目的及意义

柴油机由于具有较高的热效率、维护管理方便和工作可靠等优点。因此,广泛用于船舶推进装置和发电装置。其可靠安全运转对于保障船员、船舶和货物的生命财产至关重要。特别是船舶航行在远离陆地的海洋上,缺少陆上的技术支持,一旦因其动力系统发生故障而停航或失去动力,就可能会发生船毁人亡的悲剧，因此,对其开展故障诊断技术的研究以及如何及时得发现故障就显得越发重要，传统的柴油机故障诊断方法主要是基于检测数据处理的诊断方法，是通过检测信号的处理，来实现工况监视与故障诊断的，但当故障类型比较复杂时，为了能把故障比较细致地区分出来，一方面需要增加检测手段，另一方面需大大增加计算量，从而使诊断时间延长，另外对于一些难以通过数据测得的事实，它就显得无能为力。柴油机是典型的多系统、多层次的复杂系统难以用合适的模型来表达其结构、描述系统的输人与输出关系，采用基于模型的方法较难实现，而且其结构多种，机型繁多，基于模型的诊断系统通用性很差，而不依赖于模型的方法能够较好地解决其问题。

因此针对船舶柴油机故障特点的模糊性和非线性，提出了基于聚类分析算法的船舶柴油机系统故障的诊断方法，即船舶柴油机是一个复杂的系统，功能单元很多，各单元及其组合都可能产生故障。故障可以看作是对原始状态的偏离，系统出现故障后必然会出现相应的特征，人们可以从中提取一些相应的向量来体现故障特征，这些向量是代表各状态的模式。所以，柴油机的故障诊断问题可以归结为模式识别问题。通过这个聚类分析算法的识别，可以准确快速的识别柴油机故障状态，便于工作人员进行检修，把危险指数和经济损失降到最低。

研究背景（国内外现状分析）

在国外，以美国为代表的一些国家就开展了故障诊断技术的研究，早在1961年美国就成立了国家机械故障诊断研究院，后又在美宇航局的大力倡导下，在1967年机械故障预防小组也成立，从事故障机理的研究、检测诊断技术、可靠性的分析，并对机器的耐久性、持续性进行评估，这也是美国在尖端工业的方面一直处于世界顶尖水平的原因。由于柴油机的大面积广泛应用，在相关机械中使用量非常大，而且其自身的结构异常复杂，因此柴油机的故障诊断一直以来都是机械设备故障诊断技术研究中的重要研究对象之一，国内外研究界的相关研究人员也一直对其进行广泛的关注，逐步形成了很多从不同角度、采用不同方法的故障诊断手段和方法。从一些资料和研究历程来讲，故障诊断技术的发展主要可以概括为以下三个阶段，即经验化阶段、技术化阶段和智能化阶段。

（1）第一阶段是经验化阶段，最初机器设备比较简单，故障的诊断与排除主要依靠维修人员和专家的感觉、经验和一些简单仪表的测量结果。随着柴油机技术的快速的发展，其功能也更加完善，然而出现问题的点也越来越复杂多变，对于轮机人员来讲，分析柴油机故障也愈发困难。（2）第二阶段是技术化阶段，主要代表是二十世纪70年代的柴油机工况诊断系统，实现了发动机内部参数的自动监控，基础技术支持是传感器技术，计算机技术和动态测量技术的应用，典型的应用技术化手段的系统主要有：由世界著名的工业集团瑞士的 Sulzer 公司研制和开发的发动机诊断系统（SEDS 系统）、由德国 MAN Bamp;W 公司开发的二冲程柴油机工况检查系统（CCIO系统）、由挪威 DET MORSKE VERITAS 公司研制的采用了故障树分析法的 CMS 系统等。（3）第三阶段是智能化阶段，兴起于二十世纪八十年代，开始产生了大量的柴油机故障诊断的智能系统，通过模拟计算技术、模糊逻辑技术、多媒体技术等的应用，使得柴油机故障诊断方面的技术又得到了更深层次的提高。

70年代中期，我国己有一些院校和科研单位着手进行工业回转机组事故的诊断。而开始从维修制度改革以及设备综合工程学的观点，探求降低寿命周期费用的诊断措旋，则是从80年代开始的。不少企业开始研究先进国家的各种维修体制，逐步加深对故障诊断的认识。确立了一些重点诊断项目，包括振动与噪声分析、红外热象及测温、铁谱分析、声发射等。80年代开始，利用计算机对机械故障进行有效的辅助检测和辅助诊断已成为重要的诊断手段，而国内外计算机诊断系统积极地进行研制并应用于实际机组。

当今柴油机故障诊断的趋势是不解体化、高精度化和智能化。不解体检测的研究，其方向是开发可预埋在柴油发动机内的传感器。例如美国、日本等国家己成功地将超薄型传感器安置在发动机内，对发动机的温度及主要部件的配合间隙进行诊断，并利用光纤传感器检测发动机的转速波动。高精度化，是指提高信号分析的信噪比。如利用相干函数对测点进行选择，利用多段时域平均提高当前缸信号强度，利用倒频谱重新编辑法消除其他缸的影响，利用小波变换消除噪声等等，其目的都是在于出去诊断参数中的干扰，以提高诊断精度。智能化，是指开发诊断型系统，使数据处理，分析，故障识别自动完成，能减轻诊断的工作量，并提高诊断速度及准确性。因此，随着对柴油机可靠性要求的日益提高，开发功能强、操作简单的系统，适合现场人员的使用，是智能型故障诊断系统的研究方向，也是智能型故障诊断系统得以发展的必要条件。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容及目标

研究内容：