船舶技術(shù)狀態(tài)評估方法研究狀況概述

趙 軍

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船舶技術(shù)狀態(tài)評估方法研究狀況概述

趙 軍

（92493部隊60分隊，遼寧葫蘆島 125000）

本文從船舶技術(shù)狀態(tài)評估方法現(xiàn)狀出發(fā)，研究分析了中外船級社、軍隊和科研院校等單位對船舶技術(shù)狀態(tài)評估相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，探討了采用多目標(biāo)決策進(jìn)行船舶技術(shù)狀態(tài)綜合評估方法，并提出一些展望。

船舶狀態(tài) 評估方法 評價指標(biāo) 多目標(biāo)決策

0 引言

船舶技術(shù)狀態(tài)評估是船舶管理使用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前，許多船舶的管理依賴評估人員的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)實(shí)施船舶狀態(tài)評估，缺乏真實(shí)性，且存在主觀性。影響船舶狀態(tài)的因素種類繁多、數(shù)量眾多，層次復(fù)雜，并且各影響因素本身具有不確定性。因此，有關(guān)組織本著科學(xué)性、實(shí)用性的原則，結(jié)合船舶自身狀態(tài)及國際國內(nèi)公約、法規(guī)等現(xiàn)狀，研究制定了實(shí)施船舶狀態(tài)評估的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)著重以船舶主機(jī)、副機(jī)、舵機(jī)、錨機(jī)、鍋爐、船體結(jié)構(gòu)、救生消防應(yīng)急設(shè)備、通訊導(dǎo)航設(shè)備等實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)為依據(jù)，評估船舶的完好率，并根據(jù)評估的結(jié)果有針對性的安排重點(diǎn)設(shè)備檢修與船體維護(hù)，解決船舶設(shè)備存在的問題，制定有效的船舶狀態(tài)改善計劃，確保船舶的安全航行，避免船舶在港滯留時間過長，同時降低船舶檢修費(fèi)用，從而使船舶能夠更好的完成任務(wù)。

1 狀態(tài)評估方法研究現(xiàn)狀

應(yīng)用于艦船裝備系統(tǒng)綜合評估的方法很多，最常見的綜合評估方法大都與平均值相關(guān)，如加權(quán)算術(shù)平均、加權(quán)幾何平均，以及兩種平均聯(lián)合使用等方法。另外，主成分分析法、功效系數(shù)法、理想解法、層次分析法也是艦船裝備系統(tǒng)綜合評估的常用方法。

目前，針對船舶領(lǐng)域，國內(nèi)外各船級社都已經(jīng)先后實(shí)施了一種與入級無關(guān)的船舶狀態(tài)評估程序(CAP)，是根據(jù)檢查檢驗(yàn)、厚度測量、強(qiáng)度計算和性能測試等內(nèi)容對船舶實(shí)際技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行等級劃分的一項獨(dú)立和完整的評定，如德國勞氏船級社(LR)、日本船級社(NK)、中國船級社(CCS)等。CAP的目的是為申請方提供一個可供貨主或有關(guān)方進(jìn)行新的租賃或?qū)脻M更新時，使用的與機(jī)械設(shè)備、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和維持船舶壽命等有關(guān)的船舶實(shí)際狀態(tài)技術(shù)文件和聲明，也可為延長船舶的使用壽命而進(jìn)行的維修保養(yǎng)，以及船舶買賣提供合理的技術(shù)依據(jù)。

在外軍，美國防部在1988年就簽署指令發(fā)布了《美國國防部全面質(zhì)量管理總計劃》，并在全軍推行全面質(zhì)量管理體系。例如制定的《海軍常規(guī)裝備維修質(zhì)量評估政策指令》，該指令指出為提高軍用裝備的戰(zhàn)備完好性，定期對軍用裝備的狀態(tài)全面評估，并依據(jù)評估結(jié)果制定維修計劃，且強(qiáng)調(diào)在進(jìn)行質(zhì)量評估時，應(yīng)重點(diǎn)考慮裝備的安全性、可靠性和可用性[1]。美國海軍為實(shí)現(xiàn)裝備維修保障的精確化和信息化，已全面推行了綜合評估系統(tǒng)(Integrated Condition Assessment System，ICAS)。

國內(nèi)在民用船舶技術(shù)狀態(tài)評估方面，中國船級社實(shí)施的《現(xiàn)有船狀態(tài)評估程序（CAP）指南》提供了一些評級方法。上海海事大學(xué)鄭士君教授提出了模糊方法與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法相結(jié)合獲得模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法來進(jìn)行狀態(tài)評估[2]，構(gòu)建了船舶狀態(tài)評估與預(yù)算系統(tǒng)[3]。由于海軍對艦船的技術(shù)狀態(tài)綜合評估較晚，再加上艦船類型及型號多樣，很難構(gòu)建一套適合所有艦船綜合評估系統(tǒng)。一些科研院校先后開展了一些針對艦船主動力裝置綜合評估的研究，目前還沒有形成完整的評估標(biāo)準(zhǔn)與評估方法。如海軍工程大學(xué)金家善等[4]提出了基于貼近度的機(jī)械設(shè)備技術(shù)狀態(tài)綜合評估方法，并給出了艦船動力裝置綜合狀態(tài)監(jiān)測與評估系統(tǒng)的組織架構(gòu)[5]。

設(shè)備狀態(tài)綜合評估就是通過對采集表征設(shè)備技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)，采用科學(xué)合理的評估模型和方法，得出評估結(jié)果?，F(xiàn)行設(shè)備綜合評判方法有層次分析法、加權(quán)評分法、模糊綜合評估法、專家系統(tǒng)以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等多種。層次分析法（Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP）特別適合一個由相互關(guān)聯(lián)、相互制約的眾多因素構(gòu)成的復(fù)雜而往往缺少定量數(shù)據(jù)的系統(tǒng)的決策，并很好地解決了系統(tǒng)中指標(biāo)體系的構(gòu)建和各元素賦權(quán)值的問題。 AHP方法在我國能源、交通、人口、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境評估等許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用，如文獻(xiàn)[6]進(jìn)行了混凝土橋梁健康評估；文獻(xiàn)[7]進(jìn)行了管路風(fēng)險評估。模糊綜合評估通常是針對模糊事物或現(xiàn)象的被評估對象，運(yùn)用一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評估法，即由眾多具有模糊性的因素構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)。該綜合評價法根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論，利用隸屬函數(shù)對模糊因素進(jìn)行量化，通過建立模糊關(guān)系來構(gòu)造模糊變換，進(jìn)而對受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€總體的評價，把定性評價轉(zhuǎn)化為定量評價，目前在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，如文獻(xiàn)[8] 進(jìn)行了噴水推進(jìn)器液壓系統(tǒng)安全評估。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Artificial Neural Network，即ANN是一種運(yùn)算模型，由大量的節(jié)點(diǎn)（或稱神經(jīng)元）之間相互聯(lián)接構(gòu)成的復(fù)雜非線性、自適應(yīng)信息處理系統(tǒng)，具有自適應(yīng)、自組織和實(shí)時學(xué)習(xí)等特點(diǎn)，智能機(jī)器人、自動控制、模式識別等人工智能是ANN重要應(yīng)用領(lǐng)域。其在評估預(yù)測中也有良好的應(yīng)用，如文獻(xiàn)[9]對船舶柴油機(jī)NOx的排放特性預(yù)測研究；

2 船舶狀態(tài)評估綜合方法

在船舶行業(yè)發(fā)展的進(jìn)程中，較為準(zhǔn)確有效的狀態(tài)評估方式有以下幾種[10]：1.直接測量法；2.建立數(shù)學(xué)模型，總結(jié)分析；3.故障排除法；4.專業(yè)人員評估；5.智能化的狀態(tài)監(jiān)測診斷；6.基于信號技術(shù)之上的監(jiān)測；7.多種技術(shù)相結(jié)合的評估方式。

船舶狀態(tài)評估的決策過程中都具有多個設(shè)備，但是各個設(shè)備沒有統(tǒng)一的度量標(biāo)準(zhǔn)，難以進(jìn)行比較。采用多目標(biāo)決策技術(shù)進(jìn)行船舶狀態(tài)綜合評估，建立總評估目標(biāo)（即船舶總體狀態(tài)），總目標(biāo)反應(yīng)各分目標(biāo)（各系統(tǒng)狀態(tài)）的綜合水平，從而逐級建立多目標(biāo)決策，直至最底層目標(biāo)。下對船舶狀態(tài)評估步驟作簡單介紹。

2.1 建立評價指標(biāo)體系

船舶技術(shù)狀態(tài)評估的評價指標(biāo)體系是一個遞階層次結(jié)構(gòu)模型，各階層目標(biāo)如下：

1）最高層，給出船舶評估的總體目標(biāo)（船舶總體技術(shù)狀態(tài)），比如好、良好、修理、延壽、退役等，為總目標(biāo)層；

2）中間層，給出船舶中各大設(shè)備系統(tǒng)綜合評估的目標(biāo)（各系統(tǒng)狀態(tài)，分系統(tǒng)狀態(tài)），比如船體部分、輪機(jī)部分、電氣部分等，為分目標(biāo)層；

3）底層，是設(shè)備系統(tǒng)中各設(shè)備評估的技術(shù)狀態(tài)。

以上層次并非代表評估模型只有三層結(jié)構(gòu)，在中間層可以建立多個遞階層次，在此不作過多解釋。

2.2 量化評價指標(biāo)

首先，確定指標(biāo)值，分為定性指標(biāo)和定量指標(biāo)兩大類。定量指標(biāo)是指通過檢測設(shè)備能夠進(jìn)行定量檢測的指標(biāo)，如紅外測溫等；定性指標(biāo)，如通過檢查判斷當(dāng)前設(shè)備是否可繼續(xù)使用的這種無法通過測量完成的指標(biāo)，需要先由該設(shè)備領(lǐng)域的專家給出定性判斷結(jié)果，然后進(jìn)行量化處理后給出標(biāo)值。

評估指標(biāo)的量化難點(diǎn)之一就是定性指標(biāo)不容易給出嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牧炕瘶?biāo)準(zhǔn)。根據(jù)設(shè)備對象不同，可分別采用如下方法確定標(biāo)值：

1）單純定量指標(biāo)用度量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)量等級標(biāo)準(zhǔn)；

2）半定性和半定量性質(zhì)指標(biāo)采用定量與定性相結(jié)合的方法；

3）需要完全依賴專家的經(jīng)驗(yàn)判斷的指標(biāo)可以采用模糊指標(biāo)或灰色指標(biāo)法。

2.3 確定指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)各指標(biāo)對相關(guān)目標(biāo)的重要程度，衡量各指標(biāo)對相關(guān)目標(biāo)的貢獻(xiàn)賦予不同的權(quán)重，構(gòu)建指標(biāo)權(quán)重體系。權(quán)重的確定可以采用德爾菲法（Delphi法）和AHP法等。

2.4 選擇綜合評價方法

船舶系統(tǒng)綜合評估指標(biāo)體系的指標(biāo)集具有定量、定性和既定性又定量的指標(biāo)集成的特點(diǎn)，選擇綜合評價方法應(yīng)當(dāng)采用基于混合型指標(biāo)體系和評估模型的技術(shù)途徑。目前常用的多目標(biāo)決策方法是模糊綜合評價法，灰色系統(tǒng)評價法，AHP法和Delphi法等。雖然人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有著需要大量的訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)和本身具有評價算法復(fù)雜性的缺點(diǎn)，但是其自適應(yīng)能力強(qiáng)和自學(xué)習(xí)的優(yōu)點(diǎn)，使其在船舶綜合評估方面有很好的應(yīng)用前景。

3 展望

由于近些年云智能的概念已開始滲透各領(lǐng)域，因此未來船舶狀態(tài)評估中可能引入以下技術(shù)：

1）數(shù)據(jù)庫在船舶狀態(tài)評估中的應(yīng)用

當(dāng)新的故障出現(xiàn)時，及時的對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行補(bǔ)充，不斷的豐富數(shù)據(jù)庫中的專業(yè)知識和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，利用數(shù)據(jù)庫容量大的優(yōu)點(diǎn)，能夠?yàn)榇盃顟B(tài)評估提供廣泛的依據(jù)。

2）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在船舶評估中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以對故障進(jìn)行真實(shí)再現(xiàn)，在故障再現(xiàn)的過程中不斷的進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和教訓(xùn)的吸取。另外還可以對船舶本身進(jìn)行預(yù)期的故障演示，在不斷的假象與解決中做好船舶未來安全問題的預(yù)防。

4 結(jié)束語

本文通過研究得出的主要研究結(jié)論：1）目前船舶狀態(tài)評估方法絕大多數(shù)是對裝置狀態(tài)的單一評估，極少出現(xiàn)船舶狀態(tài)的整體評價，因此，船舶整體評估的研究可能會成為船舶行業(yè)的一個研究熱點(diǎn)。2）單一的分析方法和數(shù)學(xué)模型已不適應(yīng)日益復(fù)雜的船舶評估需求，目前已從層次分析法起步，向模糊層次分析及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等復(fù)雜方法方向發(fā)展。針對未來人工智能的廣泛應(yīng)用，將其應(yīng)用于船舶狀態(tài)評估中是未來的趨勢。

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Summary of Research on Ship Technical Condition Evaluation Methods

Zhao Jun

(92493 Troops 60 Units, Huludao125000, Liaoning, China )

U692.7

A

1003-4862（2018）08-0006-03

2018-04-09

趙軍(1977-)，男，高級工程師。研究方向：艦船技術(shù)狀態(tài)評估和設(shè)備故障診斷。E-mail: navy2002cn@126.com