舰船动力装置智能诊断方法研究

黄凯宇 杨文灿 陆聪杰

摘 要：舰船的安全运行是由舰船动力装置决定的，目前，对于舰船故障的监测诊断方法有很多，随着设备的复杂性越来越高，故障参数与故障越来越无法呈现规律，所以也导致了传统的方法已经不适合进行故障诊断了。本文通过对智能故障诊断方法的分析和研究，提出关于未来故障诊断方面的研究方向。

关键词：智能诊断；动力装置；故障

由于时代的发展，现代工业及科学对于设备的功能要求也日趋复杂，各种机器设备随着发展更多的演变成自动化、大型化，如果出现故障，就会给社会带来危害，同时也造成了经济的损失。由于舰船动力装置涉及多个领域，极其复杂，传统的故障诊断方法过于已经满足不了故障舰船对于故障诊断方面的需求了。

智能诊断方法是专家系统，模糊理论，神经网络，遗传算法之间融合的方法，它越来越受到相关领域的专家学者的重视，相对于传统的智能诊断方法具有以下4点优势：

第一，具备学习能力，能够从以往的诊断实例中获得诊断知识；

第二，具有专家般的推力能力，自动实现从故障现象到故障原因的映射；

第三，能偶有效的利用诊断专家的经验和知识；

第四，拥有对诊断结果的解释能力[ 1 ]。

1 舰船动力装置的智能诊断

舰船动力装置囊括了热力，信号检测，机械，安全防护等多个领域，而且其工作状态与子系统密切相关包括冷却，燃油，润滑等。所以需要从不同的角度来综合研究故障诊断问题。我们根据以往的研究成果，从人工神经网络的方法、模糊逻辑方法、专家系统的方法几个方面进行分析和研究。

1.1 关于人工神经网络方法

Artificial Neural Networks（人工神经网络）是最近几年发展起来的一个学科，因为神经网络具有很强的高速寻找优化解的能力、自学习功能和联想储存能力，非常适合应用在解决故障诊断类问题上[ 2 ]。舰船的动力装置就好比是舰船的“心脏”他包含了蒸汽动力装置、燃气轮机动力装置、柴油动力装置以及以上装置的组合等，所以其故障诊断尤为复杂，而人工神经网络为舰船动力装置的故障诊断，指出了一个崭新的技术方向。

舰船动力装置故障包括机械故障和性能故障，对于机械故障，可以通过两个子神经网络进行诊断，分别输入转数分析信息和振声信号形成集合神经网路诊断系统。

用一个子神经网络可以实现对性能故障的诊断，输入一个性能参数，比如：水温，转速，功率等。现阶段的人工神经网络的诊断主要受到提取稳态特性参数的限制，只能针对某个操作点。

1.2 关于模糊逻辑方法

动力装置故障的原因与故障表现特征以及特征参数值用图像表现发现其呈现非常复杂的非线性对应关系[ 3 ]。这种模糊的关系是由于故障与故障表现特征之间的不确定，还有故障与故障表现特征的概念形容不精确造成的。所以某种故障是否存在并没有清楚的界限，而是符合某种隶属度分布。模糊逻辑故障诊断恰巧利用了这个特性，它根据当前的故障表现特征，在模糊规则库中与规则进行匹配处理，表达模糊信息，进行合理的不确定性推理，最后得出对应的故障诊断结果。

1.3 关于专家系统方法

专家系統是人工智能的一个重要分支，它是一种通过模拟专家的思维过程，能够运用专家积累多年的经验和专业知识解决问题的系统[ 4 ]。在1986年费根鲍姆等人成功研制出第一个专家系统后，专家系统开始快速发展，被应用在各个化工、军事等领域中，诊断型专家系统可以根据观察分析舰船故障的表现特征，在知识库中获得资料，推理出出现故障特征的原因以及解决故障的方法。

美国，法国等航运业发达的国家也在热参数诊断方面先后开发了船舶柴油机性能诊断系统，我国部分学校也做了相关研究，但可靠实用的设备较少。

2 关于智能诊断的发展趋势

2.1 专家系统的转变

现在的专家系统还只是单一的针对某一个特定的领域建立的，如果超出了这个设定的领域，系统就不具有其效用了，所以转变单一专家系统的必经途径就是发展协同式专家系统。舰艇动力装置监测技术和故障诊断就是要朝着把油液分析法、热力参数分析法和振动参数诊断法等多种放法综合运用的方向发展，通过协同式专家系统把各种诊断结果捏合起来，提高诊断效率和准确性。

2.2 混合智能诊断技术的发展

随着动力装置诊断的复杂程度的增加，单一的智能技术已经不能现在的需求，将多种不同的智能技术结合起来形成混合诊断系统，运用各自的优势互相弥补不足，更能适应繁琐复杂的故障诊断，使故障诊断更加全面，也是将来诊断技术发展的必然走向。

3 结语

随着科学技术的不断发展以及诊断对象复杂性的增强，我国的科研人员需要通过不断的利用新的科学知识不断的探索更能适应现在动力装置诊断的新方法，基于智能诊断的基础之上，我们对该方向的研究寄予了厚望。

参考文献：

[1] 刘燕，李世其，宋义超，等.舰船动力装置智能诊断方法研究[J].中国修船，2007，20（2）：42-45.

[2] 刘金林，曾凡明.舰船动力装置虚拟维修训练软件的开发[J].计算机仿真，2009，26（5）：324-327.

[3] 张会生，翁史烈，刘永文，等.舰船动力装置传动系统动态仿真研究[J].系统仿真学报，2005，17（2）：504-506.

[4] 刘金林，曾凡明.舰船动力装置数字化设计系统支撑平台研究[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2012，36（6）：1152-1156.