有关船舶设备故障与维修的思考
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摘要： 介绍了设备故障诊断技术及其在船舶设备中的应用。
关键词：故障诊断；监测；诊断；船舶设备维修
1前言
故障诊断技术是由医学应用而发展起来的一项工程应用技术，它包括状态监测（又称故障监测或状态诊断）、故障分析和故障处理三个方面。这一建立在电子、测试、传感器、计算机、模式识别、人工智能技术等现代科学成就基础上的应用研究最早始于国防和航空、航天等尖端领域。近三十年来故障诊断技术发展迅速，已在设备的合理使用、安全运行、事故分析、性能评价、特别是在船舶设备针对性维护中得到了广泛的应用，获得了比较大的成功。
2故障诊断技术
2.1故障诊断技术的发展
机械设备的故障诊断技术是与设备运行、维护相关的一项新技术，它的发展是同工业生产和科学技术的发展紧密相联的。早期，由于工业生产水平、机械设备本身的技术水平及复杂程度都比较低，设备的经济性、可维修性等问题尚未引起人们的相当重视，设备管理一般采取事后维修（即坏了才修）或定期预防维修的方法，因此，故障诊断技术很粗糙，而科学技术水平也限制了诊断技术的发展。随着工业生产现代化程度的提高，人们开始认识到发展故障诊断技术的重要性和紧迫性。
2.2设备故障诊断的方法
设备故障诊断的内容主要是研究如何在有限信息条件下判断设备的技术状态。设备的预测包括三方面的任务：状态、时间和后果预测，主要预测故障最终将会造成的直接经济和其它损失；设备的故障诊断在故障发生后进行，主要包括故障识别―设备出现了哪些故障，由故障现象找出故障原因，分析和定位故障。目前流行的故障诊断方法有五种：
1）数学模型法；
2）系统输入输出信号处理法；
3）人工智能法；
4）逻辑诊断法；
5）模糊诊断法。
2.2.1数学模型法
数学模型法可分为参数诊断法和状态估计诊断法。
1）参数诊断法参数诊断法包括标准参数法和统计参数法两种。统计参数法是通过对机械设备运行的持续检测，根据获得的设备诊断参数数据，分析设备的状态，判断故障的发生。当故障可由参数的显著变化来描述时，可利用已有的参数估计法来检测故障信息，根据参数的估计值与正常值之间的偏差情况断定系统的故障情况。
2）状态估计诊断法
当被控过程的状态可直接反映系统的运行状态时，通过估计系统状态，并结合适当的模型即可进行故障诊断。
2.2.2系统输入输出信号处理法
系统输入输出信号处理法可分为直接测量系统的输入输出、小波分析、输出信号处理、信息匹配诊断等方法。
1）直接测量系统的输入输出在正常情况下，被控过程的输入输出在正常范围内变动
2）小波分析小波分析的基本方法是：首先对系统的输入输出信号进行小波变换，利用该变换求出输入输出信号的奇异值；然后除去由于输入突变引起的极值点，则剩余的极值点即对应于系统的故障。
3）输出信号处理系统的输出信号在幅值、相位、频率及相关性上与故障源之间存在着一定的联系，这些联系可用一定的数学形式（如输出量的频谱等）表示。
4）信息匹配诊断
此方法引入了类似矢量、类似矢量空间、一致性等概念，将系统的输出序列在类似空间中划分成一系列子集，分析各子集的一致性，并按一致性的强弱进行排列，一致性最强的一组子集的鲁棒性也最强，而一致性最差的子集则可能已发生故障。
2.2.3人工智能法
人工智能法是将人工智能的理论和方法应用于故障诊断开发的智能化故障诊断技术，这是故障诊断的一条新途径。它又可分为基于专家系统、基于故障树和基于神经元网络等故障诊断法。当系统出现故障时，把故障信息或现象输入神经元网络，神经元网络经过自组织、自学习，输出合理的解决方法。
2.2.4逻辑诊断法
在传统的形式逻辑推理基础上，发展了符号逻辑及以下几种逻辑诊断：
1）布尔逻辑诊断（二值逻辑诊断）：故障诸起因与症状间的因果关系存在与否用逻辑“真”或“假”（“1”或“0”）来表示，构成逻辑表达或逻辑树以供诊断、定性分析和定量运算之用。
2）多值逻辑诊断：在上述取1和0之间插入若干中间值，以便描述客观世界复杂的因果关系。
3）模糊逻辑诊断：在逻辑值1和0之间插入连续（如0.1,0.2,0.3…）或离散的取值，借以反映自然语言中的量词，能够较好地表达人们的逻辑思维，用于诊断。
2.2.5模糊诊断法
模糊诊断就是把模糊数学引入诊断领域，以解决复杂设备监测诊断信息的模糊不确定性问题。这种方法更接近于人类描述语言，对解决复杂的模糊不确定性问题较有效。
3船舶设备的监测诊断
由于不同种类船舶设备的功能不同，结构的繁简程度也有差别，因此监测诊断系统对它们的监测与诊断的重视程度不应该一样。由于主机是船舶的“心脏”，以及它的结构复杂、工况多变、易发生故障，因此，把对主机的监测诊断作为系统的重点。而结构简单的设备，如泵类的诊断可以放在系统中较次要的位置。单项设备的监测与诊断基本上依赖于各单项设备的监测手段，即监测仪器，通过对单项设备现有诊断参数的优化选取诊断参数。单项设备诊断参数的采样时间间隔没有严格的限制和要求，不要求严格的等时性，同时设备的不同诊断参数采样间隔也不一样，不同设备的相同诊断参数其采样时间间隔也可以不一样，这主要根据设备的具体情况而定，体现设备实际监测的特点，使设计的软件系统具有实用性，如各类输送装置的联锁保护、实时监测系统。
4结论
运用设备诊断技术开展设备视情维修能够及时发现故障，准确而又快速地加以排除，确保设备良好的状态。其经济效益相当显著，这可从事故减少、维修费用降低两方面直接体现出来。从日本的报道看，采用诊断技术后，事故减少了75%，维修费用可降低25%～50%。英国对两千个工厂进行的调查表明，采用诊断技术后，维修费用每年可节约3亿英镑。
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