基于性能衰减的船舶机电设备寿命预测与评估探讨

甄鹏程 熊元元

摘    要：本文通过测试数据，探讨基于性能衰减的船舶机电设备寿命预测与评估。选取不同型号、规格的船舶部分典型机电设备作为研究对象，通过其性能检测和环境监测，分析设备的性能数据变化趋势，发现设备的性能衰减与影响因素的关联关系，提出一种基于性能衰减规律的船舶机电设备寿命预测与评估方法，为船舶机电设备的维护保养计划提供可靠依据。

关键词：船舶机电设备；性能衰减；寿命预测；评估设计

中图分类号：U665.1                                文献标识码：A

Exploration on Life Prediction and Evaluation for Marine Mechanical and Electrical Equipment Based on Performance Attenuation

ZHEN Pengcheng，  XIONG Yuanyuan

（ COSCO Shipping Heavy Industry （ZhouShan） Co.， Ltd.，  Zhoushan 316131 ）

Abstract： This article explores the design method for carrying out the life prediction & evaluation of marine electromechanical equipment based on performance degradation through experimental data. The experiment selected ship electromechanical equipment of different models and specifications as the research object， and collected & analyzed the performance data change trend of the equipment through performance testing and environmental monitoring. Through analysis of the data， it was found that the performance degradation pattern of the equipment is closely related to environmental factors and usage conditions. Based on these findings， this article proposes a life prediction model for marine electromechanical equipment based on performance degradation laws， which can provide important basis for the maintenance and management of ship electromechanical equipment.

Key words： marine electromechanical equipment;  performance degradation;  life prediction;  evaluation design

1     前言

随着船舶行业的不断发展，船舶机电设备日益复杂化，其运行环境也日益多样化[1]，使得船舶机电设备的性能衰减问题越来越突出。性能衰减不仅会导致设备的效率降低，而且可能引发各种安全隐患，因此，对船舶机电设备的寿命预测与评估设计具有重要意义。尽管现有的研究已经涉及到了船舶机电设备的性能衰减问题[2]，但是，这些研究仍存在不足和局限性。首先，对于设备性能衰减规律的研究还不够系统，缺乏对各种因素影响的全面分析和模拟;其次，现有的设备寿命预测与评估方法往往不够准确，不能有效地反映设备的实际运行状态和预测未来的性能趋势。本文旨在通过深入研究船舶机电设备的性能衰减趋势，探索一种基于性能衰减的船舶机电设备寿命预测与评估方法，以可系统地分析各种因素对设备性能的影响，较准确地预测设备的寿命，发现性能衰减规律，助船舶操作人员更好地掌握设备的运行状态，及时发现和解决潜在问题，提高设备的运行效率和安全性。本文首先对船舶机电设备的性能衰减趋势进行研究，包括设备性能随时间的变化趋势、环境因素对设备性能的影响程度等;其后将基于其研究结果，探索一种基于性能衰减的船舶机电设备寿命预测与评估设计方法[3]；结合设备的历史运行数据和实时监测数据，利用机器学习和数据分析技术，实现对设备寿命和性能趋势的准确预测和评估[4]。

2    探索目标与途径

本文探索的目标是：较准确地评估船舶机电设备的寿命并实现预测。

探索的途徑是：通过获取实验测量数据统计，分析船舶机电设备的性能衰减趋势，找到其变化规律，总结出对设备寿命的准确预测与评估方法。

3    检测数据

3.1   检测不同型号、规格的船舶机电设备的性能

船舶机电设备性能检测数据。表1列出了所选用的四种类型具体不同性能参数（功率、效率、运行温度）的案例设备，标明了各设备类型的性能参数以及性能检测结果。

根据实验和数据，从表1中可以看出，所有选取的船舶机电设备在性能检测中表现良好，实际功率和效率均达到或接近额定值，运行温度也在正常范围内。亦表明其工作状态与设计接近，可有效地满足船舶的运行需求。

通过对比不同设备的性能数据，可以发现每台设备的性能特点。这些数据将用作后续的性能衰减规律研究和寿命预测模型建立依据。

3.2   对选取的船舶机电设备进行环境监测

根据实验和数据，对选取的船舶机电设备进行了环境监测，记录了设备的运行环境参数，包括温度、湿度和压力。这些环境因素可能会影响设备的性能衰减和寿命。表2汇兑了各设备的类型、型号、环境温度、环境湿度和压力数据。

从表2中可以看出，不同设备的运行环境参数存在差异。这些数据亦将作为后续的性能衰减规律研究和寿命预测模型建立提供依据。

通常，设备性能衰减和寿命的影响因素主要有：一是环境温度。高温可能导致设备部件的磨损和老化加速，从而影响设备的性能和寿命。同时，高温也可能导致设备的工作效率降低。因此，在高温环境下运行的设备需要进行特别的维护和保养；二是环境湿度。高湿度环境可能导致设备内部出现腐蚀和短路等问题，从而影响设备的性能和寿命。因此，在高湿度环境下运行的设备需要进行特别的防护和保养；三是工作压力。过高的工作压力可能导致设备部件的损坏和疲劳，从而影响设备的性能和寿命。因此，在高压环境下运行的设备需要进行特别的选型和设计。

3.3   船舶机电设备性能随时间变化的情况

船舶机电设备性能数据随时间变化的情况。每台设备的功率和效率随时间的变化趋势和特征进行了详细记录，并按记录数据绘制趋势图。

通过观察图1、图2、图3，可以发现每台设备的性能衰减规律。随着时间的推移，发电机功率逐渐降低，效率也逐渐下降。在400 h内，功率从初始的980 kW下降到860 kW，效率从初始的95%下降到85%，表明发电机的性能随时间逐渐降低；电动机功率和效率也呈下降趋势。在400 h内，功率从初始的480 kW下降到400 kW，效率从初始的92%下降到83%，表明电动机的性能随时间逐渐降低；泵额定功率和效率同样呈下降趋势。在400 h内，功率从初始的170 kW下降到140 kW，效率从初始的85%下降到75%，表明电动机的性能随时间逐渐降低。总之，船舶机电设备的性能会随着时间的推移而逐渐衰减。

3.4   船舶机电设备在不同环境温度、湿度下的性能情况

船舶机电设备在不同环境温度、湿度下的性能水平及其随温度、湿度变化引起的性能衰减率进行了详细记录。如表3所示。

通过观察表3和图4中的数据，可以发现每台设备的性能衰减规律。随着温度和湿度的增大，其性能水平以及性能衰减率在逐渐降低，在温度20 ℃，湿度50的情况下，性能水平由初始95%降到85%；在温度30 ℃，湿度60的情况下，性能水平由初始90%降到78%；在温度40 ℃，湿度70的情况下，性能水平由初始85%降到67%。可以看出，随着环境温度、湿度增加，其性能衰减率逐渐加大。

4    规律分析

通过对船舶机电设备的性能检测和环境监测，可发现设备的性能衰减和环境因素影响的规律。实验结果表明，船舶机电设备的性能随时间推移而逐渐降低，且衰减速度逐渐加快。同时，环境温度、湿度和压力等因素也对设备的性能衰减和寿命产生影响。数据统计发现，设备的性能衰减与时间呈线性关系，随着运行时间的增加，设备的功率和效率均逐渐降低，且其性能衰减速度逐渐加快。即在运行初期，设备的性能下降较缓慢，但随着时间的推移，衰减速度逐渐加快；其次，环境因素对设备的性能衰减和寿命产生影响。高温、高湿度和高压环境下运行的设备更容易出现性能衰减和损坏。

通过本文实验得出以下结论：船舶机电设备的性能随时间逐渐降低，且衰减速度逐渐加快。同时，环境因素对设备的性能衰减和寿命产生影响。因此，在船舶机电设备的维护和管理中，应定期进行性能检测和环境监测，及时解决设备性能衰减带来的问题。同时，对于高温、高湿度和高压环境下运行的设备，需要进行特别的维护和保养，以减缓设备性能衰减速度，延长设备寿命。

5    船舶机电设备性能维护建议

经上分析可知，定期检修与维护是保障船舶机电设备正常运行的重要手段。应针对不同的设备特点及调研数据，制定匹配的检修与维护计划，包括设备检查、清洁、润滑、调整、更换等。定期对设备进行检修和维护，以及时发现潜在的问题，预防故障的发生，延长设备的使用寿命。在检修与维护过程中，一要严格按照设备制造商提供的维护手册进行操作，遵循设备的操作规程和使用说明。二要随时对设备的运行状态进行监测，注意甄听设备的运行声音、观察其温度参数、检查润滑油的油位等，发现异常及时处理。定期更换易损件，如润滑油滤清器、空气滤清器等，确保设备的正常运行。三要对设备进行预防性维护，如定期检查电气线路、更换液压油等，预防设备故障的发生。并做好检修与维护记录，记录设备的维修历史、更换的部件、维修的时间等信息，以便后续查询和分析。

6    结束语

本文例举了船舶部分典型机电设备的性能衰减测试数据及其相关影响因素，并以此分析其性能衰减规律，提出其使用寿命评估的可行方法，推断其它可能影响船舶机电设备性能的潜在因素，并据此提出应对措施建议。

参考文献

[1] 张晓东，胡明，张振中.船舶机电设备评估指标研究[J].船舶工程， 2005 （02）.

[2] 刘宇.船舶机电设备使用与维护特色资源库的设计[J].船舶物资与市场， 2021 （07）.

[3] 趙思恒，周航，周少伟.基于维纳过程的船舶柴油机增压器寿命预测[J].中国舰船研究， 2022 （06）.

[4] 伍朝澄.基于数据挖掘的高速船舶柴油机使用寿命预测[J].舰船科学技术， 2022（16）.

作者简介：甄鹏程（1983- ），男，工程师。研究方向为船舶建造。

熊元元（1983- ），男，高级工程师。研究方向为船舶生产设计与工法设计。

收稿日期：2023-08-15