【船舶机舱自动化发展趋势探析14000字（论文）】

第一章绪论1.1选题的背景及意义1.1.1选题的背景航运业是国际贸易中最为重要的交通运输方式之一，在交通运输行业所占比例达90%以上，船舶作为航运业的前行者和破浪者，其作用和重要性不言而喻。船舶机舱是船舶动力的核心，其包括主推进动力装置和其他附属设备，其具有空间狭小、设备复杂、设备工作环境恶劣等特点，这会导致设备操作失误率高和机舱管理难度大。随着自动化技术不断取得进步，并且在船舶工业领域开始得到广泛应用，船舶机舱开始发展自动化技术。一直以来自动化技术的研究与发展是船舶工业领域重要的时代课题。国际海事组织近些年在低硫减排以及船舶航行的安全性等方面的政策，对船舶自动化及船舶机舱自动化的发展水平提出了更高的要求。特别地船舶利用自动化技术对机舱设备的状态进行监测、控制和管理，能够有效预防因人员干扰和错误判断造成的事故，提高船舶航行安全；能够提高船舶柴油机运行的经济性；对船舶机舱实现自动化管理，能够精化对船舶设备的管理，及时发现和排除故障。从而提高船舶的运行效率、航行经济性和安全性。还有随着自动化的发展，出现了无人值班的自动化机舱，减少轮机部的工作强度。因此，船舶机舱的自动化发展对于船舶工业领域乃至航运业发展具有非常重要的意义REF_Ref4973\w\h[1]。网络技术的迅速发展，物联网、云计算以及人工智能技术的研究与发展。船舶机舱自动化的研究与发展将会受到当今信息化时代发展的影响。1.1.2选题的意义通过分析机舱自动化发展趋势，有研究理论和应用实践两方面意义：在研究理论方面，对船舶机舱的自动化系统的整体控制思路和关键技术进行分析，确定了机舱自动化系统的发展现状和未来发展的关键技术，对未来的研究理论的确定了方向，对于船舶机舱自动化有重大意义。在应用实践方面，确定了当前船舶制造领域在机舱自动化的应用趋势和主流应用自动化控制系统，对于船舶企业和船东在新建船舶的自动化控制系统的选用具有指导意义，以及对于船舶机舱自动化未来发展具有重要借鉴意义。1.2本文的主要内容本文对船舶机舱自动化发展趋势进行了分析，其主要内容如下：（1）首先介绍了船舶机舱自动化的概念，然后通过分析总结对船舶机舱自动化的发展历程进行了分析总结，最后对船舶机舱自动化控制的基础理论知识进行了分析总结，为后面的分析作准备。（2）然后主要分析了船舶机舱监测和控制系统的自动化发展，以船舶机舱监测和报警系统为例，对其关键技术和发展研究现状展开分析，对比分析船舶监测自动化发展结论；以船舶智能柴油机控制系统为例，对其典型控制系统和发展研究现状进行分析，对比分析船舶控制自动化发展结论。（3）其次通过介绍了船舶机舱管理自动化的定义以及发展船舶机舱管理自动化的必要性，其次分别对船舶机舱数据和故障诊断管理自动化和备件管理自动化发展进行对比分析，最后对船舶机舱管理自动化发展分析进行总结。（4）最后以船舶监测、控制和管理综合分析做出船舶机舱自动化发展趋势分析的总结与展望。第二章船舶机舱自动化的发展历程和自动控制基础2.1船舶机舱自动化的概念自动控制是指机器设备或系统在没有人的直接参与下，能全部自动地按照工作人员预先设定的指令和既定程序运行，完成其承担的任务REF_Ref12706\r\h[6]。在此基础上，自动化是指由一个或多个自动控制系统或装置所构成的、没有人直接干预的生产过程。船舶机舱自动化,是指船舶机舱各动力装置、设备以及系统的监测、控制和管理自动化REF_Ref14594\w\h[2]。船舶机舱的监测自动化在船舶机舱监测和报警系统（包括对于曲轴箱油雾浓度、主机气缸压力和柴油机轴承磨损等重要参数的监测）、火灾监视报警系统等系统中体现；船舶机舱自动化中的控制功能在船舶推进装置控制系统（主机遥控系统船舶智能柴油机控制系统等）、船舶辅机控制系统（船舶辅锅炉控制系统、船舶燃油、滑油、冷却系统的自动控制等）、船舶电力推进系统等体现。船舶机舱自动化的管理功能在装置和设备的运行参数的日常储存管理及处理分析、机舱备件的管理、设备维护和故障诊断管理等方面体现。2.2船舶机舱自动化的发展历程早在20世纪50年代末，反馈控制理论就被应用于船舶工业领域，使得当时船舶机舱部分有关装置和设备能实现自动控制和管理，1961年在日本建成的8000吨级的“金华山丸”船舶首次配备了机舱集中监测和报警和主机遥控系统，这标志着船舶机舱机舱监测自动化首次应用于实体船舶REF_Ref32003\w\h[3]。此后至20世纪60年代末，船舶工业领域开始致力于“无人机舱”的研究，且世界各主要船级开始将船舶机舱自动化纳入社入级规范。60年代末期和70年代初期，计算机技术开始逐步在船上应用，全新技术的应用使得船舶机舱自动化到达了迅速发展的新时期。至此，后来的船舶机舱自动化每个发展阶段基本都是以计算机技术和网络技术发展水平提升为特征的。船舶机舱自动化发展大致可分为四个阶段。（1）设备和装置的自动化20世纪50年代，在反馈控制理论的应用下，船舶工业在自动化领域实现了部分设备和装置的自动化，在船舶机舱方面如动力装置压力的自动调节和新型自动调节的锅炉的应用等，这是因为当时自动化技术和电子技术发展水平还不能和自动化控制相匹配REF_Ref4143\w\h[4]。（2）用计算机技术实现对船舶机舱的集中管理和控制20世纪60年代末期，计算机技术开始在船舶工业领域应用，其体现在船舶机舱设备的使用，并且部分发达国家通过微型或中小型计算机对机舱设备和装置集中控制和管理，包括监测、巡回监控和记录轮机日志等行为，通过传感器等装置采集信号，将信号统一传入集控室，对机舱装置和设备集中控制和管理。缺点是大量电缆的使用使船舶造价比较昂贵，且可靠性不高。（3）以微机技术为应用特征的分散控制20世纪70年代中后期，由于集中控制的方式具有可靠性不高和造价高等缺点，并且随着集成电路技术的出现，与PLC与单片机等新的控制方式的出现，微机技术开始在船舶机舱自动化领域应用，船舶机舱自动化由集中控制逐渐转为分散控制。如分油机自动控制、燃油黏度控制和锅炉自动控制等。由于船舶机舱的特殊性，所以分散控制使得机舱各个设备装置相互独立运行，不能建立有效通信。分散控制具有较好的可靠性、安全性，造价低，且系统简单易行。（4）以互联网技术为发展特征的网络型控制分散控制虽然有着集中控制不能克服的技术优势，但由于各个系统的监测数据不能建立有效统不的数据通信，所以其监测系统只起到报警功能，故分散控制不便于机舱各装置设备的集中控制和管理。随着互联网技术和信息时代的发展，船舶机舱乃至于船舶工业领域，互联网技术开始被应用。21世纪70年代中期，以此互联网技术开始在船舶机舱监测领域应用为契机，船舶工业领域出现了集散控制系统（DCS），DCS系统具有数据通信功能，以微处理器作为数据采集基础，采用串行通信方式对机舱设备和装置实现分散控制和集中管理，以此DCS系统开始使用数字通信REF_Ref4789\w\h[5]。但该系统有着设备间互换和互操作限制、高成本和数据量传输速率低等问题，且因为通信协议各不统一，DCS系统的发展遇到了瓶颈期。随着现场总线技术的出现，促进船舶工业领域对于现场总线技术在船舶机舱的研发。90年代中后期，在DCS系统基础上以及PLC技术在船舶机舱领域的发展，船舶机舱自动化监测出现了基于现场总线控制系统（FCS）REF_Ref4789\w\h[5]。其通过互联网技术为支撑的网络控制，机舱设备和装置之间通过微处理器建立数据通信，各个设备和装置可通过微处理器进行单独控制。以网络技术为通讯媒介，进行控制和管理。2.3船舶机舱自动控制基础2.3.1反馈控制系统在自动控制过程中，把包含反馈作用的控制过程称为反馈控制。基本上反馈控制系统由控制对象、测量单元、调节单元和执行机构四个基本环节组成REF_Ref18568\r\h[2]。由反馈控制系统四个基本环节构成的反馈控制系统传递图，如图2-1所示。图2-1反馈控制系统传递图反馈控制系统的控制过程描述如下：反馈控制系系统受到外部扰动时，被控量发生变化，测量单元测量被控量的实际值，调节器通过比较得到偏差值，调节器按规律输出控制信号，执行器执行信号命令。反馈控制系统主要用于船舶机舱定值控制系统，如柴油机气缸冷却水温度控制系统等；程序控制系统，如主机遥控中的程序负荷控制；随动控制系统，如自动舵的随动操舵系统。2.3.2调节器在反馈控制系统中，调节器是最重要的组成单元。调节器的输入是被控量和设定值的偏差值，输出的是控制量，控制执行机构。调节器的作用规律是指输出量和输入量的函数关系。船舶机舱设备常用的调节器作用规律有：①双位作用规律，如空压机压力控制；②比例积分（PI）作用规律，控制系统中应用最广泛。③比例积分微分(PID)作用规律。在采用微机控制的自动控制系统中，调节器的作用规律是通过软件编程或PLC技术来实现，以此称为调节器作用规律的数字实现。由此出现了一种智能化的新型仪表—数字调节器,其控制规律可以通过实际需要进行自己编程或改写，甚至可以选择使用智能算法REF_Ref10903\w\h[6]。它具有通用性强、功能丰富且模块化、采用智能技术、具有自诊断功能、具有通信功能、可靠性强等特点，所以近些年来得到较快发展。2.3.3传感器测量单元通过测量被控量的实际物理量输送至调节器。其通常由各种各种各样的传感器和信号变送器组成，传感器是将被测量的物理量变化转化为一定的参数变化，变送器将微小变化放大处理后转为标准的信号输出REF_Ref12706\r\h[6]。其在船舶机舱被广泛使用，包括有温度、压力、液位、流量、转速等传感器。传感器是监测系统的重要元件，采集机舱设备的运行参数等，所以要求船用传感器应具有精确性、稳定性、灵敏度、耐腐蚀性等。在自动控制系统中，执行机构的输入是调节器输出的控制信号，执行器的输出直接改变流入被控对象的物质或能量的流量，用于克服扰动，消除偏差，使被控量恢复到给定值或给定值附近。执行机构按其所使用的能源形式可分为自力、气动、电动和液压。2.4本章小结本章首先介绍了船舶机舱自动化的概念，然后总结分析了船舶机舱自动化的发展历程进程，最后对船舶机舱自动化控制的基础理论知识进行了分析总结，作为分析基础。第三章船舶机舱监测和控制自动化发展分析3.1船舶机舱监测自动化发展分析3.1.1船舶机舱监测自动化发展现状实现船舶机舱的监测自动化是船舶机舱自动化发展中最重要的一个环节，是不可或缺的一部分。要实现船舶设备和装置自动控制的关键在于对于机舱设备和装置的运行参数进行有效的监测和报警。在船舶机舱中自动化监测主要包括对于装置和设备的重要参数的监测和船舶机舱监测和报警系统。（1）船舶机舱监测和报警系统一般地，现代化远洋船舶都为“无人机舱”，实现“无人机舱”的前提是船舶机舱监测与报警系统的应用和完善。船舶机舱报警系统有报警、参数和状态的记录打印、参数的分组显示、数据趋势分析、延伸报警、闭锁报警、自检功能等，其航行时船舶机舱设备的运行状态、运行参数及报警信息分析等都会集中显示在远程操作站的操作面板中，报警信息还延伸至轮机员休息室、轮机长及其驾驶台等部位。其中自检功能只局限与对监测系统本身的元器件进行自检。（2）基于CAN总线和工业以太网船舶监测和报警系统随着现场总线技术的不断完善，船舶工业中开始广泛应用现场总线作为现场控制网络，上层网络采用工业以太网构成局域网，形成全分布的网络型监测系统。CAN总线是到目前为止应用在船舶监测系统最广泛的一种总线形式,目前在船舶工业领域应用的趋势只增不减。①现场总线技术现场总线是一种基于自动化控制底层的工业数据总线及其数据通信网络，用于解决船舶机舱控制器、执行器以及智能仪表等机舱现场设备间的数字通讯，还有集控室与机舱设备控制系统的信息通讯，监测系统以串行通信网络的方式对船舶机舱设备及控制器之间实现数据通讯，主要是监测、控制等信息传递，以完成自动化控制、监测和管理的功能REF_Ref4789\w\h[5]。现场总线具有多种标准和多种协议，船舶工业领域应用广泛的CAN总线和Profilbus总线就是现场总线的一种。现场总线技术有以下特点：①通信的公开性；②设备之间相互的可操作性；③智能化，是智能诊断发展重要的契机。③高度的分散性；③具有较强环境自适应力。所以在船舶机舱被广泛应用。②CAN总线CAN是控制器局域网络，国际上应用最广泛的现场总线之一，是一种能够实现分布式实时控制的串行通信网络，数据通信具有抗干扰性、实时性等特点REF_Ref12741\w\h[7]。有以下优点：①CAN总线网络通信具有智能化；②机构简单，开发周期短，性价比高；③高可靠性和智能化诊断能力。所以CAN总线能适应环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的船舶机舱现场，被广泛应用到船舶工业领域。③工业以太网工业以太网是基于IEEE802.3的网络，其主要由网络部件、连接部件和通信介质构成，其通信介质的材质为工业双胶线和光纤，工业现场的控制器的通信处理器等都能满足工业现场的要求。工业以太网主要用于工业现场现场控制，其主要有以下优点：①应用广泛；②可以远程进行对工业现场的访问以及远程对工业现场设备进行诊断；③通信速率高，网络速度快REF_Ref15373\w\h[8]。但在实际工业现场应用中，工业以太网还能够有效解决实时性和确定性问题。（3）典型的船舶机舱监测和报警系统目前在船舶自动化领域，挪威Kongsberg公司研发了好几种类型的船舶机舱监测和报警系统，首先有基于CAN总线的DataChiefC20型船舶机舱监测和报警系统，并在船舶工业领域得到了比较广泛的应用，此后Kongsberg公司研发了K-Chief型系列船舶机舱监测和报警系统，其中比较典型的监测系统为K-Chief500型监测和报警系统。监测系统和K-Chief500系统是比较典型的船舶机舱监测和报警系统，研究分析船舶机舱监测和报警系统关键技术发展，其两个系统网络结构都是基于CAN总线和工业以太网。①DCC20监测和报警系统监测系统主要有远程操作站、现场操作站、分布式处理单元(DPU)、系统网关（SGW）、双处理通信控制器（dPSC）和值班呼叫系统组成。DPU是该系统的核心单元，连接现场传感器，实现模拟量或数字量的输入，然后通过CAN总线输送到系统网关，以更新ROS的数据库，而dPSC主要是处理子CAN总线的信息，连接系统网关和dPSC是工业以太局域网，以此完成监测作用。该系统主要的特点是是DPU的模块化设计，智能I/O模块。该系统除了监测报警功能，还有综合控制功能，能够实现机旁控制。②K-Chief500K-Chief500船舶机舱监测和报警系统的结构如图3-1所示，其结构组成和系统功能与DCC20系统基本相同，只不过在操作站和人机接口做了改进。集控室是CAN与以太局域网的系统网关，用dPSC将主机控制系统、机舱监测与报警系统等连在两条网线上。船舶内部通过主管信息系统与管理层，或与岸上以太网，或通过卫星通信与公司互联，实现远程监控图片来源：图3-1K-Chief500系统（4）船舶机舱监测自动化关键技术分析①传感器技术传感器技术涉及多个学科领域，其利用物理定律或物质的物理、化学、生物特性，将非电信号转换为电信号。近年来随着传感器工艺、新特性物质的不断研发，加上计算机监测技术的进步，其检测能力和精度得到了快速的提高，还有极高温、极低温、微压差以及超高压等的检测方法都有较为理想的进展。商品化的光电式传感器、电祸流传感器、超声波检测技术、红外检测技术等作为新型传感器的代表被广泛用于工业、军事及医疗等领域，代表着非接触式传感技术的成熟。微处理器及微控制器等大规模集成电路的成本和价格不断降低，功能和集成度不断提高，智能传感器的研究也就成为了近年来传感器发展的重要方向。智能传感器是指传感器内部集成了智能控制芯片，使其具备了故障自检、自调零、自校准、自补偿、自动选择等智能功能，智能传感器的另一特性是其具备的强大数据处理能力和远距离数据传输能力，可配置各种数字通信接口，因此更方便采用计算机集成监控技术对系统进行集成和远程监视等领域的应用。目前国内外众多学者正在致力于探索新现象、新理论，采用新技术、新工艺、新材料研发新型传感设备，或提高现有传感器的转换效能、转换范围以及其它技术及经济性指标。传感器的研究未来的发展方向将向着高精度、集成化、微型化及智能化方向不断发展。②实时通信技术实时性技术是工业监控的基本要求，增强实时网络通信的确定性和实时性，一般可以同时采取多种措施，如扩宽信道带宽、采用交换路由技术、优化网络拓扑结构、选择合适的传输控制协议等，现代工业化技术一般可以保证在网络畅通情况下数据传输的确定性和实时性指标。③信息采集技术信息采集技术是指利用计算机软件技术，针对定制的目标数据源，按照事先约定的通信协议将传感器转换好的标准电信号进行标准数据格式封装，通过专用信道传输到计算机进行显示、抽取、挖掘及处理，从而为各种数据服务程序提供输入数据的过程REF_Ref4789\w\h[5]。信息采集的关键是数据通信模块的研制，包括模拟量模块、数字量模块等，还有一些特殊的物理量，如脉冲信号等则需要专用的采集模块。船舶常用的通信协议一般为及总线协议，因此根据不同的协议类型需要设计对应的总线数据采集模块。3.1.2船舶机舱自动化监测研究现状（1）在产品研发方面国外船舶机舱自动化监测系统工业产品研发有德国的SISHIPIMAC系统和日本的CAT系统，近些年来Kongsberg公司通过对K-Chief500系统的升级改进，如K-Chief700系统更加注重模块化和集成化，相较于以前的系统模块安装更具有灵活性和综合性。目前国内船舶机舱监测和报警系统目前也有众多研发比较成熟的监测系统，例如交通部上海船舶运输研究所研发的Y8800网络型机舱监控系统和Lonworks网络的STI-VC2100MA舰船监控报警系统，企业研发的基于TCP/IP协议的以太网LAN与CAN现场总线的CJBW310系列船用监测报警系统和基于以太网的船舶监测控制系统等REF_Ref20673\w\h[9]。（2）机舱监测自动化未来的研究方向在21世纪微电子、信息技术、计算机通信及网络技术的发展，出现了许多新兴技术产业，影响着我们的生活及个股领域，船舶工业领域势必也将会收到影响，特别地，近几年在船舶监测自动化方面有出现基于物联网、云计算的船舶监测和报警系统设计与研究以及基于嵌入式系统的船舶监测和报警系统设计与研究。所以船舶监测自动化在未来势必受到以下影响或有一定的发展趋势：①嵌入式系统嵌入式系统是以中央处理器为核心、软件和硬件与集合一体的以及可独立工作的专用计算机系统。其在近些年微电子技术以及芯片技术的快速发展下，嵌入式系统的功能越来越强，其在工业控制、信息化家电等技术领域快速发展和广泛应用。嵌入式系统具有以下优点：小型化，其主要结构集成在芯片内部；可靠性高；实时性好；环境恶劣的工业控制现场适应性好等特点。由于船舶机舱的特殊性，以及对于自动控制系统的可靠性、数据传输的实时性等要求，特别是船舶机舱监测系统的发展对于数据的实时性具有更高要求，所以嵌入式系统在船舶机舱自动化领域有着广泛的应用和发展前景，其体积小和实时性都具有其他计算机没有的功能。②云计算和物联网云计算是大数据和信息化飞速发展的时代的产物，云计算是将许多计算资源整合起来，通过软件实现自动化管理，在互联网的基础上，以网络形式进行云计算服务和数据出处，以达到数据的共享。其具有虚拟化、高效的运算能力、灵活性高、可靠性高以及可扩展性等特点。在船舶机舱领域乃至船舶工业具有较大的潜力。物联网是指利用各种传感器、红外线感应器等设备，采集声、光、位置、温度、电力等信息，通过网络技术实现物质之间与人物之间的信息和管理，进一步延展了互联网的功能REF_Ref22388\w\h[10]，在工业、农业、交通等领域应用，推动了智能化发展。相信在船舶机舱自动化领域有一定的发展趋势。3.1.3船舶机舱监测自动化发展分析总结通过分析船舶机舱监测发展现状和研究现状以及对其关键关键技术的研究，船舶监测自动化（1）现场总线技术在船舶工业领域仍是主流应用趋势。未来几年乃至未来很长时间里，现场总线技术在船舶工业领域仍被广泛应用，其中CAN总线和工业以太网在船舶机舱监测自动化方面为主要发展方向，且改变只会在现场总线和网络技术的前提下进行优化改良。（2）船舶机舱监测硬件等趋于智能化、集成化、模块化和高精度化。随着计算技术、电子技术和数据算法的发展和优化下，船舶监测向着集成化、智能化和高精度的方向发展，提高船舶监测的可靠性和安全性。（3）云计算、物联网和嵌入式系统等新兴技术是未来主要的研究和应用方向。以云计算、数据库、物联网等技术发展为前提，实现船岸信息一体化，实现数据共享。3.2船舶机舱控制自动化发展分析船舶机舱控制自动化是指船舶主动力推进装置、船舶辅机等设备或装置的自动化。船舶机舱辅助设备众多，需要对应的控制系统加以控制，有开环控制、闭环反馈控制、PLC控制等，船舶柴油机是船舶机舱的心脏，所以以船舶智能柴油机控制系统为例，分析智能柴油机控制系统的发展和应用，透析船舶机舱控制自动化的发展。3.2.1船舶智能柴油机控制系统发展和研究现状为了更好的实现对柴油机的运转控制，人们将电子计算机控制技术应用于柴油机，形成了一种新型的电子控制式柴油机，也称之为智能柴油机。它将燃油喷射、气阀启闭以及柴油机的起动、换向、停车和气缸润滑等功能全部由智能柴油机控制系统实现。智能柴油机控制系统可以根据柴油机不同的工况，对相关的参数进行及时设定和调整，使柴油机始终保持在最佳工作状态下。（1）发展现状在当今飞速发展的时代，船舶柴油机技术的要求也在不断提升，主要体现在：①要有较高的经济型；②IMO对于船舶废气排放含硫量的限制和排放控制；③较高的可靠性和安全性；在船舶发展中探索，船舶发展要顺应时代发展，所以以MANB&W公司和瓦锡兰公司为代表的大型船舶且也开始寻找新的发展方向，在自动化技术发展下，开始了以智能柴油机为主题的研究。船用柴油机工况和如何得到有效监控，如何提高和保持船舶柴油机燃烧和工作性能，如何满足船舶柴油机在运行的灵活性和可靠性等方面。MANB&W公司研制并生产的ME型智能柴油机控制系统，采用了电液电控技术，采用电控共轨的控制技术。瓦锡兰公司研制并生产的RT-flex型智能柴油机控制系统，采用凸轮轴控制的全电控式控制系统。（2）研究现状近年来，人工智能开始研究并应用到船舶机舱控制自动化上。人工智能算法能模拟并延伸人脑搜索、认知、抽象和推理等思维方式，具有强大的信息处理能力。因在柴油机运作时由于柴油机具有快速时变等的动力学特性，并且考虑到其运行工况和外界环境的不确定性，进一步增加了船舶柴油机的控制难度。因此，近些年来国内外许多研究团队将人工智能算法与船舶柴油机控制相结合开展相关研究，以便实现船舶柴油机更好的控制效果。通过研究各种改进的自适应模糊PID控制器也被广泛地应用于柴油机怠速控制和调速控制等具体的应用场景中，获得了响应速度、稳定性、超调量和自适应性的提升REF_Ref26313\w\h[11]。两种常用于自适应控制器设计中调节控制系统相关参数的智能控制算法分别为模糊逻辑算法和神经网络算法。3.2.2典型船舶智能柴油机控制系统的对比分析（1）RT-flex系列柴油机智能控制系统其系统由主机信息控制单元、主机控制单元、辅机控制单元、燃油控制阀、起动空气阀、和气缸注油器、主操作面板、网络通信组成，由一组多用途控制器构成，使得系统硬件结构上通用性好，备件管理方便。（2）ME系列柴油机柴油机智能控制系统其控制系统的核心单元是WECS-9500,主要有主控制器和多个气缸电子控制单元。WECS-9500控制系统的主要作用是对共轨的燃油压力、伺服油压力进行控制，以及主机、气缸相关的功能管理，其中包括对主机的状态检测，参数的调整，控制气缸的喷油时间等，使主机处于最佳工作状态，还有与主机遥控系统、船舶报警等系统的通信。通过对比发现，现代船舶机舱控制自动化发展有两个特点：①船舶机舱自动化发展中，船舶自动化控制越来越注重船舶设备和装置的节能减排和提升船用设备可靠性和安全性。②船舶机舱自动化控制系统中，模块化和硬件集成化成为了发展趋势，结构简单，能够减少布线，提高经济型。3.2.3船舶机舱控制自动化发展分析总结智能柴油机控制系统是船舶控制自动化重要的一部分，且智能化是船舶自动化发展的主流趋势，所以基于智能柴油机控制系统的分析符合船舶机舱控制自动化。以对智能柴油机控制系统的发展现状和研究现状，以及对于其典型控制系统的对比分析为基础，对船舶控制自动化发展作以下分析总结：①船舶机舱自动化控制系统趋于智能化和信息化。在信息和数据爆发增长的时代，各种数据算法活跃在不同领域，互相影响，互相进步，人工智能技术在船舶工业领域，特别是船舶自动化技术的到发展和应用。基于现场总线和网络技术，船舶机舱各自动化控制系统进行信息互联，统一管理。②船舶机舱自动化控制系统硬件趋于集成化。③船舶机舱自动化控制系统发展趋向于节能减排技术方向。在船舶工业领域越来越注重节能减排。如船舶机舱尾气处理控制系统的设计。3.3本章小结本章主要分析了船舶机舱监测和控制系统的自动化发展，以船舶机舱监测和报警系统为例，对其关键技术和发展研究现状展开分析，对比分析船舶监测自动化发展结论；以船舶智能柴油机控制系统为例，对其典型控制系统和发展研究现状进行分析，对比分析船舶控制自动化发展结论。第四章船舶机舱管理自动化分析4.1船舶机舱管理自动化4.1.1船舶机舱管理自动化的定义船舶机舱管理是指对于船舶机舱各设备和装置、系统和备件能耗品进行有计划的管理。包括对设备和装置的元件、电路、元器件的更换或有计划的维护保养和日常巡回检查等，对监测系统和控制系统的监测数据、指令数据进行有目的储存分析处理及共享等，对于船舶能耗品（燃油、滑油及主机耗损件等）进行实时检测，并以此判断船舶机舱备件的数量是否达到管理要求，以提高船舶的安全性和可靠性。随着船舶机舱自动化进入快速发展，随之而来的是船舶机舱管理自动化。在船舶机舱管理定义的基础上，船舶机舱管理自动化是指借助船舶自动化系统和网络技术对于船舶机舱进行管理，通过减少轮机员对于设备和系统的干扰，以及轮机员的负担，以提高船舶航行的安全性。随着船舶自动化发展越来越成熟，其管理范围扩大了，包括故障诊断的数据共享等。船舶机舱管理自动化具有综合性、信息化等特点。4.1.2发展船舶机舱管理自动化的必要性（1）提高船舶的安全性和可靠性早期轮机员对于故障等通过经验等方法判断，船舶机舱实现管理自动化能够减少轮机员对于设备和装置的人为干预，使得船舶更具有安全性和可靠性。（2）船舶节能减排的必然要求21世纪以来，由于船用燃油成分复杂粘度较高，硫成分含量高，燃油燃烧后产生大量的硫、氮以及碳等氧化物，对环境造成巨大的污染，船舶大气污染问题趋向严重化，对此国际海事组织（IMO）重视船舶硫氧化物所引起的废气排放污染,《MORPOL公约》对船舶的废气排放的含硫量做出了规定，如图4-1所示，自2010年以来IMO在逐年降低船舶燃油的含硫量，经过两次的降低后，在2020年以后开始实行船舶燃油不超过0.5%m/m的限制。这能说明船舶对于节能减排在船舶发展过程中的重要性，减少废气含硫量不只要减少燃油含硫量，更要从船舶主机入手，综合性管理主机系统，充分利用船舶自动化系统。使主机对于能够对于能量充分利用，以达到节能减排的。通过对于发展主机尾气和燃油等的自动化管理，能够促进船舶节能减排技术的发展。图4-1IMO对硫含量的排放限制4.2故障诊断和数据管理自动化分析随着工业以太网和现场总线型广泛应用于船舶机舱监测和报警系统和自动化控制系统，其各个数据处理量与之爆发式增长，如何进行有效的数据管理和处理成为了船舶自动化管理的一个课题；随着船舶机舱的自动化程度提升，如何将故障诊断智能化在机舱自动化研究中也成为了一个重要的研究课题。4.2.1船舶机舱数据管理在21世纪以前船舶机舱自动化发展不完善的时候，船舶设备和装置的管理全靠人的意识和纸质化数据统计，由于人的干扰性较强，船舶设备事故时有发生。进入21世纪后，计算机技术和网络技术广泛应用在船舶工业领域，基本实现无人机舱。在船舶机舱管理自动化领域，2000年我国就开始提出基于互联网技术的船舶机舱综合管理系统，系统是基于船舶监测自动化系统，机舱设备的数据监测、数据通信与船舶综合管理系统通过网络技术实现数据共享，实现船舶机舱的自动化管理。主要的关键技术是数据库的建立和机舱各层网络间的互连。伴随着信息时代数据库技术、智能算法等的发展和网络技术的进步，以及有关智能和集成电路和电子元件在船舶工业领域的广泛应用，在船舶工业领域对于船舶机舱管理趋于智能化和数字化。船舶机舱数据管理方面，提出了在数字化网络环境、强大的云计算和高速的信息数据分析计算的基础上的，建立数据管理平台，数据管理系统构建一个开放的云架构的通信平台，机舱各处设备的运行参数存储在船舶上的服务器以及云服务器中，海事卫星与船舶海事Modem连接船舶局域网来实现数据交换和存储，岸基接收站和陆地互联网进行连接，岸基服务器之间的内部连接以及岸基服务器与互联网的连接，使得船舶机舱数据管理平台可以通过基于WEB的软件，浏览通过海事宽带卫星与岸基服务器及互联网连接的数据资源，实现船舶与岸基数据交互，实现船岸信息一体化REF_Ref28197\w\h[12]。4.2.2智能故障诊断管理在船舶机舱自动化发展初期，其系统大多应用微机、CAN总线和以太网技术，船舶监测和报警系统仅仅局限于机舱内参数的状态监测以及越限报警。轮机需要轮机员需要凭借经验进行判断和排除设备故障。轮机员个人对设备的了解以及对诊断知识与经验的积累决定了故障诊断的优劣，这样使得设备可靠性中人为因素增加。2000年，国内有人就船舶故障诊断提出基于神经网络技术的研究，神经网络技术是一种技术人工智能算法，对故障进行诊断并发出故障预警，并以船舶柴油机常见的几种故障诊断为例，实现智能化故障诊断REF_Ref1483\w\h[14]。近些年，越来越多的研究提到船舶机舱故障智能化诊断。智能故障诊断技术是故障诊断与智能数据处理方法相结合的产物，其智能化主要体现在诊断过程结合领域专家知识和人工智能技术等智能控制理论，对故障进行检测、分析和诊断，实现突发性故障的快速的分析检测与诊断。智能故障诊断系统具有以下三个特点：①具有智能控制的特点，它能模拟人的逻辑思维过程，从而解决需要逻辑推理的复杂诊断问题。②根据诊断过程的需要，搜索和利用领域专家的知识及经验来达到诊断的目的。③具有自学习、自调整和自我完善的功能。智能故障诊断系统在同环境信息进行交换的过程中，可以根据环境的变化学习新的知识，并及时对知识库进行自动更新和调整REF_Ref5031\r\h[15]。目前在船舶工业领域研究应用的智能故障诊断系统有基于神经网络、粗糙集理论和集成型4.2.3故障诊断和数据管理自动化分析总结基于以上对于船舶机舱故障诊断的文献研究及及分析，将故障诊断和数据管理自动化分析总结为以下三点：①故障诊断和数据管理自动化趋于智能化。②趋于建立以云计算和智能算法基础综合化的数据管理平台。③船岸一体化是未来发展的方向。4.3备件和能耗品管理自动化分析船舶备件主要是指确保船舶设备的使用和维修，需要进行储备的各种元器件和零部件。而且在备件当中包含没有使用过的新品，以及使用过后出现损坏通过修复的元器件及零部件。要实现船舶机舱备件管理自动化，就是要建立船舶备件管理信息系统，该系统要满足以下要求：（1）具有较高的可靠性；（2）使用方便。（3）借助云平台实现公司和船舶的实时共享；（4）与船舶机舱主要耗损件通过传感器等建立通信联系，确保船舶的安全性。4.4船舶管理自动化分析总结基于对船舶机舱故障诊断和数据管理自动化以及备件管理自动化的研究，将船舶机舱管理自动化分析总结如下：（1）信息化和综合化。船舶机舱管理的设备和数据较多，通过建立数据综合管理平台进行管理和储存，以智能算法等方法处理数据，以信息化进行以完成船舶机舱管理智能化。（2）趋于船岸一体化。在综合化和信息化基础上，借助云计算等智能算法平台以及网络连接，实现企业与船舶的信息共享。（3）趋于智能化。船舶机舱管理自动化向着智能化发展。4.5本章小结本章首先介绍了船舶机舱管理自动化的定义以及发展船舶机舱管理自动化的必要性，其次分别对船舶机舱数据和故障诊断管理自动化和备件管理自动化发展进行对比分析，最后对船舶机舱管理自动化发展分析进行总结。第五章总结与展望5.1总结为了分析船舶机舱自动化的发展趋势，本文完成了以下工作：（1）通过总结轮机自动化控制发展现状及研究进展，梳理船舶机舱自动化的发展历程和船舶机舱自动化控制基础，以此作为船舶机舱自动化发展趋势分析的基础。（2）从船舶机舱监测、控制和管理自动化三个方面，以智能化为主线，对船舶机舱自动化发展趋势进行分析，然后做出自己的总结。（3）在船舶