主机技术开发计划资料

1、报警信息分类与详细分析:输入信息：主机控制器信号（报警对应的信号以及转速 /扭矩工况信号） 输出信息：过滤后的，更加准确的报警信号实施计划：控制器信号，包括报警相关信号和工况信号 (con troller sig nals,in clud ing alarm sig nals andoperati on con diti on sig nals/parameters误报，包括""阀值设定不准确或工况变化 (wrong alarms ,due to threshold impropersett ing and operati on regimecha nge)报警关联分析以及

2、主故障提_取(analysis on the relevance ofalarms and extract main faults)技术成熟性：IMS已具备时域阀值和PCA方法工况分区和域时域阀 值(Regimes an alysisand Time domai nthreshold)PCA主成分分析法(PCA method )验证方式和测试计划：之前有一次实验收集了控制器信号，但目前没有报警信 号，需要实验柴油机综合健康状态评估:? 输入信息：1）燃烧稳定性：控制器信号（工况信号，喷油信号，排气温度，缸内压力）， 曲轴（飞轮）扭振信号，转速信号2）运动部件：控制器信号（工况信号，曲轴轴承油温

3、，主轴承油温，十字 头轴承油温，刚体衬套温度，活塞环油温）3）其它重要部件：控制器中的工况信号，燃油泵控制信号，燃油泵振动信 号，气缸缸盖上的振动信号（进/排气门健康状态）4）燃油消耗经济性：燃油流量信号，控制器中的工况信号? 输出信息：柴油机综合健康状态值，并可以点击获得各分系统健康状态? 实施计划：燃烧稳定性 (combustion stability)控制器信号(signals from controller)信号处理(signalprocessing)时域分析，包括方差/峰峰值/均 方根值(time domain analysis,振动信号(vibration signals)曲轴/飞

4、轮扭振信号以 及转速信号(ring gear/encoder signal and tacho signal)?相位解调(phase demodulation)?时域同步平均仃imeSynchronous Averaging )?傅里叶序列分析(Fourier series analysis)运动部件健康状态 (health condition of moving parts/kinematic )控制器信号(sig nals from con troller)信号处理(signalprocess ing)健康状态评估(health assessme nt)时域分析，包括方差 /峰峰值/均方根

5、值(time doma in an alysis, in cludi ng deviati on,P2P RMS)?SOM?PCA?Logistic regressi onincluding deviation, P2P RMS)其它重要部件健康状态(health condition of other important parts )信号处理（signal健康状态评估processing)(health assessment)振动信号和控制器中的工况信号 (vibration signals and operation condition signal from controller)?SO

6、M?PCAlogistic regression?时域分析，包括方差/峰峰值/均方根值(time domain analysis, including deviation, P2P, RMS) ?包络+时域同步平均，再分析方差/峰峰值/均方根值 (envelope analysis plus time synchronous averaging , the do analysis on deviation, P2P, RMS燃油消耗经济性 (fuel consumption efficiency)»信号处理（signal燃油效率值processing)(fuel efficiency

7、 assessment)时域分析，包括方差 /峰峰值/均方根值(time doma in an alysis, in clud ing deviatio n,P2P RMS)?SOM?PCA?Logistic regressi on燃油流量信号以及工况信号(fuel flowmeter signal and operation condition signal from controller)柴油机综合健康状态(engine overall health condition )燃烧稳定性健康值 (combusti on stability health con diti on)运动部件健康值(

8、healthcon diti ons of movingparts)其它重要部件健康值(health con diti ons of other importa nt parts)柴油机综合健康状态(engine overall healthcon diti on )加权，权重值默认相 同(weighting sum, default same weights)燃油效率值(fuel con sumpti on efficie ncy)? 技术成熟性：1）IMS已具备以上所有信号处理和健康评估方法2）燃油效率值计算有相应的技术，但在本系统中的有效性需要验证。? 验证方式和测试计划：基于已有的实验

9、数据，可以对燃烧健康状态进行一些分 析（包括使用控制器和振动信号），其它分析还缺少数据，包括控制器输出的润 滑油温度，燃油流量信号，需要新实验柴油机重要参数趋势分析与预测:? 输入信息：控制器信号-包括排气温度，各轴承温度，冷却水温度。燃油流量信 号? 输出信息：趋势分析与预测? 实施计划：控制器信号（signals信号处理（signal健康状态评估趋势预测from controller )processing)?(health assessment)(trend prediction )时域分析，包括方差?SOM?ARMA/峰峰值/均方根值CA(time doma in an alysis,

10、logistic regressi onin clud ing deviati on.P2P RMS)? 技术成熟性：1）信号处理，健康评估以及趋势预测都有IMS都有比较成熟的技术，但对 于柴油机，趋势预测有效性需要验证2）燃油效率值计算有相应的技术，但在本系统中的有效性需要验证。? 验证方式和测试计划：之前实验缺少控制器输出的各润滑油温度，燃油流量信号，需要新实验安全相关事件预警和趋势分析:? 输入信息：控制器信号-包括排气温度，各轴承温度，冷却水温度，工况信息; 振动传感器信号? 输出信息：主要设备的健康雷达图，当前安全性风险值，随时间变化的安全性 曲线以及预测曲线? 实施计划：控制器信号

11、和振动信号 (signals from controller and vibration signals )?时域分析，包括方差/峰峰值/均?SOM?Curving fitting方根值(time domain analysis,?PCATLogistic regressionincluding deviation, P2P, RMS) ?包络分析(envelope analysis) ?调相位解调(phase demodulation) ?时域同步平均(Time Synchronous Averaging )?Logistic regression趋势预测和预警(trend predicti

12、on and early alarm )?ARMA?时域阀值? 技术成熟性：1）信号处理，健康评估以及趋势预测都有IMS都有比较成熟的技术2）趋势预测方面，针对短期与长期以及不同历史数据构成，IMS有系统的分析理论体系。但对于柴油机，有效性需要验证。3）安全风险也有比较成熟的技术? 验证方式和测试计划：1）目前已有的实验中还没有引入安全性事件，但是可以计算设备的健康雷 达图，并做一些风险值计算。2）希望能在新实验中引入一些安全性事件，最好有一两个从健康到失效的 部件的数据，这样可以提高算法的针对性，更好验证不同算法的适用性。柴油机经济性状态评估和分析:? 输入信息：燃油流量信号，控制器中的工况

13、信号? 输出信息：燃油效率值，当前瞬时油耗? 实施计划：燃油流量信号以及工况信号(fuel flow信号处理(signalprocessing)燃油效率值(fuel efficiency assessment)时域分析，包括方差 /峰峰值/均方根值(time domain analysis, including deviation,P2P RMS)?SOM?PCA?Logistic regressionmeter signal and operation condition signal from controller)控制器信号(sig nals from con troller)曲轴/飞轮

14、扭振信号以及转速信号(ring gear/e ncoder sig nal and tacho signal)?ARMA?时域阀值(Fourier series an alysis)demodulati on)?时域同步平均(Time Syn chro nous Averag ing )? 技术成熟性：1）IMS已具备以上所有信号处理和健康评估方法，2）燃油效率值计算有成熟技术? 验证方式和测试计划：之前的实验没有燃油流量的测量，新实验中需要加入柴油机燃烧故障的预/报警和趋势分析:? 输入信息：分两部分，一部分来自控制器，主要包括排气温度，喷油信号，转 速，功率；第二部分来自曲轴/飞轮扭振信号

15、，以及转速信号? 输出信息：燃烧故障健康值，报警信息，趋势预测曲线以及预警信息? 实施计划：振动信号 (vibrati on sig nals)? 技术成熟性：1）信号处理，健康评估以及趋势预测都有IMS都有比较成熟的技术，但对 于柴油机，趋势预测有效性需要验证2）故障诊断在之前试验台数据上得到验证，有成熟的技术3）故障早期预警通过结合之前的实验台数据分析，有较为系统的分析体系IMS有系统的4）趋势预测方面，针对短期与长期以及不同历史数据构成，分析理论体系。但对于柴油机，有效性需要验证。验证方式和测试计划：现有数据可以做大部分分析，不过趋势分析需要更多的 实验数据柴油机运动部件磨损故障的预/报

16、警和趋势分析? 输入信息：控制器信号，包括排气温度，各轴承温度，冷却水温度，工况信息? 输出信息：运动部件磨损的健康曲线，预警和报警信息? 实施计划：控制器信号(sig nals from con troller)?SOM?PCA?Logistic regressi on?SOM?ARMA?神经网络（ANN）?时域阀值技持向量机（SVM）? 技术成熟性：1）信号处理，故障诊断，健康评估都有IMS都有比较成熟的技术2）但对于柴油机，趋势预测有效性需要验证? 验证方式和测试计划：当前实验还缺少相关的控制器信号，特别是多个轴承的 润滑油温度，所以在新实验是，希望能采集更多的控制器信号。如果是老的柴

17、油机，可以测量润滑油出口的总温度，对运动部件整体做健康评估。健康预警事件参数关联分析:输入信息：不同失效模式的预警事件对应的相关参数。例如针对失火故障的预 警事件，输入信息为缸体振动均方根、高频峰值、小波层级能量分布等，以及 一些重要控制器信号特征，如缸内压力，排气温度等。用户可以根据需要选择 查看任意两个或多个变量。输出信息：若选择三个变量以下，则输出为二维或三维特征相关图，根据特征 值的分布以及与健康曲线的比较，可以了解柴油机健康预警机制，直观展示柴 油机内部关键变量变化相关性（针对高级用户）；若选择多于三个变量，则输出 为一个多维相关性矩阵，辅以各特征的叠加直方图，以及离散分布图。实施计

18、划：信号处理（signal二维/三维图（2Dprocessing)/3DPIot)时域分析，频域分析， 及时频域分析(timedomain analysis, including deviation, P2P RMS, frequency domain analysis like FFT, and timefrequency domain analysis like wavelet)控制器信号以及振动信号(signals fromcontroller, andvibration signal )是否相关性矩阵，直方图，离散图(covariance matrix, histogram, scat

19、ter plot)? 技术成熟性：1）信号处理建立健康值有一些经典IMS算法可以实现。2）二维/三维图的可视化较易实现3）相关性矩阵、直方图、以及离散图也较易实现，是经典的统计相关性指标与 图表? 验证方式和测试计划：对利用船上数据建立算法构架，需要有健康与故障两个 状态的数据来验证此功能的可行性。安全相关的运行事件参数关联分析:输入信息：与健康预警相关事件参数关联分析类似，此处输入安全相关运行事 件针对不同严重失效模式所相关的关键特征。例如，若是系统监测到严重失火 故障（健康值低于用历史数据建立的严重阈值），则输入信息为缸体振动方均根、 高频峰值、小波层级能量分布等，以及一些重要控制器信号特

20、征，如缸内压力， 排气温度等。用户可以根据需要选择查看任意两个或多个变量。输出信息：若选择三个变量以下，则输出为二维或三维特征相关图，根据特征 值的分布以及与严重安全事故包络曲线的比较， 可以了解柴油机安全报警机制， 直观展示柴油机内部关键变量变化相关性（针对高级用户）；若选择多于三个变 量，则输出为一个多维相关性矩阵，辅以各特征的叠加直方图，以及离散分布 图。实施计划：信号处理（signal二维/三维图processing)(2D/3D Plot)否控制器信号以及振动信号特征(features from controller, and vibratio n sig nal )低于个变时域分析

21、，频域分析, 及时频域分析(time doma in an alysis,in clud ing deviati on, P2P RMS, freque ncy doma in an alysis like FFT, and time- freque ncy doma in an alysis like wavelet)相关性矩阵，直方图，离 散图(covariance matrix, J histogram, scatter plot)? 技术成熟性：该功能点建立的难点在于如何确定严重安全事故发生的阈值，以及针对 不同特征相关性的安全事故包络线。二维/三维图的可视化较易实现 相关性矩阵、直方

22、图、以及离散图也较易实现， 标与图表1)2)3)是经典的统计相关性指验证方式和测试计划：对利用船上数据建立算法构架， 从健康到失效状态的数据来验证健康包络的可行性最好有柴油机某一部件关键部件的衰退分布:? 输入信息：控制器信号-包括排气温度, 振动传感器信号? 输出信息：关键部件衰退分布雷达图? 实施计划：各轴承温度,冷却水温度，工况信号;控制器信号和振动信号(signals from controller and vibration signals )?SOM?PCA?Logistic regression?Gaussian MixtureModels?Logistic regression

23、?时域分析，包括方差/峰峰值/均 方根值(time domain analysis, including deviation, P2P, RMS) ?包络分析(envelope analysis)?调相位解调(phase demodulation) ?时域同步平均 (Time Synchronous Averaging )关键部件雷达图(radar chart for main parts)? 技术成熟性：信号处理，健康状态评估，健康衰退值计算，以及雷达图变现，IMS都有完整的技术? 验证方式和测试计划：现有实验采集时间短，设备使用衰退变化几乎为零，所 以需要更多的新实验来实践这些方法和完全呈

24、现此功能。也可以通过其它方式 获取更多更长的历史数据。柴油机运行风险评估和分析:? 输入信息：控制器信号-包括排气温度，各轴承温度，冷却水温度，工况信号; 振动传感器信号? 输出信息：风险随时间变化的曲线，曲线图上的任何一点包含该状态下的各种 工况值与运行风险的各关系拓扑图? 实施计划：控制器信号和振动信号(signals from controller and vibration signals )?时域分析，包括方差/峰峰值/均?SOM方根值(time domain analysis,?PCA?Gaussian Mixture Modelsincluding deviation, P2P,

25、 RMS)?包络分析(envelope analysis)?调相位解调(phase demodulation) ?时域同步平均(Time Synchronous Averaging )?Logistic regressionlogistic regression风险评估(Riskassessment)各工况参数与运行风险的关系拓扑图，包括考虑运营维护成本，备品备件数量等(the topology map amongthe operation parameters and risk value, with theconsideration of operation/maintenance cos

26、t, volume of spare parts and etc.)? 技术成熟性：IMS已经具有信号处理，健康状态评估，健康衰退值计算得成熟技术 分线评估还需要完善，适用于本项目主机的相应技术还需要开发? 验证方式和测试计划：采集数据的历史周期比较短，现在几乎没法验证风险评 估的整个流程，希望在新实验中，加入更多实验，或者获取更多历史数据。状态恢复事件识别和分析:? 输入信息：控制器信号-包括排气温度，各轴承温度，冷却水温度，工况信号; 振动传感器信号? 输出信息：健康曲线，恢复事件列表，以及各恢复时间的详细信息? 实施计划：控制器信号和振动信号(signals from controlle

27、r and vibration signals )?时域分析，包括方差/峰峰值/均 方根值(time domain analysis, including deviation, P2P, RMS) ?包络分析(envelope analysis)?调相位解调(phase demodulation) ?时域同步平均 (Time Synchronous Averaging )ISOM?PCA?_ogistic regression?健康曲线正斜率变化阀值法，当短时 间内有较大正斜率时，表明有状态恢 复事件发生(the slope of the health value curve has a bi

28、g positive value, it means there is a recovery event)恢复事件,(informati rec言息列表on table of)very如果信息没有在恢复当时输入，维护 人员需要在恢复事件弹岀点被动输入(if the information of some events wasforgot to be recorded, the engineer will be forced to input the relevant information for these omitted events)? 技术成熟性：1) 信号处理和健康评估IMS有成熟的

29、技术2) 状态恢复时间的判断有成熟的方法，但是具体使用还需要完善和验证3) 信息列表输入有成熟技术? 验证方式和测试计划：当前实验数据的历史片断比较短，没有涉及明显衰退以 及相应的状态恢复事件，所以目前难以验证。将后可以通过新实验或者获取其 它已有历史数据的办法来实现方法的验证基于用户信息输入的详细健康状态分析:? 输入信息：用户实测信息，比如对于缸压的短时测量(几秒左右)，或者是柴油 机声信号；以及传感器信号? 输出信息：健康发展及趋势预测曲线，故障模式预警分布图。若存在故障，除 故障分布图，还会给出故障可能原因，以及排查修复列表? 实施计划：2ARMA?Regressi on based

30、methods?Neural Network trajectory similarity based methods用户输入信息，控 制器信号以及振动信号特征(userinput, con troller, and vibrati on sig nal )P2P RMS, freque ncy doma in an alysis like FFT, and time-freque ncy domai n an alysis like wavelet)? 技术成熟性：1）信号处理，健康评估以及趋势预测都有IMS都有比较成熟的技术2）故障诊断在之前试验台数据上得到验证，有成熟的技术3）故障早期预警通过结合之前的实验台数据分析，有较为系统的分析体系4）趋势预测方面，针对短期与长期以及不同历史数据构成，IMS有系统的分析理论体系。但对于柴油机，有效性需要验证5）排查修复列表需要有将专家知识整合为 "If-then ”形式的结构，可靠性需 要进一步探索? 验证方式和测试计划：现有数据可以做大部分分析，不过趋势分析需要更多的 实验数据，从健康到失效；排查修复列表具体的实现方式仍需要借鉴相关文献 与专利