故障并行計算在船舶電力設備故障信號診斷中的應用

王海關 曹力剛 孫睿

【摘 ?要】隨著經濟全球化在不斷的深入，船舶運輸已經成為全球跨區域運輸的一種重要的運輸方式。對于船舶而言，電力設備正常運行是船舶正常安全運行的關鍵和前提，因此對船舶的電力故障及時的診斷和具有十分重要的意義。在傳統的船舶電力故障的張斷方法當中，往往會采用相對獨立的計算方法來進行船舶的故障計算和診斷。這樣的計算方法不僅僅工作效率低下，需要消耗大量的時間，同時也大大的加大了船舶的故障發生概率。本文基于這一現狀，提出了一種新型的船舶電力設備故障并行計算方法。對船舶電力故障的并行計算的計算方法進行了詳細的研究，提出了并行計算應用的具體五個步驟。實踐證明，故障并行計算具有工作量小，準確性高等特點，能夠大大的提高船舶故障診斷準確率，確保船舶安全的運行。

【關鍵詞】并行計算;電力設備;故障診斷;船舶

引言：國際貿易規模在不斷的增大，目前船舶的發展也在越來越大。對于大型的船舶而言，其動力系統一般都是采用自發電、自分配的獨立電力系統。隨著船舶結構越來越復雜，船舶的電力系統也越來越復雜 [1]。這也就不可避免的造成船舶電力系統故障越來越復雜，對船舶的航行安全提出了嚴峻的挑戰，甚至會造成嚴重的生命財產損失。

在目前的眾多的船舶故障診斷系統中，目前最為常用的故障診斷系統最為常用的系統為專家系統以及人工智能系統。其中專家系統的主要故障診斷方法主要是通過根據專家自身的經驗來對船舶的電力設備故障信號診斷，這樣的故障診斷方法準確性穩定性不高，人為因素較高，很難快速的對故障進行準確的判斷。另外，人工智能系統的計算方法主要是通過大數據計算方法，根據計算系統當中的大數據樣本進行故障診斷，這樣的診斷系統同樣也具有其局限性，系統往往會陷入到極小值的循環當中，會造成系統的出現誤差，降低系統地故障診斷準確率。

本文根據這兩種最為常用的計算方法，提出了一種全新的船舶電力故障計算方法。這種分布式計算方法，根據目前最為常用的故障并行計算原理提出的計算方法。這種技術將故障診斷分為多個并行的子項目，通過虛擬技術來對故障診斷系統當中的資源進行有效的組合。通過計算機將任務進行分配，然后進行眾多計算及的并行計算。這樣的計算方法可以有效的提高故障的診斷效率。

1.故障并行計算方法

1.1 故障并行計算方法求解工作過程

船舶故障計算的方法同樣是基于硬件設備的基礎之上。然后根據硬件環境建立相關的數學診斷模型，這個數學模型需要根據電力故障類型進行匹配，能夠和電力故障相互對應。然后，根據數學模型編制相應的船舶故障計算方法，并進行編程實現，最終實現船舶電力設備故障的并行計算，提高船舶電力設備故障信號診斷的計算的準確和反應速度。本文并行計算的計算方法和求解過程如下圖所示。

1.2 故障并行計算導納矩陣的形成

在整個船舶故障并行計算的方法當中，故障的狀態網絡方程求解無疑是整個計算過程的重要環節。并行計算的網絡方程主要有節點阻抗型以及節點導納型兩種。這兩種計算網絡方程在數學上是互為逆矩陣的矩陣方程。但是綜合而言，節點導納型矩陣具有更加優秀的性能，例如節點導納矩陣更加便于修改，同時具有對稱性和稀疏性的特點[2]。

2.電力故障并行計算診斷在船舶故障診斷中的具體應用

眾所周知，現代船舶是由高度精細的機械設備構成。因此，由于船舶的電力設備也是十分的復雜性。另外一個方面，電力設備對環境也是十分的敏感，很容易受到外界的影響，造成故障頻發。電力故障并行計算的具體應用為以下三個方面的歷程：

1）當船舶電力設備出現故障時，需要及時的提取故障設備的電信號特征，并同時對設備的故障特征信號進行檢測，剔除掉干擾數據的影響;

2）將提出的正確信號進行故障計算，通過計算明確船舶的故障特征;

3）根據計算結果，同時對其他的相關的設備的運行情況進行診斷，判斷其運行狀態是否合理健康。電力設備故障信號計算爭端，大致可以分為以下五個步驟進行[3]：

2.1故障機理確定

在電力設備發生故障之后，應當首先根據并行計算結果準確的判斷出故障的類型和機理。這也是船舶電力設備故障的診斷的基礎和前提。通過計算尋找出故障的發生規律，根據狀態信號準確的判斷研究出故障機理，對后續的實驗研究尋找規律有重要意義。

2.2船舶電力設備狀態監測

對電力設備狀態監測是是船舶電力故障信息提出的關鍵，也是作為故障判斷的主要依據。這一環節主要是通過設備監控同時輔以人工的感官外在觀察判斷出來的。

2.3故障征兆提取

對故障的征兆進行提取，這一個過程需要對計算的動態信號和靜態信號兩個方面進行。首先是提取靜態特征信號時，根據對信號進行檢測、檢驗做出相應的故障判斷。其次進行動態信號提取，通過提取的動態信號，能夠準確的反映出電力設備的運行情況和指標。然后基于提出的故障征兆信號進行進一步的并行計算。

2.4船舶電力設備故障信號診斷推理

在計算的基礎之上，還需要對電力設備的故障信號進行進一步的爭端推理，將專家系統系統進行推理和驗證計算結果的準確性。

2.5決策規劃

最后根據專家系統和計算機計算系統得出的結論進行綜合判斷船舶設備的故障特征狀態。同時進一步的對船舶的故障有可能的進一步的發展趨勢和走向進行性預測，為故障的診斷和設備的維護提出依據。

結束語：本文提出的船舶電力設備故障的并行計算方法和原理，是基于目前最為常用的專家系統和人工智能系統基礎之上，提出的一種新型的故障診斷系統。這種系統的計算方式為導納矩陣網絡方程，通過對故障信號進行提出和計算爭端?？梢杂行У奶岣叽霸O備的電力設備故障的計算效率，提高設備的整體穩定性。

參考文獻：

[1] 劉丹.復雜故障并行計算在船舶電力系統數字仿真中的應用[J].艦船科學技術，2017，16（6）：55–57.

[2] 李玉生，王家林，尹洋.基于監控信息的船舶電力設備故障診斷系統設計[J].船電技術，2017，16（12）：61–65.

[3] 薛鶴娟.神經網絡專家系統在船舶控制系統故障診斷的應用[J].艦船科學技術，2017，28（7x）：170–172.

（作者單位：渤海造船廠集團有限公司）