王帅 王博 谭明志
大连劲帆船舶咨询有限公司 辽宁省大连市116000
摘要：工程船舶是指在港口、航道、船厂等水域从事工程作业的船舶，如挖泥船、起重船、打桩船、混凝土搅拌船及附属作业的船舶等。这类船舶作业量大，工作环境恶劣，因此对机械部件的消耗较大，以致经常出现机械运行故障。机械运行故障是指船舶中的机械部件因运行消耗而偏离正常状态，导致机械设备失去其部分或全部功能。一旦工程船舶出现机械运行故障，就会对船舶正常运行造成严重影响，不但损失巨大的经济利益，还有可能造成人员伤亡事故。因此，分析工程船舶机械运行故障诊断方法具有重要意义。
关键词：工程船舶；机械运行故障；诊断方法
利用传统方法对工程船舶机械运行故障进行诊断时，存在诊断正确率、效率双低的情况。针对上述情况，本文提出一种基于振动信号的工程船舶机械运行故障诊断方法。该方法的正确率和效率高于其它方法，并且平均综合正确率达到96.7%，故障诊断时间仅需3.5min。
一、工程船舶基本概念
工程船舶是指按不同工程技术作业要求，装备各种专用设备，从事各种工程技术作业的船舶。其类型繁多、设备复杂、专业性强、新技术、新设备应用较多，且各具特色。主要有挖泥船、起重船、打桩船、混凝土搅拌船、打捞船、布缆船、航标船、铺管船、钻探船、采油平台，以及配合挖泥船作业的吹泥船、泥驳等。
二、机械运行故障诊断
1、故障监测阶段
1)机械运行状态信号实时检测。信号检测即是对工程船舶机械运行过程中产生的振动信号进行实时检测。信号检测主要通过安装在机械设备运行现场的传感器来完成。另外，被检测到的振动信号是被噪声干扰后的信号，传感器在检测机械运行状态振动信号时，也会将周围的振动信号检测进去，因此为保证后续诊断结果的准确性，需对检测到的振动信号进行去噪处理。
2)振动信号。振动信号处理过程就是故障特征提取过程。故障特征提取采用小波变换的方法来完成，它是信号时频分析和处理的理想工具，主要特点是通过变换能充分突出某些问题方面的特征。
2、故障诊断阶段。故障状态识别是利用K最近邻算法建立的识别器对上述检测出来的故障特征与故障诊断样本进行对比、识别，完成故障类型诊断工作。
K最近邻算法实质是一种基本的分类和回归方法。将提取出来的故障特征和故障诊断样本一起输入到算法中，得出故障所属类型。由于K最近邻算法未显示训练过程，因此在测试时，需计算测试样本和所有训练样本的距离。
三、对比实验
为验证基于振动信号的工程船舶机械运行故障诊断方法的有效性，基于灰色预测理论的船舶机械故障诊断方法、基于共振调节技术的船舶机械故障诊断方法、基于多融合技术的船舶机械故障诊断方法，进行对比实验研究。
假定某工程船舶的机械运行故障分别为裂纹、磨损、腐蚀、卡顿、自然老化5种。
利用以上方法对其进行诊断，其诊断结果表明，无论是哪种故障的诊断，基于振波信号的工程船舶机械运行故障诊断方法正确率均高于其他方法，且单个故障的诊断正确率都在95%以上，平均综合正确率也达到了96.7%。因此，基于振波信号的工程船舶机械运行故障诊断方法要好于其它方法。
诊断方法除要保证诊断正确率外，诊断效率同样也是需考虑的重要指标。计算4种诊断方法完成以上5种机械运行故障诊断所需时间，结果表明，利用本次研究的诊断方法完成机械运行故障诊断，所需时间为3.5 min，高于其它诊断方法。由此可见，本次研究的诊断方法诊断时间更短，诊断效率更高。因此，无论是在诊断效果上，还是诊断效率上，本次研究的方法均要好于其余方法。
四、工程船舶自动化技术的应用与发展
1、应用效果。在网络性的自动化控制系统运行中可将分散的设备连接，形成一个网络，通过数据终端及网络平台能有效拓展其系统功能，与分散控制系统对比来说，其优势更为显著。自动化系统在实践中可通过网络结构开展工作，保障各个系统的安全性，从原理角度来看，因其具有一定的服务器功能，在自动化系统操作中，应用了核准密码的方式开展工作，对人员身份进行了一定的限制与约束，给船员的工作开展带来了一定的便捷；即便相关操作站出现问题，也可通过其他操作站代替工作，系统更安全、稳定。同时系统中配置了相关数据接口，能形成一个集中驾驶台。
在自动化系统中具有系统监控报警软件，通过人机交换界面及多窗口技术开展工作，人员监视更为便捷，可适当进行参数调整与信息调查，了解系统的各个知识，在自动化系统软件中，其具有以下的功能特征：①操作命令处理，自动化系统操作命令执行中，可通过“使能”方式发布命令，有效避免误操作问题，可提升操作安全性、稳定性；②自定义报警方式，可在性质不同的测量点中设置不同特征的声光报警信号，具有对应的权限，操作人员可执行操作，确认报警。相关操作人员可对其部分报警进行延时设置或屏蔽，自动化系统在报警处理中具有较显著的优势。③趋势报警。自动化系统可测试参数变化，加强对系统的监测处理；同时也可启动频发报警，及时了解、发现问题；④测量点状态报道，相关操作人员可基于具体状况，了解测量点综合信息状况，进而及时处理；也可动态改变测量点报警数值，基于测量点中的函数信息，了解实际状况。
2、发展趋势。当前在工程船舶的自动化发展中逐渐应用了数字融合技术，此种技术是将一些模糊或精确、离线或实时传感器进行信息输入、数据经验及统计数据的整合利用，通过一些方式与手段对这些在空间上及时间上冗余或互补的数据进行分析，进而对其进行合理利用。这种技术手段的应用有效推动了船舶自动化系统的发展，提升了其整体功能效果，以及工作效率与质量。在今后的发展中，工程船舶自动化发展势必会应用各种先进技术手段，也会融入各种网络技术，这对工程船舶的功能完善、性能提升及操作、应用有着积极作用与影响。
总之，机械是船舶重要组成部件之一，对工程船舶的作业情况具有重要影响，一旦发生机械运行故障，不但延误作业工期，造成巨大的经济损失，还威胁人员的生命安全，因此必须对工程船舶的机械运行状态进行实时监测，及时诊断出存在的故障问题，以便进行有效维护，保证船舶正常运营。
参考文献：
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