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人为因素可靠性分析在船舶维修中的应用

来源:用户上传      作者:袁德 赖海清

  摘    要:本文以某干散货船队4艘船舶为研究对象,对HFO重油净化器检修进行实例研究。结果表明,维修作业中人为失误概率(HEP)随船舶作业条件的变化而变化。同时对影响人因可靠性因素进行了分析,确定了每一个HFO方面净化器检修步骤中所有船舶的HEP值,从故障认识、知识失误、违章作业等方面分析其利害关系,并制定科学、有效的措施。
  关键词:可靠性;船舶维修;失误
  中图分类号:U673.2                                  文献标识码:A
  Abstract: In this paper, a dry bulk carrier is taken as the research object, and the HFO heavy oil purifier maintenance of it is studied as an example for human error probability (HEP) analysis. The results show that the human error probability (HEP) varies with the ship's operating conditions. At the same time, the factors affecting human reliability are analyzed, and the HEP values for each step of HFO heavy oil purifier maintenance are determined, and its interests are analyzed from the aspects of fault understanding, knowledge error, illegal operation and so on, and scientific and effective measures are formulated.
  Key words: Reliability; Ship repair & maintenance; Human error probability (HEP)
  1     前言
  海事领域的事故往往是由多种原因造成的,主要有:管理失误、船员经验、船员责任心、操作失误、维护保养、自然环境、材料缺陷等。研究结果表明,人为因素正成为海上事故发生的主要原因之一,了解人为失误事故的发生机理和人为失误系统中最薄弱的环节是研究的重点[1]。
  2      理论背景
  人的可靠性是指人在实际工作条件下和规定的工作时间内,及时准确的完成规定工作的能力。自上世纪80年代以来,可靠性理论应用于人为因素研究,使人的可靠性研究进入了一个崭新的领域。人为失误的概率,取决于两个因素:
  (1)工作环境条件(简称EPC) [2];
  (2)操作人员自身条件(简称GEP)[3]。
  在38个EPC因素中,每一个都有自己的权重。根据任务复杂性、熟悉程度、分配的时间等,可对维修任务类型进行分类。
  本文采用船舶维修人员可靠性分析方法,对船舶人为失误进行系统量化,采取下式来计算人为错误的概率[4]:
  (1)
  式中:EPCi是从EPC表中选择的每个任务的权重;APOApi是评估每个EPC的比例系数。
  EPC增加了HEP是因为它反映了现象形成原因,如工作环境、年龄、经验、员工士气、组织质量、团队协作、熟悉度、时间可用性等。EPC的详细清单和对HEP的最大影响见表1。
  GEP是定量HEP的第二个参数,有九种通用任务类型,每种类型都提供了任务的通用描述以及HEP估计,如表2所列。
  3     案例研究
  3.1   HFO净化器检修说明
  HFO净化器的主要作用是将水和固体杂质从油中分离出来,以避免无效燃烧。事实上,HFO净化器的实际效果可能达不到预期的水平,有时它们的效率会大幅降低。在低效率条件下,颗粒杂质会进入摩擦表面(如燃油泵和燃油喷嘴)之间的间隙,嵌入到部件上造成磨损损伤。因此,当发现某些故障或异常,如振动过大、溢流、齿轮磨损、电机转速不正确等时,需要对HFO净化器进行检修。
  表3提供了HFO凈化器检修操作步骤的层次性任务分解,包括三个主要步骤和三十七个子步骤。
  3.2   船舶A、B、C、D运行条件
  A船是1997年建造的一艘普通货船,可运载约10500 t货物。该船HFO净化器检修是在海上航行中进行的,检修时天气暖和、海况平稳;
  B船是2001年建造的一艘散货船,载重量约为52800 t。该船HFO净化器检修是在港口进行的。检修时天气良好、海况平静;
  C船是2007年建造的一艘普通货船,载货量约5320 t。该船HFO净化器检修是在港口完成的。检修时气温为15 ℃、海况平静;
  D船是1995年建造的一艘散货船,载货量约38850 t。该船HFO净化器检修是在海上航行中完成的。检修时气温为11 ℃、海况低潮。
  上述4艘船舶的通用任务类型和EPC的分配,如表4所列;HFO净化器各检修操作步骤的HEP值,如表5所列。
  由于HFO净化器检修操作由三个主要步骤和37个子步骤组成,为了预测人的可靠性,必须确定最终的HEP值。为此,结合概率分析和分层任务分析,研究了主要步骤和子步骤之间的相关性。原则上:(1)应适当执行12个子步骤(A1~A12子步骤),以完成主步骤1。如果12个子步骤中的任何一个失败,则步骤1失败。由于12个子步骤具有高度依赖性,最终A船的总HEP值为1.62E-01、B船的总HEP值为2.2E-01、C船的总HEP值为1.49E-01、D船的总HEP值为1.32E-01;(2)应适当执行6个子步骤(A13~A18子步骤),以完成主步骤2。如果六个子步骤中的任何一个子步骤失败,主步骤2也失败。最终步骤2的HEP值,A船为2.62E-01、B船为1.47E-01、C船为3.16E-01、D船为3.57E-01;(3)步骤3的最终HEP值,A船为2.8E-01、B船为2.51E-01、C船为1.27E-01、D船为4.76E-01。   如果三个主要步骤中的任何一个失败,则无法进行HFO净化器检修操作。在数值上,A船的最终HEP值为7.04E-01、B船的最终HEP值为6.18E-01、C船的最终HEP值为5.92E-01、D船的最终HEP值为9.65E-01。
  3.3   结果及讨论
  图1为37个子步骤的HEP值的平均值。从图1可以看出:#A23(用新O型环组装供水装置)、#A16(水平轴;更换轴承,必要时更换螺旋齿轮、O型环、套环)、#A25(用新的轴套装配到立轴上并固定其供水装置)分别位列前三位,这是因为这些任务更复杂,需要更敏感的操作,因此可以认为相对容易出错。因此大多数类似的任务,特别是包含基于O环的操作的任务,通常是HEP增加主要的原因。另一方面,#A8(拆卸滤杯)、#A29(检查所有这些零件是否已完全拧紧)、#A34(电流检查)和#A37(应检查管路连接的泄漏控制)对HEP值的影响较小,这些子步骤相对容易,通常是检查、监视或参数读取。
  A船的最高HEP值(2.80E-01)是A23的子步骤,其原因是由于时间限制,它会导致人为错误并增加HEP;任务复杂度和嘈杂的工作环境是导致船舶HEP增加的其他因素;子步骤A16(2.62E-01)是另一个相对复杂的任务,特别是对于非常疲惫的操作员。
  B船在A23子步骤上的HEP(2.51E-01)也较高,是因为这一项复杂的任务,需要高度的理解能力和技能;此外,由值班人员进行的检查不充分也是造成这一错误的主要因素;同样,在A4子步骤(1.87E-01)、子步骤A5(2.07E-01)和子步骤A9(2.20E-01)对于B船也具有较高的HEP值。这是由于外部连接管设计不当,使加热过程中包含一些危险。
  C船的情况有一些不同。由于机舱设计狭窄,给子步骤A26(1.27E-01)等任务带来一定困难;此外,由于分离器的内部结构,供水装置、竖轴等部分的抽出过程还需要额外的经验。因此,子步骤A10、A11和A12也具有相对较高的HEP值(1.49E-01)。
  D船的HEP最高值为子系统A21和A22(分别为4.76e-01),子系统A23、A24、A25、A26和A27的HEP值也相对较高,所有这些任务都与分离器各部件的装配过程有关。其中,有两个原因比较突出:第一个是分离器的使用年限相当高,增加了任务难度,特别是在重新组装操作中;第二个是以往大多数维修都是出于短期考虑。对于子系统A13(3.54E-01)、A14(3.54E-01)和A16(3.57E-01)的HEP值也较高,最迫切需要更换的是O形圈。
  4     建议
  对A船来说,最关键的问题是时间限制。如果分配的時间足够,最终A船HEP值(7.05E-01)可减少一半左右;此外,A船可考虑对净化器进行改造或更换,以简化前期工作的复杂性;B船在净化器附近管路系统有动火作业的风险,应立即修改;此(下转第页)(上接第页)
  外,应考虑对监督小组人员提供必要的培训,HFO净化器使用说明书需要更新;C船的机舱设计不合理,导致缺乏经验的操作员对具体行动不熟悉;D船的技术管理部门应考虑安装新HFO净化器。
  5     结论
  由于HFO净化器是维持系统燃油质量的重要设备,因此检修过程应及时、有序地完成。对HFO净化器进行全面的人为可靠性分析,对HFO净化器检修过程中的安全防范具有重要意义。本文对4艘船舶(即A、B、C、D船)在不同工况下,对HFO净化器进行了检修探讨。根据实际情况,对影响人的可靠性因素进行了分析,确定了每一个HFO净化器检修步骤中所有船舶的HEP值,从故障认识、知识失误、违章作业等入手,分析其利害关系,并制定科学、有效措施,这样才能全面提高人的可靠性,把人为差错减到最少。
  参考文献
  [1] 王彦富,闫培娜,李玉莲,张彪. 海洋平台作业人因可靠性与失误研究[J].中国安全科学学报.2015(11):87-91.
  [2] E.Akyuz,M.Celik,S.Cebi,A phase of comprehensive research to determine marine-specific EPC values in human error assessment and reduction technique, Safety Science 87. 2016: 63-75.
  [3] E.Akyuz,E.Celik,M.Celik,A practical application of human reliability assessment for operating procedures of the emergency fire pump at ship, Ships and Offshore Structures 13(2), 2018.
  [4] 王武宏.人机系统可靠性分析的发展[J].系统工程学报,1998:13 (1):29-45.
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