郭軍武

(上海海事大學(xué) 商船學(xué)院， 上海 201306)

船舶主推進(jìn)動力裝置安全的模糊綜合評估

郭軍武

(上海海事大學(xué) 商船學(xué)院， 上海 201306)

以MAN B&W公司MC-C系列機(jī)型作為安全評估模型的機(jī)型進(jìn)行船舶主推進(jìn)動力裝置安全模糊綜合評估。首先,按照故障模式和影響分析的原理對船舶主推進(jìn)動力裝置系統(tǒng)進(jìn)行劃分;其次,運(yùn)用層次分析法分析各個(gè)部件在該系統(tǒng)中的重要度并建立安全綜合評估數(shù)學(xué)模型;最后,根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查資料，運(yùn)用模糊綜合評估方法進(jìn)行分析，獲得該裝置的安全評價(jià)結(jié)果。此外，利用最大隸屬函數(shù)求出各子系統(tǒng)的安全等級并提出改進(jìn)措施。

船舶工程；安全評估；層次分析法；主推進(jìn)動力裝置；模糊綜合評估

Abstract: The MC-C type engine of MAN B&W, currently popular on board ships, is chosen as the example object of the evaluation. As the first step, the parts of the propulsion system is divided into groups according to the analysis of the failure modes and their effects of the parts, and the importance degree of each component in the system is identified with Analytic Hierarchy Process (AHP).On basis of the preparation, a comprehensive safety evaluation mathematical model is established. After that, the fuzzy comprehensive evaluation of the system based on field investigation data is performed with the model. The safety level of each subsystem is calculated in the evaluation process and with maximum membership function analysis. this study also suggests some improvement measures.

Keywords: ship engineering; safety evaluation； AHP； main propulsion plant； fuzzy comprehensive evaluation

船舶主推進(jìn)動力裝置較為復(fù)雜，若要對其進(jìn)行有效評估首先需要選取有效的評估方法。就主推進(jìn)動力裝置整體而言，采用模糊綜合安全評估方法可避開定性評估方法和定量評估方法的局限性;而對于其各個(gè)子系統(tǒng),則采用故障類型和影響分析進(jìn)行劃分。對于其危險(xiǎn)性，采用危害性分析(CA)的方法[1]分析；對于權(quán)重問題，采用層次分析法(AHP)[2]解決。在安全等級計(jì)算中，采用最大隸屬函數(shù)方法求解，從而指出管理中的薄弱環(huán)節(jié)，提高管理水平。

1 主推進(jìn)動力裝置系統(tǒng)的劃分

以MAN B&W公司的MC-C系列機(jī)型為參考依據(jù)，根據(jù)故障模式、影響及危害性分析(FMECA)[3]的劃分依據(jù)和對各個(gè)系統(tǒng)邊界的定義，得到船舶主推進(jìn)動力裝置系統(tǒng)劃分。其中:燃油系統(tǒng)包括高壓油泵、噴射器、加熱單元、分油凈油單元、燃油轉(zhuǎn)換單元、燃油循環(huán)泵、輸送泵、濾器及管路閥件；滑油系統(tǒng)包括滑油泵、滑油濾器、管路閥件、滑油冷卻器及分油單元；冷卻系統(tǒng)包括冷卻水泵、濾器、管路閥件及冷卻器；換氣系統(tǒng)包括增壓器、氣閥控制單元、濾網(wǎng)、管路閥件、輔助風(fēng)機(jī)及空氣冷卻器；燃燒室組件包括缸套、活塞環(huán)、氣缸蓋及閥件和活塞；曲柄連桿機(jī)構(gòu)包括曲軸軸承、連桿軸承、曲軸、連桿及其他組件；傳動系統(tǒng)包括傳動軸系、其他閥件及推進(jìn)器。

2 主推進(jìn)動力裝置系統(tǒng)的FMECA分析

對主推進(jìn)動力裝置系統(tǒng)潛在故障模式的影響進(jìn)行分析，并按照故障對系統(tǒng)的危險(xiǎn)水平和發(fā)生概率對故障模式進(jìn)行分類，鑒別設(shè)計(jì)上的缺陷和薄弱環(huán)節(jié)；采取適當(dāng)?shù)拇胧┫驕p弱這些影響，從而提高主機(jī)系統(tǒng)的可靠性。船舶主推進(jìn)動力裝置FMECA分析[4]見表1。

故障的嚴(yán)重程度可根據(jù)故障對系統(tǒng)完成功能的影響程度進(jìn)行評定，先對部件故障的風(fēng)險(xiǎn)水平進(jìn)行評估，然后按其重要性選取評價(jià)指標(biāo)。

表1 船舶主推進(jìn)動力裝置FMECA分析

3 評估指標(biāo)及其權(quán)重的確定

在確定船舶主推進(jìn)動力裝置的安全評估指標(biāo)時(shí)，必須在總結(jié)船舶資深輪機(jī)長經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析、綜合和提高，從而獲得更加符合船舶管理公司實(shí)際的評估指標(biāo)。具體評估指標(biāo)如表1所示。

利用三標(biāo)尺度[5]對專家進(jìn)行有關(guān)船舶主推進(jìn)動力裝置各子系統(tǒng)相對重要性的問卷調(diào)查，并將結(jié)果化為九標(biāo)度尺度形式，得出定量的相對重要性評判，從而得到以下判斷矩陣。[6]

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

用方根法計(jì)算各個(gè)系統(tǒng)部件的權(quán)重。

由以上一致性檢驗(yàn)可知判斷矩陣是完全一致的，系統(tǒng)部件的權(quán)重wi=(i=1,2,…,7)有效。[7-8]具體主推進(jìn)動力裝置評估指標(biāo)及其權(quán)重見表2。

4 安全評估應(yīng)用實(shí)例分析

船舶主推進(jìn)動力裝置系統(tǒng)的劃分是以FMECA的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的，首先采用層次分析法對系統(tǒng)整體進(jìn)行綜合評價(jià)；然后分別對各子系統(tǒng)進(jìn)行綜合評價(jià)。

4.1主推進(jìn)動力裝置整體安全評估

對某航運(yùn)公司一艘船舶的主推進(jìn)動力裝置進(jìn)行評估。組成人員主要包括公司機(jī)務(wù)主管、在岸輪機(jī)長和大管輪等10人，根據(jù)評估標(biāo)準(zhǔn)和注意事項(xiàng)對各子系統(tǒng)及其組件進(jìn)行等級劃分，主要分為優(yōu)、良、中、差4個(gè)等級，現(xiàn)場評價(jià)結(jié)果見表3，表中數(shù)值表示的是各指標(biāo)的各等級評價(jià)數(shù)量占該指標(biāo)總的評價(jià)數(shù)量的比例。

表2 船舶主推進(jìn)動力裝置評估指標(biāo)及其權(quán)重

表3 現(xiàn)場評價(jià)結(jié)果

4.2主推進(jìn)動力裝置系統(tǒng)安全等級評定

根據(jù)主因素突出模型的方法進(jìn)行綜合評價(jià)。U1的評價(jià)權(quán)重分配矩陣為A1=[0.25 0.250.14 0.08 0.08 0.11 0.09]。U1的評價(jià)結(jié)果分布矩陣為

根據(jù)最大隸屬度原則，主推進(jìn)動力裝置整體的安全等級為中。

根據(jù)安全等級的加權(quán)值S(見表4)，利用F=C×ST求出最終評估結(jié)果(見表5)。

表4 評估標(biāo)準(zhǔn)等級加權(quán)值S

4.3安全評估結(jié)果分析和改進(jìn)措施

經(jīng)過安全評估，該船舶主推進(jìn)動力裝置的安全等級為中級。該船舶為某集裝箱運(yùn)輸公司所有，目前服務(wù)于兩岸直航航線上；其于1995年在日本下水，已有近20 a船齡。通過對輪機(jī)管理人員和機(jī)艙警報(bào)記錄進(jìn)行調(diào)查分析，證實(shí)該船主推進(jìn)動力裝置目前的安全狀態(tài)雖然還能滿足遠(yuǎn)洋船舶適航要求，但已由無人值班改為有人值班，安全狀況不佳。

表5 安全綜合評價(jià)結(jié)果

該船船員應(yīng)對安全評估結(jié)果分值低于70分的冷卻系統(tǒng)、燃燒室部件、滑油系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)和換氣系統(tǒng)加強(qiáng)維修保養(yǎng)，并對重大零部件進(jìn)行檢修或換新，力爭提高該船的安全等級，保證安全航行。

5 結(jié)束語

對船舶主推進(jìn)動力裝置的安全狀況進(jìn)行客觀評估有利于提高船舶的安全性能和船舶公司的管理水平。船舶公司管理人員可根據(jù)船舶主推進(jìn)動力裝置的安全狀況進(jìn)行合理的人員搭配；輪機(jī)管理人員可根據(jù)評估結(jié)果進(jìn)行有針對性的維修保養(yǎng)，提高主推進(jìn)動力裝置的安全性和可靠性。模糊綜合安全評估方法對提高船舶安全管理水平、保障船舶安全營運(yùn)具有一定的借鑒意義。

[1] 樊紅.船舶綜合安全評估(FSA)方法研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2004.

[2] 李栢年.模糊數(shù)學(xué)及其應(yīng)用[M].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社,2007.

[3] 牛曉霞, 朱坦,吳宗之,等.公眾聚集場所火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的模糊綜合評價(jià)方法研究[J].數(shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識,2007,37(11):122-126.

[4] 軒少永.FSA及其在船舶引航安全中的應(yīng)用研究[D].上海:上海海事大學(xué)，2004.

[5] 李創(chuàng).海運(yùn)安全中人為因素分析[D].上海：上海海事大學(xué)，2005.

[6] 王秋華.客滾船航行的綜合安全評估(FSA)研究[D].上海:上海海事大學(xué)，2008.

[7] 金鑫.艦船風(fēng)險(xiǎn)評估方法研究[D].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)，2004.

[8] 李斌.船舶柴油機(jī)[M].大連:大連海事大學(xué)出版社，2008.

FuzzyComprehensiveEvaluationofSafetyofShipMainPropulsionPlant

GUOJunwu

(Merchant Marine College, Shanghai Maritime University, Shanghai 201306, China)

2015-12-23

郭軍武(1970—)，男，浙江江山人，輪機(jī)長，副教授，博士生，研究方向?yàn)檩啓C(jī)工程。E-mail:guojun.wu@163.com

1000-4653(2016)01-0022-04

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