賈寶柱

(大連海事大學 輪機工程學院，大連 遼寧　116026)

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基于輪機模擬器的機艙資源管理培訓及評估方案

賈寶柱

(大連海事大學 輪機工程學院，大連 遼寧116026)

摘要：為有效履行STCW公約馬尼拉修正案的要求，切實深入落實公約關于機艙資源管理規(guī)定的實質精神，依托挪威Kongsberg公司開發(fā)的MC-90V型全任務輪機模擬器系統(tǒng)，設計開發(fā)了符合公約條款內容的機艙資源管理教學內容及其相關評價指標，所給出的內容及方法對于在其他類型的輪機模擬器中進行機艙資源管理教學及輪機模擬器開發(fā)具有借鑒意義。

關鍵詞：STCW公約馬尼拉修正案；機艙資源管理;輪機模擬器;情景意識;船員評估

一、引言

STCW公約馬尼拉修正案規(guī)定，可以通過認可的培訓、認可的工作經(jīng)歷和認可的輪機模擬器培訓三種途徑表明具備機艙資源管理(ERM-Engineroom Resource Management)能力和水平，[1]實施過程中前兩種方式的可操作性不強，缺乏可參考的執(zhí)行標準及實施方法，因此目前國內外航海類院校及培訓機構多數(shù)采用輪機模擬器作為主要評估手段。與實際船舶設備相比，輪機模擬器具有設備成本低廉、操作便利、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢，已經(jīng)成為國內外輪機管理人員培訓的關鍵設備之一。[2]

目前國內所采用的輪機模擬器系統(tǒng)多數(shù)不具備機艙資源管理培訓模塊，缺少有針對性的培訓內容及相應的評價標準，導致實際培訓效果難以滿足預期要求。[3]本文根據(jù)STCW公約馬尼拉修正案規(guī)定的機艙資源管理評估要點及評價標準的要求，基于MC-90V型輪機模擬器系統(tǒng)開發(fā)了相應的典型案例，并給出了具體考查目標及方法。

二、資源的分配、指派及其優(yōu)先級

機艙資源管理中首要考查點是對資源的分配、指派及其優(yōu)先級，同時給出的具體評價標準為：根據(jù)需要，按正確的優(yōu)先級進行資源的分配和指派，以保證必要任務的有效完成[4]。

1.設備的起動與控制

為了保證動力系統(tǒng)運行的可靠性，船舶機艙多數(shù)系統(tǒng)均采用冗余設計，裝備2臺(套)以上的設備或系統(tǒng)。正常運行時，單臺(套)設備即可滿足需要，另外一臺(套)為備用。緊急情況或者運行設備出現(xiàn)故障時，可通過手動或自動方式切換到備用設備，保證系統(tǒng)及設備參數(shù)處于正常范圍。

MC-90V輪機模擬器癱船(Cold Ship)起動過程中，對系統(tǒng)中設備的基本操作原則是設定其中一臺為主(Master)，其他自動為從(Slave)，當主設備運行時保持其他備用設備處于隨時可用狀態(tài)，且控制方式置于自動，參數(shù)不滿足要求時可以自動起動備用設備。對于可以切換主備關系的設備，則應定期進行主備設置的切換，如MC-90V的壓縮空氣系統(tǒng)等。

在電站容量受限的情況下，可以根據(jù)不同設備的起動優(yōu)先級高低依次起動。電站負載依據(jù)其重要性由高到低分為四類：第一類為消防、救生、急救及維持船舶安全航行所必需的設備，此類設備通常集中在應急配電板供電；第二類為維持主機操縱性能及持續(xù)動力輸出的設備，如冷卻水泵、燃滑油泵、輔助鼓風機、空壓機、機艙供排風設備等；第三類為保證船舶動力系統(tǒng)長期安全、高效運轉的設備，如分油機、造水機、油水分離器、船舶輔鍋爐等，這類設備當電站容量受限時可以暫時不起動或者停止；最后一類為生活設備及舒適性設備，如空調、冰機、艙室風機、生活區(qū)熱水設備等，此類設備優(yōu)先級最低，當電站容量不滿足全部供電設備需要時，會首先被自動卸載。

2.船舶發(fā)電機的優(yōu)化控制

MC-90V輪機模擬器電站系統(tǒng)包括三種形式發(fā)電機，分別為3臺柴油發(fā)電機(其中1臺為應急發(fā)電機)、1臺軸帶發(fā)電機、1臺透平發(fā)電機。正常航行時，單臺柴油發(fā)電機基本可以滿足航行需要，而當經(jīng)過狹水道、進出港或者惡劣海況下船舶需要備車航行或裝卸貨時，為保證電網(wǎng)的安全則至少應有2臺發(fā)電機在網(wǎng)。

癱船起動過程中，在起動第二臺柴油發(fā)電機并網(wǎng)供電前，先不要停止應急發(fā)電機的運行，防止并電失敗導致全船失電。2臺柴油機并網(wǎng)成功后，要及時停止應急發(fā)電機運行，避免其長時間空轉。備車航行時最好不要采用優(yōu)化控制模式(Optimal Load)，防止電站管理單元因電網(wǎng)負荷較小而自動卸載一臺發(fā)電機。

MC-90V輪機模擬器有四種電站管理模式，分別為均衡模式(Equal Load)、優(yōu)化模式(Optimal Load)、循環(huán)模式(Cyclic Load)和警戒模式(Alert Mode)，四種模式分別用于不同工況。均衡負載模式一般有2臺或以上發(fā)電機在網(wǎng)，電站管理單元自動平均分配每臺發(fā)電機的負荷。該模式適用于備車航行、裝卸貨等工況。優(yōu)化模式下電站管理單元自動控制優(yōu)先級最高的發(fā)電機滿負荷工作，余下電網(wǎng)負荷由次高優(yōu)先級的發(fā)電機承擔。此種模式可以保證燃油的最佳經(jīng)濟性，常用于海洋正常航行時選擇。循環(huán)模式與優(yōu)化模式對發(fā)電負荷的控制方式相同，不同之處在于發(fā)電機并網(wǎng)運行一定時間后，電站管理單元會自動切換在網(wǎng)發(fā)電機的優(yōu)先級，并自動轉移負荷使新設定的高優(yōu)先級發(fā)電機滿負荷運行。這就避免了某臺發(fā)電機長期在高負荷下運轉，有利于柴油發(fā)電機的維護和保養(yǎng)，適用于其他形式的發(fā)電機與柴油發(fā)電機并網(wǎng)運行的情況，發(fā)電機的切換時間間隔可以在電站管理單元中手動設定。警戒模式則可以與均衡模式、優(yōu)化模式及循環(huán)模式一起使用，當電網(wǎng)負荷超過所有在網(wǎng)發(fā)電機的額定功率之和時，警戒模式能夠避免某臺發(fā)電機因自動保護功能動作而自動解列或者停機，該模式適合船舶電網(wǎng)瞬間負載總和可能超過所能承受最大負載范圍時使用，如使用甲板機械或者艏艉側推時。

3.軸帶發(fā)電機與透平發(fā)電機的管理

透平發(fā)電機(Turbo Generator)采用蒸汽渦輪作為發(fā)電機的原動機，做功蒸汽通常是廢氣鍋爐過熱器給出的做功能力較強的過熱蒸汽，如此相當于通過廢氣鍋爐回收了主機排煙中的部分能量，因此透平發(fā)電機的經(jīng)濟性較好。由于透平機為回轉運動，與往復運動為主的柴油機相比具有噪音小、震動輕、單機功率大、維護管理方便等優(yōu)勢，能夠大大降低維修維護成本。因此在船舶正常航行、主機處于穩(wěn)定工況下，應優(yōu)先采用以透平發(fā)電機為主、柴油發(fā)電機為輔的電站管理模式，以增加船舶航行的經(jīng)濟性。

軸帶發(fā)電機(Shaft Generator)通過增速齒輪箱與主機輸出軸相連接，利用主機的儲備功率為船舶電網(wǎng)供電。從經(jīng)濟性角度考慮，軸帶發(fā)電機相當于利用低質、廉價重油發(fā)電，其經(jīng)濟性較好，并且減少了單獨維護柴油發(fā)電原動機的成本，在新造船舶上被廣泛采用。MC-90V輪機模擬器中軸帶發(fā)電機有兩種模式，分別為PTO(Power Take Off)模式和PTI(Power Take In)模式。PTO模式下軸帶電機工作在發(fā)電機模式，主柴油機在為船舶航行提供航行動力的同時，通過齒輪箱驅動軸帶發(fā)電機為船舶主電網(wǎng)供電。PTI模式下軸帶電機工作在電動機模式，消耗配電板提供的電能驅動螺旋槳轉動，為船舶前進提供動力。該模式一般用于船舶主機出現(xiàn)故障，無法提供有效推進動力時，由軸帶電機提供維持船舶前進的基本動力和舵效。

三、有效的溝通

輪機長負責全部動力設備的運行、維護及管理，具有最高指揮權限。其他分管輪機員在接收到輪機長的指令后，需準確地理解輪機長的操作意圖，并及時按照指令要求進行必要的操作，同時對操作結果給予準確的反饋。評價標準為：下達及接受指令時溝通清晰，無歧義。

1.機艙基本術語及英文縮寫

有效溝通首先是建立在共同的語言及文字基礎上的，機艙中存在大量的縮略語和專業(yè)術語，這些術語的中文描述往往和英文表述存在一定的差距。目前國內大部分輪機模擬器系統(tǒng)均采用雙語標識，以提高國內海員在國際市場的適應能力，部分本科類院校則直接采用英文標識。對這些名稱及術語的理解和掌握是成為一名合格的國際海員的必要條件，也是在工作中有效履行職責的必要保證。

MC-90V輪機模擬器系統(tǒng)采用了比較規(guī)范的全英文標識，大部分縮寫也符合國際慣例。教學過程中，根據(jù)實際情況使學員重點掌握機艙專門術語及常用縮寫對提升學生未來在實際工作中的溝通能力具有極大幫助。

2.內通信設備

包括聲力電話和程控電話在內的通信設備可以保證機艙管理人員及時與其他部門人員溝通，掌握船舶的航行動態(tài)，接收駕駛臺操車指令。聲力電話是根據(jù)音膜接收聲音震動后轉化為電信號傳送到對方話機去驅動耳機振動的原理工作的，平時可以用外接電源進行音量放大，失電后可以用本身自帶的手搖發(fā)電機對音頻信號進行放大處理，一般用于機艙、駕駛臺和舵機室之間的直通聯(lián)絡使用。程控電話是通過程控交換機進行語音傳輸?shù)?，可以布置于船舶的主要艙室及處所，通過撥號方式能夠實現(xiàn)實時語音通信。部分船舶還在船員艙室、重要場所安裝了駕駛臺/船長廣播系統(tǒng)，能夠完成重要信息的實時廣播發(fā)布。

以上通信設備一般是固定安裝在某一位置的，除此之外大部分船舶還配備了甚高頻無線電話(VHF)，主要由收發(fā)機(Transceiver)、控制器(Controller)、話音手柄(Handset)組成，用于非固定位置的船員之間移動聯(lián)絡，或者海上航行時與附近船舶之間的聯(lián)絡使用。通信時使用的頻率是VHF波段，可根據(jù)情況選擇單工、半雙工和雙工模式。國際無線電咨詢委員會(CCIR-International Radio Consultative Committee)為甚高頻共劃分出了57個頻道，其中有54個語音頻道，常規(guī)通話主要工作于CH16頻道。部分船舶也采用無線對講系統(tǒng)作為船員在工作及執(zhí)行任務過程中的實時聯(lián)絡設備。

四、決策和領導能力

該項重點考查輪機長及主管輪機員在常規(guī)操作及應急響應情境下，能否及時做出合理的決策，以及能否對形成合理決策給出積極建議的能力。決策的形成不是單向的，需要決策者根據(jù)大量不同渠道的信息進行綜合判斷，同時也要根據(jù)執(zhí)行者的反饋實時加以調整。評價標準為：對有疑問的決策和/或操作后果給予適當?shù)馁|疑及反饋，同時能夠辨別有效的領導行為。

1.癱船起動

全任務輪機模擬器中以角色扮演方式完成規(guī)定的操作，既能體現(xiàn)出輪機長的決策及領導能力，也能夠考查主管輪機員對輪機長命令的理解能力，以及能否對有疑問的決策和操作后果給予適當?shù)馁|疑及反饋。選擇4個(組)學員分別扮演不同職務的輪機員并分別負責相應設備，在輪機長(角色)的統(tǒng)一指揮下完成規(guī)定任務，通過對任務的完成情況以及在操作過程中的細節(jié)評價角色扮演者的實際能力及水平。

由癱船起動到主機全速過程大致可以分為5個階段，依次為癱船起動(Cold Ship)、電站就緒(Preparatiosn)、主機就緒(Ready for Start)、慢速前進(Slow Ahead)、全速前進(Full Ahead)，每個階段的主要任務不同。輪機長(角色)可以通過報警系統(tǒng)實時指揮各動力設備的操作，并針對操作過程中發(fā)生的報警及參數(shù)判斷動力設備的運行狀態(tài)，以便及時調整起動順序及操作策略。主管輪機員(角色)應依據(jù)所主管設備的狀態(tài)對輪機長的指令給予實時反饋，在必要情況下應對不明確或者不合理指令進行適當?shù)挠懻摶蛸|疑。

2.機艙進水

機艙進水會引發(fā)機艙污水井持續(xù)高位報警，若污水泵置于自動狀態(tài)則會自動起動，把污水排入污水柜。期間應定期觀察污水井水位是否降低，若無明顯降低或者繼續(xù)上升，則應判斷是否應該起動緊急排水系統(tǒng)，通過主海水泵或者消防泵將艙底水經(jīng)緊急吸入口排入壓載艙，或直接經(jīng)壓載管路排出舷外。排水的同時要盡快查明水位升高的原因，并采取必要措施進行封堵。

發(fā)生機艙進水時，指揮者要及時掌握當前船舶所處的水域及海況狀態(tài)，并根據(jù)艙底水位的實時變化決定采取必要的排水措施：

(1)若艙底水上升速度過快，僅依靠污水泵無法有效排水時可以起動消防泵，打開緊急吸入口截止閥排水，仍不能滿足排水要求時起動主海水泵排水。

(2)若船舶航行在大洋中(非特殊區(qū)域且距離最近陸地超過15 n miles)，且船速超過12 kn，含油量不超過15ppm的艙底水可以正常排放，緊急狀況下為保障船舶安全或救護海上人命所必需，可不受以上條件約束。

(3)機艙進水事故發(fā)生時，應立即通知駕駛臺，條件允許時降速航行或者停船，減小進水速度。

(4)排出進水并修復泄漏后，應對船舶底層電氣設備進行絕緣檢查，絕緣不符合要求的電氣設備應該及時檢修。

五、獲取及保持情境意識

情景意識能力主要考查輪機員根據(jù)當前運行狀態(tài)或故障信息，能否預見未來一段時間內可能出現(xiàn)的其他相關情況，并提前采取措施加以避免或預防。

1.主機故障降速

故障降速后需要先將車鐘手柄拉回到最低穩(wěn)定轉速，然后詢問駕駛臺確認是否可以停車，不允許停車則應保持最低穩(wěn)定轉速運行，同時查找故障源并采取必要措施盡快排除故障。

同時，根據(jù)情景意識要求，需要輪機管理人員對未來船舶動力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢進行相應的合理判斷。主機降速最直接體現(xiàn)就是其轉速會迅速降低到最低穩(wěn)定轉速，此時軸帶發(fā)電機若并網(wǎng)供電，則會因為負載能力下降而導致自動解列，需要立即起動柴油發(fā)電機并網(wǎng)供電以防止電網(wǎng)崩潰。同樣，主機降速會引起廢氣鍋爐蒸發(fā)量降低，由過熱蒸汽驅動的透平發(fā)電機負載能力也會迅速降低。這就要求輪機管理人員能夠提前預測到此種風險，在軸帶發(fā)電機和(或)透平發(fā)電機在網(wǎng)時，應將船舶電站置于自動控制模式，并保持至少一臺柴油發(fā)電機處于隨時可用狀態(tài)。當船舶起動航行時主機轉速處于不穩(wěn)定工況，因此軸帶發(fā)電機和透平發(fā)電機最好在主機定速后再作為船舶電網(wǎng)唯一發(fā)電機使用。海上風浪過大或者船舶縱搖劇烈時也會引起主機負荷不穩(wěn)定，此時也需要并網(wǎng)柴油發(fā)電機以確保船舶電站安全。

2.鍋爐蒸汽壓力不穩(wěn)定或廢氣鍋爐臟堵

鍋爐蒸汽壓力不穩(wěn)定會導致其輸出的飽和蒸汽壓力波動，廢氣鍋爐臟堵則會造成廢氣鍋爐的效率下降，兩者都會引起透平發(fā)電機負載能力下降。此時船舶電站若只有單臺透平發(fā)電機在網(wǎng)，則需及時并入一臺柴油發(fā)電機，以確保電站安全。蒸汽壓力波動同樣會導致貨油及壓載泵的工況變化，因此在油船裝卸貨或壓載過程中，輪機管理人員必須保證船舶鍋爐的穩(wěn)定運行，防止出現(xiàn)海洋污染事故。具有較高情景意識能力的輪機管理人員，能夠在監(jiān)測報警系統(tǒng)反映出系統(tǒng)參數(shù)不正常之前，憑借經(jīng)驗或者關聯(lián)現(xiàn)象預測到即將出現(xiàn)的風險，盡早采取必要操作措施避免船舶、人員或環(huán)境事故。

六、基于團隊經(jīng)驗的考量

該項評估標準是要求輪機管理人員能夠準確掌握機艙、相關系統(tǒng)及外部環(huán)境當前及未來可能狀態(tài)，并與團隊成員共享。通過典型故障分析及處理，能夠反映出輪機管理人員的團隊經(jīng)驗和合作能力。

1.增壓器喘振故障源分析

主機增壓器喘振是大型低速二沖程柴油機典型故障，因故障成因復雜，機理尚未明確，給故障排除帶來很大難度。出現(xiàn)喘振現(xiàn)象時，往往難以直接找到故障點，需根據(jù)多種狀態(tài)參數(shù)綜合分析確定故障源所在。這就要求各分管輪機員對所負責的系統(tǒng)中可能引起主機增壓器喘振的因素非常明確，并將異常情況及時匯報給主管輪機員(二管輪)。主管輪機員應能夠根據(jù)匯總的相關設備的運行狀態(tài)信息，結合主機自身工況對增壓器喘振的原因加以判斷，為修理和維護指出正確的方向。

增壓器喘振的原因大概可以分為三類：一類為增壓器本體原因，如增壓器葉片(渦輪端或壓氣機端)損壞、壓氣機端濾網(wǎng)臟堵等；第二類為氣體流通通道堵塞，如空冷器堵塞或泄漏、廢氣鍋爐臟堵等；第三類為增壓器和柴油機的運行失配，如主機單缸排煙溫度異常、機槳失配、船舶污底等。發(fā)生增壓器喘振故障時，需要結合多方面因素加以綜合判斷，由于不同設備主管輪機員不同，因此對于增壓器喘振故障的原因推斷能夠較好地體現(xiàn)團隊經(jīng)驗及合作能力。

2.透平發(fā)電機負載能力下降故障分析

透平發(fā)電機可以由廢氣鍋爐給出的過熱蒸汽驅動，也可以由燃油鍋爐過熱器給出的過熱蒸汽驅動。為了提高船舶燃油經(jīng)濟性指標，通常在主機換油完成并加載到全負荷時將透平發(fā)電機投入運行。

導致透平發(fā)電機負載能力下降的原因主要包括：(1)蒸汽品質下降。燃油鍋爐燃燒不穩(wěn)定、廢氣鍋爐泄漏、臟堵等，都會引起廢氣鍋爐輸出的過熱蒸汽品質下降，進而導致透平發(fā)電機負載能力下降。

(2)蒸汽冷凝器故障。蒸汽冷凝器是在一定真空度下工作的，冷凝器泄漏、真空泵磨損、凝水泵磨損或者冷卻海水管路泄漏等故障均會引起冷凝能力降低，導致透平發(fā)電機負載能力下降。

(3)主機負荷波動。船舶機動航行或者主機需要降速，會間接導致廢氣鍋爐過熱蒸汽品質下降。此時要求主管輪機員應能夠預見到主機負荷波動會導致透平發(fā)電機的負載能力下降甚至自動解列，及時采取必要措施(如并網(wǎng)柴油發(fā)電機)以保障電網(wǎng)安全。

(4)操作不當。若驅動蒸汽管路上的手動調節(jié)閥沒有完全打開，也會導致透平發(fā)電機負載能力降低，無法加載到全負荷。

透平發(fā)電機故障原因較為復雜，需要從多個系統(tǒng)來分析故障源，要求主管輪機員及時掌握與之相關系統(tǒng)的工作狀態(tài)和運行工況，確保全船電力系統(tǒng)正常工作。

七、結語

機艙資源管理的每項考查內容不是孤立的，其相互之間是有關聯(lián)且交叉的。眾多研究表明，情景意識是貫穿機艙資源管理的核心能力，其提升需要依靠大量的有針對性的訓練和實際船舶經(jīng)驗。輪機管理人員的管理水平和工作能力具體體現(xiàn)在日常運行維護和管理過程中，同時對于機艙動力系統(tǒng)復雜事故的分析和排除，以及緊急狀態(tài)下的處置能力，既可以體現(xiàn)出主管輪機員的決策和領導能力，又能考查團隊合作能力。

STCW公約馬尼拉修正案對機艙資源管理的規(guī)定僅限于有限的條款描述，沒有給出具體的實施方法，本文基于MC-90V輪機模擬器系統(tǒng)所提出的機艙資源管理培訓及評估方案，能夠基本體現(xiàn)馬尼拉修正案中關于機艙資源管理的實質精神，對于改善國內海事院校及培訓機構的履約能力有現(xiàn)實意義。

參考文獻：

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[4]賈寶柱,林葉錦,曹輝,等.STCW公約馬尼拉修正案中機艙資源管理條款的深入解讀[J].航海教育研究,2015,32(2):7-12.

中圖分類號：U676.2

文獻標識碼：A

文章編號：1006-8724(2016)01-0010-05

作者簡介：賈寶柱(1974-)，男，副教授，博士,主要從事輪機工程教學與研究。

收稿日期：2010-10-19