船舶主机遥控装置计算机仿真与故障分析系统研制

船舶主机遥控装置计算机仿真与故障分析系统研制 船 舶 主件等)通过设置热点，以图文方式显示热点所对应的 机 遥 控 系 统元器件的有关作用与工作原理说明、结构图、操作与船 是 船 舶 机 电 调节等。实现这种计算机分析与查询程序，要 设 备 中 自 动 舶 建立热点文件和图文资源数据库。 化 程 度 较 高 主 的 控 制 装 置 计 之一。由于遥 机 ，42 控 系 统 的 各 ，23 算 种 故 障 而 造 遥 成 主 机 设 备 机 控 不 能 正 常 运 韩 仿行，降低了主 成 装 图 建立热点文件的网格模板1 机 运行 质量; 敏 真 由 于 故 障 源 置 为了构造热点链接文件，根据在主窗口中所显不 能 及 时 识 与 郑 示的气动控制原理图尺寸，来确定元器件热点的位 别和排除，造 士 置座标。图 1 所示，凡在图中网格交叉点上的元器 成 故 障 蔓 延 故 君 或 系统 瘫痪， 件，均可定义热点。网格疏密由元器件疏密来决 系 障 导 致 自 动 化 { 定。于是，热点文件实际上是网格节点的集合 | ， 船 舶 只 能 手 }? 。 ， 统 分 动操作。这些 对应一个，就有一个相应指针指向系统基本 都 影 响 了 船 研 析 数据库某一条元器件记录，再搜索图文资源库中相舶 的 航 行 安 应的图文资源。热点被激活后，则能在主窗口弹出 制全，也增加了 相应图文说明，从而达到了对原理图分析目的。图 机 务 管 理 的 2 所示为热点调用示意图。 难度。 一、主机遥控装置计算机仿真 理论上，主机遥控系统的原理分析及原理仿真， 应包括在轮机模拟器中。但是纵观国内外轮机模拟 器发展现状，没有哪个轮机模拟器能够对实际机型 的主机遥控系统进行原理仿真。这是因为，轮机模 拟器要满足一定的普适性，它不会也不可能对各种 实际机型的主机遥控系统进行原理仿真。鉴于此， 独立开发主机遥控系统的计算机仿真软件，就显得 图 原理图分析热点调用示意图2 十分必要。 构造热点链接文件的优点是使应用程序具有开 主机遥控装置原理图分析1( 放性。B&W 机型主机型号从 46MC 到 98MC，相应的 在一个独立的窗口屏幕中，装入主机遥控气动 气动控制系统的一些功能块或组件可根据用户要求 控制原理图。所有元器件(包括气动阀件和电气元 而选用。所以当原理图变动时，我们只要修改热点 水运管理 ?专题研究? 车故障、起动故障、点火故障、换向故障和调速故障。 文件，增加或删除热点，而不用去修改主程序。 造成系统级故障的原因必然是系统中相应的功能块 主机操纵工况原理仿真实现2( 失效(故障)而引起。而功能块是由一些组件构成， 对主机遥控装置工作原理进行原理仿真要求: 所以功能块失效必然是其中某些组件失效所造成。 (1)对主机的三种操纵控制(起动、停车、换向)，动态 功能组件的失效又必然是构成该组件的若干元器件 地描述逻辑控制气路走向;(2)对气动装置执行部 失效所造成。我们把系统级故障(顶事件)发生原 件，如主,副起动阀，燃油泵凸轮机构等，以动态图 像播放形式描述;(3)主机备车，以人机对答方式描 因，从系统的功能块追查到不可再分解的系统元器 述。 件(底事件)，从而建立相应的故障树。 主机遥控装置的气路原理仿真是根据控制气路 系统化矩阵模型2(FTA 原理图按照备车过程所给出的条件以及当前仿真状 当用计算机程序排列故障树，并进行故障查询 态，以醒目颜色沿所控制的气路流动，给人一种直观 与分析时，必须对树形图进行数学化描述，即建立 的感觉。气路流动演示的速度可以人工设定:慢速 FTA 数学模型。 (约 50Pix/s)、中速(约 100Pix/s)和快速(约 200Pix/s)。 我们把主机遥控装置的故障链分成三级:第一 系统中的一些执行部件，如燃油泵的凸轮机构 级故障源为功能块;第二级为组件(或部件);第三级 运动等。这些运动形态仿真以二维动画形式实现。 为元器件。元器件故障是不可再分解的故障源。设 这里的关键难点是:在仿真主窗口界面图形中，执行 部件有多个，其运动形态是相互关联的，如主机曲轴 和活塞运动必须与高压燃油泵凸轮转动保持同步。 1 2，，这些故障是由功能块1 2，系统级故障 ，，， 因此，不同部件运动时必须保持动画帧频的同步。 ，的失效(一级故障源)而造成，于是有: 我们较 好地解 决了这 一问 题。其 动态 仿真较 为逼 1 11 1 2 1 1 真，无“卡通”现象。 2 21 2 )F , , , AU (1 二、主机遥控装置计算机故障分析系统 许多故 障实例表明，由于电子元器件集成度、自 1 式中，A 为功能块失效矩阵，它是一个布尔型逻 检能力及可靠性的日益提高，主机遥控系统疑难故 障大多出现在气动控制部分。本文运用 FTA(Fault 辑矩阵。A 中的元素 取 1 或 0，表示相应的功能块 Tree Analysis 故 障 树 分 析) 和 FEA(Failure Effect 失效而造成系统的故障与否。Analysis 故障效应分析) 技术，从系统化角度构筑 , 的失效(二级 功能块的失效是由组件, 1 2 FTA 与 FEA，实现遥控系统气动装置故障信息流分 故障源)引起，于是有: 析。这里，FTA 从系统级失效(顶事件)开始，直至不 1 11 12 1 1 可再分解的元器件失效(底事件)。故障信息在这里 2 21 2作为一种“流”，自上而下，顺着这种“流”，我们可以 U , , , BV (2) 找到系统失效的故障源。而 FEA 则从元器件失效逆 1 向推断其对系统的影响。故障信息在这里也作为一 显然，式中 B 为组件失效矩阵。 取 1 或 0，表 种“流”，自下而上，根据这种“流”，我们也可以找到 示相应的组件失效而造成功能块的失效与否。组件 某故障源对系统的危害程度。 , , , 的失效(三级故障 的失效又是由元器件12 系统级故障(顶事件)与故障树1( 源)引起，于是有: 根据调研结果及专家经验，主机遥控气动控制 1 11 12 1 1 装置可能出现的系统级故障现象归纳为 5 大类:备 2 21 2 )F , , , CW (3 1 式中，C 为元器件失效矩阵 取 1 或 0，表示相 。 应 的元器 件失效 而造 成组件 的失效 与否。合并 式 ? ? 水运管理 ?专题研究? (1)、(2)、(3)，则得: 有镜像对称性。如果我们在建立 FTA 树和 FEA 档案 F , AU , ABV , ABCW , DW (4) 时，相互严格对应起来，则失效矩阵 ABC 与 互 信息流模型3(FEA 逆，即: 1 , A 对主机遥控装置的 FEA，其步骤是:(1)确定系 1 , B 统主要 元器件 的故障 模式 对系统 的危害 程度(效 () 9 1 , C 应);(2)以表格形式建立 FEA 档案;(3)从系统化角 1 , D 度构造 FEA 矩阵模型，并与FTA 矩阵模型关联起来， 由此可见，当我们把 FTA 方法与 FEA 方法通过 为计算机故障查询与分析提供更为有效的手段。 逻辑表达式有机结合起来后，更适宜于计算机有效、 为了能够把 FEA 与 FTA 有机地结合起来，使计 准确、灵活、迅速地分析和查询主机遥控气动控制装 算机程序的故障查寻既能顺向(FTA 信息流)，又能逆 置的各类故障。 向(FEA 信息流)，必须建立相应的 FEA 的矩阵模型。 三、应用程序开发 我们把故障效应也分成三级:第三级故障效应 MAN B&W 主机遥控装置仿真与故障信息流分 为组件(或部件);第二级故障效应为功能块;第一级 析计算机应用程序采用 Microsoft Visual C++ 5.0 工具 故障效应为系统失效。设元器件故障模式及其对自 开发。界面设计为多文档多窗口屏幕界面。应用程 序结构如图 3 所示。 ，，，，它们对相应的组件(或部身的效应为 21 件 ，1 2 )，，造成影响(三级故障效应);组件故障 效应将对功能块，，，造成影响(二级 1 2 故障效应);功能块的故障效应将造成系统级 失效(一级故障效应，，根据上节中)，，1 2 的相同推导方法，可得: 1 11 12 1 1 2 21 2 ) W , , , V (5 1 1 11 12 1 1 2 21 2 ) V , , , U(6 1 1 11 12 1 1 2 21 2 ) U , , , F(7 1 应用程序主要组成部分为:数据库、热点链接文 式中和 分别为组件、功能块和系统级故障，、 件和界面(窗口)。数据库中的资源用来支撑应用程 效应逻辑矩阵。合并式(5)、(6)、(7)，则得: 序，有基本数据库、故障数据库和失效数据库。数据 W , V , U , F , F (8) 库之间的关系如图 4 所示。 式(5)、(6)、(7)、(8)给出了主机遥控气动控制 图中的失效数据库存放着气动装置元器件失效 装置故障效应逻辑矩阵模型。通过解这些方程式， 率与不可靠度统计数据，用以定量分析故障信息流。 可以寻找系统中任何元器件失效时对系统各级的影 应用程序热点文件所起的作用是把窗口界面与 响。 数据库联系起来，这种联系是通过特定的指针或关 考察式(1)、(2)、(3)和式(5)、(6)、(7)，它们具 ? ? 水运管理 ?专题研究? 动态描述的逻辑控制，并以二维图像形式描述。 主 机遥 控装置 故障 分析系 统的 开发技 术路 线 是:(1)分析气动装置，充分调研后选定系统某功能 失效的顶事件;(2)根据气动装置原理图和系统元器 件、组件、功能块的使用、维护及故障表现，直接建立 最小路集的三级故障树;(3)从系统化角度，构造 FTA 矩阵模型，为计算机故障分析提供有效手段。 依据本文所论述的船舶主机遥控系统故障信息 流 分析而设计开发的计算机应用软件已安装在中远 集运几十艘大型集装箱船舶与多用途船舶上，取得 了相当好的经济效益与社会效益。同时也可推广到 其他类型控制设备的故障分析，实现计算机化教育 和业务培训。对大型、复杂控制设备，运用这种手段 进行故障分析训练及维修方法指导，可大大缩短操 作人员的摸索适应期。 键字实现的。 为了实现主机遥控装置原理仿真，我们解决了 (作者单位:中远集装箱运输有限公司、上海海 两个技术问题:(1)原理图分析的热点调用以及热点 运学院) 调用的多层嵌套;(2)原理仿真动态效果及动态同步 处理，实现对主机的起动、停车、换向三种操纵工况 上接第页 料。合理的引航员定员规划。定员时，功能，培育一支引航后备队伍。可 计划引航员的工作量时，应留出 以与海事部门、航运公司联系，培 目前，引航员超时工作多，压 养持有引航、航运“双证书”的人 1/3 的人员 进行学 习培训 和休息 力大，始终处于紧张状况之中。再 才。引航站与航运公司可以签订 疗养，还应留出余地，将每年被淘 加上收入的刺激作用，引航员无暇 ，互相支援，哪个岗位人员紧 汰的人员也计算在内。根据这个 顾及培训学习、休息疗养。长此下 缺，就向哪个岗位流动，以弥补不 定员规划，不仅从航海院校招录 去，也是难以为继的。因此，笔者 毕业生，还可以继续吸收现成的 足，做到人尽其才。其实，在海上 认为，对这种趋向应保持高度的警 航运人才，争取在较短的时间内， 工作长久的船长、大副也很想回到 觉，解决的途径是进一步引入竞争 解决引航员紧缺的矛盾，确保引 港口，当一段时间的引航员。而引 。凡是缺乏外部竞争的部门， 航员每周有两天休息。 航员有海上资历，对本岗位工作也 内部竞争上岗的机制必须完善。当 是十分有利的。这种人员的对流 对每个引航员都要建立工作 然，这种竞争应该是公开的、有秩 互换，并不中断他们社会保险交费 档案。每年末，组成专家组对引航 的、适度的。要形成这种良性竞争 的连续性，可真正使企业人成为社 员进行内部考评，实行内部聘任 机制，薪酬模式的改革与用工 会人。对用人单位来讲，也可根据 制，这样可较为彻底地解决职称 的改革要配套进行。 人才市场行情的变化，适时制定岗 和能力不相符的问题。不能等出 要开展深入的科学调研，对 位薪酬，用市场经济之手，合 了事故以后再作处理，也不能使 上海港未来的发展(包括洋山深 理确定各岗位劳动力的价位。 职称变成终身制。当然，享受的薪 水港区的建设)规模进行预测。同 酬待遇也要相应兑现。 (作者单位:上海港引航管理站) 时也要考虑长江沿岸各港途经上 要灵活运用人才市场的调节 海港水域的船舶发展数量，制定 ? ?