基于智能機艙的船舶動力系統工況模擬和診斷實驗平臺的制作方法

本發明涉及一種基于智能機艙的船舶動力系統工況模擬和診斷實驗平臺，可仿真模擬船舶動力系統的不同工況和各種故障，在測試系統的配合下完成對不同工況下船舶動力系統狀態的實時監測，在大量監測數據的支撐下，利用統計機器學習方法對數據進行分析和學習，獲取軸系和軸承狀態變化趨勢和潛在的故障信息，并及時的進行預警和提醒。

背景技術：

隨著造船行業對造船技術、安裝工藝及質量要求的不斷提高和“節能減排”的提出，對船舶動力系統的性能提出了更高的要求，需要其在不同工況下具有良好的性能。通過人為的模擬各種不同的工況，并監測其各項運行指標，比如振動、油液狀態等參數，來獲取船舶動力系統不同工況下的性能最優點，為實船運行提供參考意見和維護策略。

船舶動力系統是船舶航行的核心部分，主要由船舶主機、軸系、軸系附件、傳動設備和推進器(螺旋槳)組成。船舶常規動力系統主要是柴油機動力系統、燃氣輪機動力系統以及電力推進系統。在不同海域、不同天氣狀況下，船體和螺旋槳受到的水的阻力也不相同，此時船舶主機需要提供的扭矩、齒輪箱的速比、螺旋槳的轉速都要做相應的調整，這就形成了船舶動力系統的不同工況。

軸系作為連接主機和螺旋槳的重要部件，其安全與否直接關系到船舶能否正常航行。正常情況下在船舶出塢前，工程師們都會對其軸系進行的準確的較中，也會從安裝工藝上保證其正常工作。但在船舶航行過程中，包括船體變形、摩擦磨損等一系列因素都會導致軸系無法正常工作，所以，對軸系工作狀態的監測就顯得尤為重要。

隨著信息技術的飛速發展，船舶也在向著智能化的方向發展。智能化系指由現代通信與信息技術、計算機網絡技術、智能控制技術等匯集而成的針對某個對象的應用。智能機艙能夠綜合利用狀態監測系統所獲得的各種信息和數據，對機艙內機械設備的運行狀態、健康狀況進行分析和評估，用于機械設備操作決策和維護保養計劃的制定。

專利文獻CN 102289978 A公開了一種多功能船舶聯合動力裝置綜合模擬實驗臺，該實驗臺既可模擬多種船舶動力裝置,也可以進行船舶動力裝置總體性能研究和船舶動力裝置零部件的性能研究。該專利只是提出了一種船舶動力裝置模擬實驗臺，并沒有考慮到對不同工況下動力裝置的振動、溫度、油液等參數進行監測和智能化分析。

針對上述情況，本發明設計并建立了這種基于智能機艙的船舶動力系統工況模擬和診斷實驗平臺，能夠進一步研究船舶動力系統不同工況下的整體性能，利用狀態監測系統所獲得的各種信息和數據，對機艙內機械設備的運行狀態、健康狀況進行分析和評估，利用統計機器學習方法對故障進行辨識和定位，并給出設備維護建議。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是：提供一種基于智能機艙的船舶動力系統工況模擬和診斷實驗平臺，該實驗平臺能夠在智能機艙架構下實現船舶動力系統不同工況的模擬，同時還能夠模擬齒輪箱、軸系、軸承、液壓系統等關鍵部件單個或同時處于故障狀態時船舶動力系統的運行狀態并實時監測，從而實現對船舶動力系統故障狀態的在線監測和分析診斷技術的實驗研究。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

本發明提供的基于智能機艙的船舶動力系統工況模擬和診斷實驗平臺，主要由實驗臺架，安裝在實驗臺架上的數據監測及故障診斷平臺，以及通過信號線與數據監測及故障診斷平臺相連的油液在線監測模塊組成，油液在線監測模塊并聯于實驗臺潤滑管路系統中。

所述的數據監測及故障診斷平臺，用于實時監測布置于發動機外殼、軸系、軸承上的振動傳感器、溫度傳感器、軸扭矩和功率傳感器、扭振傳感器以及齒輪箱和液壓站的油液在線監測模塊的輸出信息，從而獲取整個船舶動力系統實驗平臺的工作時間序列數據；還用于對獲取的傳感器時間序列信息進行智能分析，結合船舶動力系統模型分析系統的潛在故障；再利用統計機器學習方法對監測數據與對應的故障進行訓練學習，進而優化現有的故障診斷系統，實現對故障的自動判斷與自動提醒。

所述的數據監測及故障診斷平臺，由監測傳感器、數據采集與測試電路、數據挖掘軟件和故障診斷系統組成，其中：遍布于實驗臺架的監測傳感器與數據采集及測試電路之間使用RS485及CAN總線的方式通訊，后續與故障診斷系統則使用以太網通訊；數據采集與測試電路采集到分布于實驗平臺上的傳感器信號后，數據挖掘軟件會對這些原始數據進行加工并輸出可視性更好的圖表供實驗人員分析使用，同時所有數據保存在本地數據庫供后期調用、查詢。

所述的數據采集與測試電路，由傳感器、數據采集卡和工控機組成，其中：傳感器采集到的數據首先傳遞給數據采集卡，數據采集卡在接收到數據后采用統一的以太網通訊協議經由網線傳輸給工控機進行處理。

所述油液在線監測模塊，由數據采集器、齒輪泵、流體特性傳感器、ARGO HYTOS水份傳感器、ARGO HYTOS顆粒污染度傳感器組成。該模塊獲得的油液監測數據經數據協議轉換卡統一信息格式后再通過CAN總線傳遞給數據采集與測試電路中的工控機處理、保存。

所述的監測傳感器，包括安裝在尾軸上的光電非接觸式軸功率監測傳感器，該傳感器由兩個碼盤和兩個光電探頭和數據采集器、電源組成，尾軸的轉動帶動碼盤的轉動，軸在扭矩的作用下會產生彈性形變，間隔一定距離布置的兩個碼盤-光電探頭所收集到的數據存在相位差，這些數據通過RS485總線傳到數據采集與測試電路中的工控機上，經工控機處理后得到尾軸的實時功率。

所述的數據挖掘軟件，采用MATLAB軟件進行編寫，利用自回歸滑動平均模型即ARMA模型，對獲取的監測傳感器時間序列信息進行智能分析，利用BP神經網絡對數據規律進行學習，進而達到預測故障的目的。同時，在機器學習算法的支持下，實現對設備狀態在線監測數據的實時診斷分析，及時發現故障。

本發明還設有機械機構，以及由工控機及電機控制電路、電磁測功器控制電路組成的實時仿真機構；實時仿真機構用于控制機械機構自動工作，用以模擬船舶動力系統的復雜變化狀態，并根據設定的動力系統工況跟蹤監測動力系統的運行狀態，根據負載變化自適應調整動力系統能耗，實現自主能耗管理。

所述的電機控制電路，通過電纜將各部件連接起來，該電機控制電路主要由交流接觸器、變頻器、電抗器、調速電位器組成，其中：從交流接觸器接入市電來控制電路的通斷，之后連接變頻器和調速電位器來控制電機的轉速，而電抗器用于穩壓，確保電路不會過載。

所述的電磁測功器控制電路，通過動力線和網絡線將控制系統和用于模擬船舶軸系負載的電磁測功機7相連；該電磁測功器控制電路由電磁測功機、智能測功機控制器、電機測試系統柜、工裝夾具以及電機專用測試軟件組成，其中：智能測功機控制器位于電機測試系統柜內，通過動力線連接電磁測功機為其供電，而相關信號通過網絡線路返回到工控機。

所述的機械機構，主要由固定在地基上的支撐底板，依次安裝在支撐底板上的電動機、柴油機、彈性聯軸器、齒輪箱、尾軸聯軸器、尾軸、測功機聯軸器、電磁測功機組成。

本發明與現有技術相比具有以下主要有益效果：

1.能夠滿足模擬實船動力系統工況的要求。

所謂船舶動力系統工況，就是不同的輸出扭矩/阻力比，在實船中，輸出扭矩由柴油主機提供，阻力來自于船體周圍的水和螺旋槳。在本實驗臺中，則用更易控制的電機代替柴油主機，用電磁測功機來加載阻力，并能按照一定的函數關系模擬產生變動的阻力，通過改變控制臺輸入數據來實現用該實驗臺模擬動力系統的不同工況的目的。

2.能夠滿足實操演練功能。

實時仿真工控機系統能夠實時監測并顯示輸出扭矩值和阻力值，實驗人員可以按照實驗設計來改變電機的輸出扭矩和測功機的阻力大小。同時，還需要接收遍布于實驗臺關鍵設備的傳感器數據，如滑油溫度數據，軸功率數據等。當系統接收到的某一數據異常，比如溫度迅速升高時，工控機能夠通過聲、光方式報警，以提醒實驗人員，為保證安全，提供了緊急停車按鈕。

3.能作為在線監測系統的對象平臺。

實驗臺在運行過程中，隨著工況的改變，軸系所傳遞的扭矩和承受的阻力也在變化，進而會引起軸與軸承間摩擦力的改變、齒輪箱內力矩的改變，這些變化反過來又會影響軸系所受的力，最終會形成一個暫時的平衡狀態。通過安裝在實驗臺上的各種傳感器來感受這些變化，并轉化為電信號被記錄。由于數據采集間隔極短，所獲得的數據可認為是實驗臺的實時工作狀態。

4.可開展船舶動力系統運行狀態在線監測的實驗研究。

所建立的實驗臺模擬了船舶動力系統，利用遍布其上的傳感器和配套的測試系統來實時監測該實驗臺，在實驗過程中，發現問題并制定相應的解決方案，不斷完善現有的在線監測系統。在油液在線監測系統和光電非接觸式軸功率監測系統的協助下，可實現對油液狀態的實時監測和軸功率的實時監測。將油液在線監測集成模塊并聯在實驗臺油路中，通過泵抽取加壓來使油液流經各檢測模塊，因所使用的檢測方法不會污染油液，所以用于監測的油液可以再次進入管路供實驗臺使用，最大程度上減少了浪費。軸功率的實時監測采用光電非接觸式軸功率傳感器來實現，由碼盤和光電探頭所獲得的信號計算得到旋轉過程中軸系扭轉角，再結合軸材料本身的特性參數計算得到實時軸功率。碼盤為均勻環形，所以不會使軸系產生偏置旋轉慣量，保證了測量的準確性。所獲得的監測數據都會傳輸給實時仿真工控機系統進行分析、存儲。

5.在不同的負載條件下，系統優化計算后跟蹤控制電機，實現自主能耗管理。

將軸功率監測數據與主機(電機)輸出功率進行對比，可獲得實驗平臺的能耗狀態。利用電機模擬柴油主機，利用液壓設備加載模擬阻力，在此基礎上進行航速優化和燃料補給優化實驗。同時，利用軸帶發電機來回收剩余能量，結合能量回饋系統實現船舶動力系統的自主能耗管理。

6.根據監測結果，對機械設備的運行狀態和健康狀態進行分析和評估，對故障進行辨識和定位，進而提出糾正建議，為船舶操控提供決策建議。

7.實驗臺旁工控機軟件可實現數據的本地存儲和遠程訪問。本地計算機將數據存儲到數據庫，以及將數據同步到遠程數據庫，遠程數據庫供給遠程監測訪問使用。遠程服務器用來支持在遠程移動終端上實時查看實驗臺系統狀態，對可能出現的故障提示預警，對已經出現的故障進行郵件、短信提示，并對這兩種情況給出可能故障原因以及故障類型。

存在多種故障診斷方法，包括基于性能參數的故障診斷，通過對比各種工作參數與正常工作狀態下參數的偏差，對動力系統狀態做出合理的評價；基于油液監測技術的故障診斷；基于振動監測技術的故障診斷技術；以及基于機器學習系統的智能診斷方法。

基于機器學習的智能診斷方法，是在船舶動力系統狀態參數與對應故障和維護建議的診斷知識庫的基礎上，通過構建用于推理、判斷的規則引擎，來實現船舶動力系統的智能故障診斷。船舶動力系統是一個典型的復雜機械系統，并且多運行在多變工況下，易發生潛在的、模糊性的故障，一般的故障診斷方法難以及時發現問題，這就需要上述基于專家系統的智能診斷方法。

總之，本發明通過安裝在機械設備上磁電式傳感器、加速度傳感器、液位計、溫度傳感器、壓力傳感器、光電非接觸式軸功率傳感器以及油液監測等傳感器，可實現對不同工況下船舶動力系統實驗平臺的扭矩監測、振動監測、軸功率監測以及潤滑油和液壓油的狀態監測。結合故障診斷系統，對設備的運行狀態和健康狀態進行分析、評估，給出設備維護建議。系統性能穩定，且易操作、可擴展。

附圖說明

圖1為基于智能機艙的船舶動力系統工況模擬和診斷實驗平臺拓撲圖。

圖2為實驗臺結構框架示意圖。

圖3為實時仿真工控機系統輸入輸出架構示意圖。

圖4為基于智能機艙的船舶動力系統工況模擬和診斷實驗平臺結構圖。

圖5為扭矩測功裝置原理示意圖。圖5中：M3：測功機加載電機，M4：交流變頻器。

圖中：1.扭矩監測傳感器，2.齒輪箱振動傳感器，3.光電非接觸式軸功率監測傳感器，4.軸承振動及摩擦力矩傳感器，5.數據監測及故障診斷平臺，6.油液在線監測模塊；7.電磁測功機，8.測功機聯軸器，9.軸承，10.尾軸，11.尾軸聯軸器，12.齒輪箱，13.彈性聯軸器，14.飛輪盤，15.液壓盤車機，16.柴油機，17.電動機聯軸器，18.電動機，19.齒輪箱冷卻器進口，20.齒輪箱冷卻器出口，21.冷卻水泵，22.冷卻水槽。

具體實施方式：

本發明提供的基于智能機艙的船舶動力系統工況模擬和診斷實驗平臺，是一種半實物仿真實驗系統，主要由實時仿真工控機、軸系臺架、傳感器、電氣控制柜、油液在線監測等設備組成。用電機模擬船舶主機為實驗臺提供動力，由一根六缸柴油機的曲軸模擬轉動慣量，而柴油機飛輪、盤車機構、彈性聯軸節、倒順離合減速齒輪箱、軸系及電力測功器均為經計算后選型的實物。再利用齒輪油在線監測系統、齒輪箱在線監測系統、軸功率監測系統、軸承振動在線監測系統、摩擦力矩在線監測系統、液壓油在線監測等系統來配合數據監測及故障診斷平臺來完成對船舶動力系統實驗平臺工作狀態的實時監測。同時，故障診斷系統具有統計機器學習能力，通過對監測數據的分析、學習可建立數據與故障之間的聯系，從而對監測到的異常數據可進行故障判斷和定位。

下面結合實施例及附圖對本發明作進一步描述，但不限定本發明。

本發明提供的基于智能機艙的船舶動力系統工況模擬和診斷實驗平臺，用于實物模擬，該實驗平臺的結構如圖1所示，主要由實驗臺架，以及數據監測及故障診斷平臺5和油液在線監測模塊6組成。

所述實驗臺架由一臺55kW電動機模擬船舶主機(柴油機)提供動力，由一根六缸柴油機的曲軸模擬轉動慣量。主機曲軸能夠添加不平衡質量塊來模擬主機缺陷對軸系的影響，軸承座能夠垂直于地面方向抬升和下降以模擬船體變形所致軸承座位移對軸系的影響，齒輪箱能夠模擬滑油進水和異常磨損故障對動力系統工況的影響。電磁測功器能夠按照給定的函數規律產生動態變化的阻力，用于模擬船舶螺旋槳運行中所受阻力的周期性變化。利用工控機人為的添加單個或者多個故障，從而獲得軸系實驗臺各個關鍵部件在該故障模式下的狀態參數，以達到故障模擬并實時監測動力系統運行工況狀態變化的目的。

所述的數據監測及故障診斷平臺5，由監測傳感器、數據采集與測試電路、數據挖掘軟件和故障診斷平臺組成，其中：遍布于實驗臺架的監測傳感器與數據采集及測試電路之間使用RS485及CAN總線的方式通訊，后續與故障診斷平臺則使用以太網通訊。數據采集與測試電路采集到分布于實驗平臺上的傳感器信號后，數據挖掘軟件會對這些原始數據進行分析處理并輸出可視性更好的圖表供實驗人員分析使用，同時所有數據都可以保存，便于后期調用、查詢。

所述的數據采集與測試電路，由傳感器、數據采集卡以及工控機組成，其中：傳感器采集到的數據首先傳遞給數據采集卡，由于不同傳感器所使用的通訊協議不同，數據采集卡在接收到數據后要采用統一的以太網通訊協議經由網線傳輸給工控機進行處理。

所述油液在線監測模塊6可實時監測潤滑油特性，由數據采集器、齒輪泵、流體特性傳感器、ARGO HYTOS水份傳感器、ARGO HYTOS顆粒污染度傳感器組成。所述傳感器獲得的油液監測數據經數據協議轉換卡統一信息格式后再通過以太網總線傳遞給數據采集與測試電路中的工控機處理、保存。

所述光電非接觸式軸功率監測傳感器3安裝在尾軸10上，由兩個碼盤和兩個光電探頭和數據采集器及電源組成，軸的轉動帶動碼盤轉動，并且在扭矩的作用下會產生彈性形變，相距L的兩個碼盤-光電探頭所收集到的數據存在一定的相位差，這些數據再通過RS485總線傳到工控機上，經工控機軟件處理得到軸的實時功率。

所述軟件系統包括實驗臺旁上位機軟件系統以及遠程服務器上的軟件。實驗臺旁工控機軟件包括但不僅限于以下功能：1)以串口方式接收信號，根據數據協議進行解析，數據解析完成后通過圖表實時顯示，供給實驗人員實時觀察軸系狀態；2)本地計算機將數據存儲到數據庫，以及將數據同步到遠程數據庫，遠程數據庫供給遠程監測訪問使用。遠程服務器監測平臺上的軟件包括但不僅限于以下功能：1)支持在遠程移動終端上實時查看軸系系統狀態；2)向外提供監測狀態數據導出功能；3)實時軸系故障監測，對可能出現的故障提示預警，對已經出現的故障進行郵件、短信提示，并對這兩種情況給出可能故障原因以及故障類型。

所述的數據挖掘軟件，采用MATLAB軟件進行編寫，利用自回歸滑動平均模型(ARMA模型，Auto-Regressive and Moving Average Model)對獲取的傳感器時間序列信息進行智能分析，利用BP神經網絡對數據規律進行學習，進而達到預測故障的目的。

所述的故障診斷平臺，由工控機和數據挖掘軟件組成，其中：工控機采用技術比較成熟的產品，例如PLC，以此來提高平臺的可靠性；數據挖掘軟件采用自主開發的方式不斷更新和完善。所述自主開發的方式，包括根據本故障診斷平臺收集的大量數據，進行機器學習開發，得到采集的數據與數據以及數據與故障類型關聯的新模型，也包括根據用戶反饋對數據挖掘軟件界面與操作的優化調整。

數據監測及故障診斷平臺5，能夠實時監測布置于發動機外殼、軸系、軸承上的振動傳感器、溫度傳感器、軸扭矩和功率傳感器、扭振傳感器以及齒輪箱和液壓站的油液在線監測模塊6的輸出信息，從而獲取整個系統工作的時間序列數據；還能夠對獲取的傳感器時間序列信息進行智能分析，結合船舶動力系統模型分析動力系統的潛在故障。再利用統計機器學習方法對監測數據與對應的故障進行訓練學習，進而優化現有的故障診斷系統，實現對故障的自動判斷與自動提醒。

本發明還設有實時仿真機構和機械機構。

所述的實時仿真機構，由工控機及電機控制電路、電磁測功器控制電路組成。所述工控機采用成熟產品(如威強RACK-360GBATX-LOGO)，其內嵌平臺管理軟件，該軟件基于組態軟件及C#開發，具有多級權限，以保證實時仿真機構的安全。

所述的電機控制電路，通過電纜將各部件連接起來。該電機控制電路主要由交流接觸器、變頻器、電抗器、調速電位器組成，其中：從交流接觸器接入市電來控制電路的通斷，之后連接變頻器和調速電位器來控制電機的轉速，而電抗器則可以用來穩壓，確保電路不會過載。

所述的電磁測功器控制電路，通過動力線和網絡線將電磁測功機7與控制系統相連。該電磁測功器控制電路由電磁測功機、智能測功機控制器、電機測試系統柜、工裝夾具以及電機專用測試軟件組成，其中：智能測功機控制器位于電機測試系統柜內，通過動力線連接電磁測功機為其供電，而相關信號則通過網絡線路返回到工控機。

所述電磁測功機7主要用于模擬船舶軸系負載，通過調整其輸出轉矩的大小來實現實驗臺架軸系負載的變化，從而模擬船舶動力系統的負載變化。模擬負荷部分則通過交流變頻電力測功機進行恒功率、恒轉矩或者特定的轉速-轉矩曲線工況的加載測試。其中，測功機加載電機與推進電機同軸連接，采用三相鼠籠型異步電機；交流變頻器用于實現對推進軸系加載控制。測功機加載電機主要作為發電機工作在電磁制動狀態下，吸收的能量通過變頻器回饋電網。

該實時仿真機構用于控制實驗臺架上的機械機構自動工作，并根據設定的動力系統工況跟蹤監測動力系統的運行狀態，根據負載變化自適應調整船舶動力系統實驗平臺能耗，實現自主能耗管理。

所述的機械機構，主要由支撐底板、支架、電磁測功機7、測功機聯軸器8、軸承9、尾軸10、尾軸聯軸器11、齒輪箱12、彈性聯軸器13、飛輪盤14、液壓盤車機15、柴油機16、電動機18組成，其中：支撐底板通過螺栓固定在地基上，電動機18、柴油機16、彈性聯軸器13、齒輪箱12、尾軸聯軸器11、測功機聯軸器8、尾軸10、電磁測功機7等依次安裝在支撐底板上。

所述電動機18通過電動機聯軸器17與柴油機16相連，該電動機額定功率55kw，用于模擬主機(柴油機16)的動力。柴油機16無法自主轉動，由電動機18拖動，主機曲軸能夠添加不平衡質量塊來模擬主機缺陷對軸系的影響，軸承座能夠垂直于地面方向抬升和下降以模擬船體變形所致軸承座位移對軸系的影響，齒輪箱還能夠模擬滑油進水故障對動力系統工況的影響。利用工控機人為的添加單個或者多個故障，結合監測系統，獲得船舶動力系統實驗平臺各個關鍵部件在故障狀態下的參數信息。

所述的軸系臺架(實驗臺架)，如圖4所示，由一臺55kW電動機模擬柴油機的動力，由一根六缸柴油機的曲軸模擬轉動慣量，而柴油機飛輪、盤車機構、彈性聯軸節、倒順離合減速齒輪箱、軸系及電力測功器均為經計算后選型的實物。軸系包括一根艉軸，采用35號鍛鋼，軸承采用船用中間軸承。

軸系臺架上的軸系長度僅約1500mm，軸承間距1000mm，為了保證安裝質量，采用拉線方法定軸系中線，拉線鋼絲采用直徑為Φ0.8mm的琴鋼絲，鋼絲拉力用掛吊重物(塊)確定，重塊重力為550N。并且在周邊區域停止沖擊、振動作業的時候拉線確定軸系中線。根據軸系布置圖和機組安裝圖確定軸線首、尾基準點的位置。設置首、尾拉線架。在對軸承粗定位后，穿過軸承拉鋼線，按首、尾基準點調節鋼線位置，使所拉的鋼線通過首、尾基準點，則這條鋼線就是軸系中線。

在本發明中，采用三向定位螺釘調整軸承9中心的位置，使軸承中心與軸系中線的同軸度偏差值不大于0.08mm。活動墊片與軸承支腳下平面及基座上平面的接觸面積應大于60％，周邊允許有不大于0.10mm局部間隙，但要求0.10mm塞尺插入深度不大于5mm。用螺栓、鎖緊墊片和螺母固定軸承9。

用色油檢查聯軸器(測功機聯軸器8，尾軸聯軸器11，彈性聯軸器13)錐孔與軸錐體接觸面積應大于75％，且25×25mm²面積上接觸點不少于3個點。將尾軸10上鍵槽旋至正上方，裝入傳動鍵，鍵與尾軸鍵槽兩側接觸面積不少于75％，鍵槽底部接觸面積不少于40％；鍵與聯軸器鍵槽相配時，75％長度用0.02mm塞尺插不進，其余部分用0.10mm塞尺應插不進。

在本發明中，齒輪箱12設有齒輪箱冷卻器進口19和齒輪箱冷卻器出口20，該齒輪箱的定位以尾軸10的前端法蘭為基準。用三向調位裝置調節齒輪箱位置，測量其輸出軸法蘭與尾軸前法蘭的偏移值及曲折值，使其符合設計圖紙和技術文件及齒輪箱說明書的要求。將活動墊片墊入齒輪箱支腳下平面與基座之間，用0.05mm塞尺檢查，其邊緣插入深度不得超過10mm，且插入處應不連續；用色油檢查其接合面的接觸面積不少于60％，且接觸點分布均勻。用螺栓(強度不低于8.8級)與螺母及鎖緊墊片固定齒輪箱，螺母擰緊后，螺母與接合面的90％周長上0.03mm塞尺應不能插入。待齒輪箱定位固定后，安裝彈性聯軸器13與齒輪箱輸出法蘭的緊固螺栓(強度不低于8.8級)與螺母及鎖緊墊片，螺母擰緊后，螺母與聯軸器接合面的90％周長上0.03mm塞尺應不能插入。

在本發明中，柴油機16(含飛輪)及其軸承安裝在一個公共底座上。公共底座飛輪附近設置盤車機安裝基座。用三向調位裝置調節公共底座位置，測量飛輪與齒輪箱輸入法蘭(而不是彈性聯軸節)的偏移值及曲折值，符合設計圖紙和技術文件的要求。配制活動墊片，將活動墊片墊入公共底座支腳下平面與基座之間，用0.05mm塞尺檢查，其邊緣插入深度不得超過10mm，且插入處應不連續；用色油檢查其接合面的接觸面積不少于60％，且接觸點分布均勻。安裝并調整好彈性聯軸器13，用緊固螺栓(強度不低于8.8級)聯接彈性聯軸節和飛輪。用螺栓(強度不低于8.8級)與螺母及鎖緊墊片固定公共底座，螺母擰緊后，螺母與接合面的90％周長上0.03mm塞尺應不能插入。

在本發明中，電動機18的定位以柴油機16的前端法蘭為基準。將活動墊片墊入電動機支腳下平面與基座之間，用0.05mm塞尺檢查，其邊緣插入深度不得超過10mm，且插入處應不連續；用色油檢查其接合面的接觸面積不少于60％，且接觸點分布均勻。用緊固螺栓(強度不低于8.8級)聯接曲軸和電動機柱銷式彈性聯軸器。用緊固螺栓(強度不低于8.8級)與螺母及鎖緊墊片固定電動機，螺母擰緊后，螺母與接合面的90％周長上0.03mm塞尺應不能插入。

在本發明中，電磁測功機7的定位以尾軸10的后端法蘭為基準。將活動墊片墊入電力測功器支腳下平面與基座之間，用0.05mm塞尺檢查，其邊緣插入深度不得超過10mm，且插入處應不連續；用色油檢查其接合面的接觸面積不少于60％，且接觸點分布均勻。用緊固螺栓(強度不低于8.8級)聯接尾軸10和測功機聯軸器8。用緊固螺栓(強度不低于8.8級)與螺母及鎖緊墊片固定電力測功器，螺母擰緊后，螺母與接合面的90％周長上0.03mm塞尺應不能插入。

在本發明中，其它輔助設備包括盤車機液壓泵站、控制箱、控制臺、冷卻水泵21、冷卻水槽22等安裝前，檢查基座的位置和尺寸。必要時使用鐵皮或銅皮作為調整墊片，調節設備支腳與基座的間隙，保證安裝水平。用緊固螺栓(強度不低于8.8級)與螺母及鎖緊墊片固定設備。設備安裝檢驗合格后，進行設備外接管子和電纜的安裝。

本發明提供的基于智能機艙的船舶動力系統工況模擬和診斷實驗平臺，其工作過程是：通電開機后，數據監測及故障診斷平臺5首先進行系統自檢，包括檢查各個傳感器能否正常工作，電動機、電磁測功機等是否正常通電，同時還需要實驗員檢查臺架上是否存在干涉物，在確定平臺系統正常且具備運行條件的前提下，根據實驗要求設定電動機、電磁測功機等參數，控制各設備開始工作，同時，數據監測系統開始收集各個傳感器的數據，故障診斷系統則對監測到的數據進行智能化分析并存儲，發現故障后會及時提醒實驗員停機檢查維修。

本發明提供的上述的基于智能機艙的船舶動力系統工況模擬和診斷實驗平臺，其創新性主要表現在：

1.利用電機和柴油機相結合的方式來模擬船舶主機動力系統運行中的各種振動狀態。船舶主機在運行過程中，不可避免的會產生振動。本實驗臺架雖然由電機提供動力，但加入了曲軸這樣一個不平衡質量塊，就可以最大程度的模擬船舶主機運轉過程中產來的振動。通過安裝在機械設備上的振動傳感器，實時收集振動數據，達到模擬并監測關鍵部件(齒輪箱、柴油機等)振動的目的。

2.可作為軸系動態性能參數與滑油動態工況耦合作用規律的研究平臺。利用光電非接觸式軸功率傳感器3實時監測軸功率，利用軸承振動及摩擦力矩傳感器4可實時監測軸系振動狀態及其與軸承的摩擦狀態；同時油液在線監測模塊6可實時監測軸承內潤滑油的特性參數。將上述軸功率數據、振動數據、摩擦力數據進行對比分析，總結得到軸系動態性能參數與滑油動態工況的耦合作用規律。同時，在實驗階段，可通過調節電機輸出來匹配滑油狀態，得到兩者最佳的配合關系并形成數據庫。在實船運行過程中，就可以利用該數據庫建立智能化運行管理模塊來自動調節動力系統工況以配合滑油狀態的實時變化。

3.實驗臺架及控制系統可完成船舶動力系統各種運行工況的模擬。實驗臺架由一臺55kw電機16提供動力，由電磁測功機7來加載阻力，同時還配有齒輪箱12。上訴設備的配合使用能夠實現模擬船舶動力系統不同運行工況的目的。再結合安裝在機械設備上的各種傳感器，可實現對船舶動力系統實驗平臺的實時監測。

4.可作為船舶動力系統故障診斷研究實驗平臺。在船舶軸系故障中，振動對其安全高效運行的影響很大，為獲得該故障下的數據，可人為的在軸系上添加不平衡質量塊來使軸在轉動過程中產生振動，同時，利用軸承振動及摩擦力矩傳感器4、光電非接觸式軸功率傳感器3、油液在線監測模塊6等傳感器收集實驗臺架在該故障模式下的參數數據庫。其它故障數據也可按此方法獲得，當故障再次發生時，診斷平臺將監測到的數據和數據庫中的數據進行對比進而判定故障。

5.采用機器學習方法構建智能化動力系統故障診斷平臺。采用MATLAB軟件強大的算法模型庫編寫數據處理軟件，利用自回歸滑動平均模型(ARMA模型，Auto-Regressive and Moving Average Model)對獲取的傳感器時間序列信息進行智能分析，利用BP神經網絡等機器學習算法對實驗階段獲得的數據及對應工作狀態進行分析學習，獲取故障診斷模型，進而達到預測故障的目的。

6.工控機控制系統能夠根據監測到的各項數據自主調節動力系統模擬裝置的運行工況，實現能耗優化。一方面，測功機加載電機可作為發電機工作在電磁制動狀態下，吸收的能量通過變頻器回饋電網；另一方面，實時仿真機構可控制底層的機械系統自動工作，并根據設定的動力系統工況跟蹤監測動力系統的運行狀態，根據負載變化自適應調整動力系統能耗，實現自主能耗管理。

7.實驗臺旁工控機軟件可實現數據的本地存儲和遠程訪問。本地計算機將數據存儲到數據庫，以及將數據同步到遠程數據庫，遠程數據庫供給遠程監測訪問使用。遠程服務器用來支持在遠程移動終端上實時查看實驗臺系統狀態，對可能出現的故障提示預警，對已經出現的故障進行郵件、短信提示，并對這兩種情況給出可能故障原因以及故障類型。