◇福建省莆田市海洋與漁業(yè)執(zhí)法支隊(duì) 王晨煜

為了有效解決船舶輪機(jī)產(chǎn)生的各種故障問題，做好故障信號監(jiān)測工作非常關(guān)鍵?；诖耍疚囊詧?zhí)法船舶為例進(jìn)行分析和研究，對船舶輪機(jī)設(shè)備多發(fā)故障信號監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行研究和分析，有效提出多發(fā)故障信號的相關(guān)監(jiān)測工作方法，對信號監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行仿真工作分析，有效保證船舶輪機(jī)設(shè)備的各種故障問題得以快速發(fā)現(xiàn)和解決，提高執(zhí)法船舶輪機(jī)設(shè)備的工作安全性和穩(wěn)定性，為后續(xù)的類似工作開展提供有效參考和借鑒。

在船舶系統(tǒng)當(dāng)中輪機(jī)設(shè)備是其中非常重要的組成部分，是船舶行駛過程中的重要動力供應(yīng)設(shè)備。隨著一些執(zhí)法船只使用年限的不斷延長，船舶輪機(jī)設(shè)備的使用性能也在快速下降，如果沒有進(jìn)行必要的維護(hù)和處理，很容易造成船舶輪機(jī)設(shè)備產(chǎn)生故障問題，嚴(yán)重的情況下甚至?xí)霈F(xiàn)重大的事故。為了有效控制執(zhí)法船舶輪機(jī)故障問題的產(chǎn)生率，需要周期性對設(shè)備進(jìn)行必要的檢修處理工作，由于傳統(tǒng)的設(shè)備檢修工作方法，主要是以提前檢修和事后維修方式為主，?不但浪費(fèi)了大量的人力物力資源，同時(shí)在故障的修復(fù)工作效率上有所偏低。因此，相關(guān)研究工作人員通過研究出船舶輪機(jī)設(shè)備故障信號監(jiān)測工作系統(tǒng)，使用EMD信號監(jiān)測多發(fā)故障方法，通過使用小波灰度共生矩陣實(shí)現(xiàn)，對整個(gè)設(shè)備故障問題進(jìn)行實(shí)時(shí)性診斷和分析，以此可以實(shí)現(xiàn)對執(zhí)法船舶輪機(jī)設(shè)備多發(fā)性故障問題和工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)性監(jiān)控，避免產(chǎn)生嚴(yán)重的故障問題。

1 輪機(jī)設(shè)備多發(fā)故障信號監(jiān)測系統(tǒng)分析

1.1 系統(tǒng)開發(fā)要求

執(zhí)法船舶輪機(jī)設(shè)備在運(yùn)行工作過程中需要有效做好狀態(tài)監(jiān)測，對系統(tǒng)運(yùn)行過程中的參數(shù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)性收集與監(jiān)控，準(zhǔn)確判斷船舶輪機(jī)設(shè)備在工作過程中所產(chǎn)生的故障概率，具體包含以下幾個(gè)方面：第一，柴油機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)。柴油機(jī)是產(chǎn)生故障問題頻率相對較高的設(shè)備之一，在進(jìn)排氣的溫度高低、燃油工作壓力、滑油壓力、燃油溫度數(shù)據(jù)信息產(chǎn)生異常情況時(shí)，可能是柴油機(jī)設(shè)備產(chǎn)生的故障問題，需要有效結(jié)合故障信號的具體情況做出正確的診斷處理；第二，齒輪箱監(jiān)測齒輪箱在工作過程中的振動信號，如果產(chǎn)生明顯的異常情況可能是出現(xiàn)軸齒輪嚴(yán)重磨損或者是直接斷裂等情況；第三，增壓器監(jiān)測增壓器，在工作過程中如果信號出現(xiàn)震動異常問題，可能是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動出現(xiàn)失衡而產(chǎn)生故障問題[1]。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于執(zhí)法船舶輪機(jī)設(shè)備多發(fā)故障信號監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，需要有效做好每一個(gè)環(huán)節(jié)的系統(tǒng)運(yùn)行工作狀態(tài)的監(jiān)測和判斷。在本文分析工作過程中，通過使用Matlab軟件展開系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析，基于設(shè)計(jì)工作軟件當(dāng)中所具有的數(shù)值、計(jì)算編程語言、仿真工具以及數(shù)據(jù)庫等，可以實(shí)現(xiàn)對多發(fā)故障信號監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)化和完善，系統(tǒng)運(yùn)行工作過程中主要是以PC機(jī)作為其中的終端運(yùn)行工作載體，所包含的各項(xiàng)功能模塊如下所示。

第一，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的預(yù)處理工作，在該模塊內(nèi)部主要是針對執(zhí)法船舶輪機(jī)設(shè)備的原始運(yùn)行工作參數(shù)進(jìn)行處理，并且對數(shù)據(jù)信息格式進(jìn)行統(tǒng)一。通過分離數(shù)據(jù)通道將所獲取的參數(shù)信息保存為Excel文件格式。在系統(tǒng)信號收集功能中，需要對各個(gè)不同環(huán)節(jié)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分離處理，方便于分析傳感器上的數(shù)據(jù)參數(shù)，并且準(zhǔn)確定位故障產(chǎn)生的具體位置。在該工作模塊當(dāng)中需要通過使用振動信號源文件，有效列出各種規(guī)格的參數(shù)數(shù)據(jù)信息，同時(shí)生成傳感器采集數(shù)據(jù)以及扶植參數(shù)曲線，有效規(guī)劃數(shù)據(jù)保存工作路徑。

第二，EMD降噪工作模塊。在該系統(tǒng)模塊的工作過程中，主要包含相關(guān)性分析議程算法分析EMC參數(shù)信息，分解信號數(shù)據(jù)信息的收集和重構(gòu)，在彈出界面窗口之后可以生成對應(yīng)的參數(shù)幅值曲線。其中主要包含降噪之后的幅值曲線模塊，允許輸入IMF分量信號，可以保證該信號和原有的信號相似度更高。對信號源進(jìn)行分析，在該系統(tǒng)當(dāng)中可以將其設(shè)置成5個(gè)可選的信號源，分量用戶在操作過程中，可以基于故障信號的產(chǎn)生頻率，將其設(shè)置成不同的IMF分量數(shù)據(jù)信息等級。在經(jīng)過正確的分量處理之后，對所獲取的參數(shù)信息進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，并且將最終的降噪信號進(jìn)行自動保存[2]。

第三，EMD樣本特征收集模塊。在該工作模式當(dāng)中，具有對信息樣本的事實(shí)性收取，以及對各種信號的導(dǎo)入和導(dǎo)出功能。在故障信號的導(dǎo)入導(dǎo)出工作過程中，需要對原文件進(jìn)行提取，通過開啟信息信號波形圖分析功能，可以保證系統(tǒng)自動生成降噪之后的IMF波形圖像真實(shí)性。在提取信息參數(shù)過程中可以實(shí)現(xiàn)，在對應(yīng)表格當(dāng)中直接顯示出其中的參數(shù)特征值，每增加一組數(shù)據(jù)表格會自動增加特征參量。

通過多發(fā)信號故障分析之后，可以準(zhǔn)確判斷執(zhí)法船只故障問題產(chǎn)生的具體原因，在船舶輪機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中各種設(shè)備故障相互之間的聯(lián)系非常密切，任何一種設(shè)備產(chǎn)生故障問題之后，很有可能會對船舶的正常穩(wěn)定工作和運(yùn)行造成比較嚴(yán)重的影響。因此，在船舶故障故障問題分析工作過程中，相關(guān)工作人員可以通過整體性觀察和判斷方法，結(jié)合故障表現(xiàn)情況，對船舶的維修保養(yǎng)歷史信息以及相關(guān)專業(yè)知識等，對船舶系統(tǒng)設(shè)備產(chǎn)生的不同問題進(jìn)行綜合判斷和分析，同時(shí)和故障相關(guān)的影響因素之間進(jìn)行有效觀念同時(shí)做好目標(biāo)定位，對其中的故障問題進(jìn)行全面排查。在各種問題的檢修過程當(dāng)中，必須有具有相應(yīng)的側(cè)重點(diǎn)需要從各種問題產(chǎn)生的表征現(xiàn)象角度著手，提高故障問題的分析工作效率，避免故障問題進(jìn)一步擴(kuò)大，造成更加嚴(yán)重的安全隱患。

2 自適應(yīng)濾波系統(tǒng)的使用

在執(zhí)法船只輪機(jī)設(shè)備多發(fā)故障信號的監(jiān)測工作當(dāng)中，故障特征信息的提取是其中非常重要的工作環(huán)節(jié)，在特征提取工作當(dāng)中，需要有效消除外部環(huán)境因素所產(chǎn)生的信號干擾。本文采用的是自適應(yīng)濾波處理工作方法，消除系統(tǒng)采集信號當(dāng)中的噪音，并且提高故障特征參數(shù)值的精確性。在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中需要保證船舶輪機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)故障特征參數(shù)提取之后，使用FIR非傳遞性系統(tǒng)濾波器，在濾波器當(dāng)中通過輸入信號值、輸出信號值，有效計(jì)算出參考信號參數(shù)數(shù)值，也稱之為誤差信號。在濾波器的使用工作當(dāng)中需要調(diào)整濾波系數(shù)，并且對輸入信號進(jìn)行加權(quán)處理，可以有效獲取更加精確的輸出信號，然后再通過濾波器的系數(shù)修正之后，進(jìn)一步優(yōu)化和調(diào)整誤差信號的精確度，保證最終所獲取的信號值趨于最小值，可以有效檢測出噪聲問題[3]。

自適應(yīng)濾波技術(shù)的使用，可以有效消除各個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中傳感器設(shè)備，在復(fù)雜環(huán)境條件下數(shù)據(jù)傳輸?shù)木唧w情況以及所攜帶的噪音情況，可以有效降低參考輸入誤差值大小，起到噪音抑制的作用和效果。自適應(yīng)濾波技術(shù)在多發(fā)故障信號監(jiān)測系統(tǒng)當(dāng)中，運(yùn)行負(fù)荷狀態(tài)有所差異，傳感器在接收到信號之后，需要將信號直接傳遞到信號源當(dāng)中，噪音輸出過程中需要使用維納濾波工的理論來進(jìn)行處理。對于信號展開線型離散分析，如果輸入信號和輸出信號是離散性狀態(tài)，則輸入信號和期望參數(shù)數(shù)值之間，會形成對應(yīng)通過計(jì)算出誤差信號大小，有效引入相關(guān)計(jì)算參數(shù)，列出輸出信號的函數(shù)對應(yīng)關(guān)系。

3 船舶輪機(jī)設(shè)備多發(fā)故障信號監(jiān)測系統(tǒng)仿真分析

在針對本次研究設(shè)計(jì)的執(zhí)法船只輪機(jī)設(shè)備，多發(fā)故障信號和監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行仿真運(yùn)行過程中，需要有效驗(yàn)證系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，并且在仿真實(shí)驗(yàn)工作過程中干擾頻率設(shè)置為三種，分別為133、233、633Hz，所設(shè)置出的信息采樣點(diǎn)數(shù)量為1024個(gè)，采樣頻率大小為1600Hz，收集到的仿真信號基礎(chǔ)頻率大小為150Hz。在本次系統(tǒng)內(nèi)部共提供時(shí)域分析、頻率分析、波形轉(zhuǎn)換分析維納濾波分析等四種方式。通過系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的自動化，收集有效確認(rèn)數(shù)據(jù)信息的精確度，讀取信息彈出窗口可以顯示原始的信號及其模擬信號的波形圖像。在模擬信號分析過程中進(jìn)入輪動設(shè)備界面進(jìn)行信息調(diào)整，輸入仿真數(shù)據(jù)信息得到最原始的模擬信號波形圖。通過在波形圖當(dāng)中可以看出，信號整體呈現(xiàn)雜亂無章的狀態(tài)，但是波峰比較突出呈現(xiàn)出周期性的特點(diǎn)符合故障信號的采集特征，對原始信號波形圖進(jìn)行時(shí)域分析之后，有效率除不同頻率條件下的噪音干擾問題，從中可以得到最終等監(jiān)測工作結(jié)果。通過故障監(jiān)測工作結(jié)果顯示可以得出多發(fā)性故障問題的產(chǎn)生，可能是因?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)部傳感器安裝存在誤差，轉(zhuǎn)子橫向出現(xiàn)裂紋，部件出現(xiàn)嚴(yán)重的磕碰等問題影響。根據(jù)特定的頻率參數(shù)來確認(rèn)故障問題產(chǎn)生的具體情況。在系統(tǒng)運(yùn)行工作過程中，通過使用支持向量機(jī)識別故障樣本，在經(jīng)過數(shù)據(jù)信號的處理和診斷之后，在系統(tǒng)界面輸出故障信號監(jiān)測信息，可以實(shí)現(xiàn)對船舶輪機(jī)系統(tǒng)故障問題的快速診斷和排查[4]。

4 結(jié)束語

綜上，執(zhí)法船只船舶故障檢修，是保證執(zhí)法船只安全穩(wěn)定的重要工作的重要工作方法。在故障檢修工作過程中，需要有效引入輪機(jī)設(shè)備，多發(fā)故障信號監(jiān)測系統(tǒng)，發(fā)揮出該項(xiàng)系統(tǒng)的功能與優(yōu)勢，解決執(zhí)法船只船舶輪機(jī)的各種故障問題，延長船舶輪機(jī)的使用壽命。