趙 軍

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船舶技術(shù)狀態(tài)評(píng)估方法研究狀況概述

趙 軍

（92493部隊(duì)60分隊(duì)，遼寧葫蘆島 125000）

本文從船舶技術(shù)狀態(tài)評(píng)估方法現(xiàn)狀出發(fā)，研究分析了中外船級(jí)社、軍隊(duì)和科研院校等單位對(duì)船舶技術(shù)狀態(tài)評(píng)估相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，探討了采用多目標(biāo)決策進(jìn)行船舶技術(shù)狀態(tài)綜合評(píng)估方法，并提出一些展望。

船舶狀態(tài) 評(píng)估方法 評(píng)價(jià)指標(biāo) 多目標(biāo)決策

0 引言

船舶技術(shù)狀態(tài)評(píng)估是船舶管理使用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前，許多船舶的管理依賴評(píng)估人員的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)實(shí)施船舶狀態(tài)評(píng)估，缺乏真實(shí)性，且存在主觀性。影響船舶狀態(tài)的因素種類繁多、數(shù)量眾多，層次復(fù)雜，并且各影響因素本身具有不確定性。因此，有關(guān)組織本著科學(xué)性、實(shí)用性的原則，結(jié)合船舶自身狀態(tài)及國(guó)際國(guó)內(nèi)公約、法規(guī)等現(xiàn)狀，研究制定了實(shí)施船舶狀態(tài)評(píng)估的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)著重以船舶主機(jī)、副機(jī)、舵機(jī)、錨機(jī)、鍋爐、船體結(jié)構(gòu)、救生消防應(yīng)急設(shè)備、通訊導(dǎo)航設(shè)備等實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)為依據(jù)，評(píng)估船舶的完好率，并根據(jù)評(píng)估的結(jié)果有針對(duì)性的安排重點(diǎn)設(shè)備檢修與船體維護(hù)，解決船舶設(shè)備存在的問(wèn)題，制定有效的船舶狀態(tài)改善計(jì)劃，確保船舶的安全航行，避免船舶在港滯留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，同時(shí)降低船舶檢修費(fèi)用，從而使船舶能夠更好的完成任務(wù)。

1 狀態(tài)評(píng)估方法研究現(xiàn)狀

應(yīng)用于艦船裝備系統(tǒng)綜合評(píng)估的方法很多，最常見(jiàn)的綜合評(píng)估方法大都與平均值相關(guān)，如加權(quán)算術(shù)平均、加權(quán)幾何平均，以及兩種平均聯(lián)合使用等方法。另外，主成分分析法、功效系數(shù)法、理想解法、層次分析法也是艦船裝備系統(tǒng)綜合評(píng)估的常用方法。

目前，針對(duì)船舶領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外各船級(jí)社都已經(jīng)先后實(shí)施了一種與入級(jí)無(wú)關(guān)的船舶狀態(tài)評(píng)估程序(CAP)，是根據(jù)檢查檢驗(yàn)、厚度測(cè)量、強(qiáng)度計(jì)算和性能測(cè)試等內(nèi)容對(duì)船舶實(shí)際技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行等級(jí)劃分的一項(xiàng)獨(dú)立和完整的評(píng)定，如德國(guó)勞氏船級(jí)社(LR)、日本船級(jí)社(NK)、中國(guó)船級(jí)社(CCS)等。CAP的目的是為申請(qǐng)方提供一個(gè)可供貨主或有關(guān)方進(jìn)行新的租賃或?qū)脻M更新時(shí)，使用的與機(jī)械設(shè)備、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和維持船舶壽命等有關(guān)的船舶實(shí)際狀態(tài)技術(shù)文件和聲明，也可為延長(zhǎng)船舶的使用壽命而進(jìn)行的維修保養(yǎng)，以及船舶買(mǎi)賣(mài)提供合理的技術(shù)依據(jù)。

在外軍，美國(guó)防部在1988年就簽署指令發(fā)布了《美國(guó)國(guó)防部全面質(zhì)量管理總計(jì)劃》，并在全軍推行全面質(zhì)量管理體系。例如制定的《海軍常規(guī)裝備維修質(zhì)量評(píng)估政策指令》，該指令指出為提高軍用裝備的戰(zhàn)備完好性，定期對(duì)軍用裝備的狀態(tài)全面評(píng)估，并依據(jù)評(píng)估結(jié)果制定維修計(jì)劃，且強(qiáng)調(diào)在進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮裝備的安全性、可靠性和可用性[1]。美國(guó)海軍為實(shí)現(xiàn)裝備維修保障的精確化和信息化，已全面推行了綜合評(píng)估系統(tǒng)(Integrated Condition Assessment System，ICAS)。

國(guó)內(nèi)在民用船舶技術(shù)狀態(tài)評(píng)估方面，中國(guó)船級(jí)社實(shí)施的《現(xiàn)有船狀態(tài)評(píng)估程序（CAP）指南》提供了一些評(píng)級(jí)方法。上海海事大學(xué)鄭士君教授提出了模糊方法與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法相結(jié)合獲得模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法來(lái)進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估[2]，構(gòu)建了船舶狀態(tài)評(píng)估與預(yù)算系統(tǒng)[3]。由于海軍對(duì)艦船的技術(shù)狀態(tài)綜合評(píng)估較晚，再加上艦船類型及型號(hào)多樣，很難構(gòu)建一套適合所有艦船綜合評(píng)估系統(tǒng)。一些科研院校先后開(kāi)展了一些針對(duì)艦船主動(dòng)力裝置綜合評(píng)估的研究，目前還沒(méi)有形成完整的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)估方法。如海軍工程大學(xué)金家善等[4]提出了基于貼近度的機(jī)械設(shè)備技術(shù)狀態(tài)綜合評(píng)估方法，并給出了艦船動(dòng)力裝置綜合狀態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估系統(tǒng)的組織架構(gòu)[5]。

設(shè)備狀態(tài)綜合評(píng)估就是通過(guò)對(duì)采集表征設(shè)備技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)，采用科學(xué)合理的評(píng)估模型和方法，得出評(píng)估結(jié)果?，F(xiàn)行設(shè)備綜合評(píng)判方法有層次分析法、加權(quán)評(píng)分法、模糊綜合評(píng)估法、專家系統(tǒng)以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等多種。層次分析法（Analytic Hierarchy Process，簡(jiǎn)稱AHP）特別適合一個(gè)由相互關(guān)聯(lián)、相互制約的眾多因素構(gòu)成的復(fù)雜而往往缺少定量數(shù)據(jù)的系統(tǒng)的決策，并很好地解決了系統(tǒng)中指標(biāo)體系的構(gòu)建和各元素賦權(quán)值的問(wèn)題。 AHP方法在我國(guó)能源、交通、人口、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境評(píng)估等許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用，如文獻(xiàn)[6]進(jìn)行了混凝土橋梁健康評(píng)估；文獻(xiàn)[7]進(jìn)行了管路風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。模糊綜合評(píng)估通常是針對(duì)模糊事物或現(xiàn)象的被評(píng)估對(duì)象，運(yùn)用一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評(píng)估法，即由眾多具有模糊性的因素構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)。該綜合評(píng)價(jià)法根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論，利用隸屬函數(shù)對(duì)模糊因素進(jìn)行量化，通過(guò)建立模糊關(guān)系來(lái)構(gòu)造模糊變換，進(jìn)而對(duì)受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€(gè)總體的評(píng)價(jià)，把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)，目前在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，如文獻(xiàn)[8] 進(jìn)行了噴水推進(jìn)器液壓系統(tǒng)安全評(píng)估。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Artificial Neural Network，即ANN是一種運(yùn)算模型，由大量的節(jié)點(diǎn)（或稱神經(jīng)元）之間相互聯(lián)接構(gòu)成的復(fù)雜非線性、自適應(yīng)信息處理系統(tǒng)，具有自適應(yīng)、自組織和實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)等特點(diǎn)，智能機(jī)器人、自動(dòng)控制、模式識(shí)別等人工智能是ANN重要應(yīng)用領(lǐng)域。其在評(píng)估預(yù)測(cè)中也有良好的應(yīng)用，如文獻(xiàn)[9]對(duì)船舶柴油機(jī)NOx的排放特性預(yù)測(cè)研究；

2 船舶狀態(tài)評(píng)估綜合方法

在船舶行業(yè)發(fā)展的進(jìn)程中，較為準(zhǔn)確有效的狀態(tài)評(píng)估方式有以下幾種[10]：1.直接測(cè)量法；2.建立數(shù)學(xué)模型，總結(jié)分析；3.故障排除法；4.專業(yè)人員評(píng)估；5.智能化的狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷；6.基于信號(hào)技術(shù)之上的監(jiān)測(cè)；7.多種技術(shù)相結(jié)合的評(píng)估方式。

船舶狀態(tài)評(píng)估的決策過(guò)程中都具有多個(gè)設(shè)備，但是各個(gè)設(shè)備沒(méi)有統(tǒng)一的度量標(biāo)準(zhǔn)，難以進(jìn)行比較。采用多目標(biāo)決策技術(shù)進(jìn)行船舶狀態(tài)綜合評(píng)估，建立總評(píng)估目標(biāo)（即船舶總體狀態(tài)），總目標(biāo)反應(yīng)各分目標(biāo)（各系統(tǒng)狀態(tài)）的綜合水平，從而逐級(jí)建立多目標(biāo)決策，直至最底層目標(biāo)。下對(duì)船舶狀態(tài)評(píng)估步驟作簡(jiǎn)單介紹。

2.1 建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

船舶技術(shù)狀態(tài)評(píng)估的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是一個(gè)遞階層次結(jié)構(gòu)模型，各階層目標(biāo)如下：

1）最高層，給出船舶評(píng)估的總體目標(biāo)（船舶總體技術(shù)狀態(tài)），比如好、良好、修理、延壽、退役等，為總目標(biāo)層；

2）中間層，給出船舶中各大設(shè)備系統(tǒng)綜合評(píng)估的目標(biāo)（各系統(tǒng)狀態(tài)，分系統(tǒng)狀態(tài)），比如船體部分、輪機(jī)部分、電氣部分等，為分目標(biāo)層；

3）底層，是設(shè)備系統(tǒng)中各設(shè)備評(píng)估的技術(shù)狀態(tài)。

以上層次并非代表評(píng)估模型只有三層結(jié)構(gòu)，在中間層可以建立多個(gè)遞階層次，在此不作過(guò)多解釋。

2.2 量化評(píng)價(jià)指標(biāo)

首先，確定指標(biāo)值，分為定性指標(biāo)和定量指標(biāo)兩大類。定量指標(biāo)是指通過(guò)檢測(cè)設(shè)備能夠進(jìn)行定量檢測(cè)的指標(biāo)，如紅外測(cè)溫等；定性指標(biāo)，如通過(guò)檢查判斷當(dāng)前設(shè)備是否可繼續(xù)使用的這種無(wú)法通過(guò)測(cè)量完成的指標(biāo)，需要先由該設(shè)備領(lǐng)域的專家給出定性判斷結(jié)果，然后進(jìn)行量化處理后給出標(biāo)值。

評(píng)估指標(biāo)的量化難點(diǎn)之一就是定性指標(biāo)不容易給出嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牧炕瘶?biāo)準(zhǔn)。根據(jù)設(shè)備對(duì)象不同，可分別采用如下方法確定標(biāo)值：

1）單純定量指標(biāo)用度量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)量等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；

2）半定性和半定量性質(zhì)指標(biāo)采用定量與定性相結(jié)合的方法；

3）需要完全依賴專家的經(jīng)驗(yàn)判斷的指標(biāo)可以采用模糊指標(biāo)或灰色指標(biāo)法。

2.3 確定指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)各指標(biāo)對(duì)相關(guān)目標(biāo)的重要程度，衡量各指標(biāo)對(duì)相關(guān)目標(biāo)的貢獻(xiàn)賦予不同的權(quán)重，構(gòu)建指標(biāo)權(quán)重體系。權(quán)重的確定可以采用德?tīng)柗品ǎ―elphi法）和AHP法等。

2.4 選擇綜合評(píng)價(jià)方法

船舶系統(tǒng)綜合評(píng)估指標(biāo)體系的指標(biāo)集具有定量、定性和既定性又定量的指標(biāo)集成的特點(diǎn)，選擇綜合評(píng)價(jià)方法應(yīng)當(dāng)采用基于混合型指標(biāo)體系和評(píng)估模型的技術(shù)途徑。目前常用的多目標(biāo)決策方法是模糊綜合評(píng)價(jià)法，灰色系統(tǒng)評(píng)價(jià)法，AHP法和Delphi法等。雖然人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有著需要大量的訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)和本身具有評(píng)價(jià)算法復(fù)雜性的缺點(diǎn)，但是其自適應(yīng)能力強(qiáng)和自學(xué)習(xí)的優(yōu)點(diǎn)，使其在船舶綜合評(píng)估方面有很好的應(yīng)用前景。

3 展望

由于近些年云智能的概念已開(kāi)始滲透各領(lǐng)域，因此未來(lái)船舶狀態(tài)評(píng)估中可能引入以下技術(shù)：

1）數(shù)據(jù)庫(kù)在船舶狀態(tài)評(píng)估中的應(yīng)用

當(dāng)新的故障出現(xiàn)時(shí)，及時(shí)的對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行補(bǔ)充，不斷的豐富數(shù)據(jù)庫(kù)中的專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，利用數(shù)據(jù)庫(kù)容量大的優(yōu)點(diǎn)，能夠?yàn)榇盃顟B(tài)評(píng)估提供廣泛的依據(jù)。

2）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在船舶評(píng)估中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以對(duì)故障進(jìn)行真實(shí)再現(xiàn)，在故障再現(xiàn)的過(guò)程中不斷的進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和教訓(xùn)的吸取。另外還可以對(duì)船舶本身進(jìn)行預(yù)期的故障演示，在不斷的假象與解決中做好船舶未來(lái)安全問(wèn)題的預(yù)防。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)研究得出的主要研究結(jié)論：1）目前船舶狀態(tài)評(píng)估方法絕大多數(shù)是對(duì)裝置狀態(tài)的單一評(píng)估，極少出現(xiàn)船舶狀態(tài)的整體評(píng)價(jià)，因此，船舶整體評(píng)估的研究可能會(huì)成為船舶行業(yè)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。2）單一的分析方法和數(shù)學(xué)模型已不適應(yīng)日益復(fù)雜的船舶評(píng)估需求，目前已從層次分析法起步，向模糊層次分析及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等復(fù)雜方法方向發(fā)展。針對(duì)未來(lái)人工智能的廣泛應(yīng)用，將其應(yīng)用于船舶狀態(tài)評(píng)估中是未來(lái)的趨勢(shì)。

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Summary of Research on Ship Technical Condition Evaluation Methods

Zhao Jun

(92493 Troops 60 Units, Huludao125000, Liaoning, China )

U692.7

A

1003-4862（2018）08-0006-03

2018-04-09

趙軍(1977-)，男，高級(jí)工程師。研究方向：艦船技術(shù)狀態(tài)評(píng)估和設(shè)備故障診斷。E-mail: navy2002cn@126.com