基于数据库技术的船用柴油机故障诊断系统应用探究

俞伟强

摘 要：船舶柴油机在使用过程中不可避免地会发生故障，导致船用柴油机产生故障的原因具有不确定性，故障排除过程比较复杂。基于科技发展水平，结合船舶柴油机故障诊断的现状，提出了一个船用柴油机故障诊断智能化的方法，其主要内容是收集、整理常用船舶柴油机故障维修数据，利用数据库技术建立故障数据库，然后开发一个诊断系统，让管理人员可以利用此系统对柴油机的故障进行分析与处理，以提高船用柴油机故障分析诊断的准确率和效率。

关键词：无线网桥;向家坝升船机;船舶交通管理系统;通信

中图分类号：U642             文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2021）01-0058-03

柴油机是目前船舶应用最广泛的动力设备，随着船舶机舱监控系统日益先进，可以得到大量的柴油机发生故障时的数据，但这些信息比较分散，使得其得不到充分的利用。目前用于船舶柴油机故障诊断的技术主要以温度、噪声声谱、压力、速度、振动频谱图、滑油中的金属磨粒、辐射波等为研究对象，从这些研究对象得出的结论较为准确，但是对这些参量的测量成本高、检测过程相对复杂、测量时间比较长，在运算中所需的数据量以及公式量庞大，因而达不到实时性的要求[1]。作为轮机使用管理人员，当柴油机发生故障时还更多地采用“看、摸、听、测、嗅、做、记”等传统经验诊断方法[2]，这些经验以及记录的测量数据也就不能整理并汇总成数据库，从而使诊断经验无法得到很好地传承和利用。本研究提出的建立柴油机故障诊断数据库，目的是通过汇集各舰船柴油机的故障数据以及处理方法，利用基于数据库软件的管理分析功能开发出一个诊断系统，让轮机管理人员可以利用此系统对柴油机出现的故障进行诊断，以提高故障排除的效率。

本研究把各种柴油机故障案例分类整理，基于数据库技术建立故障数据库，将故障处理的经验与知识输入到利用通用平台开发的专家系统中，再根据故障征兆和故障现象与专家系统对话，查出故障发生的原因及各原因在以往此類故障中出现的概率，从而达到快速诊断并能参考经验知识处理相应的故障。数据库中数据越多，所得结论的准确性越高，随着数据库的不断完善，管理人员对船用柴油机的故障速度与准确性将得到大幅提升。

1船用柴油机故障数据库

船用柴油机故障数据库，是通过收集柴油机典型故障或系统故障、船舶机器曾出现过的柴油机故障以及对故障的分析与处理结果的信息，然后进行分类规整，以数据库软件进行处理，成为故障数据库。本研究对数据库的设计理念是一个数据库分两门，第一门是柴油机故障数据库，将典型的常见故障，其原因、处理方法录入，方便使用者查找并参考处理故障。第二门是典型数据库，收集大部分柴油机常见故障实例，将每个案例的故障原因、故障查找过程与故障处理方法录入，使用者在查找某一故障时，可以搜索到相关案例，并能看到在以往的案例中，某一项导致故障的原因所占的比例，以确定故障的主要原因。

1.1船用柴油机基本信息

船用柴油机由成千上万个零件组成，其结构随着技术的发展、柴油机工作要求的提高愈来愈复杂，且型式多种多样。但船用柴油机的基本结构大体相同，主要由气缸、活塞、连杆、机体及燃油、润滑、冷却工作系统等组成。[3]柴油机的任何一个组件、任何一个工作系统的任何一个部件出现问题都会导致柴油机的工作异常，因而也表明了柴油机故障诊断的重要性和其不确定性。

1.2柴油机典型故障

船舶柴油机工作环境恶劣，对柴油机典型故障，本研究按配气、燃油、润滑、冷却、起动和操纵各工作系统进行整理归纳。因柴油机故障类目很多，不一一列举，所整理的故障数据都在数据库中，作为诊断系统的信息层。

以燃油系统为例，通过对燃油系统故障引起的一系列典型故障以及故障处理方法的分析发现，柴油机燃油系统的故障主要集中在高压喷射部分，典型的故障有喷油泵故障、喷油器故障和喷油定时方面的故障[4]。对此类数据进行分析汇总，分为“原因”、“检查”、“处理方法”三项。数据库中的故障数据以这样的形式进行分类整理后录入，从数据中发现有些故障的根本原因都是由某些部件例如喷油泵和喷油器的故障导致的，若将柴油机的所有典型故障都列举出来，可以发现有许多故障的处理方法可以先检查同一处，也就是因此处异常而引起故障的可能性最大。建立故障数据库的目的就是把繁多的故障数据整理成信息层，在底层的繁杂数据不会影响轮机人员的判断，利用数据库的分析处理能力，当进行故障诊断时，只需键入关键词语，信息就能从底层信息层提取出来。

2故障数据库的建立

用Access软件新建一个数据库，然后，在该数据库中创建的对象都存放在其中。数据库一般包含有若干个表对象，并能对其表间关系进行定义。在建立表对象之后，其他对象如查询、报表、窗体、模块等都可在表对象的基础上建立。

建立数据库之后，需要添加数据表，本研究建立了六个数据表。数据表是由表结构和表内容（数据）组成，是存储数据的基本单位，是操作整个数据库工作的基础，更是所有查询、窗体、报表的数据来源。因此数据表特别是表之间的相互关系会导致数据库的整体功能的使用，它对实现数据库功能的各对象的复杂程度有着比较大的影响，也是研究过程中对诊断系统的开发的最重要环节。图1至图8是建立数据表、定义数据表以及录入故障数据的过程。

2.1故障数据库管理流程

故障数据库管理的流程是指故障数据审批的流程，包括：故障信息资料的录入、故障数据资料的校对、故障数据资料的审核、故障数据资料的审定。其中故障信息资料的录入又分为新故障资料的录入和历史故障资料的录入。

故障数据库管理的流程设计规则主要是通过字段“State”来实现对信息的控制，其规则见表1所示。当“State”为“0”时，可以在流程入口“故障信息录入”的窗口中看到该条记录，当“State”改变时，只能在其对应的流程中显示。

2.2进入流程的功能设计

柴油机故障诊断系统共设计了10个功能，功能是业务流程的基础，进入流程的功能为入口功能。在本诊断系统中，“机型管理”、“故障管理”、“系统管理”、“类型管理”、“故障实例”、“典型故障分析”这些均为入口项。开发柴油机故障诊断系统是指在对故障诊断的过程以及功能设计成功之后，实现所设计的流程与功能。其中最为重要的是对界面以及信息层的设计与实现。在登录之后，可以进入该数据库的主界面，如图9、图10所示。

3 故障诊断系统测试

通过建立柴油机故障数据库、录入数据信息、明确诊断流程、故障诊断系统的界面设计、信息层的完善，以及对这些设计的逐步实现，柴油机故障诊断数据库系统已基本建立。输入“排气白色”、“主机启动困难”等关键词进行测试，结果如图11和图12所示。由图可见，通过关键词的搜索可以快速找到故障的原因和处理方法并找出相关案例。

4结论

本研究根据船舶柴油机实际，开发出实用性强且符合柴油机发展形势的基于数据库的故障诊断系统。在建立故障数据库时，以主机系统故障数据为基础进行整理，进而录入数据库，按照通用性原则，整理时又划分为燃油、冷却、滑油系统等。经过测试，该系统可以用来快速查找排除柴油机的故障，随着船舶柴油机的发展，该数据库数据也将更加完善，为轮机人员迅速准确地排除柴油机故障提供有效帮助。

参考文献：

[1]仲国强. 基于数据驱动的船舶柴油机智能故障诊断研究[D].大连海事大学，2020.

[2]邓勇.船舶柴油机故障诊断方法刍议[J].机电信息，2012（36）：74-75.

[3]张志刚，邓小飞，周军.神经网络算法在船舶柴油机远程故障诊断系统的研究[J].舰船科学技术，2019，41（16）：97-99.

[4]饶远.柴油机燃油系常见故障分析与排除[J].内燃机与配件，2019（17）：166-167.