（轮机工程专业论文）船用柴油机性能数据库开发与故障仿真计算.pdf

武汉理 大学硕十学位论文 摘要 随着航运事业的飞速发展，二冲程智能化柴油机将成为未来远洋船舶主要 原动力。柴油机制造企业的信息化有利于提高我国船舶柴油机的制造水平。本 文深入分析了船舶柴油机生产过程的信息化需求，开发了船用柴油机试航离线 软件；围绕智能化柴油机建模与仿真，研究了多种故障与热力参数间的关系， 为智能化柴油机的监测诊断提供了技术支持。论文的主要研究工作如下： ( 1 ) 从用户、功能、数据、流程等方面分析了柴油机性能数据库管理系统 的需求，并根据开发背景和需求确定了系统的开发平台和开发模式。 ( 2 ) 从系统结构、数据库、用户界面、功能实现等4 个方面详细介绍了试 航离线软件的开发过程。确定了试航离线软件的4 层主从数据表、a d o + m i d a s 3 层数据存取结构、多窗体显示界面的总体设计方案，并在此基础上详细介绍了 绘图、排放计算及试航报告输出、数据异常报警、离线导入及导出等几大功能 的设计思路、代码实现及实现细节。 ( 3 ) 采用基于w i n d o w ss o c k e t 的网络开发技术，利用自定义的数据传输协 议，实现了x 3 软件平台与离线软件高速稳定的数据通信与交换，从而提高了数 据处理的实时性，保证了信息传输的数据完整性。 ( 4 ) 以8 s 6 0 m e c 型智能化柴油机为研究对象，利用b o o s t 软件建立了零 维数值模型，根据试验数据，验证模型的正确性。在此的基础上进行了8 种故 障仿真计算，提取了反映柴油机性能的1 4 个热力参数，仿真结果表明不同故障 对热力参数的影响不同，这为建立故障数据库提供了重要依据。 关键词：船用智能化柴油机，性能数据库，试航离线软件，故障仿真 a b s n a c t w i t ht h er a p i dd e v e 】o p m e n to f s h i p 伽n 吕t h et w r o s t r o k em 枷n ei n t e l 】i 鲫td i e s e l 目n e sw 1 儿b e c o m em a i nm o t i v ep o w e ro fo c e a n g o i n gv e s s e l si nt h ef h t u r e t h e i n f o h n a t i z a t i o no ft h ed i e s e le n 百n em a l l u f a c t l l r i n gi n d u s t 哆c 觚i m p r o v ep r o d u c t i o n 1 e v e lo ft h ed o m e s t i cd i e s e l 锄舀n e n l et r i a lt e s to 册i n es o 疗w a r ei sd e v e l o p e db a s e d o na 1 1 a l y z i n gt h ei n f o 衄a t i z a t i o nn e e d si nt h e p r o d u c t i v ep r o c e s so fd i e s e le n g i n e si n t h ep a p a n dt h er e s e a r c ho nt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nv a e t y o f 妇u l t sa n dt h e n l 】a 1 p a r a m e t e r si ss t u d i e db a s e do nt h em o d e i i n g 锄ds i m u l a t i o nf o ri n t e i l i g e n tm 撕n e d i e s e l e n 西n e s ， 砌c hc 觚 p r o v i d et h et e c h n i c a ls u p p o r tf o r m o n i t o r i n ga i l d d i a 卸o s i n gi n t e l l i g e n td i e s e le n 百n e s t l l em a i nr e s e a r c hw o r k sa r es u m m 撕z e da s f o l l o w s ： ( 1 ) t h en e e d so fd i e s de n 百n ep e l f o m a n c ed a t a b a s em a j l a g 锄肌ts y s t 锄舶m u s e r s ，丘m c t i o n ，d a t f l o wa n do t h e ra s p e c t sa r ea n a l ) ，z i e d ，锄dm ed e v e l o p m e n t p l a t f - o 丌n a i l dm o d eo fs y s t e mb a s e do nd e v e l o p m e i l tb a c k 印u n d 柚dn e e d sa r e d e t e n n i n a t e d ( 2 ) t h ed e v e l 叩m e n tp r o c e s so ft h et r i a lt e s to m i n es o f h a r ei si n t r o d u c e di n d e t a i lf 如mt h ef o u ra s p e c t s ，w h i c ha r em es y s t e i l ls t l l j c t u r e ，t h ed a t a b a s e ，t h eu s e r i n t e f f a c ea n dt h e 如n c t i o n a l i m p l 锄e 1 1 t a t i o n t h eo v e r a l ld e s i g np r o g r a m so f t h e 饿a l t e s to m i n es o f t w a r eh a sb e e nd e s i 印e dw i t h4 1 a y e r sm a s t 路d e t a i l t a b l e s ，3 1 a v e r s d a t aa c c e s ss t m c t u r eb a s e do na d 0 啼m i d a sa 1 1 du s e r s si n t e r ：f a c ew i t hm u l t i f b 肋s a n db a s e do nw h i c h ，t h ed e s i 缈i d e a s ，c o d er e a l i z a t i o na i l di m p l e i i l e n t a t i o nd e t a i l so f m e 如n c t i o n so fp e r f o 咖a 1 1 c ec u i v e d r a w i n 岛e i n i s s i o n sc a l c u l a t i n g ，伍a 1r 印o n o u t p u t t l n d a t ae x c e p t i o na 1 锄i n 岛 。觚n ei m p o n i n g 锄de x p o n t i n ge c t a r e i n l l o d u c e di nd e t a i l ( 3 )b a s e do nw i n d o w ss o c k e tp r o 伊a f l ：u 1 1 i n g t e c h n o l o g ya n dc u s t o md a t a 船l s 衙p r o t o c o l ，t h es t e a d y 锄dh 诎- s p e e dd a t at r a n s m i s s i o nb 咖，镏1j u s t 印x 3 s o f h a r ep l a t f o 肌a n dt 1 1 eo 蝴i n es o f w a r ci s s u c c e s s 如1 1 yi m p l 啪e n t e d ，w h i c hc 觚 i m p r 0 v et 1 1 er e a l - t i m eo fd a t a p r o c e s s i n ga 1 1 de n s u r et 1 1 ed a t ai n t e 矛t yo ft h e i 1 1 f o 咖a t i o nt 1 丑n s m i s s i o n ( 4 ) a sas t l l d yo b j e c to f t h e8 s 6 0 m e ct y p e m 撕n ei n t e l l i g e i l td i e s e le n 百n e ，t h e z e r o d i m e l l s i o nn u m 嘶cm o d do ft h em a n ei n t e l l i g e n td i e s e l e 1 1 百n ei sb u i hb y u s i n gt h ea v lb o o s ts o r w a r e ，w h i c hi sv 鲥f i e db yt h et e s td a t a b a s e do nm e v 喇f i e dm o d e l ，8f a u l t ss i m u l a t e da r ec o n d u c t e da n d14t h 锄a lp a r a m e t e r so ft h e m 撕n ei n t e l l i g e n td i e s e le l l 西n ep e r l b m a i l c ea r ee x t r a i c t e d ，a n dt h es i m u i a t i o nr e s u n s h o w st h a tm ed i 日e r e n tf - a u l t sh a v et 1 1 ed i 娟：r e n ti n f l u e n c e so nm e t h e 咖a lp a r 锄e t e r s ， w h i c h p r o v i d e su s e 向lr e f e r e l l c ef o rm ee s t a b l i s h m e i l to ft h ef a u l td a t a b a s e k e yw o r d s ：m 撕n ei n t e l l i g e i l td i e s e le n 百n e ，p e r f o m a i l c ed a t a b a s e ，t r i a lt e s to m i n e s o r w a r e ，f a u l ts i m u l a t i o n l i l 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 签名： 石1 夭红 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生c 捌：照翮c 捌：榴晰巡 武汉理t 人学硕士学位论文 1 1 研究背景及意义 第1 章绪论 近二十年来，随着国际航运、航海事业的飞速发展，作为远洋船舶主要动 力装置的大功率低速二冲程柴油机，其设计、生产、工艺、材料等方面的技术 也飞速提高，使得提高生产效率和管理效率成为国内柴油机制造行业最为关心 的内容之一。柴油机制造的信息化建设可以整合柴油机企业资源，对提高我国 柴油机制造水平具有重要的意义。 随着i m o 排放规则的实施、能源短缺等问题的出现，节能和环保已经成为船 舶工业和航运业所考虑的重要问题。同时，船舶柴油机是船舶机械中故障最多 的系统，在大风浪等恶劣海况下，船舶运动剧烈，容易造成柴油机及推进轴系 超速、超负荷等严重情况【l 】，根据不同的工况选择合理的控制策略是提高船舶动 力装置可靠性的重要方法之一。以上所有需求都使得船用柴油机f 1 益向智能化 方向发展，以求适用于不同的排放标准，满足环保要求，并提高柴油机的可靠 性【2 1 。智能化柴油机的燃油喷射、排气阀启闭、起动换向、气缸润滑及平衡均由 计算机通过液电伺服系统实现柔性控制，具有良好的可靠性和灵活性【3 】。在未 来的船舶推进中，电控型智能化柴油机可能完全取代传统的船用柴油机。国内 最大的船用低速机制造商沪东重机股份有限公司已经开始了r t n e x 型柴油机 的技术准备和生产【4 1 。监测智能化柴油机的运行状态，及时发现和排除故障，对 保证智能化柴油机的安全运行具有重要的意义。因此，船舶柴油机建模与故障 仿真的研究仍然是一个重要的课题。 本课题通过为沪东重机股份有限公司开发船用柴油机性能数据库管理系 统，分析了船舶柴油机从设计、制造、试验到使用过程中所产生的信息及其组 织方式，为柴油机的生产厂家提供数据查询、处理与分析等功能，实现了各部 门之间数据的流转及任务协作，提高了工作效率。同时通过对柴油机建模仿真 技术，研究了m a nb & w8 s 6 0 m e c 型智能化柴油机各种故障与热力参数间的关 系，为船舶智能化柴油机的故障诊断提供了依据。这对于提高船舶柴油机的制 造水平、经济效益和管理水平具有十分重要的意义。同时，也为“数字化造机 打下了良好的基础。 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 船舶柴油机数字化管理的现状 由于在企业经营管理及产品生产过程中的信息量日益增多，使得企业信息 化建设成为当今世界经济和社会发展的大趋势。国内外企业的发展经验证明， 信息技术不仅大大提高了企业的创新能力及在信息收集、处理和发布方面的能 力，还缩短了老产品的生产周期和新产品的开发周期。企业信息化的内涵有很 多，其中c h e f lh u a i 一1 i 等人认为企业信息化是指企业应用先进的信息技术( 包括 计算机技术、通讯技术、自动化技术) 和现代管理方法来优化产品的生命周期， 包括市场需求分析、产品定义、研发、设计、制造、服务和环境保护等，信息 化的目标是使制造业企业更灵活、更强大、适应性更强，并最终获得市场竞争 力【5 1 。 目前，企业信息化的范围已经逐步扩展到传统的制造行业，由于国内企业 的信息化基础较差，其信息化的发展尚处于起步阶段，主要表现在： ( 1 ) 信息化总体应用水平低。没有适合本企业的信息化管理平台。 ( 2 ) 信息集成度低。缺乏对整个企业任务流程的控制，信息不共享。 ( 3 ) 管理水平低。缺少严密的生产日程计划系统，且生产信息主要靠开调 度会和现场会解决【6 】。 船舶柴油机企业是典型的制造业企业，其特点是数据信息量大且涵盖范围 广，非常适用于信息技术来管理。国外的柴油机制造商在企业信息化方面取得 了显著的成效，其中以m a nb w 和w a r t s i l a s u l z e r 船舶柴油机设计公司为代表。 m a nb & w 公司从1 9 7 7 年开始应用c a d ，到1 9 7 8 年应用“b w d s ( b & wd e s i 辨 s y s t 锄) 的部件清单 软件，到1 9 8 2 年应用“c a d a m ( c 0 m p u t e ra i d e dd e s i 鲷a n d m a n u f a c t u d n g ) 软件，不断探索着企业信息技术的内容、实用性与优劣，并取 得了很好的效果。然而随着市场竞争的需求的变更，为了改进其计算机系统的 适应性，从1 9 9 7 年又开始探索以3 d u g 系统取代2 d p d m 系统，进一步拓展c a d 和p d m ( p r o m 哦d a t am a n a g e m e n t ) 方面的工作。w 打t s i l a - s u l z e r 公司也是如此， 近几年用最新的i d e a s 系统来进行c a d 和p d m 领域开发工作。这两个公司不仅 在产品开发设计、管理等方面全面采用了计算机技术，还在他们开发的最新型 号的柴油机上也应用了信息技术，通过计算机软件来驱动相应的电子元件，可 以精确优化的对柴油机进行控制，突破性地改进了柴油机的技术性能，降低了 制造成本和维修费用。 国内柴油机制造企业按其部门组成来说，通常分为设计、制造、试车和试 2 武汉理t 人学硕士学位论文 航、质保等多个部门，每个部门涉及的数据量多且类型不一，如制造部门需要 对柴油机的数百种零部件的型号、厂家、性能表现等等信息进行统计，而试车 和试航部门则需将柴油机在试车和试航试验中的各种性能参数记录下来并通过 一定的数据分析判断柴油机是否达到出厂的标准。每一台柴油机从设计到售出 都要经过这些部门的相互协作，故其信息的集成和应用尤为重要。国内柴油机 制造业的这些特点非常适合应用计算机技术，但由于信息技术在国内的发展的 滞后，且许多老工程师的计算机操作水平有限，从而限制了信息技术的推广和 实现，使得许多企业只停留在c a d c a m 发展阶段。 但近些年来，随着船舶工业的持续快速发展，生产船舶最主要的配套设备 一船舶柴油机的制造企业也在快速发展，计算机技术的应用越来越普及。国内 船舶柴油机制造企业要想实现跨越式发展，必须同时提高本企业各个环节的能 力，即各方面的管理必须适应硬件能力的提高，实现造机模式的转换，而造机 模式转换的核心管理技术即是信息技术。 如何通过i t 技术来形成企业的核心竞争力，如何加速企业的信息化建设己成 为柴油机制造企业面临的首要问题。这使得“数字化造机”成为目前国内柴油 机制造企业信息化建设的理想与目标。“数字化造机具体而言，就是“设计 数字化、制造网络化、管理信息化，设计制造管理一体化。 目前国内着手于“数字化造机”的企业是上海沪东重机股份有限公司。该 企业信息化负责人认为，企业信息化的关键是管住账、卡、物等最基本的业务 数据，然后用基础数据实现报表分析、查询、决策等功能，逐步向更深层次的 应用迈进，再通过平台实现数据层面的技术集成，这样就达成了“数字化造机” 的目标【7 1 。该公司采用j u s t e px 3 软件为企业管理平台，该软件是一种以面向对象 为基础的，以业务需求为导向的新型企业管理软件。利用x 3 软件平台可以开发 类似于“p d m e r p ( e n t e 印r i s er e s o u r c ep 1 a n n i n g ) 集成的软件系统，即利用 自编的接口函数，可以在软件中导入p d m 数据库信息，使得设计图纸与设计信 息共同构成完整的设计信息并形成企业信息流中的一条信息记录，同时利用软 件自带的流程工具，通过局域网的硬件配置及流程工具的内部机制，使得各种 修改信息准确、及时的在相关部门之间传递，并对生产计划、生产过程、加工 销售采购订单和生产成本等等企业日常信息和物流信息进行管理，构成一个完 整的柴油机信息链，完成柴油机制造企业的信息化。 3 武汉理工大学硕士学位论文 1 3 柴油机常用故障监测与诊断的方法 船舶柴油机故障监测与诊断的方法较多，最常用的是热力参数分析法、油 液分析法和振动分析法【8 】。基于这些方法，目前国外已经研发出许多以柴油机为 对象的智能故障诊断系统，如m a nb & w 公司开发的c o c o s e d s 在线故障诊 断系统和p m i 缸内压力测试系统，w a i t s i l a s u l z e r 公司开发的m a p e x 柴油机专 家监测与诊断系统【9 - j 。 热力参数分析法是利用船舶柴油机工作时热力参数的变化来判断其工作状 态的，这些参数包括气缸压力示功图、各缸的排气温度、转速、滑油温度、冷 却水进出口温度等等【i 。其中，示功图包含的信息量最多，根据示功图可以计 算指示功、压力升高率和压缩压力，可以判断燃烧质量的好坏及各缸功率是否 平衡，但由于示功图难于确定的上止点、压力传感器的寿命及可靠性是利用示 功图诊断其性能的主要问题i l2 1 。 柴油机热力参数蕴含着大量的故障信息，具有较大的诊断应用价值。近年 来，国内外许多研究机构都开展了热力参数监测诊断技术的研究，如挪威k y m a 公司研制的“m 撕n ep e f f o n l l a n c em o i l i t o 血g 已先后在十余艘船舶主机上得到 应用，取得了良好的监测与诊断效果【1 2 】；上海海事大学胡以怀教授以6 2 6 0 z c 四 冲程增压柴油机为对象，模拟了1 5 种典型的性能故障，研究了热工参数对故障 的敏感性和故障对热工参数的影响【”】；集美大学黄加亮、蔡振雄等对大型低速 船舶柴油机进行工作过程故障模拟仿真计算，揭示了增压与燃烧系统发生故障 时的热力参数变化规律，并应用神经网络技术进行柴油机运行状态诊断【1 4 1 ；武 汉理工大学王洪锋硕士以s u l z e r7 r t - f l e x6 0 c 低速智能化柴油机为研究对象， 利用a v lb o o s t 软件建立仿真计算模型，进行了柴油机燃油供给系统和进排气系 统部分故障的仿真研究，对故障原因进行了分析并对柴油机故障模式下的性能给 予了预测【1 5 】；d t h o u n t a l a s 教授以s u i z e r6 i 也u b 5 6 大型低速柴油机为研究对象， 经仿真计算和试验相结合，运用热力参数法监测柴油机及其各子系统的性甜幡1 8 】。 1 4 国内外柴油机建模的研究现状 船舶柴油机尺寸巨大，输出功率和燃油消耗率高，因此借助计算机进行柴 油机建模技术对船用柴油机的设计、开发制造具有很大的实际意义【1 9 1 。 柴油机建模的模型有很多种，早期的模型包括f l o w e rj o 等人得到的传递 4 武汉理1 ：大学硕士学位论文 函数模型【2 0 1 及k 锄e ie 等人实现的线性模型【2 1 1 。这些模型主要应用于柴油机线 性控制，已不满足现代柴油机控制和仿真的要求。随着技术的进步，各种非线 性、更精确的模型逐步占据了柴油机模型研究的各个领域。在柴油机建模过程 中，最重要的是缸内工作过程的计算，它包括缸内涡流、传热、燃烧和火焰传 播、热力学以及热化学性质的评价和建模( 2 2 1 。考虑缸内燃烧参数变化规律的不 同，缸内燃烧过程模型可以分为零维模型、准维模型和多维模型。 零维模型假设气缸中工质气体的成分、压力和温度均匀，它不涉及任何流 动细节，以热力学公式为基础，主要用于分析内燃机的能量转换；多维模型是 指应用流体力学研究柴油机气缸内复杂的两相流动过程，直接涉及到燃烧内流 动过程的各个细节，主要应用于柴油机设计与分析【2 习；准维模型介于零维模型 和多维模型之间，以现象学模型描述燃烧与能量转换过程的空间关系，其中以 气相喷注燃烧模型为基础的c 啪m i n s 模型、以油滴蒸发燃烧模型为基础的广安 角田模型为代裂2 4 1 。虽然准维和多维模型能较精确描述燃油喷射过程中的物理 化学反应，但仍然受到某些限制，并且计算量大【2 5 1 ，故在一般的柴油机建模仿 真过程中主要用的还是零维模型。 容积法模型属于零维模型，进行热力学计算时，把柴油机划分为几个相对 独立的容积控制单元，将复杂的气体流动简化为容积的充满和排空过程。容积 法模型计算速度相对较快，可广泛应用于柴油机工作过程仿真，进行柴油机性 能预测、故障诊断等方面的研究。 在容积法模型的基础上，k p d u d e k 等人提出了用于内燃机气缸压力控制 的模型【2 6 1 ，g r e g o 秽m s h a v e r 等人提出了带有可变气阀正时装置的h c c i 内燃 机模型【2 7 1 ，p a 仃i c k r c h e l l 提出了用于喷油正时预测的热力学模型【2 8 1 。另外，刘 永长在内燃机热力过程模拟中阐述了容积法模型的相关问题【2 9 1 。上述模型 主要应用于柴油机工作过程稳态仿真方面，而未考虑动态变化过程，因此不少 学者目前致力于将容积法模型用于柴油机动态特性的研究上。 2 0 0 1 年，z s f i l i p i 等人提出基于容积法的单缸柴油机瞬态非线性模型，并 进行了动态仿真【3 0 】，p a o l of a l c o n e 等人在2 0 0 3 年从燃烧模型出发，给出用于控 制柴油机扭矩产生的模型【3 1 1 ，清华大学的朱辉等人提出用于控制分析的柴油机 动态模型【3 2 】。 由于容积法模型需要如扫气口面积、排气阀面积及v i t 机构等的详细信息， 故增加了建模的难度，使得其在动态仿真方面没有发挥出更大的作用。目前， 容积法模型一般用于柴油机稳态仿真。 武汉理工大学硕士学位论文 1 5 本文的主要研究内容及思路 本文通过对船用柴油机性能数据库管理系统的需求分析，基于面向对象技 术，详细介绍了试航离线软件的开发过程。同时根据系统开发背景，利用d e l p h i 及w i n d o w ss o c k e t 技术开发了用于x 3 软件平台与离线软件之间通信的数据传输 服务程序。在数据库的基础上，利用a v lb o o s t 软件对船用智能化柴油机 8 s 6 0 m e c 的性能进行仿真计算，建立故障数据库。 本文主要的研究内容和思路为： 1 ) 分析柴油机性能数据库管理系统的需求，并确定系统的开发平台和开发 模式。 2 ) 利用d e l p h i 软件开发平台开发了试航离线软件，完成了软件的系统结构、 数据库、用户界面、功能模块等方面的详细设计。 3 ) 利用w i n d o w ss o c k e t 技术，开发用于x 3 软件平台与离线软件之间数据 通信的实时数据传输服务程序。 4 ) 以8 s 6 0 m e c 型柴油机为研究对象，建立柴油机工作过程热力学模型。 在正确的模型基础上，进行柴油机各系统的故障仿真研究。 6 武汉理t 大学硕士学位论文 第2 章柴油机性能数据库管理系统的需求分析 船用柴油机性能数据库管理系统是将船舶柴油机的基本信息、设计参数、 安装与调试参数以及台架试验结果、试航试验结果等以数据库的方式存储起来， 为柴油机的生产厂家提供数据查询、数据处理与数据分析等功能的系统。由于 本系统为柴油机的制造商提供全方位的信息，并且也为船东提供进行台架试验 的技术支持，故产生的数据量大，其设计质量的好坏将直接影响整个系统的功 能和效率。在数据库管理系统的设计过程中，需求分析是重要的起点。 2 1船用柴油机性能数据库管理系统构架 根据柴油机制造厂各部门的业务需求，将系统划分为5 个子系统，如图2 1 所示。 船用柴油机性能数据库 管理系统 錾础 ；息 理 f 系 统 试 车 管 理 子 系 统 乏术 艮务 e 持 f 系 统 试车 故障 诊断 及指 导子 系统 标 准 管 理 子 系 统 图2 1船用柴油机性能数据库管理系统划分 基础信息管理子系统负责管理船用柴油机相关证书、文件资料等基本信息。 试车管理子系统负责船用柴油机的台架试车，并采集试车过程中产生的关 键数据和各种相关技术指标。试车数据可用于指导试航试验。 技术服务支持子系统负责台架试车和试航时的调速器限制曲线测量。 试车故障诊断及指导子系统将从试车、试航及一些故障仿真模型中获得的数 据输入到故障诊断知识库中，为试车磨合阶段出现的问题进行初步诊断和指导。 标准管理子系统主要管理柴油机生产过程中产生的一系列企业标准，如排 放标准可为试车、试航的排放计算提供依据。 武汉理工人学硕十学位论文 2 1 1 用户对象 船用柴油机性能数据库管理系统主要有五类用户，每类用户都是公司管理 人员和工程技术人员，表2 1 列出了用户部门的职能和相应的需求。 表2 1 用户分类及相关工作特征表 用户分类相关：f ：作特征 负责数据库的建立与维护，增加或删除用户，并授予各个j j 户合 系统管理员 法、合适、合理的使用权限 负责整理船舶柴油机的基本信息，以及船舶柴油机相关证二 ；、文 基础信息室 件资料的存档 负责对船舶柴油机进行试车试验，并在试验时采集所需的各种相 试车小组 关技术指标，并生成试车报告 技术服务室负责码头试车和试航时调速器限制曲线的测量，并生成试航报告 标准管理室 负责企业标准的起草、发布与存档 经过分析，除了系统管理员，其它用户对象与系统进行信息交换的工作方 式基本相同。而系统管理员不参与系统的使用，故可将其它用户对象作为一个 用户对象。 2 1 2 功能业务用例 用例是指用户利用系统提供的某些功能使用系统的某种方式，本系统包含 了多个用例，每一个用例由用户触发的一个完整的事件流或有关的事物处理的 特定序列组成，它描述了用户与系统的交互过程。 1 、基础信息管理子系统 基础信息管理子系统主要是对柴油机机组信息进行管理和维护的。基础信 息的录入是进行柴油机台架试验和试航试验的先决条件，一台柴油机在系统中 对应一条记录，而一台母型机和其子型机在系统中就构成了一份机组信息。 当用户进入基础信息管理子系统时，系统功能树上会出现4 个功能模块： 基础信息录入、录入查询中心、机组信息维护、回收站。 ( 1 ) 进入基础信息录入模块时，界面显示有“新建、编辑、删除、查询 等一些按钮。“新建”操作包含新增记录和参数修改两个选项。“新增记录 就 是增加一条新的录入单，在这条录入单中可以新建多条柴油机的基础信息记录； “参数修改”就是对原录入的经过审定的柴油机信息进行修改，修改后的记录 经过部门领导审核后，会自动升级该份机组信息的版本号。不管录入单的类型 8 武汉理1 ：人学硕七学位论文 是“新增记录”还是“参数修改”，都需要随着流程进行校对、审核、审定，在 任一环节不符合要求的录入单将打回到录入环节。 ( 2 ) 进入查询中心模块时，可以查询所有录入单的信息，包括录入单中各 柴油机的基础信息、各审查环节的意见及当前的流程状态等等。 ( 3 ) 进入机组信息维护模块时，界面显示有“打开、打印、查询 等按钮。 点击“打印 时，则将界面上所有机组的机组信息一览表输出。点击“打开”， 则打开当前记录的机组信息一览表界面，用户可以打印该表，并导入或导出排放 文件、机组技术资料，也能录入该机组的i s o 参数值，用以绘制标准性能曲线。 ( 4 ) 进入回收站模块时，可以看见在基础信息录入功能模块中所删除的录 入单记录，这些录入单在查询中心是不可见的。此时用户可以查看每个录入单 的详细信息，并可选择将该录入单恢复至基础信息录入模块中，还是彻底删除。 2 、试车管理子系统 某台柴油机的基础信息录入完成并经过审核流程之后，便会在试车管理子 系统中出现一条试车记录，此时试车小组可以对这台柴油机进行试车试验。船 舶柴油机试车分为磨合试验和提交试验，磨合试验是柴油机出厂后进行初期磨 合、性能分析和排放检测的试验，往往同一个负荷工况下会做多次试验；提交 试验是在磨合试验后，船东授权专门的船级社等检验机构到试车现场对柴油机 进行验收试验，通常一个工况下只做一次试验就能满足要求。试车试验完成后 需将试验数据整合成试车报告提交给船东。 试车管理子系统根据用户现场要求，分为在线试车管理子系统和离线试车 管理子系统。在线试车管理子系统用于试车小组在试车之前的文件准备、试车 之后的数据处理及试车报告的输出，其需求及功能设计详见文献 3 3 】；离线试车 管理子系统用于试车小组在台架试验现场记录试验数据及一些简单的数据分 析，其需求及功能设计详见文献 3 4 】。 3 、技术服务支持子系统 完成试车试验后，在技术服务支持子系统中会出现一条试航记录，此时技 术服务室的工作人员( 试航小组) 可以在柴油机装上船后，随船进行试航试验。 在这一阶段，试航小组主要工作是进行小项目试验测量、负荷试验测量和限制 曲线的测量，将试验数据记录存储在本地数据库中，并对所测柴油机进行性能 分析和排放计算，确认合格后输出试航报告交付给船东。试航人员待联网后需 将整个试航试验记录上传( 或是离线导入) 到系统服务器数据库中。 根据试航现场的要求，技术服务支持子系统也分为在线技术服务支持子系 9 武汉理工大学硕士学位论文 统( 简称试航在线软件) 和离线技术服务支持子系统( 简称试航离线软件) 。试 航在线软件用于技术服务室在试航之前的文件资料准备、试航之后的数据性能 分析、数据的审阅及船东满意度统计；试航离线软件用于试航小组在随船试航 过程中记录试验数据、进行数据分析及试航报告的输出。 当用户进入试航在线软件时，系统功能树上会出现9 个功能模块：试航资 料准备录入、试航报警值限制、试航数据下载、试航试验上传、离线试航试验 上传、试航上传待审阅、试航性能分析、满意度统计、试航查询中心等。 ( 1 ) 进入试航资料准备录入模块时，主界面上显示待试航的柴油机的概要 信息，如工程编号、机型、船名、船号、船东等，当双击本条记录时或是点击界 面上方的“编辑 按钮，会弹出一个试航资料准备录入界面，该界面上有两个按 钮：录入s u e y c o d e 排放e x 谢文件、查看s u r v e y c o d e 排放e x c e l 文件。点击“录 入s u r v e ) ，c o d e 会将用户指定的e x c e l 排放文件以大型对象b 1 0 b 格式保存到数据 库中；点击“查看s u n ，e y c o d e ，系统会将该台机的排放文件下载到本地并将文 件打开，若该台机还未存储排放文件，则系统会提示缺少s u e y c o d e 文件。 ( 2 ) 进入试航报警值限制模块时，主界面会出现一个表格，表格有4 列： 参数显示名称、上限值、下限值和是否必填。表格的任一行为某机型的一个试 验参数数据限值行，用户可以设定这些参数的上下限值及是否必填属性。其中， 默认的上下限阂值为1 0 0 0 0 0 ，是否必填用c h 砌出o x 显示，用户可以通过打钩 来表示必填。在试航过程中，试验数据量大，试航离线软件需要对录入的试验 数据进行一个完整性和正确性的逻辑检查，试航离线软件的检查依据就来源于 本功能模块中报警限值的设定。 ( 3 ) 进入试航数据下载模块时，主界面显示着待下载数据的柴油机的概要 信息，并且界面上方有“打开、下载、离线导出 等等按钮。 点击“打开”按钮，用户可以在弹出的详细界面查看试车数据是否全面。 点击“下载”按钮，所有选中的记录( 以是否勾中“是否下载 来判断) 将会进入下载过程，在下载过程中会出现以下提示： a ) 当未勾中任一条记录时，提示“未选择记录，请选择! ；b ) 当未在试航 在线软件中配置试航计算机的i p 地址时，提示“没有为您配置人员i d 与试航计 算机i p 之间的映射，只能离线下载，请与电算室联系! ”；c ) 当配置好i p 后， 系统在下载前会提示“本功能为在线下载，请确认试航计算机已连入网络! 否 则，请采用离线导出方式，若用户选择“是”，系统会继续下载过程，否则， 退出；d ) 当下载过程中超时( 遇到网络堵塞) ，系统会提示“无法连接到试航计 l o 武汉理工大学硕士学位论文 算机，请采用离线导出方式! ”；e ) 下载成功后提示“下载成功。 在下载过程中会出现一个滚动条的模态界面，该界面会显示“正在下载中， 请稍后! ，此时用户无法操作下载界面中的其它记录。 点击“离线导出”按钮，系统会将用户所选记录的试车详细数据和试航试 验报警限制数据导出并生成一个r a r 后缀的数据包，此时用户可以在试航离线软 件中导入该数据包，从而完成数据的“下载”。 ( 4 ) 进入试航试验上传模块时，系统首先会检索试航计算机是否在局域网 中。在在线上传过程会出现以下提示： a ) 当未配置试航计算机i p 地址时，提示“没有为您配置人员i d 与试航计 算机i p 之间的映射，只能离线上传，请与电算室联系! ；b ) 当上传过程超时， 系统会提示“无法连接到试航计算机，请采用离线导入方式! 。 在试航计算机接入企业局域网，且试航离线软件与试航在线软件建立连接 通道后，系统首先从试航离线软件中取得可上传机器的试航服务概要数据，并 显示在试航在线软件的试航上传界面上。界面分成上下两部分，上方为可上传 的试航柴油机概要信息，当选中某条概要记录时，下方将显示该台柴油机历次 试航服务中的负荷试验概要信息。用户在上传前可以选择哪些柴油机的数据及 相应的哪些负荷试验数据一并上传。 在试航上传界面的最上方有“打开、上传、离线导入”等按钮。点击“打 开 按钮，系统会从试航计算机上取得当前记录的柴油机的试航服务详细数据， 并将之导入到试航在线软件中，用户可以通过弹出的界面查看这些数据。 点击“上传 按钮，系统会确认主记录和对应的负荷记录是否都己选择， 否则会提示用户进行选择，在上传过程中，界面会出现一个显示“正在上传中， 请稍后! 的模态界面。上传成功后，会提示上传成功。 点击“离线导入 按钮，其动作与离线试航试验上传功能模块中的相同。 ( 5 ) 进入离线试航试验上传模块时，界面上只有一个“离线导入 的按钮， 点击该按钮，则将用户指定的数据包中的数据导入到试航在线软件的服务器数 据库中，并提示导入成功。在导入过程中，若导入的包非试航离线软件生成的 数据包或是其它格式的文件，则系统会提示“导入失败! ( 可能导入的包错误或 包导错了功能) ”或是“不支持该格式! 请导入压缩格式( r a r ) 的文件 。 ( 6 ) 进入试航上传待审阅模块时，主界面上显示着经过试航试验、上传数 据后的柴油机的概要信息。双击记录，则会弹出一个界面，该界面显示着该台 柴油机的试车试验、试航多次服务的试验数据，试航组长可以审阅这些数据是 武汉理t 大学硕士学位论文 否合格，若合格，则继续下面的流程，若不合格，则重新进行试航试验。 ( 7 ) 进入试航性能分析模块时，概要界面显示着柴油机的基本信息，双击 记录，弹出该柴油机的试航服务界面，该界面上显示着试航服务的概要信息， 如“服务报告编号、项目预算编号、交船日期、服务地点 等等。点击该界面 上的绘图按钮，会弹出一个绘图界面，该界面可以同时绘制本机、母型机、第3 台机器( 同机型的) 的性能曲线并将这些曲线绘于一张图上。用户可以选择绘 图的数据来源，如本机选择2 5 、5 0 的负荷数据、母型机选择5 0 、7 5 的负 荷数据、第3 台机选择2 5 、5 0 、7 5 、1 0 0 的负荷数据。点击绘图界面上 的打印按钮，可将该性能曲线图输出。通过直观的图形分析，可以快速检测出 本次试航试验数据是否合格。 ( 8 ) 进入满意度统计模块时，界面分成3 部分，第1 部分为满意度统计时 间域的设置，用户通过选择某时间段( 统计开始日期和统计结束日期) 来查看 该时间段内的试航服务满意度统计值。第2 部分为该时间段内的各等级的客户 评价、评价次数及占总评价的百分比。客户的评价等级事先分为：很满意、满 意、一般、总计。第3 部分显示某一等级客户评价的试航机器记录，其与第2 部分一一对应，如：当用户在第2 部分选择很满意的等级，则第3 部分将该时 间段内所得评价为很满意的试航服务的机器信息显示出来。 ( 9 ) 进入试航查询中心模块时，概要界面上显示所有试航机器的信息。在 该界面的上方有“打开、绘图等按钮。点击“绘图按钮，可以绘制该机器 的性能曲线图。点击“打开”按钮或是双击记录即可进入每条记录的详细界面， 在该界面中用户可以看到该台柴油机的试车和试航服务的所有数据。 当用户使用试航离线软件时，其主界面左侧显示进行试航的柴油机的概要 信息( 包括机型、工程编号、台份号、母型机工程编号和母型机台份号) ；右侧 显示为一个功能入口树，这个树上有离线导入、离线导出、文件准备资料、试 航服务和空白表单输出5 个功能入口。进入任一个功能入口，都只显示跟当前 光标所在记录的柴油机相关的信息界面。 通过这5 个功能入口，用户可以使用试航离线软件大体上的1 2 个功能，包 括：查看文件准备资料、试验数据录入、性能分析、排放计算、限制曲线、试 车报告输出、试航报告输出、试航空白表单输出、必填值和异常数据的报警、 离线导入、离线导出、p m i 数据导入等。 ( 1 ) 进入离线导入功能时，试航离线软件首先会检测当前待试航的柴油机 数量是否大于n 台( 为了防止数据的泄露，n 为与柴油机制造厂约定的数) ，此 1 2 武汉理t ：人学硕十学位论文 时根据情况会出现如下提示： a ) 若试航柴油机数量大于n 台时，会提示“试航离线软件中柴油机数量大 于等于n 台，不能导入数据 ；b ) 若导入的数据包中的柴油机数量大于n 台时， 会提示“数据包中的柴油机数量大于n 台，不能导入数据”；c ) 若数据包中的柴 油机数和试航离线软件现有的柴油机数加起来大于n 台时，会提示“待测柴油 机数量大于n 台，不能导入数据，应删除p 条记录”。p 等于数据包中的柴油机 数和试航离线软件中的柴油机数之和再减去n 。 当出现上述a 和c 种情况时，需先删除试航离线软件中的记录数( 通过主界 面右键菜单中的删除按钮实现) ，使得其满足导入的条件。当出现上述b 种情况 时，需重新去试航在线软件中生成新的满足条件的数据包。 当都满足导入条件时，点击该入口，会弹出一个打开对话框，选择要导入 的数据包的路径，则可将数据包中的柴油机的试航准备资料导入到试航离线软 件a c c e s s 数据库中。在导入过程中会出现如下3 种情况： a ) 若导入的数据包非试航在线软件生成的下载数据包，则系统会提示“导 入失败! ( 可能导入的包错误或包导错了功能) ”；b ) 若