信息融合下船舶柴油機故障診斷方法研究

梁振臣，汪瑋，宋育強，周峰

（海南省三亞市92569部隊司令部，海南三亞572000）

信息融合下船舶柴油機故障診斷方法研究

梁振臣，汪瑋，宋育強，周峰

（海南省三亞市92569部隊司令部，海南三亞572000）

柴油機是我國船舶當前主要的動力設備，它的運轉性能直接關系到船舶運輸?shù)男剩栽谛畔r代的背景下，如何將先進的科學技術同故障診斷手段結合就需要進行嚴格的研究。將通過當前船舶柴油機的故障發(fā)生類型為切入點，分析診斷定義與診斷方法，并結合實際的信息處理方式，詳細討論船舶柴油機故障的判別方法，最終為相關機械故障診斷專業(yè)提供可以參考的理論依據(jù)。

信息融合；船舶柴油機；故障診斷

過去我國仍對于機械故障診斷技術相比較其他發(fā)達國家，仍存在著一些差距，但是自從上個世紀八十年代，我國對于該技術的研究進入了重要時期，各高校以及企業(yè)對于機械工作診斷的重視程度已經越來越高，雖然目前與歐美國家還有一定差距，但是差距已經很小。

我國對于機械故障的診斷最初還是單一地線性分析，對于機械故障當中非線性特征的研究存在一定的困難。隨著信息時代的到來，各種技術手段豐富起來，為非線性的分析提供了足夠的技術措施，同時專家系統(tǒng)也為非線性系統(tǒng)的分析提供了充足的知識經驗與方便，另外信息融合系數(shù)下，模糊數(shù)學等是概念為描述機械故障提供了理論支持。

不僅僅是船舶柴油機故障診斷技術，其他方面的機械故障診斷技術所涉及的領域也比較廣泛，所以不同科目、不同學科的進步與發(fā)展都能夠為故障診斷技術的進步提供很強的理論支持。隨著信息時代的到來，計算機技術逐漸融入各行各業(yè)，船舶柴油機故障診斷同樣也受到了計算機技術的影響，整體上向著更高、更快的方向發(fā)展，同樣的，診斷技術的技術也能促進各方面學術的進一步研究。

1　船舶柴油機故障分析

隨著科學技術的不斷發(fā)展，船舶柴油機故障分析的手段也越來越多，但是有些技術手段具有一定的片面性，換句話說是沒有清晰了解到船舶柴油機故障的根本性質，首先對船舶柴油機故障與分類進行分析。

1.1故障及故障診斷的定義

當前我船舶柴油機故障可以分為正常運轉情況、反常運轉情況和不正常運轉三種情況；運轉情況也可以分為正常運轉、反常運轉和故障三種。

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

如果船舶柴油機出現(xiàn)了在相關技術文件當中沒有提及到的狀態(tài)，那么一般認定該柴油機處于正常狀態(tài)，沒有發(fā)生故障。而所謂的異常狀態(tài)一般是指在工作過程當中，運轉狀態(tài)發(fā)生變化，整體性能已經無法達到規(guī)定要求。總而言之，船舶柴油機故障狀態(tài)的診斷標準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

基于解析冗余的方法、基于信號處理的方法及基于知識的方法，這三種方法是國際診斷技術中的主流方法[1]。

基于解析余度的方法分為狀態(tài)估計法、參數(shù)估計法以及等價空間法；基于信號處理的方法分為直接測量系統(tǒng)的輸入輸出、基于小波變換的方法、輸出信號處理法、信息匹配診斷法以及基于信息相互間融合處理的方法；最后的基于對知識處理的方法，其主要由基于對運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程

2.1柴油機的診斷預報過程

當前對于我國船舶柴油機故障判斷過程當中，一方面要將機械運轉過程的數(shù)據(jù)進行收集，從而為后續(xù)的診斷與分析做好理論鋪墊，為船舶柴油機的故障的檢查工作提供保障；另一方面，對于一些短時間的故障措施要采取不同的處理態(tài)度，若對柴油機影響不大，可以進行系統(tǒng)性的信息采集，若對柴油機影響較大，可以先進行普遍性的保養(yǎng)措施，再進行下一步的診斷工作，而我國目前對船舶柴油機故障診斷過程主要通過三個方面進行：

（1）運行狀態(tài)特征的收集

柴油機運行過程中的數(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數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)分析，對評估柴油機性能是否優(yōu)良具有決定性作用。在船舶柴油機故障診斷過程中就是在柴油機布置合理的信息傳感器以及信息轉換設備，在運行的全過程中收集和提取特性信息。

（2）特征信號的提取

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

通過對特征信號的提取，一方面能夠對船舶柴油機故障數(shù)據(jù)與信號變化進行系統(tǒng)分析，從而判斷出柴油機目前是否處于正常工作狀態(tài)；另一方面，由于信息處理過程當中，有很多無用的信息存在于整體信息采集當中，所以對于故障判斷會造成一定程度上的阻礙，因此對于特征信號的提取更加重要，能夠更加迅速的確定需要分析的數(shù)據(jù)庫。

（3）故障的診斷與狀態(tài)評估

通過上述的兩個步驟之后，最后就是依據(jù)提供的信息進行柴油機系統(tǒng)的運轉情況判斷，若柴油機確實存在著故障前兆，那么就可以根據(jù)上述的信息進行故障源的尋找，從而進一步確定故障原因、部位以及危險程度。

2.2柴油機診斷預報方法

隨著科學信息技術的不斷提高，當前我國船舶柴油機故障診斷技術通常分為以下幾種：

（1）性能參數(shù)法

性能參數(shù)法是通過對船舶柴油機工作狀態(tài)進行監(jiān)控，收集分析其性能參數(shù)，從而直觀反映柴油機工作狀態(tài)的變化。在動力設備等數(shù)據(jù)監(jiān)測措施進入機械工程之前，我國船舶柴油機運轉過程當中有自己的技術參數(shù)監(jiān)控措施，通過自身性能與技術的測試檢驗，對于柴油機的工作壓力、功率、油壓或者尾氣指標等機型統(tǒng)計，所以可以根據(jù)這些測定數(shù)據(jù)對柴油機當中的工作故障進行判斷。

（2）振動信號診斷分析法

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

首先對于運轉數(shù)據(jù)的收集，當今社會是信息時代，對于船舶柴油機故障的判斷，必須要保證信息采集的完整性與準確性；

其次，對于采集到的數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)的分析，一方面要結合船舶柴油機的工作原理，對采集的原始信息進行加工分析；另一方面，對于能夠反映柴油機工作狀態(tài)的參數(shù)要進行重點處理；

最后，就是根據(jù)數(shù)據(jù)的分析，對船舶柴油機運轉系統(tǒng)狀態(tài)做出最終診斷，根據(jù)以往柴油機維修方面的經驗知識，從提取的特征參數(shù)中，建立相應的判據(jù)，進行狀態(tài)的診斷與趨勢的預報[3]。但是，由于柴油機激勵源較多且相互間會發(fā)生干擾，難以進行識別與區(qū)分，并且故障判據(jù)也會因柴油機類型的不同而不同，所以移植性比較差。

3　結束語

綜上所述，本文對船舶柴油機的故障進行分析，闡述故障發(fā)生的分類與研究現(xiàn)狀，并對診斷過程與診報方法進行了詳細的說明，為船舶柴油機故障診斷的發(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，樂正偉，呂健，等.柴油機故障診斷技術綜述[J].上海第二工業(yè)大學學報，2008，（02）：122-128.

[3]王秋鵬.基于自適應神經模糊推理系統(tǒng)的柴油機故障診斷與探析[J].新技術新工藝，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，海南海口人，本科，工程師，研究方向：船舶機電。