爱华网工程船舶动力机械状态监测与故障诊断现状及发展 摘要：针对工程船舶动力机械运行特点，详述工程船舶动力机械状态监测和故障诊断研究的意义，介绍国内外常见船舶动力机械状态监测与故障诊断的方法和现状，并指出工程船舶动力机械状态监测和故障诊断技术的发展趋势和研究热点。
关键词：工程船舶；动力机械；状态监测；故障诊断
状态监测和故障诊断(Condition Monitoring and FaultDiagnosis，CMFD)技术作为涉及机械学、摩擦学、热工学、计算机科学、信息科学、测试技术、信号处理和模式识别、决策诊断等技术领域的跨学科综合性技术，广泛应用于航空、航天、船舶等大型机械装备维修保障领域。伴随航运事业快速发展，港口建设、航道疏浚、矿藏开采、水利工程、山河改造、建材采集、防险救助、海缆通讯、敷设作业等需求不断扩大，各种工程船舶快速发展，且其类型越来越多，结构更加复杂，对现代工程船舶的安全高效运行和维护保障提出了更新的课题：深入开展工程船舶动力机械安全保障系统研究；积极探索工程船舶动力机械视情维修和以可靠性为中心的维修的新途径和新举措；努力寻求工程船舶CMFD的新思路和新方法；构建工程船舶动力机械现代维修保障体系是当前工程船舶动力机械研究的热点。
一、开展工程船舶动力机械CMFD研究的意义
工程船舶具有离岸、流动作业和可靠性要求高的特点，同时相对一般船舶而言，工程船舶动力机械不但包括一般船舶所拥有的动力机械设备还包括用于工程的动力机械设备，其结构更加复杂而且工况多样、工作环境和工作状态比较恶劣，对动力机械的要求比较高。其特点主要表现在特殊的用途和工作环境、安全可靠性、机动灵活性、多工况性、经济性等方面，这样对工程船舶动力机械提出了更高的要求。积极开展状态监测技术研究应用，不断提高故障诊断技术水平是确保工程船舶动力机械安全、可靠、高效、低耗和环境友好运行的保障，是提高工程船舶生产效率，保障各项工程和抢险救灾顺利进行的前提。开展I程船舶动力机械状态监测与故障诊断研究主要意义表现在以下三方面。
1．推动船舶维修制度的改革
开展工程船舶CMFD技术研究和应用可以推进维修保障模式从依靠人员经验向依靠计数手段方向发展，改变当前定时维修、经验维修、事后维修的模式和以时间为基础的船舶预防性维修体制，克服当前维修体制的弊端，尽快形成以视情维修和以可靠性为中心的现代维修体制，积极推进船舶维修制度的改革，满足现代工程船舶的需求。
2．降低维修成本，提高经济效益
CMFD技术在工程船舶动力机械上的广泛实施，可以及早发现故障征兆，最大限度地减少计划外维修、消除冗余检查和经常性地计划内维护以及带来的过剩维修；避免了突发故障（特别重大事故）的发生；使系统零部件的寿命得到充分发挥，延长了检修周期，提高维修的精度和速度，降低维修费用，获得最佳经济效益。从而使工程船舶动力机械的维修更加合理，同时提高了设备的利用率，带来了巨大的经济效益和社会效益。
3．提高故障预测能力，确保系统安全性和可靠性
CMFD在工程船舶动力机械的实施可以大大提高系统故障预测能力，从而确保系统的安全性。借助CMFD的状态监测和故障预测能力，可以有效地掌握系统的运行状态，及早采取措施和手段控制系统故障发展趋势和消除故障，进而避免系统停机和突发故障，大大提高了系统的安全性和可靠性。
二、船舶动力机械CMFD技术现状
1．状态监测技术现状
据分析，各种船舶动力机械状态监测技术逐步从研究阶段走向实用化阶段，各种在线监
测传感器和在线监测系统不断问世。近年来，国内外众多科研机构院所开展了许多卓有成效的研究，取得新成果。目前船舶动力机械所使用的状态监测技术手段主要以性能参数监测、瞬时转速监测、油液分析监测、振动监测等方式为主。
2．故障诊断技术现状
状态监测和科学技术的快速发展，使得许多新的故障诊断理论和方法也相继产生。国内外众多的航运企业和科研机构都开展了相关研究，形成了基于贝叶斯决策判据以及基于线性和非线性判别函数的模式识别方法、基于概率统计论的时序模型诊断方法、基于距离判据的故障诊断方法、模糊诊断原理、灰色系统诊断方法、故障树分析法、小波分析法以及分形几何方法、模糊逻辑、专家系统、神经网络、遗传算法等一系列数学和智能故障诊断方法。由于各专业之间的限制，各种监测与诊断方法一般都是单独进行，没有形成一个有机的融合诊断体系。而瞬时转速、振动监测等方法在理论研究中比较多，真正用于工程船舶动力机械实时监测的实例很少。国内最具代表性的成果是武汉理工大学严新平教授所带的课题组将性能参数、油液、振动、瞬时转速监测方法应用于挖泥船动力机械状态监测构建的基于融合技术的远程故障诊断系统。
三、工程船舶动力机械CMFD技术发展趋势和研究热点
计算机技术、信号分析与处理技术、智能计算理论、人工智能理论、网络与通信技术等相关技术的快速发展，使得CMFD技术和系统的研究方向日益多元化，成为基于系统论、控制论和信息论的多学科交叉的研究课题。它以可靠性理论、信息论、控制论和系统论为理论基础，以现代测试仪器、计算机和网络为技术手段，结合船舶动力机械和工程机械的特殊规律逐步形成一门综合应用技术。与当代前沿科学融合是这一技术的发展方向，有许多前沿技术渗透进来，尤其是专家系统近几年来在这一领域发展迅速。工程船舶动力机械CMFD技术总体发展趋势是传感器的精密化、多维化、在线小型化；诊断原理和诊断模型的多元化；诊断技术的智能化和多样化，即状态监测技术手段越来越多，诊断仪器和设备逐步向小型化、微型化、在线式、嵌入式方向发展，监测手段的多样化、智能化、数字化特征越来越明显；故障诊断方面不断吸收人工智能、信息工程、系统控制、信息融合等方面的成果，用于改善和提升状态监测与故障诊断的精度和水平。同时借助计算机技术和网络技术状态监测及故障诊断系统应用逐步向集成化、分布式、远程化、智能化方向发展。目前工程船舶CMFD技术研究热点主要有以下三方面。
1．工程船舶动力机械CMFD技术基础研究
掌握各种工程船舶运行特点，系统研究船舶动力机械系统的运行特征和故障机理；综合考虑各种监测技术手段，从产品设计角度出发，开展工程船舶动力机械CMFD系统的全寿命全系统周期内的基础设计理论体系和指标研究，形成船舶动力机械系统监测点的优化布置方法和传感器合理选用的策略、构建工程船舶动力机械CMFD系统评价分析理论方法；系统研究工程船舶动力机械各种状态监测技术，建立各种监测技术手段的标准体系；将CMFD系统中的新技术新方法与现有机舱自动化系统结合，构建具有设备状态趋势分析、故障定位和故障预测能力的新一代机舱自动化系统。
2．工程船舶状态监测技术研究热点
工程船舶状态监测技术研究热点主要体现在新技术、新方法以及在线实时监测手段的应用。如光栅光纤技术、激光技术等在工程船舶动力机械状态监测中的应用；小型化、微型化在线传感器以及嵌入式传感器的研制；多种在线监测技术手段的工程化应用以及便携式监测设备的研制。
3．工程船舶故障诊断技术研究热点
据故障诊断技术向智能化、综合化、系统化方向发展趋势的特征，工程船舶动力机械研究热点主要体现在将热力参数分析法、油液分析法和振动诊断法等多种诊断方法综合应用，
研究基于多参数、多方法、多传感器的工程船舶动力机械融合诊断技术；利用网络技术和计算机技术开展船舶动力机械远程故障诊断的研究；将新的信号分析和处理方法，如神经网络、模糊逻辑和小波理论、遗传算法等新技术应用于柴油机信号的分析与处理中，开展工程船舶动力机械智能专家诊断系统的研究。
四、结束语
工程船舶动力机械CMFD的方法很多，且还在不断增加，其发展趋势正由局部监测到全系统监测、由单一监测方法到多监测手段、由离线到在线监测、由事后诊断到故障前诊断、由趋势监测到自动评估、由经验诊断到专家诊断方向发展。许多方法在实际故障诊断时都有一定的局限性，如何有效利用先进监测技术手段和故障诊断方法，提高船舶动力机械故障诊断的准确性、可靠性、实用性、适用性，从而不断提高工程船舶动力机械现代化、智能化水平仍是今后研究的热点和难点。
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