一種柴油機故障監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種柴油機故障監(jiān)測方法，所述方法包括以下步驟，確定柴油機故障閾值優(yōu)化參數(shù)對象；獲取柴油機的歷史運行參數(shù)；對歷史運行參數(shù)進行數(shù)據(jù)分類和數(shù)據(jù)處理；建立診斷參數(shù)屬性集和工況參數(shù)屬性集；通過數(shù)據(jù)趨勢分析方法，統(tǒng)計各診斷參數(shù)在各工況范圍下的數(shù)據(jù)變動指數(shù)：進行閾值優(yōu)化，確定診斷參數(shù)間的故障傳遞關(guān)系；通過關(guān)聯(lián)分析找到各診斷參數(shù)之間的報警關(guān)系及閾值關(guān)系；對柴油機運行參數(shù)進行監(jiān)測及報警?？梢栽诂F(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)和不增加任何傳感信息的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)對現(xiàn)有數(shù)據(jù)的充分利用,實現(xiàn)對現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的異常檢測的完善,可以讓用戶更全面地了解柴油機的狀態(tài)。
【專利說明】
一種柴油機故障監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及故障監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種柴油機故障監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)柴油機的系統(tǒng)組成，可以劃分為柴油機氣缸部件及其關(guān)聯(lián)系統(tǒng)和柴油機輔助 系統(tǒng)，其中柴油機氣缸部件及其關(guān)聯(lián)系統(tǒng)可分為曲柄連桿系統(tǒng)、箱裝體、氣缸、增壓系統(tǒng);柴 油機輔助系統(tǒng)可分為液力耦合系統(tǒng)、低壓燃油系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)。
[0003] 柴油機在工作過程中，狀態(tài)參數(shù)變化直接反映柴油機工作狀態(tài)的變化，可以根據(jù) 實際測定值和標準值的差異判斷故障和工作狀態(tài)?，F(xiàn)有的監(jiān)測報警系統(tǒng)已有報警限值（閾 值），但是由于引起參數(shù)變化的影響因素較多，在實際運行中，由于其限值的一刀切設(shè)置，存 在較多的不合理，虛警率高，甚至誤報的情況存在。
[0004] 監(jiān)測系統(tǒng)的每次虛警或誤報都會帶來高昂的代價:柴油機必須停止工作、對其進 行徹底檢查，甚至需要拆卸，這期間的動力損失和檢測花費都是巨大的；另外，如果一個監(jiān) 測系統(tǒng)時常出現(xiàn)誤警，該系統(tǒng)會很快被關(guān)閉或忽視。這些因素使得精確監(jiān)測柴油機工作狀 況非常困難，更不用說準確診斷故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種柴油機故障檢測方法，自適應(yīng)的確定被監(jiān) 測參數(shù)的閾值，從而降低誤警率，提高可操作性，降低維護難度。
[0006] 本發(fā)明的目的主要是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0007] -種柴油機故障監(jiān)測方法，其特征在于，具體包括以下步驟：
[0008] 步驟S1:確定柴油機故障閾值優(yōu)化參數(shù)對象；
[0009] 步驟S2:獲取柴油機的歷史運行參數(shù)；
[001 0]步驟S3:對歷史運行參數(shù)進行數(shù)據(jù)分類和數(shù)據(jù)處理；建立診斷參數(shù)屬性集和工況 參數(shù)屬性集；
[0011] 步驟S4:通過數(shù)據(jù)趨勢分析方法，統(tǒng)計各診斷參數(shù)在各工況范圍下的數(shù)據(jù)變動指 數(shù)：
[0012] 步驟S5:進行閾值優(yōu)化，確定診斷參數(shù)間的故障傳遞關(guān)系;通過關(guān)聯(lián)分析找到各診 斷參數(shù)之間的報警關(guān)系及閾值關(guān)系；
[0013] 步驟S6:對柴油機運行參數(shù)進行監(jiān)測及報警。
[0014]所述步驟S1進一步包括：
[0015] 通過用戶調(diào)研及歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計，找到柴油機運行中主要存在的虛警、誤報；
[0016] 結(jié)合柴油機的使用/維修說明書，確定柴油機故障閾值優(yōu)化方法的參數(shù)對象。
[0017] 所述步驟S2進一步包括：
[0018] 獲取歷史運行參數(shù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，進行離散化。
[0019] 所述步驟S3進一步包括：
[0020] 子步驟S31:根據(jù)柴油機工況和系統(tǒng)分類方法，將數(shù)據(jù)分為柴油機診斷參數(shù)、柴油 機工況參數(shù)；
[0021] 子步驟S32:建立診斷參數(shù)屬性集。
[0022]子步驟S33:建立工況參數(shù)屬性集。
[0023]所述數(shù)據(jù)變動指數(shù)用于判斷該數(shù)在工況下的穩(wěn)定程度。
[0024]所述步驟S5進一步包括：
[0025] 選擇數(shù)據(jù)變動指數(shù)在預(yù)設(shè)閾值范圍內(nèi)的參數(shù)進行趨勢分析和聚類分析，確定其報 警閾值、參數(shù)關(guān)聯(lián)規(guī)則和診斷；
[0026] 在報警模式、參數(shù)關(guān)聯(lián)規(guī)則和診斷規(guī)則基礎(chǔ)上，根據(jù)變動指數(shù)確定診斷參數(shù)在各 工況下的閾值范圍、以及各參數(shù)關(guān)聯(lián)報警的閾值范圍。
[0027] 所述步驟S6進一步包括：
[0028]在柴油機穩(wěn)定周期內(nèi)，根據(jù)監(jiān)測得到的實時數(shù)據(jù)，與步驟S5得到對應(yīng)閾值范圍進 行比較，如果實時數(shù)據(jù)在閾值范圍之內(nèi)，則繼續(xù)執(zhí)行監(jiān)測程序；如果實時數(shù)據(jù)超過閾值范 圍，則發(fā)出相應(yīng)故障報警。
[0029]本發(fā)明有益效果如下：
[0030] 在本發(fā)明具體實施例提供的柴油機故障監(jiān)測方法中，由于參數(shù)閾值基于歷史大數(shù) 據(jù)，通過數(shù)據(jù)挖掘方法，建立參數(shù)規(guī)則庫，得到參數(shù)的閾值，可以大幅降低系統(tǒng)的誤警率。
[0031] 本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分的從說明書中變 得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明 書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0032] 附圖僅用于示出具體實施例的目的，而并不認為是對本發(fā)明的限制，在整個附圖 中，相同的參考符號表不相同的部件。
[0033] 圖1為本發(fā)明【具體實施方式】所述方法的流程圖；
[0034] 圖2為柴油機的系統(tǒng)組成分類示意圖；
[0035]圖3為柴油機轉(zhuǎn)速為600(±30)r/min下活塞冷卻油壓力相對于燃油齒條的位置 分布圖；
[0036]圖4為柴油機轉(zhuǎn)速為750( ±30)r/min下活塞冷卻油壓力相對于燃油齒條的位置分 布圖；
[0037]圖5為柴油機轉(zhuǎn)速為1220(±30)r/min下活塞冷卻油壓力相對于燃油齒條的位置 分布圖；
[0038]圖6為柴油機轉(zhuǎn)速為1420(±30)r/min下活塞冷卻油壓力相對于燃油齒條的位置 分布圖；
【具體實施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖來具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中，附圖構(gòu)成本申請一部分，并 與本發(fā)明的實施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。
[0040]本發(fā)明具體實施例公開了一種柴油機故障閾值優(yōu)化方法，如圖1所示，具體包括以 下步驟：
[0041 ]步驟S1:確定柴油機故障閾值優(yōu)化的參數(shù)對象
[0042] 具體地，通過用戶調(diào)研及歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計，找到柴油機運行中主要存在的虛警、誤報 等，結(jié)合柴油機的使用/維修說明書，確定柴油機故障閾值優(yōu)化方法的參數(shù)對象，例如柴油 機的氣缸排氣溫度、活塞冷卻油壓力、增壓空氣壓力等參數(shù)。
[0043] 步驟S2:獲取柴油機的歷史運行參數(shù)
[0044] 具體地，在柴油機的特定運行期間(六個月以上，本實施例以某型柴油機的兩年內(nèi) 運行參數(shù)為基礎(chǔ)），獲取各項相關(guān)歷史運行數(shù)據(jù)并存儲在數(shù)據(jù)庫中，然后進行離散化。一般 來說，用于數(shù)據(jù)挖掘的歷史數(shù)據(jù)越多，建立的監(jiān)測系統(tǒng)的誤報警率就越低。
[0045] 由于步驟S1所確定的確定柴油機故障閾值優(yōu)化方法的參數(shù)對象是歷史運行參數(shù) 的一部分，在優(yōu)化分析過程中，需要比所述柴油機故障閾值優(yōu)化方法的參數(shù)對象更多的參 數(shù)，進行分析和驗證之后才能確定閾值.
[0046] 步驟S3:對步驟S2獲取的歷史運行參數(shù)進行數(shù)據(jù)分類和數(shù)據(jù)處理
[0047] 所述數(shù)據(jù)分類是以柴油機的工況和柴油機系統(tǒng)分類作為標準，其工況的識別需要 根據(jù)柴油機轉(zhuǎn)速、燃油齒條位置、螺距、軸功率作為參數(shù)依據(jù)進行;其系統(tǒng)分類是柴油機的 系統(tǒng)組成進行的，如附圖圖2所示。依此將步驟S2獲取的歷史運行參數(shù)進行數(shù)據(jù)分類和數(shù)據(jù) 處理，以進行下一步數(shù)據(jù)分析。
[0048] 子步驟S31:根據(jù)柴油機工況和系統(tǒng)分類方法，將數(shù)據(jù)分為柴油機診斷參數(shù)、柴油 機工況參數(shù)。
[0049] 診斷參數(shù)為柴油機各部件在時域、頻域或其他域的信號統(tǒng)計參數(shù)，包括:液力耦合 器溫度、液力耦合器壓力、燃油壓力、起動空氣壓力、海水壓力、冷卻水壓力、冷卻水溫度、柴 油機滑油壓力、柴油機滑油溫度、主軸承溫度、箱裝體空氣溫度、活塞冷卻油壓力、單缸排氣 溫度、排氣總管溫度、增壓空氣壓力等。
[0050] 柴油機工況參數(shù)，包括:柴油機轉(zhuǎn)速、燃油齒條位置、螺距、軸功率等。
[0051 ]子步驟S32:建立診斷參數(shù)屬性集。
[0052]子步驟S33:建立工況參數(shù)屬性集。
[0053]具體地，根據(jù)柴油機轉(zhuǎn)速、螺距、軸功率分別在其一個固定的范圍內(nèi)，即可確定柴 油機的工況隸屬，如:柴油機轉(zhuǎn)速750rpm，燃油齒條位置30，螺距50，軸功率3550kw，就是工 況1的參數(shù)規(guī)定。
[0054] 活塞冷卻油壓力在全負荷轉(zhuǎn)速時一般不低于0.5Mpa，在空車負荷時一般不低于 0.25Mpa。統(tǒng)計結(jié)果如圖3-6所示。
[0055]根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，確定活塞冷卻油壓力在1、2檔轉(zhuǎn)速時其最小極限值為0.25Mpa，在 3、4檔轉(zhuǎn)速時其最小極限值為0.441^&。
[0056]步驟S4:通過數(shù)理統(tǒng)計中的數(shù)據(jù)趨勢分析方法，得到診斷參數(shù)在柴油機各工況范 圍下的統(tǒng)計數(shù)據(jù)參數(shù)集，
[0057]統(tǒng)計各診斷參數(shù)在各工況范圍下的數(shù)據(jù)變動指數(shù)0x:
[0058] 其中X表示當(dāng)前選中的診斷參數(shù)序列，D(X)表示診斷參數(shù)序列的方 E(X)， 差，E(X)表示診斷參數(shù)序列的平均值。
[0059] 例如，活塞冷卻油壓力在不同工況下的變動指數(shù)分布：
[0060] 0.17 0.19 0.09 0.09 0.07 0.02 0.03 0.02；
[0061]所述數(shù)據(jù)變動指用于判斷該參數(shù)在工況下的穩(wěn)定程度。
[0062]步驟S5:確定診斷參數(shù)間的故障傳遞關(guān)系;通過關(guān)聯(lián)分析找到各診斷參數(shù)之間的 報警關(guān)系及閾值關(guān)系，并進行閾值優(yōu)化。具體地，
[0063]由于數(shù)據(jù)變動指數(shù)用于判斷該參數(shù)在工況下的穩(wěn)定程度，選擇數(shù)據(jù)變動指數(shù)在預(yù) 設(shè)閾值范圍內(nèi)的參數(shù)，即穩(wěn)定情況較好的參數(shù)，進行趨勢分析和聚類分析，以確定其報警關(guān) 系及閾值關(guān)系。
[0064]利用數(shù)據(jù)趨勢分析和聚類分析進行柴油機參數(shù)分析，形成柴油機的報警模式;所 述報警模式判別是以30秒作為柴油機一個穩(wěn)定周期，并依據(jù)此判斷各個參數(shù)下降或者升高 值超過原來值一定百分比，進行柴油機參數(shù)報警模式判別。
[0065] 根據(jù)聚類分析，找到參數(shù)之間關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成參數(shù)的關(guān)聯(lián)規(guī)則和診斷規(guī)則，根據(jù) aFMECA的表格/功能分解和結(jié)構(gòu)分解，得到故障傳遞關(guān)系；
[0066] 在報警模式、參數(shù)關(guān)聯(lián)規(guī)則和診斷規(guī)則基礎(chǔ)上，根據(jù)變動指數(shù)確定診斷參數(shù)在各 工況下的閾值范圍、以及各參數(shù)關(guān)聯(lián)報警的閾值范圍/確定柴油機參數(shù)的閾值優(yōu)化。
[0067] 即，閾值優(yōu)化就是確定參數(shù)在各工況下的閾值范圍，以及與關(guān)聯(lián)參數(shù)的閾值范圍。 例如，以30秒作為柴油機一個穩(wěn)定周期，并依據(jù)此判斷各個參數(shù)下降或者升高值超過原來 值的閾值范圍為5%，進行柴油機參數(shù)報警模式判別。
[0068] 步驟S6:對實際運行的柴油機的運行參數(shù)進行監(jiān)測及報警。
[0069] 以30秒作為柴油機一個穩(wěn)定周期，在柴油機一個穩(wěn)定周期內(nèi)，根據(jù)監(jiān)測得到的實 時數(shù)據(jù)，與步驟S5得到對應(yīng)閾值范圍進行比較，如果實時數(shù)據(jù)在閾值范圍之內(nèi)，則繼續(xù)執(zhí)行 監(jiān)測程序;如果實時數(shù)據(jù)超過閾值范圍，則發(fā)出相應(yīng)故障報警。
[0070] 綜上所述，本發(fā)明實施例提供了一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的故障監(jiān)測方法，可以在現(xiàn)有 監(jiān)控系統(tǒng)和不增加任何傳感信息的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對現(xiàn)有數(shù)據(jù)的充分利用，實現(xiàn)對現(xiàn)有監(jiān)控 系統(tǒng)的異常檢測的完善，可以讓用戶更全面地了解柴油機的狀態(tài).
[0071] 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，實現(xiàn)上述實施例方法的全部或部分流程，可以通過計 算機程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可存儲于計算機可讀存儲介質(zhì)中。其中，所 述計算機可讀存儲介質(zhì)為磁盤、光盤、只讀存儲記憶體或隨機存儲記憶體等。
[0072] 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種柴油機故障監(jiān)測方法，其特征在于，具體包括以下步驟： 步驟Sl:確定柴油機故障閾值優(yōu)化參數(shù)對象； 步驟S2:獲取柴油機的歷史運行參數(shù)； 步驟S3 :對歷史運行參數(shù)進行數(shù)據(jù)分類和數(shù)據(jù)處理;建立診斷參數(shù)屬性集和工況參數(shù) 屬性集； 步驟S4:通過數(shù)據(jù)趨勢分析方法，統(tǒng)計各診斷參數(shù)在各工況范圍下的數(shù)據(jù)變動指數(shù)： 步驟S5:進行閾值優(yōu)化，確定診斷參數(shù)間的故障傳遞關(guān)系;通過關(guān)聯(lián)分析找到各診斷參 數(shù)之間的報警關(guān)系及閾值關(guān)系； 步驟S6:對柴油機運行參數(shù)進行監(jiān)測及報警。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機故障監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟Sl進一步包括： 通過用戶調(diào)研及歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計，找到柴油機運行中主要存在的虛警、誤報； 結(jié)合柴油機的使用/維修說明書，確定柴油機故障閾值優(yōu)化方法的參數(shù)對象。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機故障監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟S2進一步包括： 獲取歷史運行參數(shù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，進行離散化。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機故障監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟S3進一步包括： 子步驟S31:根據(jù)柴油機工況和系統(tǒng)分類方法，將數(shù)據(jù)分為柴油機診斷參數(shù)、柴油機工 況參數(shù)； 子步驟S32:建立診斷參數(shù)屬性集。 子步驟S33:建立工況參數(shù)屬性集。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機故障監(jiān)測方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)變動指數(shù)用于判 斷該數(shù)在工況下的穩(wěn)定程度。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機故障監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟S5進一步包括： 選擇數(shù)據(jù)變動指數(shù)在預(yù)設(shè)閾值范圍內(nèi)的參數(shù)進行趨勢分析和聚類分析，確定其報警閾 值、參數(shù)關(guān)聯(lián)規(guī)則和診斷； 在報警模式、參數(shù)關(guān)聯(lián)規(guī)則和診斷規(guī)則基礎(chǔ)上，根據(jù)變動指數(shù)確定診斷參數(shù)在各工況 下的閾值范圍、以及各參數(shù)關(guān)聯(lián)報警的閾值范圍。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機故障監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟S6進一步包括： 在柴油機穩(wěn)定周期內(nèi)，根據(jù)監(jiān)測得到的實時數(shù)據(jù)，與步驟S5得到對應(yīng)閾值范圍進行比 較，如果實時數(shù)據(jù)在閾值范圍之內(nèi)，則繼續(xù)執(zhí)行監(jiān)測程序;如果實時數(shù)據(jù)超過閾值范圍，則 發(fā)出相應(yīng)故障報警。
【文檔編號】G01M15/05GK105928710SQ201610235877
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月15日
【發(fā)明人】張成偉, 劉鵬鵬, 童峻, 童一峻, 陳卓, 陳桂玲
【申請人】中國船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院