船舶主推進動力裝置安全的模糊綜合評估

郭軍武

(上海海事大學 商船學院， 上海 201306)

船舶主推進動力裝置安全的模糊綜合評估

郭軍武

(上海海事大學 商船學院， 上海 201306)

以MAN B&W公司MC-C系列機型作為安全評估模型的機型進行船舶主推進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動力裝置系統進行劃分;其次,運用層次分析法分析各個部件在該系統中的重要度并建立安全綜合評估數學模型;最后,根據現場調查資料，運用模糊綜合評估方法進行分析，獲得該裝置的安全評價結果。此外，利用最大隸屬函數求出各子系統的安全等級并提出改進措施。

船舶工程；安全評估；層次分析法；主推進動力裝置；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

船舶主推進動力裝置較為復雜，若要對其進行有效評估首先需要選取有效的評估方法。就主推進動力裝置整體而言，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;而對于其各個子系統,則采用故障類型和影響分析進行劃分。對于其危險性，采用危害性分析(CA)的方法[1]分析；對于權重問題，采用層次分析法(AHP)[2]解決。在安全等級計算中，采用最大隸屬函數方法求解，從而指出管理中的薄弱環節，提高管理水平。

1 主推進動力裝置系統的劃分

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

2 主推進動力裝置系統的FMECA分析

對主推進動力裝置系統潛在故障模式的影響進行分析，并按照故障對系統的危險水平和發生概率對故障模式進行分類，鑒別設計上的缺陷和薄弱環節；采取適當的措施消除或減弱這些影響，從而提高主機系統的可靠性。船舶主推進動力裝置FMECA分析[4]見表1。

故障的嚴重程度可根據故障對系統完成功能的影響程度進行評定，先對部件故障的風險水平進行評估，然后按其重要性選取評價指標。

表1 船舶主推進動力裝置FMECA分析

3 評估指標及其權重的確定

在確定船舶主推進動力裝置的安全評估指標時，必須在總結船舶資深輪機長經驗的基礎上進行分析、綜合和提高，從而獲得更加符合船舶管理公司實際的評估指標。具體評估指標如表1所示。

利用三標尺度[5]對專家進行有關船舶主推進動力裝置各子系統相對重要性的問卷調查，并將結果化為九標度尺度形式，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)

用方根法計算各個系統部件的權重。

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

4 安全評估應用實例分析

船舶主推進動力裝置系統的劃分是以FMECA的標準進行的，首先采用層次分析法對系統整體進行綜合評價；然后分別對各子系統進行綜合評價。

4.1主推進動力裝置整體安全評估

對某航運公司一艘船舶的主推進動力裝置進行評估。組成人員主要包括公司機務主管、在岸輪機長和大管輪等10人，根據評估標準和注意事項對各子系統及其組件進行等級劃分，主要分為優、良、中、差4個等級，現場評價結果見表3，表中數值表示的是各指標的各等級評價數量占該指標總的評價數量的比例。

表2 船舶主推進動力裝置評估指標及其權重

表3 現場評價結果

4.2主推進動力裝置系統安全等級評定

根據主因素突出模型的方法進行綜合評價。U1的評價權重分配矩陣為A1=[0.25 0.250.14 0.08 0.08 0.11 0.09]。U1的評價結果分布矩陣為

根據最大隸屬度原則，主推進動力裝置整體的安全等級為中。

根據安全等級的加權值S(見表4)，利用F=C×ST求出最終評估結果(見表5)。

表4 評估標準等級加權值S

4.3安全評估結果分析和改進措施

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

表5 安全綜合評價結果

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

5 結束語

對船舶主推進動力裝置的安全狀況進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船舶主推進動力裝置的安全狀況進行合理的人員搭配；輪機管理人員可根據評估結果進行有針對性的維修保養，提高主推進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，2004.

[2] 李栢年.模糊數學及其應用[M].合肥：合肥工業大學出版社,2007.

[3] 牛曉霞, 朱坦,吳宗之,等.公眾聚集場所火災風險的模糊綜合評價方法研究[J].數學的實踐與認識,2007,37(11):122-126.

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

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[8] 李斌.船舶柴油機[M].大連:大連海事大學出版社，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，輪機長，副教授，博士生，研究方向為輪機工程。E-mail:guojun.wu@163.com

1000-4653(2016)01-0022-04

U664.1

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