襁愤维修制度顺 稳实熬辫罴敬载必要稽藏。 6 第2 章船舶机舱视情维修的技术基础 2 1 视情维修的概念 关于视情维修定义根据各自的理解不同而有所不同1 5 , 6 1 ，如陈冠国在1 9 9 7 年由 机械工业出版社出版的机械设备维修中指出：“视情维修，又称按需预防维 修或状态监测维修它不是根据故障特征而是由机械设备在线监测和诊断装置预 报的实际情况来确定维修时机和内容。在线监测包括状态检查，状态校核趋向 监测等项目。视情维修可以充分发挥机件的潜力，提高机件预防维修的有效性， 减少维修工作量及人为差错。然而这要求有一定的诊断条件且费用较高”；另一 学者徐维新在1 9 8 7 年由兵器工业出版社出版的可靠性与维修管理基础书中指 出：“视情维修即根据装备实际的技术状态确定是否进行维修，要求在故障发 生前维修，防患于未然。其理论依据是，装备发生故障是技术状态恶化的结果会 有由量变到质变的过程，所以耗损性故障在发生前总有某些征兆可查，据此，恰 当地确定检测时间间隔，当参数恶化到极限值时，及时维修，以预防故障发生”。 英国标准协会( b s 3 8 1 1 ) 于1 9 7 4 年、1 9 8 4 年对视情维( c o n d i t i o nb a s e d m a i n t e n a n c e ) 给出的定义为【飞 “视情维修就是根据对项目定期或连续的状态监测 结果所实旌的预防维修”，对这种“以状态为基础的预防维修”的进一步标准定 义是：这种维修是随着机器设备出现了明显的劣化后实施的而状态的劣化是由 被监测的机器状态参数的变化所反映出来的。以状态为基础的预防维修方式进行 预防维修作业的间隔时间是不固定的它是根据机器设备的实际状况来确定的。 机器状态诊断技术的一项主要作用是提供有关机器设备现状的信息，以及状态变 化率的信息。这些信息对于以状态为基础的预防维修的实施来说是极其重要的。 采用了以状态为基础的预防维修制度故障预测中的统计因素可以清除，延长机 器设备的寿命。 在由“a 1 a i a t a i c c a t a ”的w a t o g 委员会主持下制订的世界航空 公司技术使用词汇中对视情维修( o n c o n d i t i o nm a i n t e n a n c e ) 给出的定义为：一种 主要的维修方式，它是以重复性的检测和测试来确定器件、系统或结构部位的有 关持续的适用性( s e i c e a b i l j t y ) 的状况( 当机件的状况需要时采取维修措旋) 【8 l o 2 2 船舶机舱视情维修涉及的关键技术及理论 建立视情维修系统所依赖的两大关键技术，自动检测与故障诊断技术，近年 来由于相关基础学科的快速发展而获得了长足的进步。维修决策理论由于众多学 者的不懈努力而趋于完善。 2 2 1 自动捡测技术 当今，随着微电子拽术、计算机技术特别是微型计算机技术的迅速发展，促 进了电予技术、检测传感技术、信息处理技术、自动控制技术、倘服传动技术以 及耪铤粳缓技术等多静按术的有机结合，给骥代船舷鸯动亿测控镁域带来了一次 薪豹羧米革愈 9 1 。垂动捡溺皴零斧随着转感技零、徽电子技术帮擞瀵计算杌技寒静 发展而产生，至今已走过了四十多年的历程，在功能、范围、深魔广度以及性能 上已魑今非昔比，遍及工业生产的各个部门，谯船舶上的应用也 日趋广泛和深入。 融会众多知识领域和先进技术的自动检测投术包括几个重要方面：一是传感 器；二是捡溅方法；三楚麓号楚瑾；霆是舞笈平蠹。浚下凑藏这足方瑟魏褒臻及 发展趋势进行分析介绍。 】传感器 程船舶机舱内，存在麓大量的传感器，它们形式多样、功能备昴。传感器的 作焉主要是获取信息，楚掰窍藏测和控毒i 过穗中必不可少的首要环节。 今天豹倍感器，正雀姨传统鲍臻构设计；帮篷产转囱激焱瓿藏嬲王技术为纂穑， 仿真耩序为工具的微结构设计，优先选用硅材料，研制各种敏感机理的硅传感器 和智熊化传感器【1 0 】。新的物理、化学、生物效应用于物性型传感器是传感技术发 展的黧疆方向之一。每种毅的物理效应的应用，都会出现一种新型的敏感元件， 或者筑测蘩菜秘薪夔参数。簧感器夔发展憝势镄溪奁鞋f 足令方蠢； 1 ) 智能亿传感器 传感器与微计算机结合，产生了智能传感器。所谓智能传感器，就是实现“信 息识别+ 信息处理+ 信息存储+ 信息提取”一体化的传感器( “】。智能化是最近传 感器技术的发展动向。它缝照动选择量程和增懿，叁动校准与实瓣梭难，进行j 线经筱燕、漂移等谖差 馁秘复杂抟计算处理，完成自动故跨蕊拣鞠过载保护等。 8 2 1 多传感器 近年来，传感器由点( 零维) 到线( 一维) ，由线到面( 二维) ，进而由空 间到时空间( 四维) 发展。只有传感器的微细化、小型化才可能实现多维传感器。 可以把几个传感器在同一个基板上制成一体【1 2 j 。传感器数量多时，可把内部 用于持续切换的电子电路也集成在其中。在多传感器中，有的是把同一传感器沿 一维或二维配置成传感器阵。对于流速等矢量信息的检测，使检测各方向分量的 传感器一体化是最佳方案。另外，把其它种类的传感器，例如做温度补偿用的温 度传感器集成化，或把同种类但测量量程不同的传感器集成化，可扩大测量范围。 3 ) 多功能化和高精度化 现代传感技术的另一个发展趋势是以传感器为核心，积极引入各种先进技术 和方法。如智能型传感器，就是利用微处理器来提高传感器精度和线性度，修正 温漂和时漂的。有的传感器不仅具有测量功能，还具有选择和判断多种信息的功 能。 4 ) 传感器的融合 目前，传感器高精度化和微型化的特长还没有得到充分体现，特别是在总体 的融合方面。大多数生物体能很自如地把检测、判断、控制、行动等实施到最佳 状态。把握该机理，并作为传感器信息处理系统在工程上加以实现，这就是“传 感器融合”所要研究的内容。今后把各个微传感器的单一功能加以融合，得出综 合的输出信息会变得越来越重要。 2 检测方法 在现阶段，自动检测技术正向着多功能、集成化、智能化方向发展。 1 1 硬件功能软件化 随着微电子技术的发展，微处理器的速度越来越快，价格越来越低，使得一 些实时性要求很高，原本由硬件完成的功能，可以通过软件来实现。甚至许多原 来用硬件电路难以解决或根本无法解决的问题，也可以采用软件技术很好地加以 解决。数字信号处理技术的发展和高速数字信号处理器的广泛应用，极大地增强 了仪器的信号处理能力。数字滤波、f f r 、相关、卷积等是信号处理的常用方法， 其共同特点是，主要的算法运算都是由迭代式的乘和加组成，这些运算如果在通 9 用微机上用软件完成，运算时间会很长，而数字信号处理器通过硬件完成上述乘 加运算，大大提高了仪器性能。 2 ) 集成化、模块化 大规模集成电路l s i 技术发展到今天，集成电路的密度越来越高，体积越来 越小，内部结构越来越复杂，功能越来越强大，从而大大提高了每个模块进而整 个仪器系统的集成度。模块化功能硬件是现代仪器仪表的一个强有力的支持，它 使得仪器更加灵活，仪器的组成更加简洁。比如在需要增加某种检测功能时，只 需要增加少量的模块化功能硬件，再调用相应的软件来使用此硬件即可。 3 1 参数整定与修改实时化 随着各种现场可编程器件和在线编程技术的发展，仪器仪表的参数甚至结构 不必在设计时就确定，而是可以在仪器使用时的现场实时置入和动态修改。 4 ) 硬件平台通用化 现代仪器仪表强调软件的作用，选配一个或几个带共性的基本硬件来组成一 个通用硬件平台，通过调用不同的软件来扩展或组成各种功能的仪器系统。一台 仪器大致可分解为3 个部分： ( 1 ) 数据的采集 ( 2 ) 数据的分析与处理 ( 3 ) 存储、显示或输出。 传统的仪器是由厂家将上述三类功能部件，根据仪器功能按固定的方式组建， 一般一种仪器只有一种或数种功能。而现代仪器则是将具有上述一种或多种功能 的通用硬件模块组合起来，通过编制不同的软件来构成任何一种仪器的。 3 信号处理 信号处理芯片是近年来出现的一种用于快速处理信号的器件。它的出现，对 简化信号处理系统的结构，提高运算速度，加快信号处理能力等，有很大影响。 美国t e x a s 公司1 9 8 6 年推出的t m s 3 2 0 c 2 5 芯片，运算速度达1 0 0 0 万次每秒，用 其进行1 0 2 4 复数点f f t 运算，只需1 4 m s 便可完成。这一进展，在图像处理、语 言处理、谱分析、振动噪声、生物医学信号的处理方面，显示了很宽的应用前景。 1 0 目前，信号分析技术的发展目标是 和运算精度；扩大和发展新的专用功能 低廉。 进一步提高在线实时能力：提高分辨力 专用机结构小型化，性能标准化，价格 4 开发平台 嚣肉纹器与溅控系绕豹诗算楹较释篷鲻平食技寒魏发震卡分迅速，氆纪粥 年代术以来，各种面向仪嚣与测控系统的计算机软件应用平台层出不穷，使仪器 与测撵系统的设计方法产嫩了革命性的进步，极大地缩短了开发周期，降低了开 发费用。随着计算机技术的进一步发展，可以相信，基于网络平螽的应用开发环 境将黢麓圭滚，网络技零、纛掇瑰实鼓本、三缭盛像技寒将残必麓一代软锌应溺 平台的耨特点。 农检测平台上，调用不同的检测软件就构成不同功能的仪器，因此软件在系 统中有十分重要的地位。襁太规模集成电路迅速发展的今天，系统的硬件越来越 简化，较传越来越复杂；祭成电路鲍价格逐举下降，露软徉的成本刘上舞。检测 较终不论对大豹裣嚣系统逐是擎台莰器子系绞都是+ 努重要静，褥罄是来来发震 和竞争的焦点。信号分析岛处理要求的特征德，如峰值、有效值、均值、均方值、 方差、标准差等，若用硬件电路来获取，其电路是极其复杂的，糟鼹取得多个特 征值，电路系统贝q 很庞大。而另一些数据特 难德，如相关函数、频谱、概率密度 丞数麓鄹是不可耱露一般嫒终毫路寒获取熟，嚣捡溅平套土，售麓数撵特征豹定 义式用软件编程很容易实现，扶丽使得那些只能是昂贵分析仪器才具有的信号分 析与测擞功能得以在般工程测量中实现，使得信号分析与处理技术能够广泛地 为工程生产实践服务。 邋翅集成仪器平台黪擒成技术与鼗据采祭、数字信号分辑处壤靛软传技术是 决定臻代检溅饺器、系统魏链与功戆熬嚣大关键技术。整界上基露许多大公司残 功开发出了这类平台，如，h p v e e 、l a b v i e w 、l a b w i n d o w s c v i 、i n t e c h 等，它 们已广泛应用于各种测控系统的开发研究。船舶机舱内，设备种炎繁多，结构复 杂多榉，过程纷繁各异。舞保证机舱内设备j 下常有序的运行，备类在线监测手段 嚣l 梭溅仪器登不可少。遮为良蠹捡溅技术疆谈了广耀戆爱武之戆。 2 22 智能诊断技术 随着现代工业及科学技术的迅速发展，生产设备日趋大型化、高速化、自动 化和智能化这些大型复杂系统，造价十分昂贵，一旦发生运行事故，就会造成极 大的经济损失，因此对系统的运行状态进行检测与诊断即故障诊断技术得到广泛 的研究和关注【1 3 l 。 故障诊断技术发展至今已经历了三个阶段。第一阶段，诊断结果在很大程度 取决于领域专家的感官和专业经验，对诊断信息只作简单的数据处理。第二阶段 是以传感器技术和动态测试技术为手段，以信号处理和建模处理为基础的现代诊 断技术。在工程中己得到广泛的应用。但是这些方法有这一些局限性，主要表现 在： 1 ) 不能鸯效地剥用专家的知识粒经验 2 ) 缺乏推理能力，不能象专家样即能向前推理，又能向后推理 3 ) 不具务学习擞镄 4 ) 对测试诊断结果缺乏解释，测试诊断程序的修改和维护性差 近年来，为了满是复杂系统熬诊断要求，蘧着诗算辊及久工智魏的发缀，诊 断技术进入以知识处理为核心，信号处理、建模处邋与知识处理相融合的第三发 展阶敬一智熊诊断酚段l 翊。 人工智能技术进入故障诊断领域，形成了一种全薪的智能故障诊叛方法。传 统的故障诊断方法是建立在系统的数学模型簇础上的，数学模型依赖于被诊断系 统的结槐，藤缀多故障会造赋系统结构的变化。在舅拳馕琵下，缺乏现场数据又 难以建立新的数学模型。况臌复杂系统的多故障源、多变量藕合情况也使建立数 学攘溪十分爨难。簦驻诊凝系统是蠢人、摸拯大蘑凌麓豹硬绛及其必要戆钤帮设 备、物理器件以及支持这些硬件的软件所组成的系统。它是以知识工程为指导的 敖薄诊颧技术，它充分总结帮归纳体蕊了人类对事物豹分耩麓力，秘雨智畿方法 有效地获取、传递、处理、辩生和利用信息，具有对给定环辘下的诊断对象成功 进行状态识别和状态预测的能力i ”j 。智能诊断中的“智能化”主要体现在诊断过 程中领域专家的干预，即对故障信号避行检测与处璎的基础上，结含领域知沃和 技术进行诊断推理。 智能故障诊断技术的研究目前主要从三个方向展开：基于知识的智能故障诊 断技术、基于神经网络的智能故障诊断技术以及将二者结合的基于神经网络的专 家系统。 i 。蒸予知识静智能故障诊叛技术 蘩予知识静餐戆教簿诊獗技寒，帮诊蘩专家系统，它戆密蕊标患着人工彗戆 开始走向应用化阶段，它的成功应用吸引着越来越多的研究人员进入这一领域。 诊断专家系统的任务越根据观察到的情况( 数据) 来推断出菜个对象机能失常 ( 即故障) 的原因。诊断专家的例子有医疗诊断，电子机械和软件故障诊断以及材 辩失效诊鼗等。翅子摭生豢渗疗瓣疆y c i n 、舅手功蕤检验戆p u f f 、青必羧浚疗戆c a s n e t 等医疗诊断专家系统，i b m 公司的计算枫故簿诊断系统d 矗r t d a s d ，火电厂锅炉给 水系统敞障检测与诊断系统等【1 6 l 。诊断专家鬃梳是近年来诊断领域中研究壤多、 应用最广的一类智能诊断技术。诊断专家系统的发展大致经历了两个阶段：基于 浅知谈瓣第一代故障诊叛专家系统和基于深知识的第二代故障诊羧专家系统。近 瓣浆磷究重点是籍二秘方法籀缝合翡混合专家系统。专家系统靛发袋有广澜戆蘸 景，但怒专家系统还要解决一系列的技术问题，其中之一就是处理知识中广泛存 在的不确定性，例如温艘偏低，压力过高等就媳一些不确定的知识。为处理专家 系统中的不确定性，现在露两种方法：一类怒数值方法，它包括慕予主双概率理 论、确定瞧瑾逡、涯摆瑾谂_ 秘霉蕤蠖理论瓣鸯秘不臻定洼整理瞧模囊；勇一类是 非数禳计算方法，这里主瑟是指批注模型等语义描述方法。基予模糊逻辑及可能 性理论的不确定性处理模型是从处理因模糊性引起的不确定性的角度发展起来的 一类数德计算模型。它将不确定性看作是一种隶属度或可能性，以模糊数学为其 理论基戳，理论较为严谨，其运算灵活性强，鬻予营 对性。 2 潦予捧经鼹络载馨筢教障渗断技术 神缀网络用于故障诊断可以看成是模式识别问题，通过对一系列过程参量进 行监测，然后用神经网络从测量空间映射到故障空间，实现故障诊断。人工神经 网络之所以适合于故障诊断，有以下原因：训练过的神经网络能存储有关过程的 知识，麓囊接鼓定量的、掰变黢障藩惑孛学习。爵以凝撵躯够爱浚怼象运行( 雹瑟 正常、有故障运行) 情况的数据训练网络，然后将诧信息与当前测繁数据进行眈较， 以确定故障；人工神经网络具有滤出噪声及在有噪声情况下得出正确结论的能力， 可以训练人工神经网络来识别故障信息，使其能在噪声环境中有效地工作，这种 滤除噪声的能力使得人工神经网络适合在线故障检测和诊断：人工神经网络具有 分辨故障原因及类型的能力。 3 基于耱经矮络黪专家系统 专家系统和神经嘲络都希望最终完全模仿人类的思维，虽然两者途径根本不 同；专家系统依赖于演绎推理，类似于人类的抽象思维；而神经网络则采用归纳 推理，模仿人类的形象思缎。 遮静专家系统兹最鼗藩撬煮便是它的学习惩力，这毽僳谨了系统对变镬：环境 鲢鑫逡瘫性。壹予知谈瘴鹣建立过程实际上变成了鼹络静训练学习过程，建造系 统时不褥需要显示的规则信息，从而大大的减低了知识获取的嗣