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摘要：随着改革开放的深化，我国的内外贸交易量大幅增长，船舶作为外贸货物的主要运输工具也得到了迅速发展。在船舶发展中，机械设备的安全性是重中之重，及时排除船舶故障才能保证其正常运行。本文在分析船舶机械设备特点及故障类型基础上，阐述船舶机械状态监测和诊断方法、船舶维修保养体系等内容和应用现状，着重讨论液压油污染度控制标准，并进行了展望。
关键字：船舶机械设备 状态监测 监测标准
中图分类号： TV554 文献标识码： A
现代船舶机械日趋高性能化和结构复杂化，人员配置趋于减少，加之世界范围的能源紧张，船舶机械设备的监测和维护便成为营运船舶技术管理的重要内容。及时、准确和动态地掌握船舶机械的运行状态个预测潜在故障，已成为船舶技术管理追求的目标，这促使现代船舶机械设备的状态监测及标准的不断更新和发展。据有关资料统计，全球有60%的船舶营运故障源于机舱，为了保障船舶机械的安全运行，世界各国积极开展了船舶机械设备的状态监测技术的研究，动态地获取船舶机械设备的各种信息，分析其运行状态、诊断潜在的故障并预测发展趋势。
一、船舶机械设备故障特点及类型
船舶动力机械工况复杂多样、结构复杂，且船舶机械工作环境和工作状态大都比较恶劣，这都要求船舶机械设备具有较高的可靠性。伴随科学技术发展，虽然船舶动力装置的自动化、智能化程度不断提高，可靠性也有很大提高，但船机故障仍不可避免，每年因机损故障造成的损失很大。
根据不同的角度分类，可以清晰地显示出故障的原因、性质和对船舶营运的影响，有助于分析认识故障和排除故障，也便于进行故障统计，为改进船舶机械的设计、制造和良好的维修提供重要的信息资料。
根据故障对船舶营运的影响可分为船舶不停航的局部故障、船舶短时间停航的重大故障及船舶长时间停航的全局性故障。船舶不停航的局部故障是因局部故障导致船机设备的功能部分丧失，可在航行中进行故障处理，例如更换主机缸的喷油泵。船舶短时间停航的重大故障是由于严重的故障使船机设备的功能丧失，例如主机缸发生严重的拉缸故障，需停机检修或实施封缸措施，修后继续航行。船舶长时间停航的全局性故障是异常严重的故障导致船机设备的功能丧失，需进场进行长时间的修理，例如主机曲轴折断、尾轴或中间轴折断、螺旋桨损坏和船舶搁浅、船体破损等。
根据故障发生和演变过程的特点可分为渐进性故障、突发性故障、波及性故障和连续性故障。渐进性主张是船机设备长时间运转，配合件的损耗积累使其性能逐渐变坏而发生的故障，如柴油机活塞环-气缸套的磨损和曲轴-轴承的磨损等。突发性故障是因外界随机因素或材料内部的潜在缺陷引起的故障，难以预测，如主机自动停车、螺旋桨桨叶折断等。
按故障的原因分类有结构性故障、工艺性故障、磨损性故障及管理性故障。结构性故障是因船机设备结构设计上的缺陷、计算上的错误或选材不当等导致的故障，如柴油机气缸套上部凸缘根部因设计上受力不当和制造工艺不良引起的凸缘根部多发性裂纹等。工艺性故障是由于制造、安装质量不佳或质量检验不严等引发的故障。如轴系校中安装质量不良引起的轴系振动、轴承发热或过度磨损等。磨损性故障是在正常工作条件下长期运转产生的故障，例如由于过度磨损，活塞-气缸间隙过大而产生敲缸、窜气等故障。管理性故障由于维护保养不良或违章操作等造成的故障。
另外，按故障的性质分类可分为人为故障和自然故障。由于操作人员管理不良或行为过失引起的故障，目前在船上这类故障已占80%以上，成为故障的主要原因。
根据一项对600例机损故障的分析调查显示，在船机损伤中，船舶主、辅机都可能发生故障，其中以柴油机的故障为主，约占全部机损事故的85%，其次是轴系占9.3%。在主机故障中，活塞、缸套、曲轴、气阀故障86例，占主机故障的45.7%。燃油喷射系统故障占19.1%，增压器故障28例，启动和换向系统故障28例，调速器故障10例。在电站故障中，发电柴油机故障51例，占电站故障的64.6%，电机故障23例，配电板故障3例。在辅助机械故障中，润滑系统故障29例，冷却系统故障28例，燃油系统故障9例，压缩空气和进化系统故障4例。可见，在船舶机舱设备中主机系统是故障发生率最高的部位。通过采用合适的状态监测技术可以有效防止故障的发生，确保安全。
二、船舶机械设备的监测与诊断方法
采用状态检测技术可以及早发现故障征兆，进行视情维修，不仅可以防止突发事故，保障船舶安全，而且可以减少维修费用，提高设备利用率，并带来巨大的经济效益和社会效益。船舶设备监测与诊断的方法很多，目前最常用的有以下分析方法：
1.热力参数分析法
该方法通过获取船舶柴油机工作时的气缸压力示功图、排气温度、转速、滑油温度、冷却水进出口温度及排放等热力参数的变化来实现其工作状态的判断和故障预测。
该方法是目前船舶机械状态监测诊断中应用最广最成熟的方法，且该方法易实现在线实时监测，被广泛应用于船舶动力机械的各种设备。其中示功图包含的信息量很多，根据示功图可以计算指示功、压力升高率和压缩压力，可以判断燃烧质量的好坏及各缸是否功率平衡。
2.振动分析法
该方法主要是对机械设备运行时的各种动态振动信号进行采集分析，从而可以对机械设备的运行状态作出正确的判断。测定振动与噪声的总水平，可以检验故障的存在，利用频谱和频率分析，可以确定故障发生的部位，利用震动声特殊技术可以确诊是什么性质的故障。振动监测操作简单、诊断方便可靠，无论在船上还是在船厂都得到了广泛应用。
3.油液分析法
油液分析法主要是对船舶机械设备的润滑油取样分析。通过检测油样的性质变化和油样中的各种微粒的含量来分析机械设备的运行情况。通过对润滑油中所含磨损微粒的监测技术等技术手段，如光谱分析、铁谱分析、滤纸法检测技术等技术手段，可以获得有关机械设备运行、磨损等情况。通过对油样本身的的物理化学的特性进行分析、如傅里叶红外监测、水分。黏度等系列指标的检测，可以获得机械设备的润滑和运行状态的信息。从而，及时预测、掌握和处理已在、潜在的故障，降低故障突发的可能性，避免不必要的经济损失。
三、船舶维修保养体系
船舶维修保养体系(CWBT)是将传统的船舶设备管理与当今国际上先进的船舶设备管理方式相结合,形成集计划、管理、指导于一体的一种新颖、科学、实用的船舶设备管理模式.建立CWBT计算机维修管理系统,有助于CWBT的推广,有利于船舶维修管理水平的提高。
CWBT 中文全称为《船舶维修保养体系》。CWBT分别为《船舶维修保养体系》拼音的首字母大写。
中华人民共和国国家标准(GB/T 16558-2009代替GB/T 16588-1996):船舶维修保养体系。
GB/T l6558《船舶维修保养体系》分为七个部分：
第1部分：总则；
第2部分：船舶维修保养体系代码；
第3部分：船舶维修保养的分级，周期代码及周期允差；
第4部分：设备卡、工作卡格式与初始化要求；
第5部分：工作卡首排及其运行要求；
第6部分：系统流程及运行管理方法；
第7部分：报表格式。
CWBT是集计划、管理、指导于一体的一种新颖、科学、实用的船舶设备管理模式，它的内涵已经超过了船级社的检查要求。
四、液压油污染度控制标准
油液分析技术作为机械设备状态监测和故障诊断的一项主要技术被广泛应用于船舶机械设备中，实施液压系统污染控制是提高液压设备工作可靠性和延长元件寿命的重要手段，一直受到国内外有关工业部门的高度重视。伴随着油液监测技术的快速发展和广泛推广使用，作为油液污染分析技术不断进步和成熟的重要标志油液污染度标准的建设也得到了快速发展。从最早使用的重量污染度和体积ppm、重量ppm等，逐渐改进为可反映颗粒尺寸及分布的颗粒污染度表示方法。国际标准化组织及一些国家的液压行业组织和标准化机构都成立了污染控制技术委员会，负责液压污染控制技术的推广、应用及有关标准和规范的制定和实施。
我国制定的液压油液颗粒污染度等级标准采用ISO4406。这个污染度等级标准用两个代号表示油液的污染度。前面的代号表示1mL油液中大于5μm颗粒数的等级，后面的代号表示1mL油液中大于15μm颗粒数的等级，两个代号间用一斜线分隔。代号的含义如表所示。例如，等级代号为20/17的液压油，表示它在每毫升内大于5μm的颗粒数在5000～10000之间，大于15μm的颗粒数在640～1300之间。这种双代号标志法说明实质性的工程问题是很科学的，因为5μm左右的颗粒对堵塞元件缝隙的危害最大，而大于15μm的颗粒对元件的磨损作用最为显著，用它们来反映油液的污染度最为恰当，因而这种标准得到了普遍的采用。
五、结束语
针对船舱机械设备故障特点和故障类型，为适应现代化智能化传播发展的需要，要大力推广状态监测技术和故障诊断技术的应用，加紧制定相关的管饭标准，推进状态监测技术的快速發展。
第一，推进各种状态检测技术的工程化应用和实施，以及在线监测，离线监测和混合监测模式的应用，开展多种监测技术综合分析方法的研究。
第二，开阵CWBT体系的推广和应用，建立各种状态监测技术资料和数据应在同一编码体系下存储和传递的机制，更大限度地便于数据的传递和对比。
第三，加强船舶机械状态检测技术标准体系的建立，尽快形成各种监测技术的数据采集、传递和存储标准，推进状态监测技术又好又快发展。
关键字：船舶机械设备 状态监测 监测标准
中图分类号： TV554 文献标识码： A
现代船舶机械日趋高性能化和结构复杂化，人员配置趋于减少，加之世界范围的能源紧张，船舶机械设备的监测和维护便成为营运船舶技术管理的重要内容。及时、准确和动态地掌握船舶机械的运行状态个预测潜在故障，已成为船舶技术管理追求的目标，这促使现代船舶机械设备的状态监测及标准的不断更新和发展。据有关资料统计，全球有60%的船舶营运故障源于机舱，为了保障船舶机械的安全运行，世界各国积极开展了船舶机械设备的状态监测技术的研究，动态地获取船舶机械设备的各种信息，分析其运行状态、诊断潜在的故障并预测发展趋势。
一、船舶机械设备故障特点及类型
船舶动力机械工况复杂多样、结构复杂，且船舶机械工作环境和工作状态大都比较恶劣，这都要求船舶机械设备具有较高的可靠性。伴随科学技术发展，虽然船舶动力装置的自动化、智能化程度不断提高，可靠性也有很大提高，但船机故障仍不可避免，每年因机损故障造成的损失很大。
根据不同的角度分类，可以清晰地显示出故障的原因、性质和对船舶营运的影响，有助于分析认识故障和排除故障，也便于进行故障统计，为改进船舶机械的设计、制造和良好的维修提供重要的信息资料。
根据故障对船舶营运的影响可分为船舶不停航的局部故障、船舶短时间停航的重大故障及船舶长时间停航的全局性故障。船舶不停航的局部故障是因局部故障导致船机设备的功能部分丧失，可在航行中进行故障处理，例如更换主机缸的喷油泵。船舶短时间停航的重大故障是由于严重的故障使船机设备的功能丧失，例如主机缸发生严重的拉缸故障，需停机检修或实施封缸措施，修后继续航行。船舶长时间停航的全局性故障是异常严重的故障导致船机设备的功能丧失，需进场进行长时间的修理，例如主机曲轴折断、尾轴或中间轴折断、螺旋桨损坏和船舶搁浅、船体破损等。
根据故障发生和演变过程的特点可分为渐进性故障、突发性故障、波及性故障和连续性故障。渐进性主张是船机设备长时间运转，配合件的损耗积累使其性能逐渐变坏而发生的故障，如柴油机活塞环-气缸套的磨损和曲轴-轴承的磨损等。突发性故障是因外界随机因素或材料内部的潜在缺陷引起的故障，难以预测，如主机自动停车、螺旋桨桨叶折断等。
按故障的原因分类有结构性故障、工艺性故障、磨损性故障及管理性故障。结构性故障是因船机设备结构设计上的缺陷、计算上的错误或选材不当等导致的故障，如柴油机气缸套上部凸缘根部因设计上受力不当和制造工艺不良引起的凸缘根部多发性裂纹等。工艺性故障是由于制造、安装质量不佳或质量检验不严等引发的故障。如轴系校中安装质量不良引起的轴系振动、轴承发热或过度磨损等。磨损性故障是在正常工作条件下长期运转产生的故障，例如由于过度磨损，活塞-气缸间隙过大而产生敲缸、窜气等故障。管理性故障由于维护保养不良或违章操作等造成的故障。
另外，按故障的性质分类可分为人为故障和自然故障。由于操作人员管理不良或行为过失引起的故障，目前在船上这类故障已占80%以上，成为故障的主要原因。
根据一项对600例机损故障的分析调查显示，在船机损伤中，船舶主、辅机都可能发生故障，其中以柴油机的故障为主，约占全部机损事故的85%，其次是轴系占9.3%。在主机故障中，活塞、缸套、曲轴、气阀故障86例，占主机故障的45.7%。燃油喷射系统故障占19.1%，增压器故障28例，启动和换向系统故障28例，调速器故障10例。在电站故障中，发电柴油机故障51例，占电站故障的64.6%，电机故障23例，配电板故障3例。在辅助机械故障中，润滑系统故障29例，冷却系统故障28例，燃油系统故障9例，压缩空气和进化系统故障4例。可见，在船舶机舱设备中主机系统是故障发生率最高的部位。通过采用合适的状态监测技术可以有效防止故障的发生，确保安全。
二、船舶机械设备的监测与诊断方法
采用状态检测技术可以及早发现故障征兆，进行视情维修，不仅可以防止突发事故，保障船舶安全，而且可以减少维修费用，提高设备利用率，并带来巨大的经济效益和社会效益。船舶设备监测与诊断的方法很多，目前最常用的有以下分析方法：
1.热力参数分析法
该方法通过获取船舶柴油机工作时的气缸压力示功图、排气温度、转速、滑油温度、冷却水进出口温度及排放等热力参数的变化来实现其工作状态的判断和故障预测。
该方法是目前船舶机械状态监测诊断中应用最广最成熟的方法，且该方法易实现在线实时监测，被广泛应用于船舶动力机械的各种设备。其中示功图包含的信息量很多，根据示功图可以计算指示功、压力升高率和压缩压力，可以判断燃烧质量的好坏及各缸是否功率平衡。
2.振动分析法
该方法主要是对机械设备运行时的各种动态振动信号进行采集分析，从而可以对机械设备的运行状态作出正确的判断。测定振动与噪声的总水平，可以检验故障的存在，利用频谱和频率分析，可以确定故障发生的部位，利用震动声特殊技术可以确诊是什么性质的故障。振动监测操作简单、诊断方便可靠，无论在船上还是在船厂都得到了广泛应用。
3.油液分析法
油液分析法主要是对船舶机械设备的润滑油取样分析。通过检测油样的性质变化和油样中的各种微粒的含量来分析机械设备的运行情况。通过对润滑油中所含磨损微粒的监测技术等技术手段，如光谱分析、铁谱分析、滤纸法检测技术等技术手段，可以获得有关机械设备运行、磨损等情况。通过对油样本身的的物理化学的特性进行分析、如傅里叶红外监测、水分。黏度等系列指标的检测，可以获得机械设备的润滑和运行状态的信息。从而，及时预测、掌握和处理已在、潜在的故障，降低故障突发的可能性，避免不必要的经济损失。
三、船舶维修保养体系
船舶维修保养体系(CWBT)是将传统的船舶设备管理与当今国际上先进的船舶设备管理方式相结合,形成集计划、管理、指导于一体的一种新颖、科学、实用的船舶设备管理模式.建立CWBT计算机维修管理系统,有助于CWBT的推广,有利于船舶维修管理水平的提高。
CWBT 中文全称为《船舶维修保养体系》。CWBT分别为《船舶维修保养体系》拼音的首字母大写。
中华人民共和国国家标准(GB/T 16558-2009代替GB/T 16588-1996):船舶维修保养体系。
GB/T l6558《船舶维修保养体系》分为七个部分：
第1部分：总则；
第2部分：船舶维修保养体系代码；
第3部分：船舶维修保养的分级，周期代码及周期允差；
第4部分：设备卡、工作卡格式与初始化要求；
第5部分：工作卡首排及其运行要求；
第6部分：系统流程及运行管理方法；
第7部分：报表格式。
CWBT是集计划、管理、指导于一体的一种新颖、科学、实用的船舶设备管理模式，它的内涵已经超过了船级社的检查要求。
四、液压油污染度控制标准
油液分析技术作为机械设备状态监测和故障诊断的一项主要技术被广泛应用于船舶机械设备中，实施液压系统污染控制是提高液压设备工作可靠性和延长元件寿命的重要手段，一直受到国内外有关工业部门的高度重视。伴随着油液监测技术的快速发展和广泛推广使用，作为油液污染分析技术不断进步和成熟的重要标志油液污染度标准的建设也得到了快速发展。从最早使用的重量污染度和体积ppm、重量ppm等，逐渐改进为可反映颗粒尺寸及分布的颗粒污染度表示方法。国际标准化组织及一些国家的液压行业组织和标准化机构都成立了污染控制技术委员会，负责液压污染控制技术的推广、应用及有关标准和规范的制定和实施。
我国制定的液压油液颗粒污染度等级标准采用ISO4406。这个污染度等级标准用两个代号表示油液的污染度。前面的代号表示1mL油液中大于5μm颗粒数的等级，后面的代号表示1mL油液中大于15μm颗粒数的等级，两个代号间用一斜线分隔。代号的含义如表所示。例如，等级代号为20/17的液压油，表示它在每毫升内大于5μm的颗粒数在5000～10000之间，大于15μm的颗粒数在640～1300之间。这种双代号标志法说明实质性的工程问题是很科学的，因为5μm左右的颗粒对堵塞元件缝隙的危害最大，而大于15μm的颗粒对元件的磨损作用最为显著，用它们来反映油液的污染度最为恰当，因而这种标准得到了普遍的采用。
五、结束语
针对船舱机械设备故障特点和故障类型，为适应现代化智能化传播发展的需要，要大力推广状态监测技术和故障诊断技术的应用，加紧制定相关的管饭标准，推进状态监测技术的快速發展。
第一，推进各种状态检测技术的工程化应用和实施，以及在线监测，离线监测和混合监测模式的应用，开展多种监测技术综合分析方法的研究。
第二，开阵CWBT体系的推广和应用，建立各种状态监测技术资料和数据应在同一编码体系下存储和传递的机制，更大限度地便于数据的传递和对比。
第三，加强船舶机械状态检测技术标准体系的建立，尽快形成各种监测技术的数据采集、传递和存储标准，推进状态监测技术又好又快发展。