Метод комплексной оценки технического состояния судовых дизельных двигателей с использованием многомерного анализа

Проведена разработка комплексных подходов, обеспечивающих интегральную оценку их технического состояния в условиях перехода к системам прогнозного технического обслуживания, являющаяся актуальной при ужесточении экологических стандартов и требований к надежности дизельных двигателей. Основной исследуемой в работе проблемой является отсутствие комплексного подхода, позволяющего интегрировать разрозненные данные от разнородных диагностических систем в единую объективную оценку технического состояния судовых дизельных двигателей. Объектом исследования выступают процессы диагностирования судовых дизелей, предметом — существующие методы комплексной оценки их технического состояния. Целью исследования является разработка метода, обеспечивающего интегральную оценку и оперативную визуализацию технического состояния судового дизельного двигателя, количественную оценку степени его деградации, объективное сравнение технического состояния различных судовых дизельных двигателей и формализацию решений о необходимости ремонта. Для достижения поставленной цели решается задача согласования разнородных диагностических признаков (параметрических, виброакустических, данных анализа масел и др.) с различными единицами измерения и временными масштабами. В качестве основного метода решения задачи предложен подход, базирующийся на применении метода многомерного анализа. Основными этапами оценки являются: классификация диагностических параметров, их линейное нормирование для приведения к единой безразмерной шкале и преобразование многомерного диагностического пространства в двумерную визуальную модель — радарную диаграмму. Для количественной оценки технического состояния используется расчет площади этой диаграммы, модифицированный с введением весовых коэффициентов, отражающих значимость каждого параметра. Дополнительно вводятся коэффициенты, характеризующие асимметрию износа и равномерность деградации узлов. Интегральный коэффициент технического состояния судовых дизельных двигателей рассчитывается как отношение площади диаграммы исследуемого двигателя к площади эталонной диаграммы, построенной на эталонных значениях параметров двигателя. Главным результатом исследования является разработанный математический аппарат и прикладной метод, позволяющий не только рассчитывать интегральный показатель (например, в приведенном примере он составил 39,47 %, что соответствует неудовлетворительному состоянию), но и визуально идентифицировать наиболее деградирующие узлы по геометрическим параметрам диаграммы. Основной вывод заключается в том, что предложенный метод позволяет объединять разнородные диагностические параметры в единый интегральный показатель, визуализировать степень деградации различных узлов дизельного двигателя и прогнозировать его остаточный ресурс. Данный метод переход от субъективной качественной интерпретации разрозненных данных к объективному количественному анализу и может быть положен в основу перехода от планово-предупредительных ремонтов к обслуживанию по фактическому состоянию, что повышает безопасность, надежность и экономическую эффективность эксплуатации судовых энергетических установок и других источников механической энергии.

1. Онищенко И. С. Обзор развития требований по обеспечению безопасности эксплуатации судов внутреннего плавания / И. С. Онищенко // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2025. — Т. 17. — № 1. — С. 75–85. DOI: 10.21821/2309-5180-202517-1-75-85. — EDN VWLOBD.

2. Tian X. Construction of Knowledge Graph for Marine Diesel Engine Faults Based on Deep Learning Methods / X. Tian, H. Gan, Y. Liu // Journal of Marine Science and Engineering. — 2025. — Vol. 13. — Is. 4. DOI: 10.3390/jmse13040693.

3. Медведев В. В. Обзор и анализ возможностей различных способов повышения энергетической эффективности судов / В. В. Медведев, В. В. Гаврилов, С. Н. Киселев // Морские интеллектуальные технологии. — 2018. — № 2–1(40). — С. 94–103. — EDN XSHLHF.

4. Afanaseva O. Vibration-Based Condition Monitoring of Diesel Engines in Industrial Energy Applications: A Scoping Review / O. Afanaseva, D. Pervukhin, A. Khatrusov // Energies. — 2025. — Vol. 18. — Is. 21. DOI: 10.3390/en18215717.

5. Баркова Н. А. Основные направления развития вибрационной диагностики судовых машин / Н. А. Баркова, Д. В. Грищенко // Актуальные проблемы морской энергетики: материалы шестой международной межотраслевой научно-технической конференции, 16–17 февраля 2017 г. — Санкт-Петербург: СПбГМТУ, 2017. — С. 24–27.

6. Грищенко Д. В. Автоматическая обработка узкополосных спектров вибрации судовых машин в целях выделения диагностически значимых компонент / Д. В. Грищенко // Морские интеллектуальные технологии. — 2016. — № 4–2(34). — С. 8–13. — EDN YLOGZJ.

7. Radi J. Spectral-Based Fault Detection Method in Marine Diesel Engine Operation / J. Radić, M. Šarić, A. Rubić // Sensors. — 2025. — Vol. 25. — Is. 18. DOI: 10.3390/s25185669.

8. Mathew S. K. Acoustic-Based Engine Fault Diagnosis Using WPT, PCA and Bayesian Optimization / S. K. Mathew, Y. Zhang // Applied Sciences. — 2020. — Vol. 10. — Is. 19. DOI: 10.3390/app10196890.

9. Тузов Л. В. Вибрация судовых двигателей внутреннего сгорания / Л. В. Тузов, О. К. Безюков, О. В. Афанасьева. — Санкт-Петербург: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого», 2012. — 348 c. — EDN QNYGXR.

10. Yang X. A Multiple Attention Convolutional Neural Networks for Diesel Engine Fault Diagnosis / X. Yang, F. Bi, J. Cheng, D. Tang, P. Shen, X. Bi // Sensors. — 2024. — Vol. 24. — Is. 9. DOI: 10.3390/s24092708.

11. Ерофеев П. А. Классификация современных методов совершенствования рабочего процесса судовых дизелей / П. А. Ерофеев, В. А. Жуков, С. Г. Черный // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2020. — Т. 12. — № 4. — С. 765–774. DOI: 10.21821/23095180-2020-12-4-765-774. — EDN JQBJAN.

12. Жуков В. А. Системы мониторинга и диагностики элементов судовых энергетических установок / В. А. Жуков, А. А. Буцанец, В. В. Гаврилов, С. А. Щербан // Морская радиоэлектроника. — 2021. — № 1(75). — С. 22–27. — EDN OJXXBA.

13. Кочергин В. И. Использование характеристик термодинамических процессов для оценки технического состояния дизельных энергетических установок / В. И. Кочергин, С. П. Глушков, Е. С. Зинченко // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2024. — Т. 16. — № 1. — С. 141–153. DOI: 10.21821/2309-5180-2024-16-1-141-153. — EDN SNJEBX.

14. Мазур Е. В. Разработка алгоритма комплексной методики оценки технического состояния цилиндропоршневой группы судовой двигательной установки на основе показателей масляной системы / Е. В. Мазур, Н. Л. Великанов, Г. Е. Ананьев // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. — 2024. — № 1. — С. 72–83. DOI: 10.24143/2073-15742024-1-72-83. — EDN YWTJFD.

15. Герике П. Б. Вибродиагностика центробежных насосов / П. Б. Герике, А. Г. Никитин // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. — 2020. — № 4. — С. 83–89. — EDN HMSLON.

16. Ariefjew I. B. Graph-analytical method for assessing the state of the object being diagnosed / I. B. Ariefjew // Russian Journal of Logistics & Transport Management. — 2020. — Vol. 5. — Is. 1. — Pp. 10–18. — EDN PAJZOI.

17. Кулагин А. В. Диагностирование состояния судовых дизельных двигателей вероятностным методом распознавания неисправностей / А. В. Кулагин // Научные проблемы водного транспорта. — 2021. — № 69. — С. 109–122. DOI: 10.37890/jwt.vi69.220. — EDN VYAMDP.