船舶設備故障診斷技術及其應用研究

黎鋅

摘要：本文主要針對船舶設備故障診斷技術進行研究，分析船舶設備故障診斷的必要性，并指出目前船舶設備中常見的故障和分析，結合智能故障診斷系統來詳細分析故障診斷技術以及其應用，希望能夠為船舶設備故障診斷技術的發展創新和應用提供一定的思路。

關鍵詞：船舶設備;故障診斷;智能

0? 引言

故障診斷技術應用于醫學領域而衍生發展起來，主要涵蓋了故障監測診斷、故障智能分析以及故障處理三部分。故障診斷技術是基于電子技術、傳感技術、人工智能技術等現代科學技術基礎上發展起來，最早應用于國防、航天等先進領域，之后向其他各個領域延伸發展。尤其是進入21世紀以來，故障診斷技術開始應用于船舶設備領域，能夠對船舶設備的安全運行狀態進行監測，還能夠分析故障和事故原因，并采取針對性的維護方案和措施，保證了船舶設備的安全運行，維持了船舶運行的穩定性。

1? 船舶設備故障診斷的必要性分析

在船舶系統以及船舶設備中引入故障診斷技術具有十分重要的意義，下面就船舶設備故障診斷技術的必要性和重要性進行分析：

①通過故障診斷技術能夠保證船舶運行的穩定性，而且對于船舶設備還能夠進行監測維護，保證整個船舶的正常運行，保障了船舶企業的經濟效益。

②在船舶設備故障診斷中引入實時監測技術和故障診斷技術之后，能夠實時地了解船舶設備的運行狀況，而且能夠預測并發現潛在的故障和威脅并及時處理，有效地避免了停機檢修和海上突發故障問題，在人力資源、物力資源以及時間方面得到了有效節約。

③通過故障診斷技術能夠預測故障并分析故障發展趨勢，以此分析確定維護時間，最大限度地降低損失。

④在船舶中引入了故障診斷技術之后，船舶運行狀態信息、運行環境信息等均能夠被監測，為智能船舶提供基礎數據支持，對于未來船舶的發展以及工作效率的提高均有重要作用。

2? 常見船舶設備故障類型

2.1 船舶電子設備故障

在船舶運行和船舶的使用過程中需要大量的電子設備、儀器儀表進行輔助支持，主要通過這些電子設備實現對船舶的整體控制。主控制室的大量電子設備會因為線路問題、外界環境問題等導致其出現故障，一旦船舶電子設備出現故障就會導致船舶控制出現問題，直接影響船舶安全運行。另外，作為直接的供電設備，電動機運行出現問題而引起的電壓問題也會影響船舶運行。

2.2 船舶機械設備故障

對于船舶當中的機械設備而言，也需要進行狀態監測以及故障診斷，而且通過故障診斷技術還能夠發現潛在的機械故障和威脅，通過智能系統給出維修決策。機械的運行狀況必須進行實時監控，當前主要利用大量的傳感器進行機械設備狀態的監測，得到機械設備的各項參數，當出現故障的時候能夠直接檢測出來，同時針對故障問題可以直接給出維護方案。

2.3 船舶機電設備故障

在船舶當中，機電設備主要包括隱性故障和顯性故障兩種類型。機電設備如果沒有火花、冒煙或者是發熱等明顯故障現象的是隱性故障，如果出現火花或者冒煙屬于顯性故障，一般機電設備控制回路中容易發生隱性故障。

3? 常用船舶設備故障診斷技術及其應用分析

3.1 信號采集與傳感技術

對于船舶設備而言，要想進行故障診斷首先必須實現船舶設備的目標信號監測，要實現這一目的需要大量的傳感設備和傳感技術進行支持。通過傳感技術進行信息采集，得到船舶電子設備、機械設備等設備的運行參數以及性能指標等，在獲得信息之后能夠進行量化并綜合分析。綜合利用數據采集終端、A/D轉換器以及數據篩選處理器等，最終實現信息采集。在船舶設備中引入一整套完整的信息采集系統，能夠實現整個船舶當中多臺設備的狀態監測與診斷，目前船舶故障診斷系統的分布測點數目超過幾百個。在近年來傳感技術發展的背景下，光纖式傳感技術以及數字式傳感技術衍生并在船舶故障診斷中應用，監測效率大幅度提高。在信號采集技術以及傳感技術中還引入了高速圖形顯示技術以及多媒體投影技術等，這些技術的引用提高了狀態監測和故障檢測的效率，節省了時間。

3.2 故障機理與故障特征

對于船舶設備的故障診斷而言，要想更加科學有效的診斷故障，首先要明確故障的發生機理以及常見故障形式，基于此能夠更快速準確的進行故障檢測，也能夠更加快速的提出故障應對策略。因此，在船舶設備的故障診斷中還進行大量研究，基于故障機理和故障特征提出故障診斷模型，以計算機為基礎進行系統參數設置、仿真模擬以及實驗驗證，為船舶故障診斷奠定基礎。

3.3 信號處理與特征提取技術

在故障診斷技術的信息采集之后需要進行信號的處理，通過信號放大、A/D轉換、異常值標定等初步信號預處理之后，將信號傳輸導入到分析模擬軟件當中，進行連續實時動態監測得到誘發故障先兆信息，基于此才能夠實現有效的故障診斷。故障信號特征提取技術也在不斷發展完善，在傳統傅里葉變換等傳統特征提取技術的基礎上衍生發展，快速傅里葉變換技術（FFT）、高階統計量分析方法、時頻分析方法以及現代譜分析方法等新型現代技術研究出現，為故障診斷奠定了技術基礎。

3.4 故障識別與智能決策技術

在控制中心獲得船舶設備的運行狀態信息以及參數之后，需要進行故障識別，基于故障識別需要進行智能決策。故障識別的主要作用是整合參數信息，利用計算機模型以及軟件分析，評估設備運行狀態，發現故障和潛在故障，對于故障問題還應該通過系統分析和比對給出故障原因。目前，智能故障診斷方法由于其便捷、高效、準確等特征被應用，常見的診斷方法包括神經網絡診斷法、故障樹法以及模糊邏輯法和專家系統診斷法等。在實際的船舶故障診斷中為提高準確性和科學性，還往往將多種方法結合使用;另外針對不同的設備還往往采用不同的故障診斷和分析方法，比如船舶柴油機等機械設備往往采用故障樹法。

3.5 基于計算機的智能診斷技術

在上世紀七十年代計算機衍生發展以來，被快速地應用到各個領域當中，充分發揮了計算機的計算以及計算機整合能力，能夠實現對復雜工況和復雜條件的分析計算。對于船舶設備以及其他工業設備而言，可以進行計算模擬以及仿真，了解設備的運行狀況，同時給出設備的故障原因以及故障程度等信息，工作人員可以基于此進行設備故障檢修以及故障排除工作。如圖1所示，即一典型的基于計算機的智能診斷系統，該系統的建成是綜合利用智能診斷方法的結果，同時引入數學模型方法、神經網絡方法等，在圖1的系統當中還引入了專家診斷方法。目前船舶設備故障診斷系統為代表的智能診斷系統當中基于不同的方法進行，常用的包括基于故障聲信號的故障診斷方法、基于鐵譜分析的方法以及基于專家系統的方法和基于神經網絡的診斷方法。目前由于計算機技術、人工智能技術以及信息處理技術的發展，神經網絡技術、專家診斷技術等新的故障診斷技術被研發并被應用，和傳統的故障診斷技術相比效果更佳，給船舶故障檢測以及智能診斷系統的發展奠定了技術基礎。而且我國當前在這一方面的財力和科技投入也逐漸增多，更為其發展提供了支持。

4? 結論

船舶航行時間長，而且所處的環境惡劣、多變，一般運行條件往往比較苛刻，保持船舶的安全穩定運行就顯得尤為重要。在船舶當中引入設備故障診斷技術能夠很好地提高其應對不可預見性問題和災難性問題的能力，以及提高船舶安全運行水平，發現潛在故障問題及時排除并保證其穩定性，對于故障問題還能夠通過系統進行分析處理，減少停機時間，提高運行效率。當前科學技術、傳感技術、計算機技術以及信號處理技術等的發展，也為船舶設備故障檢測診斷系統的發展奠定了很好的基礎，同時在未來還需要不斷的發展完善與創新。

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