智能运维与健康管理 第9章

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智能感知:SOMS拥有一个集 成的信息平台。集成信息平台能 够集成包括主机、电站、液仓遥 测、压载水、ECDIS、VDR等全船 已有航行、自动化监测、控制与 报警信息,以及视情增加包括燃 油流量、轴功率、主机瞬时转速、 轴振动等必要传感器,形成SOMS 信息运行平台,并在平台中统一 数据标准、有效存储管理、提供 开放接口、可实现信息共享(包 括船上系统之间、船岸之间)。
船舶柴油机状态评估技术应用案例
柴油机的曲轴转动受到所有气缸、油 路及活塞曲轴子系统运行情况的综合影 响,曲轴转速的波动情况属于系统级的 状态信息。本案例使用的是一种基于瞬 时转速波动的循环极坐标图评估方法可 实现系统级故障的在线识别及故障子系 统的定位,由于油路子系统、活塞曲轴 子系统的故障会最终影响气缸的做功状 态,该评估方法的主要目的是判别气缸 的整体健康程度,步骤如图所示。
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PART 02
系统架构
系统架构
船舶智能运维与健康管理系统功能组成
智能船舶运行与维护系统(Smart-vessel Operation and Maintenance System,简称SOMS)具有智能系统所 必备的三大功能:1)智能感知;2) 智能分析;3)智能决 策。
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系统架构
船舶智能运维与健康管理系统功能组成
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引言
智能船舶的前景十分美好,不可否认,智能船舶是船舶发展的大趋势, 而智能船舶大范围应用于远洋运输的关键是船舶智能运维与健康管理。 本章9.2节介绍船舶智能运维与健康管理的系统架构,9.3节介绍船舶智能 运维与健康管理的关键技术,9.4节介绍典型的智能运维与健康管理系统, 旨在为读者提供船舶智能运维与健康管理的系统化知识,建立关于船舶 智能运维与健康管理的若干基本认识。
SOMS-船队运营 态势监测与分析
功能
该功能面向使用、维修、管理等相关决策 部门,针对船基定期发送的状态数据,提 供运营数据挖掘与分析功能,为实时的调 度决策提供基础,同时,通过日常评估报 告等输出形式帮助用户实现科学的运营管 理与决策。
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系统架构
岸基-船基智能船舶运行与维护系统架构
船载PHM系统分解为信 息采集、信号处理、状态 监测、健康评估、故障预 测、决策支持和集成控制 等七层(如图所示)。岸 基PHM系统通过PHM信息管 理系统实现视情维修和自 主保障,通过维修决策支 持库为维修保障中心提供 重要的决策信息。
智能运维与健康管理
讲义提纲
1 引言 2 系统架构 3 关键技术 4 全球智慧船舶系统 5 本章小结及思考题
PART 01
引言
引言
船舶一般由船体结构、动力系统、电力系统、船舶辅助或保障系统(消 防、空调、损伤管理等)、平台信息网络系统等组成。
4
引言
2015年2月,美驱逐 舰之王贾森号3号机组
故障,紧急要求保障队 千里驰援。
8
引言
日本对智能船舶的研发已经被列为该 国船舶界未来5年发展的重点。DNV GL与 日本邮船联合开展的海事数据中心项目 于2015年11月启动,并且得到了曼公司 的支持。自项目启动以来,日本邮船旗 下的4艘集装箱船已持续将运营数据传输 至DNV GL的Veracity数据平台。基于这些 运营数据,研究团队创建了一个与实船 相对应的“数字化双胞胎”,实现了船舶 性能监测、基于状态的维护检验等功能。 韩国现代重工是智能船舶研发的先导者。 2016年,在以前合作研发的基础上,现 代重工宣布与英特尔、SK航运、微软等 企业合作开发智能船舶。
fc Nc 2
其中 :Nc——在柴油机为均匀发火形式时,表示柴油机气缸的数目;而 当柴油机为非均匀发火形式时,发火间隔较近的两个气缸合并为一个气缸组, 此时Nc表示气缸组的数目。
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关键技术
船舶柴油机状态评估技术应用案例—基于谐波标尺法的气缸做功区域划分
使用谐波标尺分量Sh对转速波动信号Sf进行划分,得到每个气缸(组)主要做 功范围Tc内的转速波动值集合如下式所示。
大智号智能运行与维 护系统的架构如图所示, 该系统通过集成船舶航行、 GPS、船舶VDR、机舱监 测、燃油等全船信息,利 用工业大数据分析技术进 行数据分析与处理,从而 全面、定量地了解船舶装 备当前及未来的经济性、 安全性状态,并面向运行、 维护、管理活动需求,提 供定制化的决策支持应用
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PART 03
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系统架构
船舶智能运维与健康管理系统功能组成
智能决策: SOMS“一个集成 平台+多个定制化 应用”模式。
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系统架构
岸基-船基智能船舶运行与维护系统架构
船舶智能 运维与健康管 理系统采用船 基系统和岸基 系统相互协调 的架构,共同 实现船舶的智 能运行维护。
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系统架构
岸基-船基智能船舶运行与维护系统架构——船基系统
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关键技术
船舶柴油机状态评估技术应用案例—基于谐波标尺法的气缸做功区域划分
谐波标尺的获取方法为:对瞬时转速信号Si采用傅立叶带通滤波处理,提取其 中的特定谐波分量Sh,将其作为一种精确划分转速波动信号Sf中柴油机各气缸 (组)主要做功范围的标尺,该谐波标尺分量Sh 的频率fh计算方式如式所示。
fh
关键技术
关键技术
船舶智能运维与健康管理关键技术
船舶信息融合 技术
船舶综合状态分 析与评估技术
决策与控制关联 技术
船岸一体化技术
设备维修决策支 持技术
SOMS具有线或无线 船域网的全船综合 网络系统和信息智 能感知体系,规范 的船舶信息描述标 准和信息交换标准, 实现综合的、标准 化的数据汇集,达 到全船的信息融合。
舰载PHM系统
燃气轮机 传动系统
柴油机 辅助装置
信息采集
监 测
信号处理
状态监测

健康评估

故障预测
决策支持


集成控制
舰船PHM集成 信息
管理系统
岸基PHM系统
岸基维修保障中心
健康评估 决策支持
故障预测 集成控制
舰船维修决策 支持库
显示、控制与存储
视情维修 自主保障
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系统架构
岸基-船基智能船舶运行与维护系统架构
智慧船舶是指船舶可利用利用传 感器、通信、物联网、互联网等技术 手段,自动感知和获得船舶自身、海 洋环境、物流、港口等方面的信息和 数据,并基于计算机技术、自动控制 技术和大数据处理分析技术,在船舶 航行、管理、维护保养、货物运输等 方面实现智能化运行的船舶,以使船 舶更加安全、更加环保、更加经济和 更加可靠。通俗的讲,智慧船舶就是 “会思考”的船舶,是装备了智能运维 与健康管理系统的船舶。
2015年11月,美密尔沃基 号濒海战斗舰并车齿轮箱发 生故障导致巡航任务中止, 最终被拖回母港维修
2010年11月,我国 某远洋测量船由于齿
轮减速器断齿导致测 量任务中止
由此可见,船舶运行过程中故障萌生和演化的准确及时识别、健康状 态的评估与预测,对保障其安全运行、任务可靠执行具有重要意义。
5
引言
等能力。
目标。
SOMS以高效 的船岸数据通 信技术为手段, 具备船岸一体 化信息平台, 实现船岸信息 与管理交互。
产品采用模块成定制化 产品,满足船基与岸 基不同用户关于设备 评估与决策策略制定 的软件需求。
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关键技术
关键技术
船舶柴油机状态评估技术应用案例—基于谐波标尺法的气缸做功区域划分
该评估过程中所涉及的转速波动曲线获取方法为:对瞬时转速信号Si 采用低 通滤波处理,去除信号中的高频干扰项,得到有效的转速波动信号Sf ,其截止频 率fp的设置方式如下式所示。
fp fc
其中 : fc——柴油机的转频; ν——信号Sf中的最高简谐次数ν≥24。
智能装备评估系 统(SEAS)
智能装备评估系统(Smart Equipment Assessment System, SEAS)可以全面地评 估船舶机电系统的综合状态,通过将信 息实时传达给相关人员,指导船舶维护 管理人员合理进行船舶运维,让船舶及 其核心重要设备更安全、高效的运行。 同时,SEAS可与岸基服务中心实现信息 交互,让运营船舶得到岸基的决策支持。
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引言
中国对智能船舶的研发在近年来加快。2015年底, 38800吨智能船建造合同签订,标志我国首艘智能船 进入建造阶段。该项目由上海船舶研究设计院牵头, 中船工业系统工程研究院、中船黄埔文冲船舶有限 公司、中船动力研究院有限公司、沪东重机有限公 司等单位参加。该船建成后将实现全船信息共享、 自主评估与决策、船岸一体化、远程支持和服务等。 2016年,“智能船舶顶层设计及部分智能系统示范应 用”被工业和信息化部批准立项,示范船为中国远洋 海运集团有限公司的13500TEU集装箱船。2017年3月, 海航科技物流集团有限公司、中国船级社、中船工 业七零八所、美国船级社、中船重工七一一所等单 位联合发起了“无人货物运输船开发联盟” 。
设备健康监测与 综合故障诊断系 统(HM&IDS)
设备健康监测与综合故障诊断系统(Health
Monitoring & Integration DiagnosticsSystem,
HM&IDS)可以全面掌握船舶装备健康、性能
与经济性状态,识别装备早期异常及快速故障
定位的工具,降低核心装备重大故障发生频率,
Vi i 1, i 2, i 3, L , i nh T
nh
Nt Nc
其中 : Nc——在柴油机为均匀发火形式时,表示柴油机气缸的数目;
nh——每个气缸(组)主要做功范围Tc内的数据点总量。
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引言
近年来,关于智能船舶的消息层出不穷,智能船舶研制俨然成为热点中的热点。 欧洲、日本、韩国、中国等国家和地区对智能船舶的研发正如火如荼,总体来说, 各方对智能船舶的研发还处于较初级的阶段。
中国、日本、韩国、欧洲都开展了多个有关智能船舶的项目,中国的相关
研究处于设备综合控制到半自动化航行监管的过渡阶段。远洋智能船舶方面,
SOMS打破传统功能 SOMS的数据和需求
系统的技术壁垒,以 来自于实体的控制,
全船综合信息为对象, 也将反馈至实体的控
以机器学习等大数据 制;系统将与控制相
分析手段为主在综合 结合,不再使用传统
统一的分析平台上, 的人在回路方式,目
实现船舶的分析、评 标是实现自主智能控
估、预测、决策优化 制与无人化等更高的
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关键技术
船舶柴油机状态评估技术应用案例—基于谐波标尺法的气缸做功区域划分
飞轮
柴油机
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
负载
B1
B2
B3
B4
B5
B6
B7
B8
在如图所示的试验台上开展柴油机转速信号测量。 25
关键技术
船舶柴油机状态评估技术应用案例—基于谐波标尺法的气缸做功区域划分
标记止点信号 10
幅值 [V]
5
0
0
0.05 0.1 0.15 0.2
曲轴转速信号 1
0.5
幅值 [V]
1
Δti
0.5
0
幅值 [V]
0
0
0.05 0.1 0.15 0.2
时间 [s]
0.172 0.173 0.174 0.175 时间 [s]
从测得的柴油机转速信号S0各个波形周期之间的微小时间间隔Δti求取瞬时转
速信号Si。
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系统架构
船舶智能运维与健康管理系统功能组成
智能分析:SOMS平台上搭载专用数据分析模型库。 SOMS具备一定数量 的智能数据分析模型,形成SOMS的每一个特色功能(如设备安全预警、燃 油消耗优化、岸海传输压缩等),并以数据分析模型的自学习能力,随船舶 航行过程进行自动模型训练与优化。系统的分析规模化,通过数据驱动技术 手段、机器自主学习能力,实现感知、分析、评估、预测、决策、管理、控 制、远程支持等一体化的智能化体系。
各个国家和地区的研究进展相差不大,但对近海智能船舶的研究欧洲要走得更
快些。
7
引言
欧洲当前有多家企业 正在政府的支持下合作推 进无人船的研发,争取在 未来3年内在波罗的海实 现完全遥控船舶运营,到 2025年实现自主控制的商 业海上运输。这一项目名 为“企业自主控制海洋生 态系统”,其创始合作伙 伴包括ABB、卡哥特科、 爱立信、Meyer Turku船厂、 罗·罗公司等。
通过合理性的使用与维护提高装备性能降低运
行维护成本。该系统主要面向船舶核心机电设
备,如船舶柴油主机等。
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系统架构
岸基-船基智能船舶运行与维护系统架构——岸基功能
SOMS-船队使用 维修调度辅助决
策功能
适用于维修调度相关决策部 门,针对船基实时发送的状 态与事件处理请求数据,结 合岸基知识与数据分析,提 供实时调度决策支持。
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