船舶電子電氣自動化技術(shù)與安全控制研究

摘要：為了進(jìn)一步升級船舶安全控制系統(tǒng)，分析電子電氣自動化技術(shù)在船舶中的應(yīng)用，進(jìn)而總結(jié)自動化控制基礎(chǔ)上的安全控制方法。因此，本文首先介紹了船舶電子電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用原理，確定自動化系統(tǒng)中不同組成元素的功能，其次總結(jié)電子電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用，最后提出了電子電氣自動化設(shè)備準(zhǔn)入的安全控制、細(xì)化安全控制指標(biāo)、安全控制評價建模三點(diǎn)建議。憑借電子電氣自動化技術(shù)實(shí)現(xiàn)船舶安全控制系統(tǒng)升級，旨在提高船舶航行的安全系數(shù)。

關(guān)鍵詞：船舶；電子電氣自動化技術(shù)；安全控制

一、引言

自從船舶實(shí)現(xiàn)了電氣自動化，不僅運(yùn)行效率更高，而且監(jiān)測效果也更加理想，在船舶航行過程中，保證了船舶本身與人員的安全性?，F(xiàn)如今，我國船舶行業(yè)對電子電氣自動化技術(shù)進(jìn)行了研究，技術(shù)十分成熟，且自動化系統(tǒng)在大型船舶中也投入了使用，實(shí)現(xiàn)了船舶電氣自動化和通訊導(dǎo)航系統(tǒng)的融合。船舶中安裝的數(shù)據(jù)系統(tǒng)可以銜接岸基數(shù)據(jù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和自動化控制，代表我國船舶自動化控制技術(shù)的成熟，并且已經(jīng)朝著自動化、綜合化、智能化方向轉(zhuǎn)變。

本文基于電氣自動化技術(shù)的成功經(jīng)驗(yàn)，探討船舶在實(shí)現(xiàn)電子電氣自動化過程中的技術(shù)手段，并提出相應(yīng)的安全控制方法。

二、船舶電子電氣自動化技術(shù)

船舶電子電氣自動化是支持正常運(yùn)行的關(guān)鍵，一方面體現(xiàn)在船舶信息通信方面，另一方面體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航方面。在船舶航行過程中出現(xiàn)突發(fā)事故，很難及時作出應(yīng)對，從而面臨危險(xiǎn)[1]。所以，船舶應(yīng)用電子電氣自動化技術(shù)，在一定程度上關(guān)系船舶上各項(xiàng)設(shè)備穩(wěn)定。因此，應(yīng)用此技術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，還需要應(yīng)用智能技術(shù)，應(yīng)用鏈?zhǔn)酵負(fù)錁?gòu)建組織架構(gòu)，此架構(gòu)的穩(wěn)定性能較高，具有低成本的優(yōu)勢，設(shè)計(jì)與搭建此架構(gòu)無需投入高成本。

選擇電子電氣自動化系統(tǒng)內(nèi)部組成元件，包含能量管理主系統(tǒng)、輔助決策子系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)控子系統(tǒng)三部分。根據(jù)船舶電子電氣控制要求，以上三個組成部分中，能量管理主系統(tǒng)最重要。所以，此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)為了突出模塊化特性，應(yīng)用智能技術(shù)，起到遠(yuǎn)程控制能量控制模塊的作用，還可以實(shí)施分布式監(jiān)測，安裝供配電裝置具備集中性。船舶上所有的電力能量，在此設(shè)計(jì)方案作用下，能夠達(dá)到分布式供應(yīng)、智能在線監(jiān)測效果，所有子模塊利用多路CAN組線抽組布設(shè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)[2]。對于船舶上的關(guān)鍵用電設(shè)備，或者輸配電分系統(tǒng)，獲取實(shí)時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)分析后進(jìn)行控制，做出響應(yīng)的同時，向終端預(yù)警，再利用遠(yuǎn)程自動化控制技術(shù)完成一體化的電子電氣自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

系統(tǒng)輔助決策子系統(tǒng)是智能控制工作人員完成輔助操作的關(guān)鍵，為任務(wù)分配賦予智能化特性。在完成作業(yè)進(jìn)程中，工作人員可以隨時查詢?nèi)蝿?wù)的完成進(jìn)度，并且生成任務(wù)報(bào)告，任務(wù)信息可以直接利用船舶安裝的無線信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，向所有控制節(jié)點(diǎn)實(shí)時傳輸，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的資源共享。

最后則是系統(tǒng)中的狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)，直接作用于智能信息通信網(wǎng)絡(luò)，具有如下功能：（1）提高信息傳輸?shù)乃俾?；?）擴(kuò)大基礎(chǔ)通道的容量；（3）改善數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；（4）拓寬信息通道；（5）搜索符合要求的傳輸格式。

通過上述功能，分發(fā)與處理數(shù)據(jù)質(zhì)效也有了明顯提升。因此，為了進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)與大數(shù)據(jù)技術(shù)協(xié)同應(yīng)用的優(yōu)勢，工作人員應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，優(yōu)化專屬特類數(shù)據(jù)，包括門限告警設(shè)置參數(shù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)等，通過各項(xiàng)數(shù)據(jù)的收集、處理與分發(fā)環(huán)節(jié)的優(yōu)化，為處理模式賦予規(guī)范性與差異性特征，使系統(tǒng)涉及的所有標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)得到整合，工作人員以分類形式，高效完成冗余數(shù)據(jù)、特異數(shù)據(jù)的處理，期間需要區(qū)分板塊，精準(zhǔn)劃分模式，使電子電氣自動化技術(shù)的優(yōu)勢體現(xiàn)在功能數(shù)據(jù)的處理中，夯實(shí)船舶智能化監(jiān)測、智慧化運(yùn)維的技術(shù)基礎(chǔ)[3]。

三、船舶不同板塊中電子電氣自動化技術(shù)的運(yùn)用

（一）電子電氣自動化技術(shù)與無線信息傳輸機(jī)制

船舶搭建無線信號傳輸機(jī)制，核心技術(shù)是北斗衛(wèi)星通信技術(shù)，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，此技術(shù)的信號傳輸速度得到了明顯提升，速率最大值為20Gbps。與此同時，按照衛(wèi)星信號網(wǎng)絡(luò)在測量環(huán)節(jié)得到的速率，工作人員經(jīng)計(jì)算得到數(shù)據(jù)上行區(qū)間，為V上行∈[60Mbps，100Mbps]，而數(shù)據(jù)下行區(qū)間則是V下行∈[500Mbps，900Mbps]。

由此可知，數(shù)據(jù)層面需要以“5G+”NR技術(shù)為核心，優(yōu)化船舶上的無線通信性能，繼而加強(qiáng)信號帶寬的規(guī)范性[4]。另外，工作人員靈活應(yīng)用數(shù)據(jù)技術(shù)，智能化采集、收錄、分發(fā)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)處理全過程進(jìn)行安全監(jiān)控，不僅可以實(shí)時管理數(shù)據(jù)的傳輸過程，更有利于實(shí)現(xiàn)船舶信息資源的互聯(lián)互通，從而在電子電氣自動化技術(shù)支持下，為無線信息傳輸技術(shù)賦予在線智能化監(jiān)管功能，降本機(jī)制的運(yùn)行成本，更加有利于提高安全系數(shù)。

（二）電子電氣自動化技術(shù)與遠(yuǎn)程智能監(jiān)測

船舶應(yīng)用電子電氣自動化技術(shù)，對于電子電氣自動化的相關(guān)業(yè)務(wù)，分別在信號發(fā)射、數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)與內(nèi)容分發(fā)環(huán)節(jié)，應(yīng)用任務(wù)認(rèn)知技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等，工作人員構(gòu)建的規(guī)范業(yè)務(wù)流程同樣體現(xiàn)智能化的特征[5]。這里提到的技術(shù)具有多元化復(fù)用功能，實(shí)現(xiàn)WDM智慧傳輸機(jī)制、FTTB智能組網(wǎng)模式和“EPON+”LAN技術(shù)的緊密銜接，對于基礎(chǔ)層中的上行通道而言，可以構(gòu)建具有碼元多址功能的數(shù)據(jù)信號傳輸通道，其在下行通道中，與時分復(fù)用數(shù)據(jù)信號傳輸通道相呼應(yīng)。通過對船舶的遠(yuǎn)程智能控制，監(jiān)測各業(yè)務(wù)流程，工作人員設(shè)置基礎(chǔ)的使用單元數(shù)，OLT模塊與ONU模塊銜接不同的接口。例如，EPON接入網(wǎng)口與數(shù)據(jù)信號接口，滿足局域網(wǎng)絡(luò)用戶的要求。

四、電子電氣自動化技術(shù)安全控制策略

（一）電子電氣自動化設(shè)備準(zhǔn)入的安全控制

船舶所在海域中，位于海上的作業(yè)點(diǎn)數(shù)量多、覆蓋范圍廣、線路長。所以，以往設(shè)置的單一性功能指標(biāo)，無法滿足海域作業(yè)的安全要求，需要在安全控制中應(yīng)用電子電氣自動化設(shè)備，加強(qiáng)安全控制。根據(jù)船舶航行中設(shè)備安全控制積累的經(jīng)驗(yàn)，循序漸進(jìn)地實(shí)現(xiàn)關(guān)口前移，并動態(tài)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可以得出設(shè)備準(zhǔn)入的多元標(biāo)準(zhǔn)，為電子電氣自動化設(shè)備選用指明方向，總結(jié)符合設(shè)備功能準(zhǔn)入要求的安全控制規(guī)定。對此，發(fā)揮電子電氣自動化技術(shù)的優(yōu)勢，推出覆蓋的保障序列，結(jié)合各電子電氣自動化設(shè)備的不同需求，采取差異性的安全控制措施[6]。

工作人員總結(jié)安全控制需求后，將其與對應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)功能配對的同時，還可以在電子電氣自動化設(shè)備安全控制方面實(shí)現(xiàn)專用，使船舶在海上作業(yè)過程中，能夠增強(qiáng)各電子電氣自動化設(shè)備的專業(yè)性。實(shí)操中，工作人員結(jié)合設(shè)備的不同參數(shù)，科學(xué)劃分安全控制要求，在此基礎(chǔ)上提出安全控制的最低標(biāo)準(zhǔn)、準(zhǔn)入規(guī)范和高指標(biāo)激勵性策略，對優(yōu)化設(shè)備性能參數(shù)起到正向作用，以免出現(xiàn)電子電氣自動化設(shè)備功能和安全控制脫節(jié)的情況。

（二）細(xì)化設(shè)備安全控制指標(biāo)

電子電氣自動化設(shè)備安全控制指標(biāo)的設(shè)置，在一級指標(biāo)基礎(chǔ)上還需細(xì)化出二級指標(biāo)。現(xiàn)有的一級指標(biāo)包含設(shè)備操作人員、機(jī)器設(shè)備性能、使用元件、安全控制方法。經(jīng)細(xì)化得出二級指標(biāo)，具體如下。

1.人員的二級指標(biāo)

在電子電氣自動化設(shè)備安全控制中，基于已有的人員一級指標(biāo)，得出二級指標(biāo)如下：（1）現(xiàn)行安全控制制度完整性；（2）安全生產(chǎn)責(zé)任制完整性；（3）安全控制的投入；（4）安全控制部門與人員配備；（5）實(shí)施安全檢查情況；（6）機(jī)械作業(yè)人員接受安全教育；（7）安全控制人員對工作崗位的危險(xiǎn)程度認(rèn)識；（8）安全事故應(yīng)急方案可行性；（9）面對設(shè)備安全突發(fā)事故的應(yīng)急處理與反應(yīng)能力等。

2.機(jī)器設(shè)備性能

機(jī)器設(shè)備性能的二級指標(biāo)，經(jīng)細(xì)化如下：（1）機(jī)械裝備來源是否可靠；（2）安全扣鎖上方是否配備了安全附件；（3）安全裝備狀態(tài)是否安全；（4）機(jī)械保養(yǎng)維護(hù)是否定期進(jìn)行等[7]。

3.使用元件

電子電氣自動化使用元件的二級指標(biāo)，經(jīng)細(xì)化如下：（1）自動化設(shè)備儲備量是否充足；（2）各類元件儲備量是否充足；（3）船舶防火、防爆點(diǎn)檢自動化升級是否到位等。

4.安全控制方法

安全控制方法的二級指標(biāo)，經(jīng)細(xì)化如下：（1）設(shè)備作業(yè)期間是否可能存在火災(zāi)、爆炸等危險(xiǎn)；（2）設(shè)備作業(yè)流程設(shè)計(jì)是否可行；（3）設(shè)備作業(yè)方法操作是否合理；（4）設(shè)備作業(yè)過程中人員安全是否得到保障。

（三）安全控制評價建模

電子電氣自動化設(shè)備的安全控制評價建模，應(yīng)用SAJ（Job Safety Analysis，工作安全分析）法，同時整理安全等級標(biāo)準(zhǔn)，如表1。明確設(shè)備安全控制系統(tǒng)中，所有安全等級的劃分依據(jù)與分值標(biāo)準(zhǔn)。通過 SAJ 法，面向設(shè)備安全控制所有指標(biāo)實(shí)施安全檢查，根據(jù)得到的結(jié)果，再依次確定控制指標(biāo)的評估標(biāo)準(zhǔn)，最終確定相應(yīng)指標(biāo)的安全等級。

根據(jù)表2中的分值與標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備安全控制中確定安全等級，如果面臨差異和臨時變化，工作人員需要采取差異化安全控制的方法。如果設(shè)備安全控制評估中，得到的安全等級分值在60分以下，代表安全控制力度不足，出現(xiàn)安全事故隱患的概率較高。

對于工作人員、機(jī)器設(shè)備性能、使用元件、安全控制方法這四項(xiàng)指標(biāo)，安全控制人員對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行因素打分統(tǒng)計(jì)，明確安全控制各項(xiàng)指標(biāo)的具體分值以及權(quán)重，整體為表2。對于設(shè)定的二級指標(biāo)，要求檢查標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)統(tǒng)一為5分，并且綜合實(shí)際分?jǐn)?shù)、權(quán)重值進(jìn)行計(jì)算，可以獲得安全控制系統(tǒng)評估的總分，確定各項(xiàng)指標(biāo)的安全等級，在此基礎(chǔ)上可以了解安全控制實(shí)施現(xiàn)狀、電子電氣自動化技術(shù)在其中應(yīng)用的薄弱之處，為安全控制指明方向。

五、結(jié)束語

船舶電子電氣自動化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)管控模式創(chuàng)新與升級的關(guān)鍵手段，大力應(yīng)用電子電氣自動化技術(shù)，利用智能化、信息化技術(shù)與設(shè)備，提高船舶航行過程的控制水平。同時，在實(shí)現(xiàn)高效率航行基礎(chǔ)上，也可以在電子電氣自動化技術(shù)的支持下，對船舶進(jìn)行強(qiáng)有力的安全控制。工作人員采取安全建模的方式，詳細(xì)設(shè)置安全控制指標(biāo)，根據(jù)構(gòu)建的模型分析船舶電子電氣自動化設(shè)備的安全隱患，提高安全控制的有效性。

作者單位：顧驕 中國船舶集團(tuán)有限公司第七二六研究所

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