油液监测技术在船舶设备状态监控中的研究和应用

维修反馈信息
监测数据采集
数据仓库
监测／维修报告
状状专
专
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图 ３ 油液监测服务数据库逻辑结构图
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船舶设备的油样通常以邮寄方式寄给分析机 构。检验完毕后， 以分析报告的形式将分析结果反 馈给船舶设备管理部门。这一过程一般需要 １０～２０ 天， 监测过程难以及时提供设备维护修理需要的指 导信息。虽然在设备现场可以配备一些简易的监测 设备， 但其所提供的信息比较粗略， 精度不高， 并 给设备操作人员带来额外的技术要求。
专 家 系 统 ＡＴＬＡＳ３ 软 件 ， 是 由 美 国 超 谱 公 司 提 供 的。可与光谱仪、铁谱仪、红外光谱仪、黏度计、 滴定计、颗粒计数计、湿度计等直接配合使用， 自 动从上述检测仪器获取数据， 并执行样品记录、数 据存储、数据检索， 进行综合分析， 获得磨损趋势 表， 给出维修建议并自动产生诊断报告。
收稿日期： ２００５－ １１－ ０３
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状态监测滑油综 合监测诊断的流程如图 １ 所示。
目前国内润滑油监测机构普遍配备了磨粒形态 特征分析、磨粒元素含量测定、油品理化指标分析 设备， 少数机构具有油品分子结构分析设备， 均能 满足中国船级社提出的润滑油监测综合分析要求。
ｇｙｔｕｔｏｒｉａｌｏｆＬａｂＶＩＥＷ６．１（ＬａｂＶＩＥＷ６．１ 编程技术实用教程） ［Ｍ］， Ｂｅｉｊｉｎｇ： Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ ｈｏｕｓｅ ｏｆ Ｃｈｉｎａ ｒａｉｌｒｏａｄ， ２００２，１５７－ １６５．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［２］杨乐平， 李海涛， 赵勇等．ＬａｂＶＩＥＷ 高级程序设计［Ｍ］．北京： 清华大学出版社， ２００３． ［３］刘君华．基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的虚拟仪器设计［Ｍ］．北京： 电子工业 出版社， ２００３． ［４］胡昌华， 张军波， 夏军等．基于 ＭＡＴＬＡＢ 的系统分析与设计 （小波分析）［Ｍ］．西安： 西安电子科技大学出版社， ２００１．
状态监测与诊断技术
由于海上交通运输设备的特殊性， 建立一整套 船舶设备监控和服务体系将是十分重要的。应从两 个方面着手， 培育油液监测市场和建立油液监测体 系。一方面， 结合我国船舶设备维修体制发展实 际， 促进监测服务工作社会化， 培育发展油液监测 中介机构， 集中力量发展监测科学与技术； 鼓励船 东与油液监测机构合作搞好设备监控和维修， 以改 变监测力量分散、自发、低水平重复和不配套的状 况。另一方面， 建立基于互联网的油液监测信息平 台， 建立全国性的监测网， 以快速传递设备运行状 态信息和监控信息， 实现监控知识信息共享， 促进 水平共同提高。同时， 增加船舶设备远程诊断服务 和维修保障信息服务， 主动适应设备的使用要求， 对维修保障提供咨询和决策服务， 并提供设备使用 和监测人员培训。
２． 维修决策 除继续深入开展润滑油状态监测和故障诊断技 术的研究外， 将其与维修管理决策结合也是发展趋 势。将故障诊断与工程控制相结合， 并运用专家知 识成为一个维修管理决策支持专家系统， 将是推行 现代维修体制的技术基础。 目前发展起来的智能决策支持系统 （ ＩＤＳＳ） 在 决策支持系统 （ ＤＳＳ） 的基础上集成了人工智能的 专家系统 （ ＥＳ） ， 在数学模型和定量分析方法的基 础上， 综合利用了知识工程、智能技术及其它相关 技术， 实现指导维修工作并对维修效果进行评价和 分析的功能， 解决船舶设备维修决策过程中涉及的 大量半结构化和非结构化的决策问题。 该系统功能包括为每个设备选择适当的维修方 式； 对预防维修的设备制定合理的维修周期； 对视 情维修的设备进行在线状态预测， 确定维修时机和 类型； 智能决策支持系统下的维修管理； 维修效果 评价。 目前应用在船舶机械设备状态维修和主动维修 的决策策略主要包括基于逻辑的决策方法、基于模 糊决策的方法和综合决策方法。 影响模型选 择 的 因 素 （ 见 图 ２） ： （ １） 故 障 （ 源） 历史记录数据。包括故障分布、维修费用、 停机时间等； （ ２） 维修策略。可分为正常维护策 略、实施强化监测策略、主动维修策略和视情维修 策略， 不同维修策略应采取相应的维修模型； （ ３） 维修目标。如维修费用最小， 可用度最大， 或两者 兼顾； （ ４） 其它信息。指系统无法推理时， 维 修
用户
专家
模型选择
人机界面 操作
推理决策 模型库管理系统
故障（ 源） 信息
｛经济性
决策准则（ 目标） 可用度 安全性
维修策略
知识库管理系统 模型群库
…… 历史数据库 专家知识库 维修知识库
图 ２ 维修决策系统总体结构图
工程师的经验往往起到关键的作用。 三、油液监测软件和服务系统 目前国内外使用最广泛的油液分析综合监测的
和维修决策； 国内西安交通大学、清华大学等也已 开展了在线监测仪器的研究。但目前还没有对船舶 设备在线监测的实际应用方面的报道。
目前在线监测的参数类型可分为润滑油理化性 能在线监测、磨粒数量特征的在线监测、磨粒图像 特征的在线监测、磨粒元素含量在线监测系统和油 品分子结构在线监测。在线监测技术发展的趋势是 逐渐实现多种参数的综合测量， 并通过有线和无线 通信手段将测量结果直接和计算机网络连接， 实现 监测的自动化、智能化。美国太平洋西北实验室开 发了一种模块化的在线油液分析预测系统， 该系统 包括 Ｘ 射线荧光光谱分析、黏度测试、铁磁性和 非铁磁性颗粒测量模块， 由微处理器控制并对设备 润滑系统进行实时监测， 监测结果通过无线通信技 术传递给远程数据库。
“安全角色管理”负责描述用户的角色， 其中 描述文字必须为字母和数字。管理员在完成管理任 务后， 点击“注销”即可退出管理系统。
八、应用效果举例 该系统使用后不久， 监 测 到 ９＃ 皮 带 机 尾 部 滚 筒轴承温度异常升高并及时发出预警信号。停机检 查发现轴承保持架损坏， 避免了一起设备事故。
参考文献： ［１］ＳＨＩ Ｂｏ－ ｑｉａｎｇ， ＬＩ Ｃｈａｎｇ（石博强， 李畅）．Ｐｒｏｇｒａｍｍｅｔｅｃｈｎｏｌｏ－
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样本， 难以排除随机因素干扰的困境。而诊断过程 的定性信息则更难以采用上述定量分析模型和方 法。所以， 目前多数油液监测中诊断和预测工作很 容易重走依据人工经验判断的老路， 大大影响分析 结果的准确性和可信性。
解决以上问题的有效措施是智能化诊断技术。 油液监测中的信息形式多样， 定性与定量信息共 存， 具有多层次性及时间和空间的相关性。同时， 油液监测技术不再仅靠某一种方法， 而是从机器润 滑 （ 或工作） 介质中获取摩擦学状态信息的各种方 法集成， 机器的状态信息能通过其他监测手段获 得。因此， 引入模糊理论、神经网络技术、信息融 合技术、智能专家系统等智能化诊断技术是当前机 器磨损状态识别研究的一个重要方向。
国外实施油液监控技术的主要是一些依附于各 大 油 品 公 司 的 化 验 机 构 ， 例 如 ＭＯＢＩＬＥ 公 司 的 ＰＦＡ 油料分析服务系统、壳牌石油公司 Ｓｈｅｌｌ Ｃａｒｅ 等。也有在船级社指导下的分析机构， 如劳氏船级 社 的 ＬＱＳ 润 滑 油 监 测 分 析 服 务 机 构 — ——Ｌｕｂｒｉｃａｎｔ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｓｃａｎ （ 简 称 ） 等 。 国 内 实 施 油 液 监 测 技 术 的主要是一些中立的检测机构， 例如 １９９７ 年成立
状态监测与诊断技术
文章编号： １６７１－ ０７１１ （ ２００７） ０２－ ００５２－ ０４
油液监测技术在船舶设备 状态监控中的研究和应用
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严志军， 朱新河， 程 东， 刘一梅
（ 大连海事大学， 辽宁 大连 １１６０００）
摘 要： 本文回顾润滑油监测技术在中国船舶机械设备状态监测和维修决策领域的发展历程， 对润滑油监测 的主要技术手段和研究方法进行综述， 并分析了 ２１ 世纪我国润滑油监测技术的发展方向。 关键词： 润滑油监测； 状态监测； 主动维修； 维修决策 中图分类号： Ｕ６６４ 文献标识码： Ｂ
随着在线监测技术及信息技术的发展， 基于网 络的监控系统也得到迅速发展。利用 Ｗｅｂ 技术 建 立的远程故障诊断中， 油液监测硬件系统包括在线 和 离 线 监 测 传 感 器 、 监 测 计 算 机 、 Ｗｅｂ 服 务 器 、 远程客户端计算机和通信网络， 及基于 Ｗｅｂ 的 数 据库和基于 Ｂ／Ｓ 信息管理服务软件系统。
数据仓库技术是为查询和分析而设计， 提供集 成化和历史化的数据， 以供信息化和分析化处理之 用。因此在数据库基础上构建船舶机械油液监测系 统是很好的解决方案。
数据库系统应具有建立、管理和使用全部功 能， 涉及数据的转换、装载、存取、管理查询、报 表、分析工具及相应的开发诊断方法。通过建立监 测和维修数据库模型， 充分挖掘和有效利用历史信 息， 执行各种操作， 并能根据船舶设备当时的运行 状况提供图表显示、故障诊断、变化趋势和具体决 策。数据源还来自专家、文献、检测中心的研究成 果等， 从而实现基于数据库的完备监测和维修知识 体系。图 ３ 为油液监测服务数据库逻辑结构图。
为了实现连续、动态和自动监测设备的摩擦学 状态， 研制自动和在线测量仪器是油液监测技术发 展的必然趋势。国外已经开始着手这方面的研究， 例如美国海军已经启动了 ＡＯＡ （ Ｎａｖｙ’ｓ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｏｉｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｐｒｏｇｒａｍ） 项目， 对舰艇设备进行在线 和实时润滑油分析， 及时为船员提供设备状态信息
２０ 世纪末， 作为状态监 控 和 主 动 性 维 修 主 要 手段的润滑油监测技术得到国外各船级社和航运企 业的高度重视。中国船级社将有关状态监测系统的 检验要求纳入到《钢质海船入级与建造规范》 （ １９９６ 年） 中， 并颁布了关于油液监测技术的 《螺 旋桨轴状态监测系统指南 》 （ １９９７ 年 ） 及 《柴 油 机滑油状态监控系统指南》等指导性文件。