秦一斐

摘要：船用柴油機故障診斷對船舶航行和人員安全至關(guān)重要。本文介紹了船用柴油機的基本組成以及診斷方法和研究現(xiàn)狀，并對船用柴油機故障診斷存在問題進行分析、對發(fā)展前景進行展望。

關(guān)鍵詞：船用柴油機;故障;診斷

0? 引言

船用柴油機具有高熱轉(zhuǎn)化效率、實用經(jīng)濟、啟動方便的特點，適用不同型號的船舶。船用柴油機作為船舶航行的主要動力來源，當(dāng)它發(fā)生故障時，將直接影響船舶的操縱性能以及設(shè)備和人員的安全。為了最大程度地避免事故的發(fā)生，保障船舶操縱人員的安全，同時還能帶來潛在的經(jīng)濟效益和社會效益，需要不斷加強對船用柴油機運行狀態(tài)的監(jiān)測。因而，對于船用柴油機故障診斷的研究至關(guān)重要。

1? 船用柴油機的基本組成

船用柴油機是由以下七大系統(tǒng)所組成，當(dāng)柴油機系統(tǒng)發(fā)生故障時，不僅會導(dǎo)致柴油機運轉(zhuǎn)異常，嚴(yán)重的還會造成機器損耗和人員傷亡。船用柴油機的實物圖如圖1所示。船用柴油機的基本組成如圖2所示。

1.1 機體組件系統(tǒng)

是船用柴油機的基本骨架，包括氣缸蓋、氣缸體等部件。

1.2 曲柄連桿系統(tǒng)

負責(zé)將活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)換為曲軸的旋轉(zhuǎn)運動，包括活塞組、連桿組、曲軸飛輪組等部件。

1.3 進排氣系統(tǒng)

負責(zé)提供充足而干凈的新鮮空氣，并將燃燒后的廢氣排出，包括進、排氣門等部件。

1.4 燃油供給系統(tǒng)

按照船用柴油機負荷情況，向柴油機氣缸內(nèi)噴入適當(dāng)?shù)娜剂希ǜ邏河捅?、噴油器等部件?/p>

1.5 潤滑系統(tǒng)

以一定壓力不間斷地送到船用柴油機各摩擦表面輸送清潔的潤滑油，以減少摩擦阻力和零件的磨損，從而保障船用柴油機長期穩(wěn)定工作，包括滑油泵、滑油管路等部件。

1.6 冷卻系統(tǒng)

冷卻船用柴油機的高溫零件，以保證在正常溫度下工作，包括水泵、水箱等部件。

1.7 啟動系統(tǒng)

提供外部動力供船用柴油機的安全可靠啟動。

2? 傳統(tǒng)的故障診斷方法

傳統(tǒng)的故障診斷依靠肉眼、物理設(shè)備測量等方式直觀觀察船用柴油機的故障。具體方法如下[1]：①直接觀察法：通過直接觀察和簡單測量柴油機及其零件的外觀和表面狀態(tài)，根據(jù)自己所掌握的經(jīng)驗對當(dāng)前狀態(tài)進行診斷;②熱工參數(shù)檢測法：通過監(jiān)測柴油機工作時的熱力參數(shù)來判斷其工作狀態(tài)好壞的診斷方法;③油液檢測法：利用油品化驗及光鐵譜的分析，對潤滑油中磨粒形狀、大小、濃度等的診斷來判斷柴油機磨損故障狀態(tài)的一種方法;④振動檢測法：對柴油機工作過程中產(chǎn)生的振動信號進行采集、分析及處理，達到診斷柴油機零部件狀態(tài)的方法;⑤瞬時轉(zhuǎn)速檢測法：凡是影響到柴油機工作循環(huán)的故障，均可以在瞬時轉(zhuǎn)速上反映出來。柴油機對外做功效果最直接的反映，通過對其分析能對柴油機的運行狀態(tài)作出評估。

3? 船用柴油機故障診斷的研究現(xiàn)狀

3.1 基于專家系統(tǒng)的船用柴油機故障診斷

專家系統(tǒng)利用大量的具有專家水平的知識與經(jīng)驗，模仿人類專家解決問題的過程，進行判斷推理，構(gòu)建專家系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，并利用歷史經(jīng)驗不斷擴充知識庫。鎮(zhèn)江船艇學(xué)院的黃學(xué)衛(wèi)等人的船用康明斯柴油機故障診斷專家系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用就對船用柴油機專家系統(tǒng)進行了研究[2]。大連海事大學(xué)的岑漢倫的MAN B&W二沖程柴油機故障診斷專家系統(tǒng)研究，收集大量船用柴油機故障資料，利用混合推理法和混合推理法構(gòu)建故障診斷推理機，開發(fā)了船用柴油機專家系統(tǒng)[3]。武漢理工大學(xué)的曹彬的船用柴油主機故障診斷專家系統(tǒng)的研究利用模糊技術(shù)實現(xiàn)了船用柴油機專家系統(tǒng)的開發(fā)[4]。

3.2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的船用柴油機故障診斷

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一般有兩種，一種是生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，另一種是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是真實的生物的意識思考過程，用于產(chǎn)生生物的意識，指揮生物進行行動。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種模仿生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)行為特征、思考過程的一種網(wǎng)絡(luò)，依靠搭建的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法來預(yù)測結(jié)果。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)依靠算法的復(fù)雜程度，通過調(diào)整內(nèi)部大量節(jié)點之間相互連接的關(guān)系，從而達到處理信息的目的。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)涉及多學(xué)科交叉領(lǐng)域，應(yīng)用在計算機、數(shù)學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域，通過建立數(shù)學(xué)模型實現(xiàn)了計算機模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的過程，具有強大的非線性映射能力，并具有良好的自適應(yīng)學(xué)習(xí)能力等特性。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。

利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)尋找船用柴油機數(shù)據(jù)之間的規(guī)律，大大提高了診斷效率。羅存剛利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)船用柴油機遠程故障的診斷研究[5]，之后張志剛等人的用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法同樣實現(xiàn)了在船用柴油機遠程故障診斷中的應(yīng)用[6]，提高了故障診斷的效果。中北大學(xué)的李偉實現(xiàn)基于和聲搜索算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的柴油機故障診斷研究[7]。江蘇科技大學(xué)的唐曉霞實現(xiàn)了對船用柴油機故障診斷系統(tǒng)的開發(fā)與研究[8]。

4? 船舶柴油機故障診斷研究存在的問題

4.1 基于專家系統(tǒng)的船用柴油機故障診斷方法

專家系統(tǒng)依靠與船用柴油機的故障歷史經(jīng)驗，但船用柴油機的故障數(shù)據(jù)具有采集收集困難、采集方法不一的特點，對專家系統(tǒng)知識庫的積累產(chǎn)生一定的影響。

4.2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的船用柴油機故障診斷方法

由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)依靠樣本訓(xùn)練數(shù)據(jù)，因而對訓(xùn)練樣本的準(zhǔn)確性和正確性要求非常高，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)無法從船用柴油機故障發(fā)生原理的角度考慮樣本數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，如果樣本的準(zhǔn)確度不夠高、正確性無法保證將導(dǎo)致訓(xùn)練結(jié)果的偏差。同時選用合適神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練算法對整個網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練結(jié)果十分關(guān)鍵，雖然已經(jīng)實現(xiàn)了多種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在船用柴油機故障診斷的應(yīng)用，但是由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不易優(yōu)化，導(dǎo)致算法提升的空間很小。由于船用柴油機多發(fā)故障在一定程度上有高度地相似性，不同的多種故障可能會引起船用柴油機參數(shù)變化、工作過程一致和相同的船用柴油機的工作狀態(tài)。因而對于船用柴油機多發(fā)故障診斷的研究非常少。所以目前基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的船用柴油機故障診斷方法大都研究單一情況導(dǎo)致的船用柴油機故障，但是船用柴油機的實際故障一般為多發(fā)故障，因而距離神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用于船舶柴油機故障診斷還有一定的距離。

5? 未來研究展望

雖然船用柴油機的故障診斷技術(shù)已經(jīng)取得了飛速的發(fā)展，但是由于船用柴油機工作環(huán)境惡劣，且船用柴油機位于甲板之下。因而，對船用柴油機的故障診斷提出了極大挑戰(zhàn)，研究依靠于大數(shù)據(jù)、云計算的在線故障診斷系統(tǒng)是未來的一大研究方向。

6? 總結(jié)

船用柴油機的故障診斷方法有很多種，基于專家系統(tǒng)的船用柴油機故障診斷方法依賴于歷史經(jīng)驗和推理機，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的船用柴油機故障診斷方法依賴于樣本數(shù)據(jù)的正確性和算法的好壞。將專家系統(tǒng)的歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，研究船用柴油機數(shù)據(jù)的內(nèi)部聯(lián)系，同時不斷優(yōu)化現(xiàn)有算法的優(yōu)劣性是提高船用柴油機故障診斷的重要途徑。在新的歷史背景下，將大數(shù)據(jù)、云計算等計算機應(yīng)用在船用柴油機故障診斷上能夠又好又快的實現(xiàn)故障診斷，節(jié)省人力資源成本。

參考文獻：

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[6]張志剛，鄧小飛，周軍.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在船用柴油機遠程故障診斷系統(tǒng)的研究[J].焦作大學(xué)信息工程學(xué)院，2019（16）：97-99.

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