陳景鋒，王永堅(jiān)，戴樂陽(yáng) (集美大學(xué) 輪機(jī)工程學(xué)院，福建 廈門 361021)

基于ASP.NET的船舶潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)信息與故障評(píng)價(jià)系統(tǒng)開發(fā)

陳景鋒，王永堅(jiān)，戴樂陽(yáng)
(集美大學(xué) 輪機(jī)工程學(xué)院，福建 廈門 361021)

潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)技術(shù)是現(xiàn)代船舶輪機(jī)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控與故障預(yù)警診斷重要的技術(shù)手段之一。為順應(yīng)現(xiàn)代船舶維修保養(yǎng)體系由“定期維修”向“視情維修”方向轉(zhuǎn)變以及現(xiàn)代信息技術(shù)在油液監(jiān)測(cè)各環(huán)節(jié)的應(yīng)用，基于輪機(jī)設(shè)備在用潤(rùn)滑油檢測(cè)獲得的數(shù)據(jù)及其變化規(guī)律，采用時(shí)序與回歸分析方法，綜合運(yùn)用C#程序語(yǔ)言、ASP.NET結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)搭建了基于Internet和B/S結(jié)構(gòu)的潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)信息與故障評(píng)價(jià)系統(tǒng)。該系統(tǒng)經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證效果良好，可作為航運(yùn)公司機(jī)務(wù)及輪機(jī)管理人員進(jìn)行潤(rùn)滑油品質(zhì)監(jiān)控及設(shè)備故障預(yù)警可靠、實(shí)用的工具之一。

船舶潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)；ASP.NET MVC；故障評(píng)價(jià)

隨著現(xiàn)代船舶日益向大型化、智能化和專業(yè)化方向發(fā)展，其設(shè)備結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜化，加之船舶配員的減少均對(duì)現(xiàn)代船舶輪機(jī)設(shè)備的可靠性、安全性提出更高的要求。船舶潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)技術(shù)是現(xiàn)代船舶輪機(jī)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷重要的技術(shù)手段之一[1]：它利用各種潤(rùn)滑油性能檢測(cè)儀，采用不同的檢測(cè)方法對(duì)在用潤(rùn)滑油理化指標(biāo)、油液中磨粒大小與成分、污染度等進(jìn)行定性、定量分析，得到有關(guān)零部件磨損狀態(tài)、設(shè)備技術(shù)狀態(tài)以及潤(rùn)滑油系統(tǒng)污染程度等重要信息，為設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障預(yù)警與診斷提供技術(shù)參考。鑒于信息技術(shù)的快速發(fā)展及在油液監(jiān)測(cè)各環(huán)節(jié)的應(yīng)用，基于輪機(jī)設(shè)備在用潤(rùn)滑油檢測(cè)獲得的數(shù)據(jù)及其變化規(guī)律，采用時(shí)序和回歸分析方法，綜合運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，搭建基于Internet和B/S結(jié)構(gòu)的船舶潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)信息與故障評(píng)價(jià)系統(tǒng)。

1 ASP.NET MVC的組成與應(yīng)用原理

1.1ASP.NETMVC的組成

ASP.NET MVC的基本框架主要由3部分組成：模型(Model)、控制器(Controller)、視圖(View)。①模型，主要用于建構(gòu)研究對(duì)象數(shù)據(jù)模型，表達(dá)模型邏輯規(guī)則，是應(yīng)用程序數(shù)據(jù)來源模塊，可通過數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行新增、刪除及修改模型狀態(tài)。其特點(diǎn)是同一個(gè)模型能為多個(gè)不同視圖提供數(shù)據(jù)，界面上的修改不改變模型結(jié)構(gòu)。②視圖，與用戶交互的可視化界面，用于向用戶展示信息，接收用戶的輸入，如文字輸入、按鈕提交等，是顯示應(yīng)用程序的界面模塊。在Web 應(yīng)用中，視圖的表現(xiàn)形式以 HTML 網(wǎng)頁(yè)為主。其優(yōu)點(diǎn)是在進(jìn)行視圖編程時(shí)可以把視圖的表現(xiàn)形式和處理邏輯分開，只需要關(guān)心數(shù)據(jù)和接收用戶輸入的表現(xiàn)形式，不必考慮數(shù)據(jù)獲得途徑和用戶輸入信息的處理。③控制器，是視圖和模型之間的銜接，用于接收用戶的輸入，調(diào)用對(duì)應(yīng)模型和視圖去完成用戶的需求。圖1為Web環(huán)境下的ASP.NET MVC框架圖，圖1中顯示ASP.NET MVC的3大基本組件及其相互關(guān)系[2]。

圖1 Web環(huán)境下的ASP.NET MVC框架圖

1.2ASP.NETMVC的應(yīng)用原理

在ASP.NET MVC應(yīng)用設(shè)計(jì)過程中，當(dāng)新建系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)默認(rèn)創(chuàng)建相應(yīng)文件夾進(jìn)行不同層次的開發(fā)；程序運(yùn)行時(shí)，用戶發(fā)出請(qǐng)求，請(qǐng)求會(huì)發(fā)送到控制器，建立Controllers文件夾并負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的讀取和頁(yè)面邏輯的處理；控制器讀取數(shù)據(jù)時(shí)，通過.NET功能模塊LINQ to SQL從Model(模型)中讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，讀取數(shù)據(jù)后，控制器再將處理好的數(shù)據(jù)傳遞到View(視圖)，進(jìn)行必要的整合后，視圖頁(yè)面通過瀏覽器呈現(xiàn)給用戶[3](參見圖1)?？煞奖愕貙?shí)現(xiàn)用戶對(duì)各種數(shù)據(jù)、圖像等信息實(shí)時(shí)交互與查閱。

2 船舶潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)信息與故障評(píng)價(jià)系統(tǒng)功能

為順應(yīng)現(xiàn)代船舶輪機(jī)設(shè)備對(duì)可靠性、安全性提出新要求以及現(xiàn)代船舶維修保養(yǎng)體系由“定期維修”向“視情維修”方向轉(zhuǎn)變的需要，綜合運(yùn)用C#程序語(yǔ)言、ASP.NET結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)搭建基于Internet和B/S結(jié)構(gòu)的潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)信息與故障評(píng)價(jià)系統(tǒng)，用于對(duì)定期送檢船舶在用潤(rùn)滑油各性能參數(shù)(指標(biāo))進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)管理，在此基礎(chǔ)上，引入時(shí)序與回歸分析理論并應(yīng)用于潤(rùn)滑油各監(jiān)測(cè)參數(shù)變化趨勢(shì)的研究。系統(tǒng)的主要功用：①為各航運(yùn)企業(yè)所屬船舶輪機(jī)設(shè)備建立基于潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)的“健康”檔案；②為營(yíng)運(yùn)船舶在用潤(rùn)滑油品質(zhì)、輪機(jī)設(shè)備的技術(shù)狀態(tài)和可能發(fā)生的故障問題提供及時(shí)、快速、科學(xué)的指導(dǎo)建議和故障預(yù)警；③系統(tǒng)生成的受監(jiān)控設(shè)備在用潤(rùn)滑油性能指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表、趨勢(shì)圖以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)長(zhǎng)期存儲(chǔ)的各種與輪機(jī)設(shè)備技術(shù)狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)將為航運(yùn)公司機(jī)務(wù)人員、船舶輪機(jī)員的日常設(shè)備管理提供重要的技術(shù)參考。

3 系統(tǒng)的開發(fā)

3.1船舶潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)信息模塊的設(shè)計(jì)

基于C#語(yǔ)言和ASP.NET MVC框架的船舶潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)信息與故障評(píng)價(jià)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括：①受監(jiān)控船舶定期送檢潤(rùn)滑油理化指標(biāo)、直讀鐵譜大小磨粒濃度、光譜各元素成分濃度等數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)以及上述各性能參數(shù)時(shí)間域內(nèi)變化趨勢(shì)與故障評(píng)價(jià)模塊的研究與設(shè)計(jì)；②基于回歸分析方法直讀鐵譜大小磨粒濃度回歸線設(shè)計(jì)及故障評(píng)價(jià)模式的設(shè)計(jì)。船舶潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)信息模塊的搭建包括用戶登錄訪問數(shù)據(jù)庫(kù)、送檢潤(rùn)滑油各參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。

3.1.1 系統(tǒng)登入界面的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)登入界面的設(shè)計(jì)過程如下：①首先，在Model層創(chuàng)建數(shù)據(jù)對(duì)象，將用戶(User)和用戶角色(Role)綁定使2張數(shù)據(jù)表實(shí)現(xiàn)多對(duì)多的關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)根據(jù)用戶所分配的不同角色來驗(yàn)證用戶是否有權(quán)限訪問和操作相關(guān)的數(shù)據(jù)；②創(chuàng)建好User和Role后，接下來通過創(chuàng)建一個(gè)用來檢索數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)數(shù)據(jù)的類，以實(shí)現(xiàn)在Controller(控制器)里對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)里的數(shù)據(jù)字段進(jìn)行增、刪、改、查等相關(guān)的操作[2]；③最后，創(chuàng)建訪問數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的OilContext類后，在項(xiàng)目解決方案中的Web.config文件中的lt;connectionStringsgt;標(biāo)簽下面添加數(shù)據(jù)庫(kù)的連接字符(lt;add name=" UserConte"connectionString="DataSource=(LocalDb))，最終，完成用戶數(shù)據(jù)信息庫(kù)的搭建。完成上面3步就可以將User和Role表創(chuàng)建到名為User的數(shù)據(jù)庫(kù)中，在Controller(控制器)中就可以通過User對(duì)象來訪問數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)User和Role的信息。圖2為采用ASP.NET MVC框架搭建的系統(tǒng)用戶登入界面。

圖2 系統(tǒng)登入界面圖

3.1.2 潤(rùn)滑油性能參數(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

受控船舶輪機(jī)設(shè)備定期送檢在用潤(rùn)滑油理化性能參數(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、直讀鐵譜大小磨粒濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、光譜各元素濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及分析鐵譜測(cè)得分析譜片等數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)類似于“系統(tǒng)登入”數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。在這不再贅述。在創(chuàng)建好這些數(shù)據(jù)庫(kù)之后，當(dāng)用戶發(fā)出查看監(jiān)控設(shè)備單次或定期送檢油樣相關(guān)數(shù)據(jù)的請(qǐng)求時(shí)，檢測(cè)技術(shù)中心的服務(wù)器將通過數(shù)據(jù)庫(kù)類對(duì)象到數(shù)據(jù)庫(kù)中去檢索客戶所需要數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)處理好后傳遞給視圖，最后視圖將數(shù)據(jù)整合成表格的形式來呈現(xiàn)給用戶。為滿足客戶能夠查詢?nèi)我鈺r(shí)間段的數(shù)據(jù)需求，設(shè)計(jì)一個(gè)時(shí)間選擇的下拉框，通過此下拉框客戶能夠查看所有的歷史數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)表格內(nèi)的數(shù)據(jù)能夠跟隨下拉框所選中的時(shí)間段的變化而變化。圖3為潤(rùn)滑油光譜多元素濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)界面。如在系統(tǒng)中訪問潤(rùn)滑油性能參數(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，可通過點(diǎn)擊左側(cè)樹狀目錄，在下拉框內(nèi)逐級(jí)刷所要查看送檢船舶，便可查看、打印該船送檢設(shè)備潤(rùn)滑油單次或歷史已存的各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。此外，也可通過點(diǎn)擊左側(cè)樹狀目錄獲取每一次油品檢驗(yàn)獲得的完整油品分析報(bào)告及對(duì)該滑油質(zhì)量和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行的專家評(píng)價(jià)(如換油建議、故障檢修指導(dǎo)意見等)。

3.2基于監(jiān)測(cè)參數(shù)故障評(píng)價(jià)模塊的設(shè)計(jì)

基于監(jiān)測(cè)參數(shù)設(shè)備故障評(píng)價(jià)功能的實(shí)現(xiàn)主要依賴如下一些手段得以實(shí)現(xiàn)：①受控設(shè)備定期送檢潤(rùn)滑油4種油液監(jiān)測(cè)技術(shù)手段(理化性能指標(biāo)監(jiān)測(cè)、直讀鐵譜大小磨粒濃度監(jiān)測(cè)、光譜各元素成分濃度監(jiān)測(cè)、污染度監(jiān)測(cè)等)獲得的參數(shù)值隨時(shí)間增加后的變化趨勢(shì)；②每次測(cè)得直讀鐵譜大小磨粒濃度值是否超越用回歸分析方法獲得的濃度回歸曲線；③監(jiān)測(cè)參數(shù)中與設(shè)備故障關(guān)聯(lián)度緊密的指標(biāo)是否越限。通過上述技術(shù)手段進(jìn)行綜合評(píng)判，結(jié)合行業(yè)專家的經(jīng)驗(yàn)，最終給出受控設(shè)備可能出現(xiàn)的故障問題及檢修指導(dǎo)意見。

3.2.1 基于時(shí)序理論監(jiān)測(cè)參數(shù)趨勢(shì)圖的設(shè)計(jì)

故障評(píng)價(jià)模塊的設(shè)計(jì)中，監(jiān)測(cè)參數(shù)時(shí)間域內(nèi)趨勢(shì)圖的設(shè)計(jì)是該模塊的核心內(nèi)容?，F(xiàn)以理化參數(shù)趨勢(shì)圖的設(shè)計(jì)為例進(jìn)行說明。設(shè)計(jì)時(shí)：①首先通過MFC控制器(Controllers)組件從送檢設(shè)備潤(rùn)滑油理化參數(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索趨勢(shì)圖所需參數(shù)檢查日期或運(yùn)行時(shí)間字段數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)處理后作為參數(shù)變化趨勢(shì)圖的X軸(時(shí)間軸)；②再通過控制器從理化參數(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索對(duì)應(yīng)參數(shù)數(shù)據(jù)(如黏度)并進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚碜鳛閰?shù)趨勢(shì)圖的Y軸數(shù)據(jù)；③通過JavaScript腳本語(yǔ)言將所得到的X軸和Y軸數(shù)據(jù)在視圖(View)中呈現(xiàn)給用戶。其它性能參數(shù)時(shí)間域內(nèi)的變化趨勢(shì)圖的設(shè)計(jì)類似于理化參數(shù)趨勢(shì)圖，不再贅述。圖4為設(shè)計(jì)后的某船受控設(shè)備光譜鐵元素濃度變化趨勢(shì)圖。

圖3 潤(rùn)滑油光譜多元素濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)界面

圖4 光譜監(jiān)測(cè)鐵元素濃度時(shí)間域變化趨勢(shì)圖

3.2.2 基于回歸分析方法直讀鐵譜磨粒濃度回歸曲線的設(shè)計(jì)

直讀鐵譜大小磨粒濃度回歸曲線的設(shè)計(jì)也是故障評(píng)價(jià)模塊重要內(nèi)容之一，其設(shè)計(jì)的過程簡(jiǎn)單分析如下。

(1)

根據(jù)極值原理，為使Q具有最小值，可分別對(duì)a、b求偏導(dǎo)數(shù)，并令其等于0，即 ：

?Q/?a=-2∑(yi-a-bxi)=0，

(2)

?Q/?b=-2∑(yi-a-bxi)xi=0。

(3)

對(duì)式(2)和式(3)聯(lián)立求解，即可得到回歸系數(shù)a和b的估計(jì)值，并通過JavaScript腳本語(yǔ)言獲得一元一次回歸曲線。

2)確定相關(guān)系數(shù)，求得回歸曲線方程后為分析方程中變量xi和yi的相關(guān)程度，可通過計(jì)算所選取的8組樣本數(shù)據(jù)來求得相關(guān)系數(shù)R，根據(jù)最小二乘原理及平均數(shù)的數(shù)學(xué)性質(zhì)，即：

(4)

式中：R為相關(guān)系數(shù)；n為樣本組數(shù)。

相關(guān)系數(shù)R的絕對(duì)值的大小表示相關(guān)程度的高低，絕對(duì)值越大相關(guān)程度越高。本例中，相關(guān)系數(shù)R為0.983，說明變量xi和yi的相關(guān)程度高，方程中估計(jì)值a和b有效。

3)將求得的回歸曲線作為衡量其它大小磨粒濃度數(shù)據(jù)是否超限及超限量的基準(zhǔn)線，將超出基準(zhǔn)線的數(shù)據(jù)用深色點(diǎn)標(biāo)出，說明濃度超限；若數(shù)據(jù)在基準(zhǔn)線下方用淺色點(diǎn)標(biāo)出并在下方區(qū)域用淺色填充，說明濃度正常。圖5為基于回歸分析方法直讀鐵譜大小磨粒濃度變化趨勢(shì)圖。

圖5 基于回歸分析方法直讀鐵譜大小磨粒濃度變化趨勢(shì)圖

3.3基于潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)參數(shù)的故障評(píng)價(jià)過程

基于受控設(shè)備潤(rùn)滑油定期送檢油樣性能參數(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及其變化趨勢(shì)的故障診斷過程主要通過如下方式進(jìn)行：通過潤(rùn)滑油4種監(jiān)測(cè)手段獲得的受控設(shè)備定期送檢油樣各種性能參數(shù)檢測(cè)結(jié)果及其時(shí)間域內(nèi)的變化趨勢(shì)和回歸分析方法下的回歸曲線，結(jié)合行業(yè)領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)油樣參數(shù)變化與設(shè)備可能故障之間關(guān)聯(lián)性的經(jīng)驗(yàn)判斷及單次油樣中與設(shè)備故障緊密關(guān)聯(lián)的參數(shù)及其變化趨勢(shì)，對(duì)受控設(shè)備可能出現(xiàn)的故障問題提出預(yù)警，并對(duì)送檢油樣品質(zhì)進(jìn)行評(píng)判，給出相應(yīng)的換油和設(shè)備檢修指導(dǎo)意見。在故障評(píng)判時(shí)，潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)參數(shù)值得關(guān)注：①對(duì)潤(rùn)滑油品質(zhì)及能夠側(cè)面反映設(shè)備摩擦副技術(shù)狀態(tài)的重要理化指標(biāo)，包括黏度、水分和機(jī)械雜質(zhì)等監(jiān)測(cè)參數(shù)；②光譜元素分析6種重要元素，包括鐵、銅、鉻、銻、錫、鉛等參數(shù)的濃度；③鐵譜分析中，直讀鐵譜主要側(cè)重分析定期送檢油樣中直讀大小磨粒濃度是否越限回歸曲線以及分析鐵譜譜片磨粒形狀、成分和大小等是否超限。

4 系統(tǒng)的訪問與應(yīng)用

系統(tǒng)通過ASP.NET里的Froms驗(yàn)證方式實(shí)現(xiàn)用戶的身份驗(yàn)證[5]。在用戶端訪問時(shí)，用戶通過在系統(tǒng)中注冊(cè)的用戶名和密碼登入系統(tǒng)，登入后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)用戶帳號(hào)所綁定的信息來刷選對(duì)應(yīng)用戶有權(quán)或與其相關(guān)所有的信息和數(shù)據(jù)，接著用戶只需要通過點(diǎn)擊左邊的樹狀目錄選擇所要查看的油樣相關(guān)數(shù)據(jù)和趨勢(shì)圖，系統(tǒng)通過鏈接查看到該油樣的所有的信息和數(shù)據(jù)。進(jìn)入到參數(shù)表的頁(yè)面中，提供給用戶打印和導(dǎo)出Excel的相關(guān)按鈕，根據(jù)客戶自身要求，用戶可以自行選擇，將網(wǎng)頁(yè)上的數(shù)據(jù)表格打印成PDF或者是將網(wǎng)頁(yè)上的數(shù)據(jù)表格導(dǎo)出成Excel。對(duì)于參數(shù)變化趨勢(shì)圖系統(tǒng)默認(rèn)以PDF形式進(jìn)行打印。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于ASP.NET結(jié)構(gòu)的潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)信息與故障評(píng)價(jià)系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用是現(xiàn)代信息技術(shù)在船舶故障診斷中的創(chuàng)新應(yīng)用。該系統(tǒng)的建立，可為遠(yuǎn)程用戶端(航運(yùn)公司、船舶修造企業(yè)等)和船舶輪機(jī)管理人員提供及時(shí)、可靠的設(shè)備故障技術(shù)指導(dǎo)和處理措施，將全面提高船舶管理水平和有效資源利用率，具有明顯的實(shí)用價(jià)值。

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Lubricating oil monitoring technology is one of the means of condition monitoring and fault early warning for marine engine devices in modern ship.In order to comply with the change of modern ship repair and maintenance system fromperiodicmaintenancetoon-conditionmaintenanceand oil monitoring applied in all fields,time sequence and regression analysis are adopted based on the testing data and their changing rule of marine engine devices' lube-test.C# program language,ASP.NET construction and database technology are applied to set up lubricating-oil monitoring information and fault appraisal system based on Internet and B/S construction.This system is verified better in practical application,which can be used as one of reliable and practical tools for shipping companies and marine engineering persons to monitor lube oil quality and make fault early warning.

ship lubricating oil monitoring;ASP.NET MVC；fault appraisal

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2015.05.003

福建省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2012J01228)；福建教育廳資助項(xiàng)目(JA12203)

陳景鋒(1963-)，男，福建廈門人，教授/輪機(jī)長(zhǎng)，碩士，主要從事柴油機(jī)性能優(yōu)化、故障分析研究工作。

2015-05-26