李永清，朱 錫，陳林根

(海軍工程大學(xué)，湖北 武漢 430033)

基于綜合安全評(píng)估(FSA)的大型艦船修理風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究

李永清，朱 錫，陳林根

(海軍工程大學(xué)，湖北 武漢 430033)

大型艦船修理是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，與民用船舶相比，大型艦船的修理除了恢復(fù)動(dòng)力系統(tǒng)和船體修復(fù)以外，更為復(fù)雜的是對(duì)各類(lèi)設(shè)備和武器系統(tǒng)的修復(fù)，涉及眾多修理廠家配合、修理資料搜集、備品備件籌措、不同部門(mén)協(xié)調(diào)等諸多因素，這些因素對(duì)艦船的修理質(zhì)量都會(huì)帶來(lái)潛在的風(fēng)險(xiǎn)，國(guó)外甚至出現(xiàn)潛艇修后比修前噪聲更大的情況。綜合安全評(píng)估(FSA)是一種用于制定合理的規(guī)則和提供可能的風(fēng)險(xiǎn)控制方案的綜合性評(píng)價(jià)工具，當(dāng)以修理質(zhì)量影響因素作為風(fēng)險(xiǎn)控制的主要因素時(shí)，可以運(yùn)用FSA方法對(duì)修理總體方案進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，從源頭上實(shí)現(xiàn)對(duì)艦船修理風(fēng)險(xiǎn)的有效控制。

綜合安全評(píng)估；艦船修理；評(píng)估方法

大型艦船修理是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，修理過(guò)程涉及裝備種類(lèi)多、參與部門(mén)多、修理工期緊等諸多困難，這些因素對(duì)艦船的修理質(zhì)量都會(huì)帶來(lái)潛在的風(fēng)險(xiǎn)。在裝備高速發(fā)展的今天，很多新裝備列裝服役，逐漸進(jìn)入計(jì)劃修理序列，如何評(píng)估各種因素對(duì)艦船修理的影響一直是裝備保障領(lǐng)域急需解決的課題，這對(duì)于有效控制艦船修理質(zhì)量和提高海上安全有著積極的意義。本文基于綜合安全評(píng)估(FSA)的方法，對(duì)大型艦船修理風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和控制進(jìn)行探討。

1 綜合安全評(píng)估方法概述

綜合安全評(píng)估[1]是一種結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)方法，目的是全面考慮影響安全的諸多因素，透過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和效益評(píng)估，提出有效控制風(fēng)險(xiǎn)的規(guī)則要求，從而不斷改進(jìn)和提高系統(tǒng)的安全。中國(guó)船級(jí)社于1999年發(fā)布了指導(dǎo)性文件《綜合安全評(píng)估應(yīng)用指南》。目前, FSA方法的研究在國(guó)內(nèi)處于初期推廣與嘗試應(yīng)用階段，該項(xiàng)研究旨在通過(guò)對(duì)艦船綜合安全評(píng)估(FSA)中的理論與方法研究，來(lái)推動(dòng)FSA方法在國(guó)內(nèi)各領(lǐng)域的推廣與應(yīng)用。

針對(duì)大型艦船修理這類(lèi)復(fù)雜系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估問(wèn)題，F(xiàn)SA是一種幫助制定合理的規(guī)則和提供風(fēng)險(xiǎn)控制方案的綜合性、結(jié)構(gòu)化和系統(tǒng)性的評(píng)價(jià)工具。其目的有2個(gè):一是降低事故發(fā)生的頻率；二是減輕事故后果的影響程度。其具體實(shí)施基本構(gòu)成如圖1所示。

圖1 FSA方法流程圖

相對(duì)民用船舶而言，軍用艦船系統(tǒng)構(gòu)成更復(fù)雜。美國(guó)海軍在艦船修理評(píng)估中也采用FSA法，不僅考慮技術(shù)因素，而且考慮維修計(jì)劃、維修人員等人為因素，并在艦船修理中進(jìn)行了初步應(yīng)用，其費(fèi)用受益分析報(bào)告表明：采用FSA方法有助于提高艦船風(fēng)險(xiǎn)控制的效益。我國(guó)這方面的研究起步較晚，海軍工程大學(xué)運(yùn)用FSA方法對(duì)艦船安全風(fēng)險(xiǎn)決策進(jìn)行了研究，將艦船裝備維修使用過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)作為不期望發(fā)生事件的概率及其可能后果的函數(shù)[2]?？傮w來(lái)說(shuō)，目前這些研究還處于探索的階段。

2 大型艦船修理風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與處理方法

進(jìn)行大型艦船修理風(fēng)險(xiǎn)的有效評(píng)估，必須首先識(shí)別修理風(fēng)險(xiǎn)并確定相應(yīng)的處理方法。主要包括2個(gè)方面的研究：一是風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與主要事故類(lèi)型確定；二是風(fēng)險(xiǎn)的量化與分析。

2.1風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

艦船裝備及時(shí)而準(zhǔn)確的維修可以降低系統(tǒng)總的使用安全風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)險(xiǎn)控制目的是在危險(xiǎn)識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地提出可行的降低風(fēng)險(xiǎn)的措施，形成相應(yīng)的規(guī)范和要求。危險(xiǎn)識(shí)別應(yīng)按環(huán)境范圍、組織管理結(jié)構(gòu)、技術(shù)工程系統(tǒng)、人員子系統(tǒng)等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行，具體如下。

1)參照現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和修理?xiàng)l例，檢驗(yàn)識(shí)別常規(guī)艦船修理環(huán)節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)。

2)查閱相關(guān)型號(hào)艦船歷史修理資料，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，識(shí)別部分可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

3)組織各方專(zhuān)家召開(kāi)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別會(huì)，利用專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)對(duì)修理過(guò)程面臨風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，達(dá)成共識(shí)。這對(duì)首輪首次修理艦船的評(píng)估尤為重要。

4)根據(jù)可能事故類(lèi)型，建立相應(yīng)模型識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)；一般可采用危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)分析(PHA)；故障樹(shù)分析(FTA)；事件樹(shù)分析(ETA)等方法進(jìn)行。

5)根據(jù)上述分析的各種風(fēng)險(xiǎn)和可能產(chǎn)生的事故后果，整理出風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別表，確定出主要事故類(lèi)型及其對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)因素。

2.2風(fēng)險(xiǎn)量化與分析

風(fēng)險(xiǎn)量化的目的在于數(shù)值化風(fēng)險(xiǎn)影響因素，以便運(yùn)用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行建模和預(yù)測(cè)，使評(píng)估更加科學(xué)。目前，對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)量化的研究主要有2類(lèi)方法[3]:一是用概率量化的方法，主要是對(duì)事件發(fā)生的概率大小進(jìn)行劃分；二是分級(jí)量化的方法，主要是對(duì)事件發(fā)生的重要性進(jìn)行等級(jí)量化。

通常綜合上述2種方法對(duì)同一對(duì)象進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)量化和分析，則風(fēng)險(xiǎn)的表達(dá)可用下式(1)表示：

(1)

式中：pi為單個(gè)事件的發(fā)生頻率：ci為該事件產(chǎn)生的后果嚴(yán)重程度；I為造成風(fēng)險(xiǎn)總的事件數(shù)目。

由于艦船修理涉及影響因素過(guò)多，完全采用定量評(píng)估進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別在現(xiàn)階段理論儲(chǔ)備還不足，效率也偏低。因此，一般采用半定量分析法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，通常包括以下幾個(gè)步驟。

1)主要影響因素的定義：風(fēng)險(xiǎn)度=風(fēng)險(xiǎn)概率×后果的嚴(yán)重程度。

2)根據(jù)具體情況采用風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)樹(shù)，F(xiàn)TA、ETA或其它形式、方法和準(zhǔn)則建立分析模型。

3)通過(guò)一定方法求得風(fēng)險(xiǎn)值，建立風(fēng)險(xiǎn)矩陣。

4)確定風(fēng)險(xiǎn)的可容忍度標(biāo)準(zhǔn)，包括“可以忽略(negligible)”“不可容忍(intolerable)”“合理可行的低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)ALARP(as low as reasonably practicable)”。

艦船修理風(fēng)險(xiǎn)具體包括威脅艦船維修人員安全、危及艦船裝備安全、影響艦船裝備修理質(zhì)量、延長(zhǎng)修理工期、以及可能影響艦船修理正常進(jìn)行的各種因素。這些因素對(duì)艦船維修風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)差異較大，必須對(duì)相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)影響因素進(jìn)行分析。對(duì)歷史數(shù)據(jù)完整的可以采用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行分析，列出風(fēng)險(xiǎn)矩陣；對(duì)首輪首次修理或歷史修理資料不全的可以采用專(zhuān)家評(píng)判法，科學(xué)地對(duì)各種可能影響實(shí)踐的因素進(jìn)行取舍，從而使決策具有最大的合理性。

3 大型艦船修理風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)例

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的目的包括確定風(fēng)險(xiǎn)的分布，識(shí)別高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，找出影響風(fēng)險(xiǎn)的主要因素，評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)水平，以及如何使其控制在可接受范圍內(nèi)等。下面以某艦船為例分析某一系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)對(duì)整個(gè)艦船質(zhì)量的影響進(jìn)行評(píng)估。

3.1風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

風(fēng)險(xiǎn)分析就是針對(duì)特定類(lèi)型事故，確定其發(fā)生的頻率與后果，它是FSA的核心。這里采用風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)樹(shù)方法對(duì)某大型艦船修理風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，對(duì)艦船而言，船體結(jié)構(gòu)、動(dòng)力系統(tǒng)、武備系統(tǒng)和特種裝備等，任一系統(tǒng)修理質(zhì)量未達(dá)到要求都是不可接受的，因此，這里重點(diǎn)對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)修理風(fēng)險(xiǎn)的影響因素，即子風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別分析。

在風(fēng)險(xiǎn)分析中通常將故障樹(shù)與事件樹(shù)通過(guò)節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)樹(shù)，借助于分析一個(gè)完整的事故情景。在FSA研究中，風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)樹(shù)是由2個(gè)部分組成的邏輯樹(shù)結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示，左半部分是事件樹(shù)圖；右半部分為故障樹(shù)圖，左半部分的頂事件作為右半部分事件數(shù)的初始事故。實(shí)踐中常采用故障樹(shù)分析引起事故的初始原因，而采用事件樹(shù)分析由某一類(lèi)型事故(初始事故)所導(dǎo)致的可能后果及頻率。事件樹(shù)的分析結(jié)果根據(jù)具體情況，產(chǎn)生該事件引起的人員風(fēng)險(xiǎn)或是裝備風(fēng)險(xiǎn)，可用風(fēng)險(xiǎn)矩陣或FN曲線(xiàn)來(lái)量化表達(dá)[4]。

圖2 艦船修理風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)樹(shù)示意圖

3.2風(fēng)險(xiǎn)分析與量化

這里記風(fēng)險(xiǎn)度為Si，風(fēng)險(xiǎn)概率為Fi，損失程度為Ri，要定義出風(fēng)險(xiǎn)不同的度量，就必須把Si、Fi、Ri按各自獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分，并按風(fēng)險(xiǎn)矩陣法將相應(yīng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)后填入表中，如表1所示。

表1中：F1至F4可以設(shè)定為某時(shí)間段不同影響因素導(dǎo)致相應(yīng)后果的發(fā)生概率；S1至S4可以設(shè)定為修理工期延長(zhǎng)、修理質(zhì)量降低、人員傷亡或裝備損毀、無(wú)法執(zhí)行任務(wù)等風(fēng)險(xiǎn)所對(duì)應(yīng)的后果嚴(yán)重程度，具體依據(jù)艦船修理要求和修后任務(wù)重要程度進(jìn)行分類(lèi)。

表1 某型艦船修理風(fēng)險(xiǎn)矩陣表

3.3風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則的確定

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則一般采用國(guó)際通行的最低合理可行原則[5]，將風(fēng)險(xiǎn)分為如圖3所示的3個(gè)層次。

圖3 ALARP原則示意圖

ALARP原則是指任何工程系統(tǒng)都存在風(fēng)險(xiǎn)，不可能通過(guò)預(yù)防措施來(lái)徹底消滅風(fēng)險(xiǎn)，而且當(dāng)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)水平越低時(shí)，要進(jìn)一步降低風(fēng)險(xiǎn)就越困難，其成本顯著增加。因此必須在成本與風(fēng)險(xiǎn)水平之間作一個(gè)折衷。其實(shí)質(zhì)就是風(fēng)險(xiǎn)可容忍度的劃分，尤其是“合理可行的低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(ALARP)”的劃分是FSA的難點(diǎn)，通常有效的劃分必需考慮以下幾個(gè)方面。

1)以公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范為依據(jù)，使得劃分能從理論上保證可接受或可忽略的風(fēng)險(xiǎn)達(dá)到公認(rèn)的安全標(biāo)準(zhǔn)。

2)以艦船裝備修后執(zhí)行的任務(wù)為依據(jù)，使得滿(mǎn)足艦船執(zhí)行任務(wù)所需要的相應(yīng)系統(tǒng)裝備風(fēng)險(xiǎn)處于可接受或可忽略的安全標(biāo)準(zhǔn)。

3)如果所評(píng)估出的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)在可忽略線(xiàn)和不可容忍線(xiàn)之間，則落入“可容忍區(qū)”，此時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)水平符合ALARP原則。此時(shí)，需要進(jìn)行安全措施代價(jià)與受益評(píng)估。如果評(píng)估結(jié)果證明，進(jìn)一步增加安全措施的代價(jià)過(guò)大，而對(duì)艦船修理風(fēng)險(xiǎn)水平的降低貢獻(xiàn)不大時(shí)，則風(fēng)險(xiǎn)是“可容忍的”，即允許該風(fēng)險(xiǎn)的存在。

4)結(jié)合艦船裝備服役后的使用人員培訓(xùn)程度，適當(dāng)調(diào)整劃分范圍。

可見(jiàn)，ALARP原則的劃分是很困難的，涉及多目標(biāo)綜合因素的影響，而且這與民用船舶有著重大的區(qū)別，必須結(jié)合艦船修后服役的任務(wù)及其對(duì)艦船各系統(tǒng)戰(zhàn)技性能的要求，綜合分析修理帶來(lái)的裝備質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，以及可能引起的人員傷亡等風(fēng)險(xiǎn)。通常采用的方法是由行業(yè)內(nèi)一定數(shù)量的專(zhuān)家共同確定，也即采用專(zhuān)家評(píng)判法，但不同專(zhuān)家對(duì)同一問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)劃分會(huì)出現(xiàn)不同的意見(jiàn)，從而出現(xiàn)不同劃分標(biāo)準(zhǔn)，因此，還需要對(duì)專(zhuān)家意見(jiàn)一致度進(jìn)行分析。

3.4風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

在上述ALARP原則研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合艦船對(duì)裝備修理質(zhì)量的特殊要求和修后各艦船的任務(wù)特點(diǎn)，建立大型艦船修理風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程圖；并結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)矩陣量化分析的方法，確定不同艦船修理風(fēng)險(xiǎn)的不可容忍線(xiàn)和可忽略線(xiàn)，并對(duì)3.1中所識(shí)別的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。

本文采用上述方法，以某艇動(dòng)力系統(tǒng)修復(fù)為例，該艦修后執(zhí)行正常巡邏任務(wù)，選用6位專(zhuān)家對(duì)幾種主要風(fēng)險(xiǎn)種類(lèi)進(jìn)行排序，如表2所示。

其中主要風(fēng)險(xiǎn)種類(lèi)分別為：①修理工程非預(yù)期擴(kuò)大;②施工環(huán)境不良;③監(jiān)理人員未監(jiān)理過(guò)同型設(shè)備;④修理資料缺乏;⑤修理設(shè)施落后;⑥修理人員培訓(xùn)不足;⑦備品備件籌措困難(需要論證選用替代件);⑧工廠未修理過(guò)同型設(shè)備(首次修理)。

表2 某型艦船修理風(fēng)險(xiǎn)專(zhuān)家排序表

對(duì)上述專(zhuān)家意見(jiàn)的一致度進(jìn)行分析，這里基于Kendall和諧系數(shù)，采用IMO推薦國(guó)際船級(jí)社協(xié)會(huì)(IACS)提出的一種一致度的分析方法[6]，其表達(dá)式如式(2)所示。

(2)

式中:J為專(zhuān)家總數(shù)；I為識(shí)別的危險(xiǎn)總數(shù)；xij表示第j位專(zhuān)家給第i件危險(xiǎn)事件的排序。

W為專(zhuān)家的一致度指數(shù)，W=0表示專(zhuān)家意見(jiàn)沒(méi)有一致度，W=1表示專(zhuān)家意見(jiàn)完全一致。

參照IMO規(guī)定，0lt;Wlt;0.5時(shí)，一致度不可接受，存在較大分歧；0.5lt;Wlt;0.7時(shí)，一致度達(dá)到最低可接受水平；0.7lt;Wlt;1時(shí)，一致度良好，可接受。

將表2數(shù)據(jù)帶入公式(2)，計(jì)算結(jié)果為W=0.923，一致度符合要求，表明專(zhuān)家對(duì)風(fēng)險(xiǎn)程度的判斷意見(jiàn)基本是一致的。當(dāng)然，在上述基礎(chǔ)上還可以通過(guò)對(duì)專(zhuān)家意見(jiàn)進(jìn)行深入分析，如采用極值交換法、專(zhuān)家意見(jiàn)聚類(lèi)分析法等，結(jié)合各專(zhuān)家專(zhuān)業(yè)、經(jīng)歷等背景因素，分析得出專(zhuān)家意見(jiàn)與各影響因素之間的關(guān)聯(lián)，并根據(jù)實(shí)際需要，對(duì)專(zhuān)家意見(jiàn)賦予相應(yīng)的權(quán)重，從而使得風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別結(jié)果更加科學(xué)可靠。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于綜合安全評(píng)估(FSA)的大型艦船修理風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法目前仍不成熟，本文的研究也僅是一種應(yīng)用嘗試，但采用綜合安全評(píng)估的理論來(lái)指導(dǎo)艦船修理問(wèn)題可以預(yù)見(jiàn)性地控制風(fēng)險(xiǎn)，而不僅僅是事后總結(jié)事故的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，同時(shí)可以全面的而不是局部的考慮艦船修理的安全問(wèn)題。在整個(gè)FSA過(guò)程中，安全風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則的確立是關(guān)鍵，需要考慮人為因素的影響、人與系統(tǒng)的相互作用；不僅提出減少風(fēng)險(xiǎn)的措施，而且可以對(duì)這些措施進(jìn)行評(píng)估，為艦船修理過(guò)程質(zhì)量控制和修理決策的制定提供科學(xué)的依據(jù)，有助于規(guī)范艦船修理過(guò)程，提高艦船裝備修理質(zhì)量的控制水平。

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It is very difficult to control the maintenance process of large scale warship,because the structure of warship is more complicated than general ship,not only the hull structure and power system，but also weapon system,detection system,etc.The maintenance quality of warship is enslaved to many factors,such as repair factory,workers,standby redundancy and so on.In order to raise the level of decision-making in maintenance management,the critical problem is how to control the quality risk level.Formal Safety Assessment(FSA)is an integrative assessment tool which could help establish logical rules and provide possible methods for controlling the maintenance quality risk.By analyzing the influencing factors of maintenance quality and risk controlling,the method of FSA could be optimized and actualized in a paralled way,the problems on decision-making of maintenance with limited resource can be solved.By evaluating the maintenance project through FSA method,the maintenance risk will be controlled at a tolerable level originally.

Formal Safety Assessment(FSA)；warship maintenance;assessment method

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2015.01.014

國(guó)家自然科學(xué)基金資助(50979110)

李永清(1976-)，男，土家族，湖北恩施人，海軍工程大學(xué)動(dòng)力工程與工程熱物理博士后科研流動(dòng)站，博士后，研究方向?yàn)榕灤滦筒牧吓c結(jié)構(gòu)、艦船結(jié)構(gòu)維修保障等。

2014-09-19