海船液压舵机安全综合评价的思考

■郑仲金郑俊义

(1.福建船政交通职业学院，福州350007；2.福州海事局，福州350015)

海船液压舵机安全综合评价的思考

■郑仲金1郑俊义2

(1.福建船政交通职业学院，福州350007；2.福州海事局，福州350015)

本文运用安全系统工程的理论方法和思维模式,采用故障树的分析方法,提出海船液压舵机安全综合评价体系,建立海船液压舵机安全评价的数学模型,结合海船液压舵机安全的定性分析和定量分析结果,制定了海船液压舵机安全的原则性措施,从而达到船舶安全适航的目的。

液压舵机安全评价故障树分析预防途径

1 问题的提出

海事信息:2009年2月1日10:40时,湛江海事局值班室接报:“×××”船(1956总吨,船上15人)在湛江市硇洲岛东南方约40海里处因舵机故障,船舶失控,请求救助。当时海面偏北风5-6级,阵风7级,浪高达3m,给船舶安全造成很大威胁。湛江海事局立即对遇险船船位在海图上进行了确认,并认真分析事发水域的水文和天气情况。在充分掌握现场相关情况后,决定派出拖轮前往施救。遂协调派出湛江港船务公司拖船“湛港拖9”前往救助。湛江港船务公司给予了大力支持,接到任务的“湛港拖9”轮迅速向事发水域进发,并不断联系搜寻遇险船舶,在湛江海事局的配合下于21：00时许成功找到遇险船,并于第二天上午将遇险船“×××”安全拖带到湛江港锚地,成功将险情化解。

笔者从事海上航行期间,负责舵机安全是极其重要的一个工作任务。笔者曾经服务过“××”船舶,采用HATLAPA厂家的TELERAMR4ST 650型四油缸十字头撞杆式舵机,舵机油泵为主油泵和控制油泵一体式装置,选用REXTOTH厂家的A2P250型,工作流量为300L/分,舵机工作力矩为2784kNm。某日机工在巡回检查中发现舵机间停用的备用NO.2舵机油泵管系中有异常声响,即告大管轮,大管轮启动NO.2舵机油泵联机工作,声响消除,工况正常,抵巴拿马运河锚地对两台舵机进行运转和操舵试验,无异常。过河后正常航行时发现NO.1舵机油泵单独使用。自动舵方式情况下,发生跑舵现象。后来,经过轮机人员和公司安技部门人员共同努力,终于确定是伺服油缸弹簧断裂造成的。笔者深有体会,管理舵机维护其正常工作,责任重于泰山。

2 问题的解决思路

“安全第一,预防为主”是航运企业一贯坚持的方针,航运企业通过不断强化安全管理,有效地防范了事故的发生。但同时不能否认,航运企业预见事故的水平和超前控制事故的能力仍不尽人意,事故的隐患仍然存在,在一定程度上讲,事故发生的概率仍然很高。

系统科学的产生与应用,启发了人们的思想,促使人们用一个全新的观念来解决航行运输中的安全问题,即从系统的概念出发,用系统的思想方法来考察和解决问题。具体地讲,就是运用系统分析理论,对系统的规划、设计、制造、运行、维护等各个阶段进行有效的组织管理,通过最佳方案的选择,使系统在各种约束条件下,达到最合理、最经济、最有效的预期目标。

基于安全系统工程理论,系统危险识别提供了定性的和定量的安全分析评价方法,通过科学的预先分析,可以了解系统中存在的薄弱环节和危险性,了解危险性转化为事故的条件,进而找出发生事故的真正原因,特别是可以查出未曾预料到的和被忽视的原因;可以通过定量分析预测事故发生的概率,从而采取有效措施控制事故的发生。

针对海船液压舵机故障的问题,借助于安全系统工程理论,建立某种安全评价体系,应用某个安全评价方法,考虑到数据收集和采集的局限性,结合模糊综合评判手段,初步地进行分析。

3 海船液压舵机的作用和要求

在海上航行的船舶,其舵设备就是保证船舶按照人的意图航行在给定的航线上,确保海船安全航行的一种设备。船舶偏航原理如下图1所示。

图1 船舶偏航原理

众所周知,转舵可以改变船舶航向。显然,要使船舶转向,就必须转舵;要转舵并保持舵角,就必须有相关机械(舵机)来对舵柱施加一定的转舵力矩。

液压舵机的功用是保证船舶按照要求迅速可靠地将舵叶转到并保持在指定的舵角。

国际海事组织(IMO)的《国际海上人命安全公约(SOLAS公约)》和我国的《钢质海船入级检验标准与建造规范》对舵机的基本要求就是舵机必须具有足够的转舵扭矩和转舵速度,并且在某一部分发生故障时能够迅速采取替代措施,确保操舵能力。

目前船舶日趋大型化,对舵机的要求愈发严格,其主流的液压舵机系统是阀控开式液压系统和泵控半闭式液压系统,要确保其随时处于良好的工作状态。

4 海船液压舵机的安全评价和分析

安全原理指出,在某种情况下,事故是否发生以及可能造成的后果具有极大的偶然性,但都有其深刻的原因,包括直接原因、间接原因、事故是社会因素、管理因素和生产中的危险因素被偶然事件触发所造成的后果,这便是综合论事故模式的基本观点。基于这种观点,这些物质的、管理的、环境的以及人为的原因(国外称“4M”因素: Machine,Management,Media,Man)就构成了安全评价中的危险因素。参照以上观点,对海船液压舵机的评价体系进行建立时,主要划分为:四大指标三个层次若干个因素。所以,从海船液压舵机安全性的机理来看,设备可靠性问题、环境安全性问题、轮机人员素质问题、轮机管理水平问题是海船液压舵机安全性的主要影响因素,其中每一个主要影响因素又是由多个因素综合影响制约的结果。因此,依据海船液压舵机的安全评价体系,结合所选用的安全评价方法,建立了如图2所示的安全评价模型。

图2 海船液压舵机的安全评价模型

根据海船液压舵机安全评价模型,可以作出海船液压舵机不安全现状的故障树图。如下图3所示。

按照行列法计算,图3故障树的最小割集多达几百个。由于割集十分庞大,既不便于表达,也不便采取控制措施。因此,根据对偶原理和布尔代数式得出,此故障树的最小径集有4个。它们是:

根据结构重要度近似判别法,可知此故障树的结构重要度顺序为:

但是，传统故障树分析法具有一定的局限性：(1)由“结果”导出“原因”，此法有很强的方向性,即逻辑分析仅用于“某一事件T发生”必然有“事件A或事件B或……”发生或事件“A,B.....”同时发生。(2)一般是令某事件发生以“1”表示,不发生以“0”表示。此法对故障树中任意事件的状态只设置了“0”与“1”两种可能性,或者说,它选用了“非此即彼”的思维方法。(3)根据故障树分解得的若干最小割集固然可以从“原因”导至“结果”理出头绪,然而,这仅是定性的结论。如果要进行定量分析,现有理论和方法需要将故障树顶事件和底事件发生的概率视为一精确值(包括1和0),在实际应用当中,这会使得传统故障树分析方法受到限制。原因有三[20]:一是系统和组成单元可靠性指标不仅仅需要大量的数据供统计之用,而且往往带有一定的误差;二是在一些高可靠性系统中,事故发生的频率很低,无法获取大量的数据;三是在复杂的人一机系统中,由于人的因素、相关失效、共因失效等造成的系统建模的不精确性,纯概率方法难以奏效。此外,由于系统受外界环境的影响,上述概率值通常也会发生变化,即系统工作过程是所谓非平稳和各态历经的。

显然,由于数据收集的原因,不能或无法准确进行定量分析,所以说,故障树分析法分析事故原因是强项,而应用于原因导致事故发生的可能性大小推测是弱项。通常情况下,故障树各底事件发生的概率本身就带有一定的不确定性,即模糊性。这时传统故障树分析方法难以处理此类问题,而必须应用模糊数学中的相关理论和方法来解决。

现在,对于海船液压舵机的不安全现状的故障树进行简化,如图4所示。

图3 海船液压舵机的不安全现状的故障树

图4 简化的海船液压舵机的不安全现状的故障树

经过模糊数学相关方法的分析,在“执行力问题”、“责任心问题”、“液压油问题”等方面出现不正常的可能性较大的情况下，海船液压舵机的不安全现象比较可能会发生,虽然未必是准确值，但是比较接近真实。因此，简化的模糊故障树分析法的分析结果为安全评价提供了一种思路。

5 海船液压舵机安全措施的制定

通过分析,针对海船液压舵机的安全状况,有4条事故预防途径,分别如下:

(1)保障管理制度的完善。

(2)提高设备环境的安全性。

(3)增强设备管理者的管理素质。

(4)避免液压舵机硬件出现故障。

通过上述的4条事故预防途径,可以相应地制定许多控制措施,通过制度来约束人的行为。既要增强管理者的责任心,又要提高管理者的能力,从而更好地执行制度,相得益彰。最后,必须尽量避免设备出现故障,即使出现了故障,在制度的规定下,在管理者的管理下,问题也会很快很好地得以解决。

6 结束语

安全综合评价是以生产运输等动态过程中的人、机、环境和管理系统为研究对象,以消除和控制系统中危险因素为目的,把要研究的安全问题,经过分析、推理、判断,建立某种安全系统模型,进而用系统工程的方法进行分析预测、评价,并采取防范措施消除或者控制系统中的不安全因素,杜绝系统事故的发生或使事故发生减少到最低限度,使系统达到最佳的安全状态。基于一切安全管理工作，“安全第一,预防为主”是最基本的方针。因此，针对海船液压舵机而言,必须以预防为主,防修结合。

[1]沈斐敏.安全系统工程理论与应用[M].北京:煤炭工业出版社,2004. [2]最新船舶入级检验标准与建造规范[M].北京:中国船级社,2015.

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