基于性能衰減的船舶機電設備壽命預測與評估探討

甄鵬程 熊元元

摘? ? 要：本文通過測試數據，探討基于性能衰減的船舶機電設備壽命預測與評估。選取不同型號、規格的船舶部分典型機電設備作為研究對象，通過其性能檢測和環境監測，分析設備的性能數據變化趨勢，發現設備的性能衰減與影響因素的關聯關系，提出一種基于性能衰減規律的船舶機電設備壽命預測與評估方法，為船舶機電設備的維護保養計劃提供可靠依據。

關鍵詞：船舶機電設備；性能衰減；壽命預測；評估設計

中圖分類號：U665.1? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Exploration on Life Prediction and Evaluation for Marine Mechanical and Electrical Equipment Based on Performance Attenuation

ZHEN Pengcheng，? XIONG Yuanyuan

（ COSCO Shipping Heavy Industry （ZhouShan） Co.， Ltd.，? Zhoushan 316131 ）

Abstract： This article explores the design method for carrying out the life prediction & evaluation of marine electromechanical equipment based on performance degradation through experimental data. The experiment selected ship electromechanical equipment of different models and specifications as the research object， and collected & analyzed the performance data change trend of the equipment through performance testing and environmental monitoring. Through analysis of the data， it was found that the performance degradation pattern of the equipment is closely related to environmental factors and usage conditions. Based on these findings， this article proposes a life prediction model for marine electromechanical equipment based on performance degradation laws， which can provide important basis for the maintenance and management of ship electromechanical equipment.

Key words： marine electromechanical equipment;? performance degradation;? life prediction;? evaluation design

1? ? ?前言

隨著船舶行業的不斷發展，船舶機電設備日益復雜化，其運行環境也日益多樣化[1]，使得船舶機電設備的性能衰減問題越來越突出。性能衰減不僅會導致設備的效率降低，而且可能引發各種安全隱患，因此，對船舶機電設備的壽命預測與評估設計具有重要意義。盡管現有的研究已經涉及到了船舶機電設備的性能衰減問題[2]，但是，這些研究仍存在不足和局限性。首先，對于設備性能衰減規律的研究還不夠系統，缺乏對各種因素影響的全面分析和模擬;其次，現有的設備壽命預測與評估方法往往不夠準確，不能有效地反映設備的實際運行狀態和預測未來的性能趨勢。本文旨在通過深入研究船舶機電設備的性能衰減趨勢，探索一種基于性能衰減的船舶機電設備壽命預測與評估方法，以可系統地分析各種因素對設備性能的影響，較準確地預測設備的壽命，發現性能衰減規律，助船舶操作人員更好地掌握設備的運行狀態，及時發現和解決潛在問題，提高設備的運行效率和安全性。本文首先對船舶機電設備的性能衰減趨勢進行研究，包括設備性能隨時間的變化趨勢、環境因素對設備性能的影響程度等;其后將基于其研究結果，探索一種基于性能衰減的船舶機電設備壽命預測與評估設計方法[3]；結合設備的歷史運行數據和實時監測數據，利用機器學習和數據分析技術，實現對設備壽命和性能趨勢的準確預測和評估[4]。

2? ? 探索目標與途徑

本文探索的目標是：較準確地評估船舶機電設備的壽命并實現預測。

探索的途徑是：通過獲取實驗測量數據統計，分析船舶機電設備的性能衰減趨勢，找到其變化規律，總結出對設備壽命的準確預測與評估方法。

3? ? 檢測數據

3.1? ?檢測不同型號、規格的船舶機電設備的性能

船舶機電設備性能檢測數據。表1列出了所選用的四種類型具體不同性能參數（功率、效率、運行溫度）的案例設備，標明了各設備類型的性能參數以及性能檢測結果。

根據實驗和數據，從表1中可以看出，所有選取的船舶機電設備在性能檢測中表現良好，實際功率和效率均達到或接近額定值，運行溫度也在正常范圍內。亦表明其工作狀態與設計接近，可有效地滿足船舶的運行需求。

通過對比不同設備的性能數據，可以發現每臺設備的性能特點。這些數據將用作后續的性能衰減規律研究和壽命預測模型建立依據。

3.2? ?對選取的船舶機電設備進行環境監測

根據實驗和數據，對選取的船舶機電設備進行了環境監測，記錄了設備的運行環境參數，包括溫度、濕度和壓力。這些環境因素可能會影響設備的性能衰減和壽命。表2匯兌了各設備的類型、型號、環境溫度、環境濕度和壓力數據。

從表2中可以看出，不同設備的運行環境參數存在差異。這些數據亦將作為后續的性能衰減規律研究和壽命預測模型建立提供依據。

通常，設備性能衰減和壽命的影響因素主要有：一是環境溫度。高溫可能導致設備部件的磨損和老化加速，從而影響設備的性能和壽命。同時，高溫也可能導致設備的工作效率降低。因此，在高溫環境下運行的設備需要進行特別的維護和保養；二是環境濕度。高濕度環境可能導致設備內部出現腐蝕和短路等問題，從而影響設備的性能和壽命。因此，在高濕度環境下運行的設備需要進行特別的防護和保養；三是工作壓力。過高的工作壓力可能導致設備部件的損壞和疲勞，從而影響設備的性能和壽命。因此，在高壓環境下運行的設備需要進行特別的選型和設計。

3.3? ?船舶機電設備性能隨時間變化的情況

船舶機電設備性能數據隨時間變化的情況。每臺設備的功率和效率隨時間的變化趨勢和特征進行了詳細記錄，并按記錄數據繪制趨勢圖。

通過觀察圖1、圖2、圖3，可以發現每臺設備的性能衰減規律。隨著時間的推移，發電機功率逐漸降低，效率也逐漸下降。在400 h內，功率從初始的980 kW下降到860 kW，效率從初始的95%下降到85%，表明發電機的性能隨時間逐漸降低；電動機功率和效率也呈下降趨勢。在400 h內，功率從初始的480 kW下降到400 kW，效率從初始的92%下降到83%，表明電動機的性能隨時間逐漸降低；泵額定功率和效率同樣呈下降趨勢。在400 h內，功率從初始的170 kW下降到140 kW，效率從初始的85%下降到75%，表明電動機的性能隨時間逐漸降低。總之，船舶機電設備的性能會隨著時間的推移而逐漸衰減。

3.4? ?船舶機電設備在不同環境溫度、濕度下的性能情況

船舶機電設備在不同環境溫度、濕度下的性能水平及其隨溫度、濕度變化引起的性能衰減率進行了詳細記錄。如表3所示。

通過觀察表3和圖4中的數據，可以發現每臺設備的性能衰減規律。隨著溫度和濕度的增大，其性能水平以及性能衰減率在逐漸降低，在溫度20 ℃，濕度50的情況下，性能水平由初始95%降到85%；在溫度30 ℃，濕度60的情況下，性能水平由初始90%降到78%；在溫度40 ℃，濕度70的情況下，性能水平由初始85%降到67%。可以看出，隨著環境溫度、濕度增加，其性能衰減率逐漸加大。

4? ? 規律分析

通過對船舶機電設備的性能檢測和環境監測，可發現設備的性能衰減和環境因素影響的規律。實驗結果表明，船舶機電設備的性能隨時間推移而逐漸降低，且衰減速度逐漸加快。同時，環境溫度、濕度和壓力等因素也對設備的性能衰減和壽命產生影響。數據統計發現，設備的性能衰減與時間呈線性關系，隨著運行時間的增加，設備的功率和效率均逐漸降低，且其性能衰減速度逐漸加快。即在運行初期，設備的性能下降較緩慢，但隨著時間的推移，衰減速度逐漸加快；其次，環境因素對設備的性能衰減和壽命產生影響。高溫、高濕度和高壓環境下運行的設備更容易出現性能衰減和損壞。

通過本文實驗得出以下結論：船舶機電設備的性能隨時間逐漸降低，且衰減速度逐漸加快。同時，環境因素對設備的性能衰減和壽命產生影響。因此，在船舶機電設備的維護和管理中，應定期進行性能檢測和環境監測，及時解決設備性能衰減帶來的問題。同時，對于高溫、高濕度和高壓環境下運行的設備，需要進行特別的維護和保養，以減緩設備性能衰減速度，延長設備壽命。

5? ? 船舶機電設備性能維護建議

經上分析可知，定期檢修與維護是保障船舶機電設備正常運行的重要手段。應針對不同的設備特點及調研數據，制定匹配的檢修與維護計劃，包括設備檢查、清潔、潤滑、調整、更換等。定期對設備進行檢修和維護，以及時發現潛在的問題，預防故障的發生，延長設備的使用壽命。在檢修與維護過程中，一要嚴格按照設備制造商提供的維護手冊進行操作，遵循設備的操作規程和使用說明。二要隨時對設備的運行狀態進行監測，注意甄聽設備的運行聲音、觀察其溫度參數、檢查潤滑油的油位等，發現異常及時處理。定期更換易損件，如潤滑油濾清器、空氣濾清器等，確保設備的正常運行。三要對設備進行預防性維護，如定期檢查電氣線路、更換液壓油等，預防設備故障的發生。并做好檢修與維護記錄，記錄設備的維修歷史、更換的部件、維修的時間等信息，以便后續查詢和分析。

6? ? 結束語

本文例舉了船舶部分典型機電設備的性能衰減測試數據及其相關影響因素，并以此分析其性能衰減規律，提出其使用壽命評估的可行方法，推斷其它可能影響船舶機電設備性能的潛在因素，并據此提出應對措施建議。

參考文獻

[1] 張曉東，胡明，張振中.船舶機電設備評估指標研究[J].船舶工程，?2005 （02）.

[2] 劉宇.船舶機電設備使用與維護特色資源庫的設計[J].船舶物資與市場， 2021 （07）.

[3] 趙思恒，周航，周少偉.基于維納過程的船舶柴油機增壓器壽命預測[J].中國艦船研究， 2022 （06）.

[4] 伍朝澄.基于數據挖掘的高速船舶柴油機使用壽命預測[J].艦船科學技術， 2022（16）.

作者簡介：甄鵬程（1983- ），男，工程師。研究方向為船舶建造。

熊元元（1983- ），男，高級工程師。研究方向為船舶生產設計與工法設計。

收稿日期：2023-08-15