海船液壓舵機安全綜合評價的思考

■鄭仲金鄭俊義

(1.福建船政交通職業學院，福州350007；2.福州海事局，福州350015)

海船液壓舵機安全綜合評價的思考

■鄭仲金1鄭俊義2

(1.福建船政交通職業學院，福州350007；2.福州海事局，福州350015)

本文運用安全系統工程的理論方法和思維模式,采用故障樹的分析方法,提出海船液壓舵機安全綜合評價體系,建立海船液壓舵機安全評價的數學模型,結合海船液壓舵機安全的定性分析和定量分析結果,制定了海船液壓舵機安全的原則性措施,從而達到船舶安全適航的目的。

液壓舵機安全評價故障樹分析預防途徑

1 問題的提出

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

筆者從事海上航行期間,負責舵機安全是極其重要的一個工作任務。筆者曾經服務過“××”船舶,采用HATLAPA廠家的TELERAMR4ST 650型四油缸十字頭撞桿式舵機,舵機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,舵機工作力矩為2784kNm。某日機工在巡回檢查中發現舵機間停用的備用NO.2舵機油泵管系中有異常聲響,即告大管輪,大管輪啟動NO.2舵機油泵聯機工作,聲響消除,工況正常,抵巴拿馬運河錨地對兩臺舵機進行運轉和操舵試驗,無異常。過河后正常航行時發現NO.1舵機油泵單獨使用。自動舵方式情況下,發生跑舵現象。后來,經過輪機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,管理舵機維護其正常工作,責任重于泰山。

2 問題的解決思路

“安全第一,預防為主”是航運企業一貫堅持的方針,航運企業通過不斷強化安全管理,有效地防范了事故的發生。但同時不能否認,航運企業預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,事故發生的概率仍然很高。

系統科學的產生與應用,啟發了人們的思想,促使人們用一個全新的觀念來解決航行運輸中的安全問題,即從系統的概念出發,用系統的思想方法來考察和解決問題。具體地講,就是運用系統分析理論,對系統的規劃、設計、制造、運行、維護等各個階段進行有效的組織管理,通過最佳方案的選擇,使系統在各種約束條件下,達到最合理、最經濟、最有效的預期目標。

基于安全系統工程理論,系統危險識別提供了定性的和定量的安全分析評價方法,通過科學的預先分析,可以了解系統中存在的薄弱環節和危險性,了解危險性轉化為事故的條件,進而找出發生事故的真正原因,特別是可以查出未曾預料到的和被忽視的原因;可以通過定量分析預測事故發生的概率,從而采取有效措施控制事故的發生。

針對海船液壓舵機故障的問題,借助于安全系統工程理論,建立某種安全評價體系,應用某個安全評價方法,考慮到數據收集和采集的局限性,結合模糊綜合評判手段,初步地進行分析。

3 海船液壓舵機的作用和要求

在海上航行的船舶,其舵設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,轉舵可以改變船舶航向。顯然,要使船舶轉向,就必須轉舵;要轉舵并保持舵角,就必須有相關機械(舵機)來對舵柱施加一定的轉舵力矩。

液壓舵機的功用是保證船舶按照要求迅速可靠地將舵葉轉到并保持在指定的舵角。

國際海事組織(IMO)的《國際海上人命安全公約(SOLAS公約)》和我國的《鋼質海船入級檢驗標準與建造規范》對舵機的基本要求就是舵機必須具有足夠的轉舵扭矩和轉舵速度,并且在某一部分發生故障時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,對舵機的要求愈發嚴格,其主流的液壓舵機系統是閥控開式液壓系統和泵控半閉式液壓系統,要確保其隨時處于良好的工作狀態。

4 海船液壓舵機的安全評價和分析

安全原理指出,在某種情況下,事故是否發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、事故是社會因素、管理因素和生產中的危險因素被偶然事件觸發所造成的后果,這便是綜合論事故模式的基本觀點。基于這種觀點,這些物質的、管理的、環境的以及人為的原因(國外稱“4M”因素: Machine,Management,Media,Man)就構成了安全評價中的危險因素。參照以上觀點,對海船液壓舵機的評價體系進行建立時,主要劃分為:四大指標三個層次若干個因素。所以,從海船液壓舵機安全性的機理來看,設備可靠性問題、環境安全性問題、輪機人員素質問題、輪機管理水平問題是海船液壓舵機安全性的主要影響因素,其中每一個主要影響因素又是由多個因素綜合影響制約的結果。因此,依據海船液壓舵機的安全評價體系,結合所選用的安全評價方法,建立了如圖2所示的安全評價模型。

圖2 海船液壓舵機的安全評價模型

根據海船液壓舵機安全評價模型,可以作出海船液壓舵機不安全現狀的故障樹圖。如下圖3所示。

按照行列法計算,圖3故障樹的最小割集多達幾百個。由于割集十分龐大,既不便于表達,也不便采取控制措施。因此,根據對偶原理和布爾代數式得出,此故障樹的最小徑集有4個。它們是:

根據結構重要度近似判別法,可知此故障樹的結構重要度順序為:

但是，傳統故障樹分析法具有一定的局限性：(1)由“結果”導出“原因”，此法有很強的方向性,即邏輯分析僅用于“某一事件T發生”必然有“事件A或事件B或……”發生或事件“A,B.....”同時發生。(2)一般是令某事件發生以“1”表示,不發生以“0”表示。此法對故障樹中任意事件的狀態只設置了“0”與“1”兩種可能性,或者說,它選用了“非此即彼”的思維方法。(3)根據故障樹分解得的若干最小割集固然可以從“原因”導至“結果”理出頭緒,然而,這僅是定性的結論。如果要進行定量分析,現有理論和方法需要將故障樹頂事件和底事件發生的概率視為一精確值(包括1和0),在實際應用當中,這會使得傳統故障樹分析方法受到限制。原因有三[20]:一是系統和組成單元可靠性指標不僅僅需要大量的數據供統計之用,而且往往帶有一定的誤差;二是在一些高可靠性系統中,事故發生的頻率很低,無法獲取大量的數據;三是在復雜的人一機系統中,由于人的因素、相關失效、共因失效等造成的系統建模的不精確性,純概率方法難以奏效。此外,由于系統受外界環境的影響,上述概率值通常也會發生變化,即系統工作過程是所謂非平穩和各態歷經的。

顯然,由于數據收集的原因,不能或無法準確進行定量分析,所以說,故障樹分析法分析事故原因是強項,而應用于原因導致事故發生的可能性大小推測是弱項。通常情況下,故障樹各底事件發生的概率本身就帶有一定的不確定性,即模糊性。這時傳統故障樹分析方法難以處理此類問題,而必須應用模糊數學中的相關理論和方法來解決。

現在,對于海船液壓舵機的不安全現狀的故障樹進行簡化,如圖4所示。

圖3 海船液壓舵機的不安全現狀的故障樹

圖4 簡化的海船液壓舵機的不安全現狀的故障樹

經過模糊數學相關方法的分析,在“執行力問題”、“責任心問題”、“液壓油問題”等方面出現不正常的可能性較大的情況下，海船液壓舵機的不安全現象比較可能會發生,雖然未必是準確值，但是比較接近真實。因此，簡化的模糊故障樹分析法的分析結果為安全評價提供了一種思路。

5 海船液壓舵機安全措施的制定

通過分析,針對海船液壓舵機的安全狀況,有4條事故預防途徑,分別如下:

(1)保障管理制度的完善。

(2)提高設備環境的安全性。

(3)增強設備管理者的管理素質。

(4)避免液壓舵機硬件出現故障。

通過上述的4條事故預防途徑,可以相應地制定許多控制措施,通過制度來約束人的行為。既要增強管理者的責任心,又要提高管理者的能力,從而更好地執行制度,相得益彰。最后,必須盡量避免設備出現故障,即使出現了故障,在制度的規定下,在管理者的管理下,問題也會很快很好地得以解決。

6 結束語

安全綜合評價是以生產運輸等動態過程中的人、機、環境和管理系統為研究對象,以消除和控制系統中危險因素為目的,把要研究的安全問題,經過分析、推理、判斷,建立某種安全系統模型,進而用系統工程的方法進行分析預測、評價,并采取防范措施消除或者控制系統中的不安全因素,杜絕系統事故的發生或使事故發生減少到最低限度,使系統達到最佳的安全狀態。基于一切安全管理工作，“安全第一,預防為主”是最基本的方針。因此，針對海船液壓舵機而言,必須以預防為主,防修結合。

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