基于ASP.NET的船舶潤滑油監測信息與故障評價系統開發

陳景鋒，王永堅，戴樂陽 (集美大學 輪機工程學院，福建 廈門 361021)

基于ASP.NET的船舶潤滑油監測信息與故障評價系統開發

陳景鋒，王永堅，戴樂陽
(集美大學 輪機工程學院，福建 廈門 361021)

潤滑油監測技術是現代船舶輪機設備狀態監控與故障預警診斷重要的技術手段之一。為順應現代船舶維修保養體系由“定期維修”向“視情維修”方向轉變以及現代信息技術在油液監測各環節的應用，基于輪機設備在用潤滑油檢測獲得的數據及其變化規律，采用時序與回歸分析方法，綜合運用C#程序語言、ASP.NET結構和數據庫技術搭建了基于Internet和B/S結構的潤滑油監測信息與故障評價系統。該系統經實際應用驗證效果良好，可作為航運公司機務及輪機管理人員進行潤滑油品質監控及設備故障預警可靠、實用的工具之一。

船舶潤滑油監測；ASP.NET MVC；故障評價

隨著現代船舶日益向大型化、智能化和專業化方向發展，其設備結構日趨復雜化，加之船舶配員的減少均對現代船舶輪機設備的可靠性、安全性提出更高的要求。船舶潤滑油監測技術是現代船舶輪機設備狀態監控、故障診斷重要的技術手段之一[1]：它利用各種潤滑油性能檢測儀，采用不同的檢測方法對在用潤滑油理化指標、油液中磨粒大小與成分、污染度等進行定性、定量分析，得到有關零部件磨損狀態、設備技術狀態以及潤滑油系統污染程度等重要信息，為設備狀態監測、故障預警與診斷提供技術參考。鑒于信息技術的快速發展及在油液監測各環節的應用，基于輪機設備在用潤滑油檢測獲得的數據及其變化規律，采用時序和回歸分析方法，綜合運用網絡與數據庫技術，搭建基于Internet和B/S結構的船舶潤滑油監測信息與故障評價系統。

1 ASP.NET MVC的組成與應用原理

1.1ASP.NETMVC的組成

ASP.NET MVC的基本框架主要由3部分組成：模型(Model)、控制器(Controller)、視圖(View)。①模型，主要用于建構研究對象數據模型，表達模型邏輯規則，是應用程序數據來源模塊，可通過數據庫進行新增、刪除及修改模型狀態。其特點是同一個模型能為多個不同視圖提供數據，界面上的修改不改變模型結構。②視圖，與用戶交互的可視化界面，用于向用戶展示信息，接收用戶的輸入，如文字輸入、按鈕提交等，是顯示應用程序的界面模塊。在Web 應用中，視圖的表現形式以 HTML 網頁為主。其優點是在進行視圖編程時可以把視圖的表現形式和處理邏輯分開，只需要關心數據和接收用戶輸入的表現形式，不必考慮數據獲得途徑和用戶輸入信息的處理。③控制器，是視圖和模型之間的銜接，用于接收用戶的輸入，調用對應模型和視圖去完成用戶的需求。圖1為Web環境下的ASP.NET MVC框架圖，圖1中顯示ASP.NET MVC的3大基本組件及其相互關系[2]。

圖1 Web環境下的ASP.NET MVC框架圖

1.2ASP.NETMVC的應用原理

在ASP.NET MVC應用設計過程中，當新建系統時，系統默認創建相應文件夾進行不同層次的開發；程序運行時，用戶發出請求，請求會發送到控制器，建立Controllers文件夾并負責數據的讀取和頁面邏輯的處理；控制器讀取數據時，通過.NET功能模塊LINQ to SQL從Model(模型)中讀取相應的數據信息，讀取數據后，控制器再將處理好的數據傳遞到View(視圖)，進行必要的整合后，視圖頁面通過瀏覽器呈現給用戶[3](參見圖1)。可方便地實現用戶對各種數據、圖像等信息實時交互與查閱。

2 船舶潤滑油監測信息與故障評價系統功能

為順應現代船舶輪機設備對可靠性、安全性提出新要求以及現代船舶維修保養體系由“定期維修”向“視情維修”方向轉變的需要，綜合運用C#程序語言、ASP.NET結構和數據庫技術搭建基于Internet和B/S結構的潤滑油監測信息與故障評價系統，用于對定期送檢船舶在用潤滑油各性能參數(指標)進行數據庫管理，在此基礎上，引入時序與回歸分析理論并應用于潤滑油各監測參數變化趨勢的研究。系統的主要功用：①為各航運企業所屬船舶輪機設備建立基于潤滑油監測的“健康”檔案；②為營運船舶在用潤滑油品質、輪機設備的技術狀態和可能發生的故障問題提供及時、快速、科學的指導建議和故障預警；③系統生成的受監控設備在用潤滑油性能指標統計表、趨勢圖以及系統數據庫長期存儲的各種與輪機設備技術狀態相關的數據將為航運公司機務人員、船舶輪機員的日常設備管理提供重要的技術參考。

3 系統的開發

3.1船舶潤滑油監測信息模塊的設計

基于C#語言和ASP.NET MVC框架的船舶潤滑油監測信息與故障評價系統的設計主要包括：①受監控船舶定期送檢潤滑油理化指標、直讀鐵譜大小磨粒濃度、光譜各元素成分濃度等數據庫的設計以及上述各性能參數時間域內變化趨勢與故障評價模塊的研究與設計；②基于回歸分析方法直讀鐵譜大小磨粒濃度回歸線設計及故障評價模式的設計。船舶潤滑油監測信息模塊的搭建包括用戶登錄訪問數據庫、送檢潤滑油各參數數據庫的設計。

3.1.1 系統登入界面的設計

系統登入界面的設計過程如下：①首先，在Model層創建數據對象，將用戶(User)和用戶角色(Role)綁定使2張數據表實現多對多的關系，以實現根據用戶所分配的不同角色來驗證用戶是否有權限訪問和操作相關的數據；②創建好User和Role后，接下來通過創建一個用來檢索數據庫內數據的類，以實現在Controller(控制器)里對數據庫里的數據字段進行增、刪、改、查等相關的操作[2]；③最后，創建訪問數據庫數據的OilContext類后，在項目解決方案中的Web.config文件中的lt;connectionStringsgt;標簽下面添加數據庫的連接字符(lt;add name=" UserConte"connectionString="DataSource=(LocalDb))，最終，完成用戶數據信息庫的搭建。完成上面3步就可以將User和Role表創建到名為User的數據庫中，在Controller(控制器)中就可以通過User對象來訪問數據庫內User和Role的信息。圖2為采用ASP.NET MVC框架搭建的系統用戶登入界面。

圖2 系統登入界面圖

3.1.2 潤滑油性能參數監測數據庫的設計

受控船舶輪機設備定期送檢在用潤滑油理化性能參數監測數據、直讀鐵譜大小磨粒濃度監測數據、光譜各元素濃度監測數據以及分析鐵譜測得分析譜片等數據庫的設計類似于“系統登入”數據庫的設計。在這不再贅述。在創建好這些數據庫之后，當用戶發出查看監控設備單次或定期送檢油樣相關數據的請求時，檢測技術中心的服務器將通過數據庫類對象到數據庫中去檢索客戶所需要數據，將數據處理好后傳遞給視圖，最后視圖將數據整合成表格的形式來呈現給用戶。為滿足客戶能夠查詢任意時間段的數據需求，設計一個時間選擇的下拉框，通過此下拉框客戶能夠查看所有的歷史數據，數據表格內的數據能夠跟隨下拉框所選中的時間段的變化而變化。圖3為潤滑油光譜多元素濃度監測數據庫設計界面。如在系統中訪問潤滑油性能參數監測數據庫，可通過點擊左側樹狀目錄，在下拉框內逐級刷所要查看送檢船舶，便可查看、打印該船送檢設備潤滑油單次或歷史已存的各類監測數據。此外，也可通過點擊左側樹狀目錄獲取每一次油品檢驗獲得的完整油品分析報告及對該滑油質量和設備狀態進行的專家評價(如換油建議、故障檢修指導意見等)。

3.2基于監測參數故障評價模塊的設計

基于監測參數設備故障評價功能的實現主要依賴如下一些手段得以實現：①受控設備定期送檢潤滑油4種油液監測技術手段(理化性能指標監測、直讀鐵譜大小磨粒濃度監測、光譜各元素成分濃度監測、污染度監測等)獲得的參數值隨時間增加后的變化趨勢；②每次測得直讀鐵譜大小磨粒濃度值是否超越用回歸分析方法獲得的濃度回歸曲線；③監測參數中與設備故障關聯度緊密的指標是否越限。通過上述技術手段進行綜合評判，結合行業專家的經驗，最終給出受控設備可能出現的故障問題及檢修指導意見。

3.2.1 基于時序理論監測參數趨勢圖的設計

故障評價模塊的設計中，監測參數時間域內趨勢圖的設計是該模塊的核心內容。現以理化參數趨勢圖的設計為例進行說明。設計時：①首先通過MFC控制器(Controllers)組件從送檢設備潤滑油理化參數監測數據庫中檢索趨勢圖所需參數檢查日期或運行時間字段數據，并將該數據進行適當處理后作為參數變化趨勢圖的X軸(時間軸)；②再通過控制器從理化參數監測數據庫中檢索對應參數數據(如黏度)并進行適當的處理作為參數趨勢圖的Y軸數據；③通過JavaScript腳本語言將所得到的X軸和Y軸數據在視圖(View)中呈現給用戶。其它性能參數時間域內的變化趨勢圖的設計類似于理化參數趨勢圖，不再贅述。圖4為設計后的某船受控設備光譜鐵元素濃度變化趨勢圖。

圖3 潤滑油光譜多元素濃度監測數據庫設計界面

圖4 光譜監測鐵元素濃度時間域變化趨勢圖

3.2.2 基于回歸分析方法直讀鐵譜磨粒濃度回歸曲線的設計

直讀鐵譜大小磨粒濃度回歸曲線的設計也是故障評價模塊重要內容之一，其設計的過程簡單分析如下。

(1)

根據極值原理，為使Q具有最小值，可分別對a、b求偏導數，并令其等于0，即 ：

?Q/?a=-2∑(yi-a-bxi)=0，

(2)

?Q/?b=-2∑(yi-a-bxi)xi=0。

(3)

對式(2)和式(3)聯立求解，即可得到回歸系數a和b的估計值，并通過JavaScript腳本語言獲得一元一次回歸曲線。

2)確定相關系數，求得回歸曲線方程后為分析方程中變量xi和yi的相關程度，可通過計算所選取的8組樣本數據來求得相關系數R，根據最小二乘原理及平均數的數學性質，即：

(4)

式中：R為相關系數；n為樣本組數。

相關系數R的絕對值的大小表示相關程度的高低，絕對值越大相關程度越高。本例中，相關系數R為0.983，說明變量xi和yi的相關程度高，方程中估計值a和b有效。

3)將求得的回歸曲線作為衡量其它大小磨粒濃度數據是否超限及超限量的基準線，將超出基準線的數據用深色點標出，說明濃度超限；若數據在基準線下方用淺色點標出并在下方區域用淺色填充，說明濃度正常。圖5為基于回歸分析方法直讀鐵譜大小磨粒濃度變化趨勢圖。

圖5 基于回歸分析方法直讀鐵譜大小磨粒濃度變化趨勢圖

3.3基于潤滑油監測參數的故障評價過程

基于受控設備潤滑油定期送檢油樣性能參數監測數據及其變化趨勢的故障診斷過程主要通過如下方式進行：通過潤滑油4種監測手段獲得的受控設備定期送檢油樣各種性能參數檢測結果及其時間域內的變化趨勢和回歸分析方法下的回歸曲線，結合行業領域專家對油樣參數變化與設備可能故障之間關聯性的經驗判斷及單次油樣中與設備故障緊密關聯的參數及其變化趨勢，對受控設備可能出現的故障問題提出預警，并對送檢油樣品質進行評判，給出相應的換油和設備檢修指導意見。在故障評判時，潤滑油監測參數值得關注：①對潤滑油品質及能夠側面反映設備摩擦副技術狀態的重要理化指標，包括黏度、水分和機械雜質等監測參數；②光譜元素分析6種重要元素，包括鐵、銅、鉻、銻、錫、鉛等參數的濃度；③鐵譜分析中，直讀鐵譜主要側重分析定期送檢油樣中直讀大小磨粒濃度是否越限回歸曲線以及分析鐵譜譜片磨粒形狀、成分和大小等是否超限。

4 系統的訪問與應用

系統通過ASP.NET里的Froms驗證方式實現用戶的身份驗證[5]。在用戶端訪問時，用戶通過在系統中注冊的用戶名和密碼登入系統，登入后，系統會根據用戶帳號所綁定的信息來刷選對應用戶有權或與其相關所有的信息和數據，接著用戶只需要通過點擊左邊的樹狀目錄選擇所要查看的油樣相關數據和趨勢圖，系統通過鏈接查看到該油樣的所有的信息和數據。進入到參數表的頁面中，提供給用戶打印和導出Excel的相關按鈕，根據客戶自身要求，用戶可以自行選擇，將網頁上的數據表格打印成PDF或者是將網頁上的數據表格導出成Excel。對于參數變化趨勢圖系統默認以PDF形式進行打印。

5 結束語

基于ASP.NET結構的潤滑油監測信息與故障評價系統的開發及應用是現代信息技術在船舶故障診斷中的創新應用。該系統的建立，可為遠程用戶端(航運公司、船舶修造企業等)和船舶輪機管理人員提供及時、可靠的設備故障技術指導和處理措施，將全面提高船舶管理水平和有效資源利用率，具有明顯的實用價值。

[1] 楊其明，嚴新中,賀石中，等. 油液監測分析現場實用技術[M]. 北京：機械工業出版社，2006.

[2] 黃保翕. ASP.NET MVC 4開發指南[M]. 北京：清華大學出版社，2013.

[3] 吳宙旭. 基于ASP.NET MVC的教學編排系統設計[D]. 上海：上海師范大學，2013.

[4] 李慶揚. 數據分析[M]. 北京：清華大學出版社，2012.

[5] 黃勝根，陳蜀宇. 基于ASP.NET MVC框架的干教系統的設計與實現[J]. 計算機技術與發展，2010(2)：190-193.

Lubricating oil monitoring technology is one of the means of condition monitoring and fault early warning for marine engine devices in modern ship.In order to comply with the change of modern ship repair and maintenance system fromperiodicmaintenancetoon-conditionmaintenanceand oil monitoring applied in all fields,time sequence and regression analysis are adopted based on the testing data and their changing rule of marine engine devices' lube-test.C# program language,ASP.NET construction and database technology are applied to set up lubricating-oil monitoring information and fault appraisal system based on Internet and B/S construction.This system is verified better in practical application,which can be used as one of reliable and practical tools for shipping companies and marine engineering persons to monitor lube oil quality and make fault early warning.

ship lubricating oil monitoring;ASP.NET MVC；fault appraisal

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2015.05.003

福建省自然科學基金資助項目(2012J01228)；福建教育廳資助項目(JA12203)

陳景鋒(1963-)，男，福建廈門人，教授/輪機長，碩士，主要從事柴油機性能優化、故障分析研究工作。

2015-05-26