■鄭仲金鄭俊義

(1.福建船政交通職業(yè)學(xué)院，福州350007；2.福州海事局，福州350015)

海船液壓舵機(jī)安全綜合評(píng)價(jià)的思考

■鄭仲金1鄭俊義2

(1.福建船政交通職業(yè)學(xué)院，福州350007；2.福州海事局，福州350015)

本文運(yùn)用安全系統(tǒng)工程的理論方法和思維模式,采用故障樹的分析方法,提出海船液壓舵機(jī)安全綜合評(píng)價(jià)體系,建立海船液壓舵機(jī)安全評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型,結(jié)合海船液壓舵機(jī)安全的定性分析和定量分析結(jié)果,制定了海船液壓舵機(jī)安全的原則性措施,從而達(dá)到船舶安全適航的目的。

液壓舵機(jī)安全評(píng)價(jià)故障樹分析預(yù)防途徑

1 問題的提出

海事信息:2009年2月1日10:40時(shí),湛江海事局值班室接報(bào):“×××”船(1956總噸,船上15人)在湛江市硇洲島東南方約40海里處因舵機(jī)故障,船舶失控,請(qǐng)求救助。當(dāng)時(shí)海面偏北風(fēng)5-6級(jí),陣風(fēng)7級(jí),浪高達(dá)3m,給船舶安全造成很大威脅。湛江海事局立即對(duì)遇險(xiǎn)船船位在海圖上進(jìn)行了確認(rèn),并認(rèn)真分析事發(fā)水域的水文和天氣情況。在充分掌握現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)情況后,決定派出拖輪前往施救。遂協(xié)調(diào)派出湛江港船務(wù)公司拖船“湛港拖9”前往救助。湛江港船務(wù)公司給予了大力支持,接到任務(wù)的“湛港拖9”輪迅速向事發(fā)水域進(jìn)發(fā),并不斷聯(lián)系搜尋遇險(xiǎn)船舶,在湛江海事局的配合下于21：00時(shí)許成功找到遇險(xiǎn)船,并于第二天上午將遇險(xiǎn)船“×××”安全拖帶到湛江港錨地,成功將險(xiǎn)情化解。

筆者從事海上航行期間,負(fù)責(zé)舵機(jī)安全是極其重要的一個(gè)工作任務(wù)。筆者曾經(jīng)服務(wù)過“××”船舶,采用HATLAPA廠家的TELERAMR4ST 650型四油缸十字頭撞桿式舵機(jī),舵機(jī)油泵為主油泵和控制油泵一體式裝置,選用REXTOTH廠家的A2P250型,工作流量為300L/分,舵機(jī)工作力矩為2784kNm。某日機(jī)工在巡回檢查中發(fā)現(xiàn)舵機(jī)間停用的備用NO.2舵機(jī)油泵管系中有異常聲響,即告大管輪,大管輪啟動(dòng)NO.2舵機(jī)油泵聯(lián)機(jī)工作,聲響消除,工況正常,抵巴拿馬運(yùn)河錨地對(duì)兩臺(tái)舵機(jī)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)和操舵試驗(yàn),無(wú)異常。過河后正常航行時(shí)發(fā)現(xiàn)NO.1舵機(jī)油泵單獨(dú)使用。自動(dòng)舵方式情況下,發(fā)生跑舵現(xiàn)象。后來(lái),經(jīng)過輪機(jī)人員和公司安技部門人員共同努力,終于確定是伺服油缸彈簧斷裂造成的。筆者深有體會(huì),管理舵機(jī)維護(hù)其正常工作,責(zé)任重于泰山。

2 問題的解決思路

“安全第一,預(yù)防為主”是航運(yùn)企業(yè)一貫堅(jiān)持的方針,航運(yùn)企業(yè)通過不斷強(qiáng)化安全管理,有效地防范了事故的發(fā)生。但同時(shí)不能否認(rèn),航運(yùn)企業(yè)預(yù)見事故的水平和超前控制事故的能力仍不盡人意,事故的隱患仍然存在,在一定程度上講,事故發(fā)生的概率仍然很高。

系統(tǒng)科學(xué)的產(chǎn)生與應(yīng)用,啟發(fā)了人們的思想,促使人們用一個(gè)全新的觀念來(lái)解決航行運(yùn)輸中的安全問題,即從系統(tǒng)的概念出發(fā),用系統(tǒng)的思想方法來(lái)考察和解決問題。具體地講,就是運(yùn)用系統(tǒng)分析理論,對(duì)系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行、維護(hù)等各個(gè)階段進(jìn)行有效的組織管理,通過最佳方案的選擇,使系統(tǒng)在各種約束條件下,達(dá)到最合理、最經(jīng)濟(jì)、最有效的預(yù)期目標(biāo)。

基于安全系統(tǒng)工程理論,系統(tǒng)危險(xiǎn)識(shí)別提供了定性的和定量的安全分析評(píng)價(jià)方法,通過科學(xué)的預(yù)先分析,可以了解系統(tǒng)中存在的薄弱環(huán)節(jié)和危險(xiǎn)性,了解危險(xiǎn)性轉(zhuǎn)化為事故的條件,進(jìn)而找出發(fā)生事故的真正原因,特別是可以查出未曾預(yù)料到的和被忽視的原因;可以通過定量分析預(yù)測(cè)事故發(fā)生的概率,從而采取有效措施控制事故的發(fā)生。

針對(duì)海船液壓舵機(jī)故障的問題,借助于安全系統(tǒng)工程理論,建立某種安全評(píng)價(jià)體系,應(yīng)用某個(gè)安全評(píng)價(jià)方法,考慮到數(shù)據(jù)收集和采集的局限性,結(jié)合模糊綜合評(píng)判手段,初步地進(jìn)行分析。

3 海船液壓舵機(jī)的作用和要求

在海上航行的船舶,其舵設(shè)備就是保證船舶按照人的意圖航行在給定的航線上,確保海船安全航行的一種設(shè)備。船舶偏航原理如下圖1所示。

圖1 船舶偏航原理

眾所周知,轉(zhuǎn)舵可以改變船舶航向。顯然,要使船舶轉(zhuǎn)向,就必須轉(zhuǎn)舵;要轉(zhuǎn)舵并保持舵角,就必須有相關(guān)機(jī)械(舵機(jī))來(lái)對(duì)舵柱施加一定的轉(zhuǎn)舵力矩。

液壓舵機(jī)的功用是保證船舶按照要求迅速可靠地將舵葉轉(zhuǎn)到并保持在指定的舵角。

國(guó)際海事組織(IMO)的《國(guó)際海上人命安全公約(SOLAS公約)》和我國(guó)的《鋼質(zhì)海船入級(jí)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與建造規(guī)范》對(duì)舵機(jī)的基本要求就是舵機(jī)必須具有足夠的轉(zhuǎn)舵扭矩和轉(zhuǎn)舵速度,并且在某一部分發(fā)生故障時(shí)能夠迅速采取替代措施,確保操舵能力。

目前船舶日趨大型化,對(duì)舵機(jī)的要求愈發(fā)嚴(yán)格,其主流的液壓舵機(jī)系統(tǒng)是閥控開式液壓系統(tǒng)和泵控半閉式液壓系統(tǒng),要確保其隨時(shí)處于良好的工作狀態(tài)。

4 海船液壓舵機(jī)的安全評(píng)價(jià)和分析

安全原理指出,在某種情況下,事故是否發(fā)生以及可能造成的后果具有極大的偶然性,但都有其深刻的原因,包括直接原因、間接原因、事故是社會(huì)因素、管理因素和生產(chǎn)中的危險(xiǎn)因素被偶然事件觸發(fā)所造成的后果,這便是綜合論事故模式的基本觀點(diǎn)。基于這種觀點(diǎn),這些物質(zhì)的、管理的、環(huán)境的以及人為的原因(國(guó)外稱“4M”因素: Machine,Management,Media,Man)就構(gòu)成了安全評(píng)價(jià)中的危險(xiǎn)因素。參照以上觀點(diǎn),對(duì)海船液壓舵機(jī)的評(píng)價(jià)體系進(jìn)行建立時(shí),主要?jiǎng)澐譃?四大指標(biāo)三個(gè)層次若干個(gè)因素。所以,從海船液壓舵機(jī)安全性的機(jī)理來(lái)看,設(shè)備可靠性問題、環(huán)境安全性問題、輪機(jī)人員素質(zhì)問題、輪機(jī)管理水平問題是海船液壓舵機(jī)安全性的主要影響因素,其中每一個(gè)主要影響因素又是由多個(gè)因素綜合影響制約的結(jié)果。因此,依據(jù)海船液壓舵機(jī)的安全評(píng)價(jià)體系,結(jié)合所選用的安全評(píng)價(jià)方法,建立了如圖2所示的安全評(píng)價(jià)模型。

圖2 海船液壓舵機(jī)的安全評(píng)價(jià)模型

根據(jù)海船液壓舵機(jī)安全評(píng)價(jià)模型,可以作出海船液壓舵機(jī)不安全現(xiàn)狀的故障樹圖。如下圖3所示。

按照行列法計(jì)算,圖3故障樹的最小割集多達(dá)幾百個(gè)。由于割集十分龐大,既不便于表達(dá),也不便采取控制措施。因此,根據(jù)對(duì)偶原理和布爾代數(shù)式得出,此故障樹的最小徑集有4個(gè)。它們是:

根據(jù)結(jié)構(gòu)重要度近似判別法,可知此故障樹的結(jié)構(gòu)重要度順序?yàn)?

但是，傳統(tǒng)故障樹分析法具有一定的局限性：(1)由“結(jié)果”導(dǎo)出“原因”，此法有很強(qiáng)的方向性,即邏輯分析僅用于“某一事件T發(fā)生”必然有“事件A或事件B或……”發(fā)生或事件“A,B.....”同時(shí)發(fā)生。(2)一般是令某事件發(fā)生以“1”表示,不發(fā)生以“0”表示。此法對(duì)故障樹中任意事件的狀態(tài)只設(shè)置了“0”與“1”兩種可能性,或者說(shuō),它選用了“非此即彼”的思維方法。(3)根據(jù)故障樹分解得的若干最小割集固然可以從“原因”導(dǎo)至“結(jié)果”理出頭緒,然而,這僅是定性的結(jié)論。如果要進(jìn)行定量分析,現(xiàn)有理論和方法需要將故障樹頂事件和底事件發(fā)生的概率視為一精確值(包括1和0),在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中,這會(huì)使得傳統(tǒng)故障樹分析方法受到限制。原因有三[20]:一是系統(tǒng)和組成單元可靠性指標(biāo)不僅僅需要大量的數(shù)據(jù)供統(tǒng)計(jì)之用,而且往往帶有一定的誤差;二是在一些高可靠性系統(tǒng)中,事故發(fā)生的頻率很低,無(wú)法獲取大量的數(shù)據(jù);三是在復(fù)雜的人一機(jī)系統(tǒng)中,由于人的因素、相關(guān)失效、共因失效等造成的系統(tǒng)建模的不精確性,純概率方法難以奏效。此外,由于系統(tǒng)受外界環(huán)境的影響,上述概率值通常也會(huì)發(fā)生變化,即系統(tǒng)工作過程是所謂非平穩(wěn)和各態(tài)歷經(jīng)的。

顯然,由于數(shù)據(jù)收集的原因,不能或無(wú)法準(zhǔn)確進(jìn)行定量分析,所以說(shuō),故障樹分析法分析事故原因是強(qiáng)項(xiàng),而應(yīng)用于原因?qū)е率鹿拾l(fā)生的可能性大小推測(cè)是弱項(xiàng)。通常情況下,故障樹各底事件發(fā)生的概率本身就帶有一定的不確定性,即模糊性。這時(shí)傳統(tǒng)故障樹分析方法難以處理此類問題,而必須應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)中的相關(guān)理論和方法來(lái)解決。

現(xiàn)在,對(duì)于海船液壓舵機(jī)的不安全現(xiàn)狀的故障樹進(jìn)行簡(jiǎn)化,如圖4所示。

圖3 海船液壓舵機(jī)的不安全現(xiàn)狀的故障樹

圖4 簡(jiǎn)化的海船液壓舵機(jī)的不安全現(xiàn)狀的故障樹

經(jīng)過模糊數(shù)學(xué)相關(guān)方法的分析,在“執(zhí)行力問題”、“責(zé)任心問題”、“液壓油問題”等方面出現(xiàn)不正常的可能性較大的情況下，海船液壓舵機(jī)的不安全現(xiàn)象比較可能會(huì)發(fā)生,雖然未必是準(zhǔn)確值，但是比較接近真實(shí)。因此，簡(jiǎn)化的模糊故障樹分析法的分析結(jié)果為安全評(píng)價(jià)提供了一種思路。

5 海船液壓舵機(jī)安全措施的制定

通過分析,針對(duì)海船液壓舵機(jī)的安全狀況,有4條事故預(yù)防途徑,分別如下:

(1)保障管理制度的完善。

(2)提高設(shè)備環(huán)境的安全性。

(3)增強(qiáng)設(shè)備管理者的管理素質(zhì)。

(4)避免液壓舵機(jī)硬件出現(xiàn)故障。

通過上述的4條事故預(yù)防途徑,可以相應(yīng)地制定許多控制措施,通過制度來(lái)約束人的行為。既要增強(qiáng)管理者的責(zé)任心,又要提高管理者的能力,從而更好地執(zhí)行制度,相得益彰。最后,必須盡量避免設(shè)備出現(xiàn)故障,即使出現(xiàn)了故障,在制度的規(guī)定下,在管理者的管理下,問題也會(huì)很快很好地得以解決。

6 結(jié)束語(yǔ)

安全綜合評(píng)價(jià)是以生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)葎?dòng)態(tài)過程中的人、機(jī)、環(huán)境和管理系統(tǒng)為研究對(duì)象,以消除和控制系統(tǒng)中危險(xiǎn)因素為目的,把要研究的安全問題,經(jīng)過分析、推理、判斷,建立某種安全系統(tǒng)模型,進(jìn)而用系統(tǒng)工程的方法進(jìn)行分析預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià),并采取防范措施消除或者控制系統(tǒng)中的不安全因素,杜絕系統(tǒng)事故的發(fā)生或使事故發(fā)生減少到最低限度,使系統(tǒng)達(dá)到最佳的安全狀態(tài)?；谝磺邪踩芾砉ぷ鳎鞍踩谝?預(yù)防為主”是最基本的方針。因此，針對(duì)海船液壓舵機(jī)而言,必須以預(yù)防為主,防修結(jié)合。

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