陈景锋，王永坚，戴乐阳 (集美大学 轮机工程学院，福建 厦门 361021)

基于ASP.NET的船舶润滑油监测信息与故障评价系统开发

陈景锋，王永坚，戴乐阳
(集美大学 轮机工程学院，福建 厦门 361021)

润滑油监测技术是现代船舶轮机设备状态监控与故障预警诊断重要的技术手段之一。为顺应现代船舶维修保养体系由“定期维修”向“视情维修”方向转变以及现代信息技术在油液监测各环节的应用，基于轮机设备在用润滑油检测获得的数据及其变化规律，采用时序与回归分析方法，综合运用C#程序语言、ASP.NET结构和数据库技术搭建了基于Internet和B/S结构的润滑油监测信息与故障评价系统。该系统经实际应用验证效果良好，可作为航运公司机务及轮机管理人员进行润滑油品质监控及设备故障预警可靠、实用的工具之一。

船舶润滑油监测；ASP.NET MVC；故障评价

随着现代船舶日益向大型化、智能化和专业化方向发展，其设备结构日趋复杂化，加之船舶配员的减少均对现代船舶轮机设备的可靠性、安全性提出更高的要求。船舶润滑油监测技术是现代船舶轮机设备状态监控、故障诊断重要的技术手段之一[1]：它利用各种润滑油性能检测仪，采用不同的检测方法对在用润滑油理化指标、油液中磨粒大小与成分、污染度等进行定性、定量分析，得到有关零部件磨损状态、设备技术状态以及润滑油系统污染程度等重要信息，为设备状态监测、故障预警与诊断提供技术参考。鉴于信息技术的快速发展及在油液监测各环节的应用，基于轮机设备在用润滑油检测获得的数据及其变化规律，采用时序和回归分析方法，综合运用网络与数据库技术，搭建基于Internet和B/S结构的船舶润滑油监测信息与故障评价系统。

1 ASP.NET MVC的组成与应用原理

1.1ASP.NETMVC的组成

ASP.NET MVC的基本框架主要由3部分组成：模型(Model)、控制器(Controller)、视图(View)。①模型，主要用于建构研究对象数据模型，表达模型逻辑规则，是应用程序数据来源模块，可通过数据库进行新增、删除及修改模型状态。其特点是同一个模型能为多个不同视图提供数据，界面上的修改不改变模型结构。②视图，与用户交互的可视化界面，用于向用户展示信息，接收用户的输入，如文字输入、按钮提交等，是显示应用程序的界面模块。在Web 应用中，视图的表现形式以 HTML 网页为主。其优点是在进行视图编程时可以把视图的表现形式和处理逻辑分开，只需要关心数据和接收用户输入的表现形式，不必考虑数据获得途径和用户输入信息的处理。③控制器，是视图和模型之间的衔接，用于接收用户的输入，调用对应模型和视图去完成用户的需求。图1为Web环境下的ASP.NET MVC框架图，图1中显示ASP.NET MVC的3大基本组件及其相互关系[2]。

图1 Web环境下的ASP.NET MVC框架图

1.2ASP.NETMVC的应用原理

在ASP.NET MVC应用设计过程中，当新建系统时，系统默认创建相应文件夹进行不同层次的开发；程序运行时，用户发出请求，请求会发送到控制器，建立Controllers文件夹并负责数据的读取和页面逻辑的处理；控制器读取数据时，通过.NET功能模块LINQ to SQL从Model(模型)中读取相应的数据信息，读取数据后，控制器再将处理好的数据传递到View(视图)，进行必要的整合后，视图页面通过浏览器呈现给用户[3](参见图1)。可方便地实现用户对各种数据、图像等信息实时交互与查阅。

2 船舶润滑油监测信息与故障评价系统功能

为顺应现代船舶轮机设备对可靠性、安全性提出新要求以及现代船舶维修保养体系由“定期维修”向“视情维修”方向转变的需要，综合运用C#程序语言、ASP.NET结构和数据库技术搭建基于Internet和B/S结构的润滑油监测信息与故障评价系统，用于对定期送检船舶在用润滑油各性能参数(指标)进行数据库管理，在此基础上，引入时序与回归分析理论并应用于润滑油各监测参数变化趋势的研究。系统的主要功用：①为各航运企业所属船舶轮机设备建立基于润滑油监测的“健康”档案；②为营运船舶在用润滑油品质、轮机设备的技术状态和可能发生的故障问题提供及时、快速、科学的指导建议和故障预警；③系统生成的受监控设备在用润滑油性能指标统计表、趋势图以及系统数据库长期存储的各种与轮机设备技术状态相关的数据将为航运公司机务人员、船舶轮机员的日常设备管理提供重要的技术参考。

3 系统的开发

3.1船舶润滑油监测信息模块的设计

基于C#语言和ASP.NET MVC框架的船舶润滑油监测信息与故障评价系统的设计主要包括：①受监控船舶定期送检润滑油理化指标、直读铁谱大小磨粒浓度、光谱各元素成分浓度等数据库的设计以及上述各性能参数时间域内变化趋势与故障评价模块的研究与设计；②基于回归分析方法直读铁谱大小磨粒浓度回归线设计及故障评价模式的设计。船舶润滑油监测信息模块的搭建包括用户登录访问数据库、送检润滑油各参数数据库的设计。

3.1.1 系统登入界面的设计

系统登入界面的设计过程如下：①首先，在Model层创建数据对象，将用户(User)和用户角色(Role)绑定使2张数据表实现多对多的关系，以实现根据用户所分配的不同角色来验证用户是否有权限访问和操作相关的数据；②创建好User和Role后，接下来通过创建一个用来检索数据库内数据的类，以实现在Controller(控制器)里对数据库里的数据字段进行增、删、改、查等相关的操作[2]；③最后，创建访问数据库数据的OilContext类后，在项目解决方案中的Web.config文件中的lt;connectionStringsgt;标签下面添加数据库的连接字符(lt;add name=" UserConte"connectionString="DataSource=(LocalDb))，最终，完成用户数据信息库的搭建。完成上面3步就可以将User和Role表创建到名为User的数据库中，在Controller(控制器)中就可以通过User对象来访问数据库内User和Role的信息。图2为采用ASP.NET MVC框架搭建的系统用户登入界面。

图2 系统登入界面图

3.1.2 润滑油性能参数监测数据库的设计

受控船舶轮机设备定期送检在用润滑油理化性能参数监测数据、直读铁谱大小磨粒浓度监测数据、光谱各元素浓度监测数据以及分析铁谱测得分析谱片等数据库的设计类似于“系统登入”数据库的设计。在这不再赘述。在创建好这些数据库之后，当用户发出查看监控设备单次或定期送检油样相关数据的请求时，检测技术中心的服务器将通过数据库类对象到数据库中去检索客户所需要数据，将数据处理好后传递给视图，最后视图将数据整合成表格的形式来呈现给用户。为满足客户能够查询任意时间段的数据需求，设计一个时间选择的下拉框，通过此下拉框客户能够查看所有的历史数据，数据表格内的数据能够跟随下拉框所选中的时间段的变化而变化。图3为润滑油光谱多元素浓度监测数据库设计界面。如在系统中访问润滑油性能参数监测数据库，可通过点击左侧树状目录，在下拉框内逐级刷所要查看送检船舶，便可查看、打印该船送检设备润滑油单次或历史已存的各类监测数据。此外，也可通过点击左侧树状目录获取每一次油品检验获得的完整油品分析报告及对该滑油质量和设备状态进行的专家评价(如换油建议、故障检修指导意见等)。

3.2基于监测参数故障评价模块的设计

基于监测参数设备故障评价功能的实现主要依赖如下一些手段得以实现：①受控设备定期送检润滑油4种油液监测技术手段(理化性能指标监测、直读铁谱大小磨粒浓度监测、光谱各元素成分浓度监测、污染度监测等)获得的参数值随时间增加后的变化趋势；②每次测得直读铁谱大小磨粒浓度值是否超越用回归分析方法获得的浓度回归曲线；③监测参数中与设备故障关联度紧密的指标是否越限。通过上述技术手段进行综合评判，结合行业专家的经验，最终给出受控设备可能出现的故障问题及检修指导意见。

3.2.1 基于时序理论监测参数趋势图的设计

故障评价模块的设计中，监测参数时间域内趋势图的设计是该模块的核心内容。现以理化参数趋势图的设计为例进行说明。设计时：①首先通过MFC控制器(Controllers)组件从送检设备润滑油理化参数监测数据库中检索趋势图所需参数检查日期或运行时间字段数据，并将该数据进行适当处理后作为参数变化趋势图的X轴(时间轴)；②再通过控制器从理化参数监测数据库中检索对应参数数据(如黏度)并进行适当的处理作为参数趋势图的Y轴数据；③通过JavaScript脚本语言将所得到的X轴和Y轴数据在视图(View)中呈现给用户。其它性能参数时间域内的变化趋势图的设计类似于理化参数趋势图，不再赘述。图4为设计后的某船受控设备光谱铁元素浓度变化趋势图。

图3 润滑油光谱多元素浓度监测数据库设计界面

图4 光谱监测铁元素浓度时间域变化趋势图

3.2.2 基于回归分析方法直读铁谱磨粒浓度回归曲线的设计

直读铁谱大小磨粒浓度回归曲线的设计也是故障评价模块重要内容之一，其设计的过程简单分析如下。

(1)

根据极值原理，为使Q具有最小值，可分别对a、b求偏导数，并令其等于0，即 ：

∂Q/∂a=-2∑(yi-a-bxi)=0，

(2)

∂Q/∂b=-2∑(yi-a-bxi)xi=0。

(3)

对式(2)和式(3)联立求解，即可得到回归系数a和b的估计值，并通过JavaScript脚本语言获得一元一次回归曲线。

2)确定相关系数，求得回归曲线方程后为分析方程中变量xi和yi的相关程度，可通过计算所选取的8组样本数据来求得相关系数R，根据最小二乘原理及平均数的数学性质，即：

(4)

式中：R为相关系数；n为样本组数。

相关系数R的绝对值的大小表示相关程度的高低，绝对值越大相关程度越高。本例中，相关系数R为0.983，说明变量xi和yi的相关程度高，方程中估计值a和b有效。

3)将求得的回归曲线作为衡量其它大小磨粒浓度数据是否超限及超限量的基准线，将超出基准线的数据用深色点标出，说明浓度超限；若数据在基准线下方用浅色点标出并在下方区域用浅色填充，说明浓度正常。图5为基于回归分析方法直读铁谱大小磨粒浓度变化趋势图。

图5 基于回归分析方法直读铁谱大小磨粒浓度变化趋势图

3.3基于润滑油监测参数的故障评价过程

基于受控设备润滑油定期送检油样性能参数监测数据及其变化趋势的故障诊断过程主要通过如下方式进行：通过润滑油4种监测手段获得的受控设备定期送检油样各种性能参数检测结果及其时间域内的变化趋势和回归分析方法下的回归曲线，结合行业领域专家对油样参数变化与设备可能故障之间关联性的经验判断及单次油样中与设备故障紧密关联的参数及其变化趋势，对受控设备可能出现的故障问题提出预警，并对送检油样品质进行评判，给出相应的换油和设备检修指导意见。在故障评判时，润滑油监测参数值得关注：①对润滑油品质及能够侧面反映设备摩擦副技术状态的重要理化指标，包括黏度、水分和机械杂质等监测参数；②光谱元素分析6种重要元素，包括铁、铜、铬、锑、锡、铅等参数的浓度；③铁谱分析中，直读铁谱主要侧重分析定期送检油样中直读大小磨粒浓度是否越限回归曲线以及分析铁谱谱片磨粒形状、成分和大小等是否超限。

4 系统的访问与应用

系统通过ASP.NET里的Froms验证方式实现用户的身份验证[5]。在用户端访问时，用户通过在系统中注册的用户名和密码登入系统，登入后，系统会根据用户帐号所绑定的信息来刷选对应用户有权或与其相关所有的信息和数据，接着用户只需要通过点击左边的树状目录选择所要查看的油样相关数据和趋势图，系统通过链接查看到该油样的所有的信息和数据。进入到参数表的页面中，提供给用户打印和导出Excel的相关按钮，根据客户自身要求，用户可以自行选择，将网页上的数据表格打印成PDF或者是将网页上的数据表格导出成Excel。对于参数变化趋势图系统默认以PDF形式进行打印。

5 结束语

基于ASP.NET结构的润滑油监测信息与故障评价系统的开发及应用是现代信息技术在船舶故障诊断中的创新应用。该系统的建立，可为远程用户端(航运公司、船舶修造企业等)和船舶轮机管理人员提供及时、可靠的设备故障技术指导和处理措施，将全面提高船舶管理水平和有效资源利用率，具有明显的实用价值。

[1] 杨其明，严新中,贺石中，等. 油液监测分析现场实用技术[M]. 北京：机械工业出版社，2006.

[2] 黄保翕. ASP.NET MVC 4开发指南[M]. 北京：清华大学出版社，2013.

[3] 吴宙旭. 基于ASP.NET MVC的教学编排系统设计[D]. 上海：上海师范大学，2013.

[4] 李庆扬. 数据分析[M]. 北京：清华大学出版社，2012.

[5] 黄胜根，陈蜀宇. 基于ASP.NET MVC框架的干教系统的设计与实现[J]. 计算机技术与发展，2010(2)：190-193.

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

福建省自然科学基金资助项目(2012J01228)；福建教育厅资助项目(JA12203)

陈景锋(1963-)，男，福建厦门人，教授/轮机长，硕士，主要从事柴油机性能优化、故障分析研究工作。

2015-05-26