船舶故障诊断技术研究【文献综述】

毕业论文文献综述

轮机工程

船舶故障诊断技术研究

一、研究背景及意义

故障诊断的发展和应用，是随着船舶设备技术以及相应的维修模式的发展相联系的。

20世纪以前，船舶结构简单，维修费用低人类对船舶的维修基本上是事后维修，即某部分出现问题后在进行故障分析和维护，故障诊断完全没有引起人们的注意。

进入20世纪后，随着船舶设备本身技术水平和复杂程度的提高，设备故障对船舶产生显著影响，出现了定期维修，一边事故发生前加以处理。

1960年代以后，海南事故频发，人类开始意识到传统的定期维修的弊端，开始变定期为修为与之维修，及监测船舶的工作，预先发现潜在的故障因素，及早采取措施，防止突发性故障。预知维修方式，不仅大大减少了灾难的发生，而且避免了失修和过剩维修，经济效益可观，很快被大多数船公司认可，促使故障诊断技术得到了迅速发展。

二、国内外故障诊断技术研究现状

故障诊断发展至今，取得了很大进步。但是目前，故障诊断方法的分类还没有统一标准。根据其理论和方法特点，一般为基于信号处理的方法、基于解析模型的方法和基于知识的方法等三类[]2。

2.1 基于信号处理的方法

基于信号处理的方法，通常利用信号模型，直接根据检测数据判断，也可采用相应的信号分析和处理方法，如相关函数如相关函数、频谱、自回归滑动平均等，提取诸如方差、幅值、频率等特征。直接利用信号模型、回避了抽取对象数学模型的难点，对于线性系统和非线性系统都适用，具有一定的通用性。

这种方法具体可分为下面几种实现方式[]2

（1）直接测量法

即通过仪器、仪表等，并借助操作人员的感官，通过看、听、摸、嗅等方法，直接测量或观测被诊断对象有关的输出。若输出超出正常范围，则认为对象经或将要发生故障。

故障诊断技术发展的初期阶段，大多采用这种方法，特点是简单，但常常受操作人员的经验、技术水平和身体状态等的影响，容易出现误判和漏判。

（2）信号处理技术

故障往往由于冲击、振荡、碰撞、转速突变等引起，从而也引发相应状态监测传感器的检测信

号的突变和噪声增加，各种变化的奇变点处含有丰富的故障信息。因此，可通过分析信号的奇变点，提取故障特征，并由此特征诊断出故障部位和及故障时间等。

傅立叶变换

是把信号按三角正、余弦基展开，将任意函数表示为具有不同频率的谐波函数的线性迭加，能较好地显示信号的频率特性，是常用的方法。但它在时域上无任何分辨，不能作局部分析，为理论和应用都带来了许多不便不能充分描述时变的非平稳信号，只适合确定的平稳信号，而目前各领域的共同要求是有效地分析非平稳信号。

频谱分析和时频分析

分析信号局部的时频，能够在一定程度上弥补傅里叶变换的不足。

频谱分析只能确定信号中含有哪些频率成分；时频分析则能够确定在某一特定时间的信号中含有哪些频率成分。

2.2基于解析模型的方法

基于解析模型的方法是最早发展起来的故障诊断方法。它又可以分为参数估计方法、状态估计方法、等价空间方法等三种。

这三种方法虽然是独立发展起来的，但是它们之间存在一定的联系。现已证明，基于观测器的状态估计方法，与等价空间方法是等价的，与参数估计方法在本质上是互补的。

2.3基于知识的方法

基于知识的方法，与基于信号处理的方法类似，也不需要系统的定量数学模型，但它克服了后者的缺点，引人了诊断对象的许多信息，特别是可以充分地利用专家的诊断知识等，所以是一种很有前途的方法，尤其是在非线性系统领域。

有以下几种方法[]2：

（1）故障树推理法

（2）神经网络方法

（3）模糊推理方法

（4）专家系统方法

专家系统，是将人类专家的知识和经验输人到计算机中，使计算机能够以“思维”和“推理”的方式，利用这些知识和经验，从而解决特定的问题。

专家系统通常包括以下几个子系统

知识获取系统，即把专家的知识和经验转换成知识库的内容；

知识库，用于存储有关的知识，经验和规则；

推理机，根据一定的规则，从“知条件出发”推出特定的结论；

输入输出系统，即用户与专家系统人机交互的界面。

专家系统用于故障诊断，可以将某领域中许多专家的经验和知识汇集起来，集各家之长，使系统的诊断处理能力超过单个人类专家的水平，提高故障诊断的有效性。事实上。专家系统现已成为故障诊断系统开发的重要技术支柱之一。

专家系统在船舶上也有应用。

（5）几种方法的融合

任何一种技术的存在均有其特定的性质和应用范围，这就决定了其应用的局限性。例如专家系统善于知识表达和解释推理，但却不具备学习能力，对于首次发生的新故障，由于规则库中缺乏相应的诊断知识，系统不具有处理能力，而神经网络恰恰具有学习能力，能够根据新故障样本，自动学习和训练，更新故障诊断知识并形成新的故障诊断规则。

目前常用的技术融合有：专家系统与神经网络的结合，神经网络，模糊推理与专家系统的结合；神经网络与小波技术的结合等。基于信息融合的综合诊断技术是船舶故障诊断领域一个新发展方向。

三、发展与展望[]1

船舶故障诊断技术发展至今已经取得了相当多的研究成果，有的技术已投人到实际应用中，并产生积极的效果，但仍存在着许多有待解决的问题我国在船舶故障诊断、维修及工况优化等方面研究起步较晚。近年来，虽经国内航海界众多院校、研究所的专家努力，取得了一定的成绩，但由于设计思想与实际应用不尽相符，轮机人员无法满意，致使难以应用。到目前为止，尚未见到过一个功能完备的故障诊断系统在实船上应用的报告。世界上现今虽有一些可用于实际故障诊断专家系统，但也仅适合于某一机型，难以适合我国航海事业发展的需要。因此可以说，船舶故障诊断技术仍处于初级阶段有待解决的问题还很多，也是今后的研究方向。

参考文献：

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