基于綜合安全評估(FSA)的大型艦船修理風險評估研究

李永清，朱 錫，陳林根

(海軍工程大學，湖北 武漢 430033)

基于綜合安全評估(FSA)的大型艦船修理風險評估研究

李永清，朱 錫，陳林根

(海軍工程大學，湖北 武漢 430033)

大型艦船修理是一項復雜的系統(tǒng)工程，與民用船舶相比，大型艦船的修理除了恢復動力系統(tǒng)和船體修復以外，更為復雜的是對各類設(shè)備和武器系統(tǒng)的修復，涉及眾多修理廠家配合、修理資料搜集、備品備件籌措、不同部門協(xié)調(diào)等諸多因素，這些因素對艦船的修理質(zhì)量都會帶來潛在的風險，國外甚至出現(xiàn)潛艇修后比修前噪聲更大的情況。綜合安全評估(FSA)是一種用于制定合理的規(guī)則和提供可能的風險控制方案的綜合性評價工具，當以修理質(zhì)量影響因素作為風險控制的主要因素時，可以運用FSA方法對修理總體方案進行風險分析，從源頭上實現(xiàn)對艦船修理風險的有效控制。

綜合安全評估；艦船修理；評估方法

大型艦船修理是一項復雜的系統(tǒng)工程，修理過程涉及裝備種類多、參與部門多、修理工期緊等諸多困難，這些因素對艦船的修理質(zhì)量都會帶來潛在的風險。在裝備高速發(fā)展的今天，很多新裝備列裝服役，逐漸進入計劃修理序列，如何評估各種因素對艦船修理的影響一直是裝備保障領(lǐng)域急需解決的課題，這對于有效控制艦船修理質(zhì)量和提高海上安全有著積極的意義。本文基于綜合安全評估(FSA)的方法，對大型艦船修理風險評估和控制進行探討。

1 綜合安全評估方法概述

綜合安全評估[1]是一種結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)方法，目的是全面考慮影響安全的諸多因素，透過風險評估和效益評估，提出有效控制風險的規(guī)則要求，從而不斷改進和提高系統(tǒng)的安全。中國船級社于1999年發(fā)布了指導性文件《綜合安全評估應用指南》。目前, FSA方法的研究在國內(nèi)處于初期推廣與嘗試應用階段，該項研究旨在通過對艦船綜合安全評估(FSA)中的理論與方法研究，來推動FSA方法在國內(nèi)各領(lǐng)域的推廣與應用。

針對大型艦船修理這類復雜系統(tǒng)的安全風險評估問題，F(xiàn)SA是一種幫助制定合理的規(guī)則和提供風險控制方案的綜合性、結(jié)構(gòu)化和系統(tǒng)性的評價工具。其目的有2個:一是降低事故發(fā)生的頻率；二是減輕事故后果的影響程度。其具體實施基本構(gòu)成如圖1所示。

圖1 FSA方法流程圖

相對民用船舶而言，軍用艦船系統(tǒng)構(gòu)成更復雜。美國海軍在艦船修理評估中也采用FSA法，不僅考慮技術(shù)因素，而且考慮維修計劃、維修人員等人為因素，并在艦船修理中進行了初步應用，其費用受益分析報告表明：采用FSA方法有助于提高艦船風險控制的效益。我國這方面的研究起步較晚，海軍工程大學運用FSA方法對艦船安全風險決策進行了研究，將艦船裝備維修使用過程中的安全風險作為不期望發(fā)生事件的概率及其可能后果的函數(shù)[2]?？傮w來說，目前這些研究還處于探索的階段。

2 大型艦船修理風險識別與處理方法

進行大型艦船修理風險的有效評估，必須首先識別修理風險并確定相應的處理方法。主要包括2個方面的研究：一是風險識別與主要事故類型確定；二是風險的量化與分析。

2.1風險識別

艦船裝備及時而準確的維修可以降低系統(tǒng)總的使用安全風險。風險控制目的是在危險識別和風險評估的基礎(chǔ)上，有針對性地提出可行的降低風險的措施，形成相應的規(guī)范和要求。危險識別應按環(huán)境范圍、組織管理結(jié)構(gòu)、技術(shù)工程系統(tǒng)、人員子系統(tǒng)等各個環(huán)節(jié)進行，具體如下。

1)參照現(xiàn)有標準規(guī)范和修理條例，檢驗識別常規(guī)艦船修理環(huán)節(jié)的風險。

2)查閱相關(guān)型號艦船歷史修理資料，對相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析，識別部分可能發(fā)生的風險。

3)組織各方專家召開風險識別會，利用專家經(jīng)驗對修理過程面臨風險進行分析，達成共識。這對首輪首次修理艦船的評估尤為重要。

4)根據(jù)可能事故類型，建立相應模型識別風險；一般可采用危險性預測分析(PHA)；故障樹分析(FTA)；事件樹分析(ETA)等方法進行。

5)根據(jù)上述分析的各種風險和可能產(chǎn)生的事故后果，整理出風險識別表，確定出主要事故類型及其對應的風險因素。

2.2風險量化與分析

風險量化的目的在于數(shù)值化風險影響因素，以便運用數(shù)學工具進行建模和預測，使評估更加科學。目前，對于風險量化的研究主要有2類方法[3]:一是用概率量化的方法，主要是對事件發(fā)生的概率大小進行劃分；二是分級量化的方法，主要是對事件發(fā)生的重要性進行等級量化。

通常綜合上述2種方法對同一對象進行風險量化和分析，則風險的表達可用下式(1)表示：

(1)

式中：pi為單個事件的發(fā)生頻率：ci為該事件產(chǎn)生的后果嚴重程度；I為造成風險總的事件數(shù)目。

由于艦船修理涉及影響因素過多，完全采用定量評估進行風險識別在現(xiàn)階段理論儲備還不足，效率也偏低。因此，一般采用半定量分析法進行風險識別，通常包括以下幾個步驟。

1)主要影響因素的定義：風險度=風險概率×后果的嚴重程度。

2)根據(jù)具體情況采用風險貢獻樹，F(xiàn)TA、ETA或其它形式、方法和準則建立分析模型。

3)通過一定方法求得風險值，建立風險矩陣。

4)確定風險的可容忍度標準，包括“可以忽略(negligible)”“不可容忍(intolerable)”“合理可行的低風險區(qū)ALARP(as low as reasonably practicable)”。

艦船修理風險具體包括威脅艦船維修人員安全、危及艦船裝備安全、影響艦船裝備修理質(zhì)量、延長修理工期、以及可能影響艦船修理正常進行的各種因素。這些因素對艦船維修風險的貢獻差異較大，必須對相應的風險影響因素進行分析。對歷史數(shù)據(jù)完整的可以采用統(tǒng)計方法進行分析，列出風險矩陣；對首輪首次修理或歷史修理資料不全的可以采用專家評判法，科學地對各種可能影響實踐的因素進行取舍，從而使決策具有最大的合理性。

3 大型艦船修理風險評估實例

風險評估的目的包括確定風險的分布，識別高風險區(qū)域，找出影響風險的主要因素，評價風險水平，以及如何使其控制在可接受范圍內(nèi)等。下面以某艦船為例分析某一系統(tǒng)的風險對整個艦船質(zhì)量的影響進行評估。

3.1風險識別

風險分析就是針對特定類型事故，確定其發(fā)生的頻率與后果，它是FSA的核心。這里采用風險貢獻樹方法對某大型艦船修理風險進行風險識別，對艦船而言，船體結(jié)構(gòu)、動力系統(tǒng)、武備系統(tǒng)和特種裝備等，任一系統(tǒng)修理質(zhì)量未達到要求都是不可接受的，因此，這里重點對動力系統(tǒng)修理風險的影響因素，即子風險進行識別分析。

在風險分析中通常將故障樹與事件樹通過節(jié)點連接構(gòu)建風險貢獻樹，借助于分析一個完整的事故情景。在FSA研究中，風險貢獻樹是由2個部分組成的邏輯樹結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示，左半部分是事件樹圖；右半部分為故障樹圖，左半部分的頂事件作為右半部分事件數(shù)的初始事故。實踐中常采用故障樹分析引起事故的初始原因，而采用事件樹分析由某一類型事故(初始事故)所導致的可能后果及頻率。事件樹的分析結(jié)果根據(jù)具體情況，產(chǎn)生該事件引起的人員風險或是裝備風險，可用風險矩陣或FN曲線來量化表達[4]。

圖2 艦船修理風險貢獻樹示意圖

3.2風險分析與量化

這里記風險度為Si，風險概率為Fi，損失程度為Ri，要定義出風險不同的度量，就必須把Si、Fi、Ri按各自獨立的標準進行劃分，并按風險矩陣法將相應的數(shù)據(jù)統(tǒng)計后填入表中，如表1所示。

表1中：F1至F4可以設(shè)定為某時間段不同影響因素導致相應后果的發(fā)生概率；S1至S4可以設(shè)定為修理工期延長、修理質(zhì)量降低、人員傷亡或裝備損毀、無法執(zhí)行任務等風險所對應的后果嚴重程度，具體依據(jù)艦船修理要求和修后任務重要程度進行分類。

表1 某型艦船修理風險矩陣表

3.3風險準則的確定

風險評價準則一般采用國際通行的最低合理可行原則[5]，將風險分為如圖3所示的3個層次。

圖3 ALARP原則示意圖

ALARP原則是指任何工程系統(tǒng)都存在風險，不可能通過預防措施來徹底消滅風險，而且當系統(tǒng)的風險水平越低時，要進一步降低風險就越困難，其成本顯著增加。因此必須在成本與風險水平之間作一個折衷。其實質(zhì)就是風險可容忍度的劃分，尤其是“合理可行的低風險區(qū)(ALARP)”的劃分是FSA的難點，通常有效的劃分必需考慮以下幾個方面。

1)以公認的標準、規(guī)范為依據(jù)，使得劃分能從理論上保證可接受或可忽略的風險達到公認的安全標準。

2)以艦船裝備修后執(zhí)行的任務為依據(jù)，使得滿足艦船執(zhí)行任務所需要的相應系統(tǒng)裝備風險處于可接受或可忽略的安全標準。

3)如果所評估出的風險指標在可忽略線和不可容忍線之間，則落入“可容忍區(qū)”，此時的風險水平符合ALARP原則。此時，需要進行安全措施代價與受益評估。如果評估結(jié)果證明，進一步增加安全措施的代價過大，而對艦船修理風險水平的降低貢獻不大時，則風險是“可容忍的”，即允許該風險的存在。

4)結(jié)合艦船裝備服役后的使用人員培訓程度，適當調(diào)整劃分范圍。

可見，ALARP原則的劃分是很困難的，涉及多目標綜合因素的影響，而且這與民用船舶有著重大的區(qū)別，必須結(jié)合艦船修后服役的任務及其對艦船各系統(tǒng)戰(zhàn)技性能的要求，綜合分析修理帶來的裝備質(zhì)量風險，以及可能引起的人員傷亡等風險。通常采用的方法是由行業(yè)內(nèi)一定數(shù)量的專家共同確定，也即采用專家評判法，但不同專家對同一問題的風險劃分會出現(xiàn)不同的意見，從而出現(xiàn)不同劃分標準，因此，還需要對專家意見一致度進行分析。

3.4風險評估

在上述ALARP原則研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合艦船對裝備修理質(zhì)量的特殊要求和修后各艦船的任務特點，建立大型艦船修理風險評估流程圖；并結(jié)合風險矩陣量化分析的方法，確定不同艦船修理風險的不可容忍線和可忽略線，并對3.1中所識別的風險進行評估。

本文采用上述方法，以某艇動力系統(tǒng)修復為例，該艦修后執(zhí)行正常巡邏任務，選用6位專家對幾種主要風險種類進行排序，如表2所示。

其中主要風險種類分別為：①修理工程非預期擴大;②施工環(huán)境不良;③監(jiān)理人員未監(jiān)理過同型設(shè)備;④修理資料缺乏;⑤修理設(shè)施落后;⑥修理人員培訓不足;⑦備品備件籌措困難(需要論證選用替代件);⑧工廠未修理過同型設(shè)備(首次修理)。

表2 某型艦船修理風險專家排序表

對上述專家意見的一致度進行分析，這里基于Kendall和諧系數(shù)，采用IMO推薦國際船級社協(xié)會(IACS)提出的一種一致度的分析方法[6]，其表達式如式(2)所示。

(2)

式中:J為專家總數(shù)；I為識別的危險總數(shù)；xij表示第j位專家給第i件危險事件的排序。

W為專家的一致度指數(shù)，W=0表示專家意見沒有一致度，W=1表示專家意見完全一致。

參照IMO規(guī)定，0lt;Wlt;0.5時，一致度不可接受，存在較大分歧；0.5lt;Wlt;0.7時，一致度達到最低可接受水平；0.7lt;Wlt;1時，一致度良好，可接受。

將表2數(shù)據(jù)帶入公式(2)，計算結(jié)果為W=0.923，一致度符合要求，表明專家對風險程度的判斷意見基本是一致的。當然，在上述基礎(chǔ)上還可以通過對專家意見進行深入分析，如采用極值交換法、專家意見聚類分析法等，結(jié)合各專家專業(yè)、經(jīng)歷等背景因素，分析得出專家意見與各影響因素之間的關(guān)聯(lián)，并根據(jù)實際需要，對專家意見賦予相應的權(quán)重，從而使得風險識別結(jié)果更加科學可靠。

4 結(jié)束語

基于綜合安全評估(FSA)的大型艦船修理風險評估方法目前仍不成熟，本文的研究也僅是一種應用嘗試，但采用綜合安全評估的理論來指導艦船修理問題可以預見性地控制風險，而不僅僅是事后總結(jié)事故的經(jīng)驗教訓，同時可以全面的而不是局部的考慮艦船修理的安全問題。在整個FSA過程中，安全風險準則的確立是關(guān)鍵，需要考慮人為因素的影響、人與系統(tǒng)的相互作用；不僅提出減少風險的措施，而且可以對這些措施進行評估，為艦船修理過程質(zhì)量控制和修理決策的制定提供科學的依據(jù)，有助于規(guī)范艦船修理過程，提高艦船裝備修理質(zhì)量的控制水平。

[1] 秦庭榮,陳偉炯,郝育國,等，綜合安全評價(FSA)方法[J]. 中國安全科學學報，2005，15(4)：88-94.

[2] 翁輝，周浩，陳曉山.基于FSA的艦艇安全風險決策研究[J].中國修船，2007，20(6)：38-43.

[3] Risto Jalonen, Kim Sa1mi. Safety Performance Indicators for Maritime Safety Management: Literature review[R].Helsinki University of Technology，F(xiàn)inland，2009.

[4]鮑君忠.面向綜合安全評估的多屬性專輯決策模型研究[D].大連海事大學，2011.

[5] 樊紅.船舶綜合安全評估的方法研究[J].中國水運(學術(shù)版)，2006,6(7):6-7.

[6] 蔡垚，劉正江，吳兆麟. 安全評估危險識別中專家意見一致度分析[J].大連海事大學學報，2007,33(6):24-27.

It is very difficult to control the maintenance process of large scale warship,because the structure of warship is more complicated than general ship,not only the hull structure and power system，but also weapon system,detection system,etc.The maintenance quality of warship is enslaved to many factors,such as repair factory,workers,standby redundancy and so on.In order to raise the level of decision-making in maintenance management,the critical problem is how to control the quality risk level.Formal Safety Assessment(FSA)is an integrative assessment tool which could help establish logical rules and provide possible methods for controlling the maintenance quality risk.By analyzing the influencing factors of maintenance quality and risk controlling,the method of FSA could be optimized and actualized in a paralled way,the problems on decision-making of maintenance with limited resource can be solved.By evaluating the maintenance project through FSA method,the maintenance risk will be controlled at a tolerable level originally.

Formal Safety Assessment(FSA)；warship maintenance;assessment method

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2015.01.014

國家自然科學基金資助(50979110)

李永清(1976-)，男，土家族，湖北恩施人，海軍工程大學動力工程與工程熱物理博士后科研流動站，博士后，研究方向為艦船新型材料與結(jié)構(gòu)、艦船結(jié)構(gòu)維修保障等。

2014-09-19