机械系统可监测理论在船舶机械中的应用探究

机械系统可监测理论在船舶机械中的应用探究

杨琦黄瑞锋

杨琦黄瑞锋

武汉船舶设计研究院有限公司湖北省武汉市430064

摘要：机械工具的出现促使人类文明向前迈进了一大步，它使得人类社会的生产率发生了重大变化，从原始改造转变为机械劳动。在当今世界中机械工业的发展水平标志着一个国家生产力的发展水平。不论是从机械系统的发展方向上，还是从社会对机械系统新的要求上，均要求其有着更高的可靠性与安全性，机械设备状态监测技术是未来机械设备发展的重要方向。

关键词：机械系统监测理论船舶机械应用

引言

近些年来，大型船舶在航海中失事的情况屡见不鲜，这也就使得人们对于大型船舶机械的安全性研究更加重视。然而，目前我们国家在机械安全性上的发展还不是很完善，其研究效果普遍存在监测安全水平较低、并且在安全系统设计时不能够将安全系统的现状进行研究，仅仅是出于理论上的探索。

1.可监测性设计应用的意义

可监测性设计作为产品性能设计的重要组成部分，是实现系统状态监测故障诊断的重要基础和关键环节。该理念的应用和实施是实现机械系统视情维修决策的基础，可大大提高机械系统的故障预测与健康管理的能力，为以可靠性为中心的自治维修的实施奠定了基础；可监测性设计大大提高了系统监测的准确性，对提高系统状态监控技术、降低维修成本、节省保障费用开支有重要意义。应该说，该理念的应用实施与系统设计开发、安全可靠、维修后勤保障和生命周期成本息息相关，是实现系统可靠性、维修性、安全性、保障性、经济性的一种关键技术，其具体意义如图１所示。

2.机械系统可监测性设计理论在船舶机械中的可行性与必要性

2.1机械系统可监测性设计理论研究的可行性。

（1）随着现代科技的进步，安全网络技术、传感以及智能技术为系统安全监测设计提供了重要的保证，同时也是可靠地硬件装备，并且现在的油液技术、振动传送等技术已经得到了应用，并且取得一定的成效，这也就保证了可监测系统在船舶设计中的应用前景。

（2）所有的设备都会随着使用而不断地进行磨损，因此我们国家对于机械装备的磨损研究已经非常成熟，并且研究表明，摩擦学系统的显著特征即时变性以及系统综合依赖性正式检测系统的理论研究方向，这就为系统研究提供了监测的可行性。

2.2机械系统可监测性设计理论研究的必要性。

（1）随着现代科技的进步，机械设备也在朝着大型化与复杂化的方向发展，并且设计参数也在不断扩展，自动控制技术的要求也逐步提高，这些都对机械设计带来了挑战。随着我国加入世贸组织，大型船舶的发展势在必行，并且对于船舶的可靠性以及智能可控性水平提出了非常高的要求。

（2）对于船舶机械产品的设计之初，仅仅是零部件的小规模设计。而在小部件设计时时并没有监测系统的考虑，这也就造成了大型机械设备组装完成后，其实际的可监测性比较差，也就使得信息收集困难，或者是整个系统对于收集数据的敏感度不足。如，救援船只，在海面上进行搜救时，对于实时信息的要求非常高，但是由于这些问题使得监测设备不能够及时有效地进行数据监控与收集，影响救援工作的进行。

3.机械系统可监测性设计理论在船舶系统中的应用探究

机械产品设备及系统逐渐的向大型化、复杂化、高集成、多参数以及自动化方向发展，工业发展需要更为可靠、更加智能的机械水平，对工作环境有着更高的要求，而且机械设备的维护也越发的复杂与困难。显然，机械产品设计需要全面的更新改革。现在很多产品在设计时并不会考虑到未来的监测问题，所以大部分产品机械系统的可监测性能较差，对于其使用过程中状态信息的收集十分复杂困难。即使通过其他手段采集到了状态信息，也因为各种因素导致信息的过时或者缺失。

3.1基于系统工程论的机械系统可监测性设计理论

（1）可监测性设计研究的对象。相对于整个庞大的系统而言，产品最为重要的一个设计属性就是可监测性。也就是说，对于某一个组成部分或者某一块组成部分进行可监测性研究是没有任何意义的，必须是对于整个系统而言，才有可监测性这一概念。所以，我们研究可监测性首先要研究具体的机械结构，然后扩展分析到整个系统。

（2）可监测性设计相关的技术领域。可监测设计理论在当前很多机械系统中有着非常广泛的应用，它需要多门学科的协同配合才能够实现整个系统的可监测性。从整体上来看，想要进行一个全面的可监测性设计，必须要使用到计算机、网络通信、系统工程、优化算法等多种技术。

3.2可监测性设计的研究内容

可监测性理论的应用前提是系统整体，对于系统中的任何一个小系统或者小环节而言，就没有可监测性这一概念，所以我们要从整体上去把握系统的可监测性，不要刻意去追求系统中某一个小系统。基于此在进行可监测性设计时，应该从系统的综合特性角度出发，分析系统内部各个小系统相互之间的逻辑关系，分析相互之间的约束条件，实现整个系统的可靠稳定高效运行。

（1）可监测性设计相关术语研究。这一部分的研究主要是通过GMFD技术、PHM技术、现代机械设计理论等，加之系统的科学调研过程以及领域内专家的研讨等方式，全面的对机械系统状态监测以及现代设计理论进行研究，形成可监测性设计体系所使用的基本术语;

（2）可监测性分配方法研究。实质上，可监测性分配方法就是对系统监测点优化的一个过程。具体来说，就是通过可靠性、维修性等分配方法理论，按照机械系统高可靠性、高安全性以及智能化的设计目标，最终实现准确反映机械系统运行状态信息的可靠获取:

（3）可监测性设计方法研究。在对机械系统设计方法全面深入研究的基础之上，通过可靠性设计、可维修性设计以及保障性设计等方法上，对可监测性设计的设计标准、实施过程，采用并行工程思想以及全生命周期设计理念进行系统效益、安全、可靠等多参数分析，共同构建可监测性设计方法体系;

（4）可监测性设计评价研究。进行科学评价制度的构建是可监测性设计的关键部分，这个研究过程影响着这个可监测性设计的内容。这里面不仅仅包含了对设计阶段的评价，还包含着生产阶段、使用阶段的评价内容。简单来说，就是依靠已有的系统评价理论以及相关方法，对所收集到的各种机械系统运行数据信息，构建一个各种特征参数信息均可研究的机械系统可监测性设计评价体系，从而实现对系统可监测性设计各个阶段的科学有效评价。

4.结束语

可监测性设计作为机械设计的重要组成部分，应该加强和推广。对可监测性设计理念实施的一次尝试，通过尝试表明可监测性设计的应用可以大大提高系统的可监测性水平，同时提高系统的可靠性和系统故障预测能力，可监测性设计的关键环节，其选取的好坏直接影响系统监测的准确性和可靠性，决定可监测性设计实施的水平。

参考文献:

1.夏勇，商斌梁，张振仁等.基于时序分析与神经网络的气阀机构故障诊断［J］．机械设计与研究，2014（1）

2.朱新河，程东，刘一梅．油液监测技术在船舶设备状态监控中的研究和应用［J］．中国设备工程，2017(2)