船舶機械設備狀態監測及標準應用探討

摘 要：多樣化的機械設備在工程船舶中的應用，給船舶機械設備狀態監測工作提出了更高的挑戰。實施科學有效的機械設備狀態監測技術，對做好營運船舶技術管理工作，提高船舶機械設備的利用率，保障船舶機械的安全運行具有重要意義。采用狀態監測技術可以及早發現故障征兆，進行視情維修，不僅可以防止突發事故，保障船舶安全，而且可以減少維修費用，提高設備利用率，并帶來巨大的經濟效益和社會效益。

關鍵詞：船舶機械；設備狀態；標準

目前，各種船舶動力機械狀態監測技術逐步從研究階段走向實用化階段，各種在線監測傳感器和在線監測系統不斷問世。目前船舶動力機械所使用的狀態監測技術手段主要以性能參數監測、瞬時轉速監測、油液分析監測、振動監測等方式為主。

一、控制機械設備狀態監測工作的幾個措施

（一）定時監測。定期定時的為使用中的機械設備進行監測。

（二）跟蹤監測。跟蹤監測數據異常的機械設備，了解機械設備生產工作狀態的變化，如果發現機械設備狀態有變化的趨勢，就應該馬上組織維修。

（三）驗收監測。監測維修后的機械設備，通過監測的數據進行分析判斷已經維修后的機械設備的使用狀態，與專業的維修人員一起商討維修后的機械設備是不是還能夠正常使用或者淘汰。

（四）其他監測。在平常對機械設備進行檢查時，一些不太主要的機械設備如果也監測出來問題，可以對機械設備進行檢測，并且分析判斷，解決小問題，避免將來促成大問題。

二、船舶設備監測與診斷常用的兩種方法

（一）性能參數分析法。該方法通過獲取船舶柴油機工作時的汽缸壓力示功圖、排氣溫度、轉速、滑油溫度、冷卻水進出口溫度及排放等熱力參數的變化來實現其工作狀態的判斷和故障預測。該方法是目前船舶機械狀態監測診斷中應用最廣最成熟的方法，且該方法易實現在線實時監測，被廣泛應用于船舶動力機械的各種設備。其中示功圖包含的信息量最多，根據示功圖可以計算指示功、壓力升高率和壓縮壓力，可以判斷燃燒質量的好壞及各缸是否功率平衡。

（二）油液分析法。油液分析法監測與診斷是通過獲取船舶機械設備潤滑油中的磨粒濃度、磨粒形狀及大小的變化、油質的變化、含鐵量的變化，來實現對設備整體磨損狀態的分析，進而來判斷設備河卵石制砂機的磨損狀態及故障狀態。目前已構成鐵譜分析、光譜分析、理化試驗、污染度分析等油液監測方法，并形成了在線、離線和在線離線相結合的模式。為了推動油液監測技術在船舶機械中的應用，中國船級社先后編寫了《螺旋槳軸狀態監控系統指南》和《柴油機滑油狀態監控系統指南》等指導性文件。詳細規定了采用油液分析方法監測螺旋槳軸、柴油機狀態的具體要求。

1.潤滑油監控分析中故障診斷和狀態識別。目前設備故障診斷工作可分為監測信息預處理、故障識別、狀態分析和趨勢預測等。監測信息預處理技術包括信號回歸和平滑處理、磨粒圖像特征信息提取等；故障識別分為邏輯診斷法、概率診斷法、模糊集診斷法、灰色關聯診斷法和基于證據理論的方法等；狀態分析技術分為基于數理統計分析法、劣化度評價法、基于模糊綜合評價法、基于神經網絡綜合評價法等；狀態趨勢預測技術分為回歸預測方法、時間序列預測分析法、灰色理論的GM （1，1） 模型預測方法等。多數診斷工作首先需采集大量監測樣本，用數理統計方法對樣本參數進行統計分析，獲得設備狀態轉變的一系列界限值，作為標準警告線和危險線，將實際監測結果和標準界限值對照，以判斷設備運行狀態。這種方法的缺點在于難以獲得特定設備的大量先驗樣本；沒有考慮設備載荷或環境變化的影響以及個體情況差異；難以排除取樣中隨機因素的干擾等。

采用觀測趨勢值的分析方法同樣面臨缺乏先驗樣本，難以排除隨機因素干擾的困境。而診斷過程的定性信息則更難以采用上述定量分析模型和方法。所以，目前多數油液監測中診斷和預測工作很容易重走依據人工經驗判斷的老路，大大影響分析結果的準確性和可信性。

解決以上問題的有效措施是智能化診斷技術。油液監測中的信息形式多樣，定性與定量信息共存，具有多層次性及時間和空間的相關性。同時，油液監測技術不再僅靠某一種方法，而是從機器潤滑 （或工作） 介質中獲取摩擦學狀態信息的各種方法集成，機器的狀態信息能通過其他監測手段獲得。因此，引入模糊理論、神經網絡技術、信息融合技術、智能專家系統等智能化診斷技術是當前機器磨損狀態識別研究的一個重要方向。

2.維修決策。除繼續深入開展潤滑油狀態監測和故障診斷技術的研究外，將其與維修管理決策結合也是發展趨勢。將故障診斷與工程控制相結合，并運用專家知識成為一個維修管理決策支持專家系統，將是推行現代維修體制的技術基礎。目前發展起來的智能決策支持系統（IDSS）在決策支持系統（DSS）的基礎上集成了人工智能的專家系統（ES），在數學模型和定量分析方法的基礎上，綜合利用了知識工程、智能技術及其它相關技術，實現指導維修工作并對維修效果進行評價和分析的功能，解決船舶設備維修決策過程中涉及的大量半結構化和非結構化的決策問題。該系統功能包括為每個設備選擇適當的維修方式；對預防維修的設備制定合理的維修周期；對視情維修的設備進行在線狀態預測，確定維修時機和類型；智能決策支持系統下的維修管理；維修效果評價。

三、油液分析技術應用控制標準

伴隨油液監測技術的快速發展和廣泛推廣應用，作為油液污染分析技術不斷進步和成熟的重要標志油液污染度標準的建設也得到了快速發展。從最早使用的重量污染度和體積ppm、重量ppm等，逐漸改進為可反映顆粒尺寸及分布的顆粒污染度表示方法。國際標準化組織及一些國家的液壓行業組織和標準化機構都成立了污染控制技術委員會，負責液壓污染控制技術的推廣、應用及有關標準和規范的制定和實施ISO4406污染度標準是由國際標準化組織制定的。ISO4406標準已被世界各國普遍采用，我國現行的污染度標準即等效采用此標準ISO4406：1999規定，顆粒計數儀采用≥4μm≥6μm和≥14μm三個尺寸的顆粒濃度等級代碼表示油液的污染度。我國也設立了相應的機構和組織，并且與國際標準化組織相應技術委員會聯系開展工作，結合我國各工業部門的需要，也制訂了有關液壓污染控制的行業標準，主要是應用在航空液壓系統油液固體顆粒污染度分級標準GJB420和GJB420A，它們分別與NAS1638和AS4059標準等效。目前國內船舶行業尚未制定相應的污染度控制標準。

參考文獻：

[1]張維新，張俊峰；柴油機故障診斷技術趨向分析[J]；天津航海；2005年02期.

[2]趙春華，嚴新平；數學方法在油液監測中的應用[J]；武漢理工大學學報（交通科學與工程版）；2004年03期.