船舶柴油机故障诊断专家系统研制

１ 系统 总体 方案
本 系统针 对船 舶主机研 制 开发 了一套故 障诊断 系统 功能 样机 。系 统 主要 包 括 柴 油机 故 障 知识 库 、
前预报 柴油机 可能 发生 的故 障 ，从 而可 以减少重 大 事 故 的发 生 ，提高设 备 的有效利 用率 ，减少 维护 费
用 ，从 而提高 经济效 益 。
３ １ 模拟数 据发送 模块 ．
由于本 系统 目前 是一 套功 能样机 ，监测 的数据 并 未真 正来源 于安装 在柴 油机 上的传感 器 。对 于柴 油 机 的监 测点数 值 的获取 ，采用 了两种 方式 ：一种
法得 到 的柴 油机 故障概率 ，Ⅳ表示 柴油机 不发 生故 障的概率 ，ｕ表 示发生 故障 的不确定 度 。
Ｚ ｎ ｕ ａ ｇ Ｊ ｎ，Ｍ ａ Ｓ ａ ｗｅ ，Ｌｉ ｎ ｈ ｎ ｉ ｕ Ｙｕ
（ ｈ ｎ ｈｉ ｒ ｅＤｅｅ Ｅ ｇｎ ｅｅｒｈＩｓ ｔｔ， ｈ ｎｈ ｉ ０ ０ ） Ｓ ａ ｇ ａ Ｍａｉ ｉ ｌ ｎ ｉｅＲ ｓａ ｔｕ Ｓ ａ ｇａ ２ ０ ｎ ｓ ｃ ｎｉ ｅ １ １ Ａ ｓｒｃ：Ｂ ｓｄｏ ｅ ｐｔｒ ｈｆｒ（ — ）ｅ ｉｅｃ ｅｒ ａｄｎ ｕａ ｎｔｏｋｔｅｒ ， ｈ ｕｔ ｉｇ ｂ ｔ ｔ ａｅ ｎＤ ｍ ｓ — ａ ａ ｅ Ｓ ｅ Ｄ Ｓ ｖ ｎ ｅｔ ｏｙ ｎ ｅ ｒｌ ｅ ｒ ｏ ｔｅｆ ｌｄａ— ｄ ｈ ｗ ｈ ｙ ａ
Ｆ＝（ １ ２ １ ＋Ｕ Ｆ ） Ｆ Ｆ ＋Ｆ １ ２ Ｎ＝（ Ｎ ＋ ＋ ｌ ２ Ｎｌ ２ Ⅳ１ Ｎ ） （） ２ （） ３
Ｕ＝（ ） Ｕ
（） ４
系统根据计算 得 到 的故 障概 率值 进 行判 断 ，当
图 １ 系 统 框 架 图
发生故 障的概率超过临界值时 ，结合故 障模式表格 ， 系统会 给出相应 的故 障原 因 以及 维 修建 议 。柴 油机 出现故 障时 的故 障现象 、故 障原 因 、相关 参数 以及
和推 理结论 的不确 定度 。在最 终给 出的结论 中包含
故 障 ，一 种 为渐 变 性 故 障 。突 发 性 故 障在 发 生 前 无 明 显 征 兆 ，这 类 故 障 发 生 时 间很 短 ，发 展 极 快 ，通常 伴 随状 态 监 测 参 数 的 突 变 。渐 发 性 故 障 是 因为 没 备 在 使 用 过 程 中 零 部 件 因 为 疲 劳 、腐 蚀 、磨损 等 因素 而 导 致 设 备 性 能 逐 渐 下 降 ，最 终
，
且 的值 由下 式确 定 ：
＝
Ｆｌ Ｆ２＋ Ｆ１ Ｕ２＋ Ｉ Ⅳ２＋Ｎ １ ￣１ Ｕ２＋ １ Ｆ２＋ Ｕ１ ２＋ Ⅳ
Ｕ１ Ｕ２
（） １
将上述 两种 方法 得到 的结果进 行数 据融合便 得
到最 终 的故 障发 生概率 、不 发生故 障概率 和不确 定
度 ，如下 面公式所 示 ：
・
２ ・ ６
柴 油 机
第３ ３卷第 ３期
式 为故 障诊断计算 机提 供柴 油机故 障诊断 在线参 数
信息 。
方 法
１
表 １ 证 据 方 法描 述 表 格
Ｆ
Ｆｌ
Ｎ
Ⅳｌ
Ｕ
Ｕ１
２
Ｆ ２
Ｎ ２
ｃ ， １
为进行 数据 融合计 算 ，需要定 义一个 中间参 数
第 ３ （０ １ 第 ３期 ３卷 ２ １ ）
柴 油 机
Ｄｉ ｓ ｌＥｎ ｉ ｅ ｅ ｅ ｇ ｎ
一
一
…
…
～
智能化与控制 ｛
… ～ 一 … 】 ． 。
船 舶 柴 油 机 故 障 诊 断 专 家 系统 研 制
臧 军 ，马 善伟 ，刘 赞 （ 七一 一研究 所 ，上海 ２ １０ ） ０ １８
ｎ ｓｓｅ ｐ ￣ ｓ ｓｅ ｏ ｒｎ ｉｓ ｌｅ ｇ ｎ ｓｄ ｖ ｌｐ ｄ， ｉｈ ａ ｏ ｔｄ Ｊ Ａ ａ ｈ ｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｏ ｌ ｏ ｉ ｘ ｅ ｙ ｔｍ ｆｍａ ｉ ｅ ｄ ｅ ｅ ｎ ｉ ｅｗａ ｅ ｅｏ ｅ ｗｈ ｃ ｄ ｐ ｅ ＡＶ ｓｔ ｅ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｏ ｔ ａ ｄ Ｊ Ｓ ａ ｅ ｄ ａ ｎ ｓｉ ｔｏ ．Ａｃ ｏ ｄ ｎ ｏｔ ｅ ｉ ￣ｒ ｎ ｅ ｍｏ ｅ ， ｎ ｏ ｉ ｅ ｉ ｉ ｏ ｉａ ａａ ａ ｄ ｎ ＥＳ ｓ ｈ ｉ ｇ ｏ ｔ ｏ １ ｔ ｃ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｈ ｎ ｅ ｃ ｄ ｌ ａ ｄ ｃ ｍｂ ｎ ｄ ｗ ｔ ｈ ｓ ｒ ｌ ｔ ｎ ｈ ｔ ｃ ｄ
臧
军 等 ：船 舶 柴 油 机 故 障诊 断 专 家 系 统 研制
是设计制 作 了一套 可调节模 拟发 数板 ，模拟 了柴 油 机 的四十多 个 参 数 点 ，每 个 测 点 可 以输 出 ４～ｌ ０
收 稿 日期 ：２ １ ４７２ ；修 回 日期 ：２ １—１ ９ ０ ０ ９—３ ００ １－ 。 ０ 作 者 简 介 ：藏 军 （９ ７一） １８ ，男 ，硕 士 ，主 要 研 究 方 向 为机 舱 自动 化 ，Ｅｍａ ：ｉｍ ａ ｕ８ Ｏ Ｉ＠ １６ ｃｒ。 — ｉ ａ ｚｎ ｎ７ ３４ ２ ．ｏｎ ｌ
拟板 上有 ４ ５个测 点 ，共 计 １３个 测点 。 ８
表 ２给 出柴 油 机 故 障诊 断 基 本模 式 的部 分 内 容 ，以柴油机 的燃油 系统 为例 ，当燃油 进机压 力低 时 ，给 出故 障原 因 ：低压 油路供 油不 畅 、输油 泵运
行 不正 常 。相 应建议 检查 ：①低 压油 路漏油 ；②粗
摘
要 ：结合神 经 网络和 Ｄ— ｓ证据 理论 ，采 用 Ｊ Ｖ Ａ Ａ作 为开发 工具 ，Ｊ Ｓ 为诊 断 ３ 具 ，研 制 开 Ｅ Ｓ作 －
发 了柴油机 故 障诊 断专 家 系统 。 系统 可根据推 理模 型 ，结合 历 史数 据和 柴 油机 实时监 测数 值 ，在
柴 油机 发 生故 障时 ，显示故 障 的有 关信 息 、故 障 的可能 原 因以及 维修 建议 。
柴 油机故 障数据 库 、推理机 制 、专 家 系统软 件等 。
系统框 图 如 图 １ ，整 个 系统 由两 层 网 络 组 成 ， 上层 为 以太 网（ 管理 ） 网络 ，下 层 为 Ｃ Ｎ总 线 。故 Ａ
传统 的柴 油机故 障诊 断技术 通常 采用热 力参 数 分析法 、磨粒 监测分 析法 、声发 射监测 和振 动分 析
方 法 ２表示 统计量 综合评 判法 ，，表示 采 用 该种方
供在 故 障 查 询 模 式 下 ，按 时 间 点 、时 间段 、测 点 号 、关键字 等来查 询历 史故 障结论 。软件框 架结构
如 图 ２所示 。
软件部 分主要 由模 拟发送 数据模 块 、实时数据 库管理 模块 、ＷＥ Ｂ后 台管 理模块 和 Ｊ Ｓ Ｅ Ｓ专家 诊 断 数 据处 理模块 组成 。
滤 器脏 堵 ；③ 回油 系 统 、输 油 泵 、燃 油 不 足 或 无 油 ；④燃 油输 送泵传 动机 构故 障 。
２ 专 家诊 断 系统推 理 方 法
故 障 的发 生 一 般 有 两 种 情 况 ，一 种 为 突发 性
３ 专பைடு நூலகம்家 系统软 件 功 能 设计
本 软 件 在 实 时 数 据 库 Ｒ Ｂ （ ｅｈｍｅ Ｄ ｔ Ｄ Ｒ ａ ｉ ａａ Ｂｓ） ａｅ 的基 础 上 ，利 用 基 于 Ｊｖ 专 家 系 统 Ｊ Ｓ ａａ的 ＥＳ （ａａＥ ｐｒ Ｓｓ ｍ Ｓ ｅ１ 对 各 测 点 的 实 时 数 据进 Ｊｖ ｘ ｅｔ ｙｔ ｈ ｌ ｅ ） 行监 测 ，利 用神经 网络模 型推 理和符 号推 理两种模 式 ，推理得 出故 障发生 的概率 、不 发生故 障的概率
Ｋｅ ｗｏ ｄ ｙ ｒ ｓ：ｍａ ｉ ｅ ｄ ｅ ｅ ｎ ｉ ｅ ａ ｌ ｄ ａ ｎ ｓｓ ｘ ｅ ｔ ｙ ｔ ｍ ｒｎ ｉｓ ｌ ｇｎ ；ｆ ｕ ｔ ｉ ｇ ｏ ｉ ；ｅ ｐ ｒ ｓ ｓｅ ｅ
０ 概
述
本 柴 油机 故 障诊 断 专 家 系统 结 合 神 经 网络 和
Ｄ Ｓ 据理 论 ，采用 Ｊ Ｖ 。证 Ａ Ａ作 为 开 发工 具 ，Ｊ Ｓ Ｅ Ｓ作 为诊 断工具 。
柴油 机作 为船舶 的重要 动力设 备 ，不管 是用作
主机推进 还是发 电输 出 ，都 是决 定船舶 能否 可靠工 作 的关键 因素 。利用现 代测试 理论 ，借 助于先进 的 计算 机平 台和人 工智能 技术 ，可 以对柴 油机 的运 行 状态进 行在线 监测 ，提 出设备 检查 与维修 建议 ，提
关键词 ：船 舶柴 油机 ；故障诊 断；专 家 系统 中图分 类号 ：Ｔ ２ ７ ３ Ｐ ７ ． 文献标 识码 ：Ａ 文章 编号 ：１０ ４ ５ （ ０ １ ０ ０ ２ ０ ０ １— ３ ７ ２ １ ） ３— ０ ５— ４
Ｄｅ ｅ ｏ ｍ ｅ ｔ ｏ ｕ ｔＤｉ ｇ ｏ ｉ ｐ ｒ ｙ ｔ ｍ ｆ Ｍ ａ ｉ ｅ ｅ ｇ ｎｅ ｖ ｌｐ ｎ ｆ Ｆａ ｌ ａ ｎ ｓｓ Ｅｘ ｅ ｔ Ｓ ｓ ｅ ｏ ｒｎｅ Ｄｉ ｓ ｌＥｎ ｉ
法 。现代 故障诊 断方 法 主要 采用 基于专 家 系统 的智
障诊 断计算 机通过 网关 与 ＩＯ模块 相连 ，网关有两 ／ 路 Ｃ Ｎ和两路 以太 网接 口，兼具 交换机 功 能。 Ａ
本套 功能样 机 的监 测对象 为柴 油机 主机 ，左 右 舷各一 台 ，为 了较 好地模 拟 柴油机 的运行 状况 ，本
和渐发性 故 障 ，分 别采用 了最大值 比较评 判法 和统 计量综合 评判 法 ，最后 采用 Ｄ Ｓ证据理 论对结 论进 — 行融合 。Ｄ ｓ证 据 理 论 是 针 对 事 件 发 生 后 的结 果 — （ 证据 ），探求 事件 发生 的主 要原 因 （ 假设 ） 的一 种 信息融合 方法 。 如表 １所示 ，方 法 １表 示 最 大值 比较评 判法 ，
ｒ ａ —ｉ ｎｉ ｒｎ ａ ａ，ｔ ｉ ｙ ｔｍ ａ ｉｐ ａ ｅ ｅ ｎ ｉｅ’ ａ ｌｓ ｗｈｅ ｈ ｙ ｏ ｃ ｒ ｓ ｏ ｎ ｈ ｅ ｌｔｍｅ ｍｏ ｔ ｉ ｇ ｄ ｔ ｏ ｈ ｓ ｓ ｓｅ ｃ ｎ ｄ ｓ ｌｙ ｄｉｓ ｌｅ ｇｎ Ｓ ｆｕ ｔ ｎ ｔ ｅ ｃ ｕ ， ｈ ｗｉｇ ｔ ｅ ｒ ｌ ｔ ｅ ｉ ｆｒ ａｉｎ，ｔ ｅ ｐ ｓ ｉ ｌ ｅ ｓ ｎ ｎ ｉ ｔｎ ｎ ｅ ｓ ｇ ｅ ｔｏ ｓ ｅａｉ ｎ ｏｍ ｔｏ ｖ ｈ ｏ ｓｂ ｅ ｒ ａ ｏ ｓａ ｄ ｍａ ｎ ｅ ａ ｃ ｕ ｇ ｓｉｎ ．
超 出允许 值 。
故 障可能发 生 的部 位 、建议检 查 的部 件等 内容 。得
出的故 障结 果 将 实 时写 人 Ｓ Ｌ Ｓｒｅ２ ０ Ｑ ｅ ｒ０ ０数 据库 ， ｖ
由此 可见 ，柴油 机的故 障表现 形式具 有一定 的
复杂性 和多样性 。针 对这种 情况 ，对于 突发性故 障
能化诊 断方法 、基 于神经 网络 的诊断方 法 和神经 网
络 和专 家 系统 相 结 合 等 方 法 对 柴 油 机 进 行 故 障诊
断。
功能样 机 采用 实 物 触 发 （ 拟 柴 油 机 在线 参 数 ） 模 和 虚拟 （ 拟 发 数 程序 产 生 柴 油 机 参数 ） 结 合 的 方 模 相
建议 检查 相关 内容是 向有关 柴油 机专家咨询获得 。
故障诊 断计算 机接收 模拟发 数程序 发送 的测点 数据 ，结合故 障诊 断模 型 和知 识 库进 行 故 障判 断 、 状态 显示 和趋 势分 析 。监 控装 置故 障诊 断 系统 软件 测量 的参数包 括 ：低压管 路燃油 压力 、高压 油管压 力 、起动 空气压 力 、滑油 压 力 、冷却水 压力 、活塞 冷却 油压 力 、涡 轮排气 温度 、燃 油进机 压力 等常规 热 力参数 ，其 中左 右舷 柴 油 机各 有 ６ ９个 测点 ，模