（交通运输工程专业论文）天津港船舶机损事故分析及对策研究.pdf

中文摘要 摘要 为保障天津港正常的通航秩序，必须有效遏止天津港水域船舶机损事故的发 生，这就需要对其发生的特点、成因及规律等有所了解，才能采取针对性措施。船 舶机损事故成因十分复杂，正好符合一个灰色系统的特点。灰色系统理论对样本数 据的数量和信息的准确度要求都不是很高，因此可以运用灰色系统理论作为分析 船舶事故的一种手段，以进一步完善船舶机损事故原因的定量分析工作。 本文以天津港近年的机损事故数据为基础，尝试运用灰色关联分析理论，分 别计算出船舶机损事故发生的故障种类和故障发生区域的关联度，并和实际情况 相比较，证明了关联度分析方法的可靠；结合天津港近年机损事故发生的实际情 况，本文对天津港船舶机损事故的特点进行了具体而为全面的分析；最后结合本 人在海事管理方面的经验，文中向相关部门提出了改善天津海上交通环境的具体 监管对策。 关键词：船舶机损事故；灰色关联分析；对策 a b s t r a c t t 0k e e pt h en o 衄a lo r d e ro fn a v i g a t i o ni nt i a n j i np o r t ，i tm u s t b ee f f e c t i v et oc u r b t h eo c c u r r e 】k eo fm a r i n em e c h a n i c a la c c i d e n t ，w h i c hr e q u i r e sa nu n d e r s t a n d i n go f t h e c h 啪c t e r i s t i c ，c a u s e ，a n do r d e r l i n e s so fo c c u r r e n c e ，i no r d e rt ot a k ec o u n t e r - m e a s u r e s m a r i i l cm e c h 枷c a la c c i d e n ti sq u i t ec o m p l e x ，e x a c t l yi nl i n ew i t ht h ef e a t u r eo fg r a y s y s t e m i t i sn o tv e r yh i g ho nt h en u m b e ro fs a m p l e sd a t a a n dt h ea c c u r a c yo t i n f o m a t i o nf o r t h er e q u i r e m e n t so fg r a ys y s t e mt h e o r y s ot h et h e o r yc a n b eu s e da sa m e 锄t 0c o n s u m m a t et h eq u a n t i t a t i v ea n a l y s i sw o r ko nt h e c a u s eo fm a r i n em e c h a n i c a l a c c i d e n t b a s e do nt h er e c e n td a t ao fm a r i n em e c h a n i c a la c c i d e n t so fr i a n j i np o r t ，it r i e d t o u s et h et h e o r yo fg r a yc o r r e l a t i o na n a l y s i st oc a l c u l a t ec o r r e l a t i o nd e g r e eo ft h e 咖e s a n dr e g i o i l so ft h ea c c i d e n t sr e s p e c t i v e l ya n dp r o v e di tr e l i a b l et h r o u g hc o m p a r i n g t h e r e s u l tw i t h l ca c t u a ls i t u a t i o n ；i nt h em e a n t i m e ，w i t ht h ea c t u a ls i t u a t i o no f t i a n j i n p 0 1 1 ：，ia i l a i y z e dt h e c h a r a c t e r i s t i co fm a r i n em e c h a n i c a la c c i d e n tc o n c r e t e l ya n d c o m p r e h e n s i v e l y ；a tl a s t ，d u et o t h ee x p e r i e n c ei nm a r i n em a n a g e m e n t ，ip r o v l d e da s p e c i f i cs u g g e s t i o no nr c g u l a t o r ym e a s u r e st ot h er e l e v a n td e p a r t m e n t si n t l l i sa n l c l e ， f o ri m p r o v i n gt h em a r i t i m et r a i i i ci nt i a n j i nw a t e r s k e y w o r d s ：m a r i n em e c h a n i c a la c c i d e n tg r a y c o r r e l a t i o na n a l y s i s ) c o u n t e r m e a s u r e 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成硕士学位论文= = 丞洼鲞盥舶扭塑塞敛岔蚯丞数筮研究：。除论文中已经注 明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或 未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：婴矗盘 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论文全 文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式出版发 行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于： 保密口在年解密后适用本授权书。 不保密口( 请在以上方框内打“4 ) 燃撇：霹酗黜名：曩! 哟 日期： 年月 e t 天津港船舶机损事故分析及对策研究 第1 章绪论 1 1 天津港机损事故现状 ， 随着天津滨海新区的开发开放纳入国家发展的总体布局，天津的发展面临着 前所未有的机遇。天津港作为北方的航运中心，更成为了天津的重要战略资源。 目前，天津港的年货物吞吐量4 亿吨，进出港船舶达1 0 万余艘次年，为天津的发 展做出了重要贡献，同时也给航道通航造成了巨大压力。天津港作为人工港，目 前只有一条主航道，船舶在航道内发上机损，对港口、船舶及海洋环境均构成了 巨大威胁。如果大型油船、液货船及化学品船，一旦因为主机故障发生碰撞事故， 对港口、船舶、环境及人命财产安全造成的损失将是灾难性的。 天津港地处渤海湾西端，位于海河下游入海口处，处于京津城市带和环渤海 经济圈的交汇点上，是环渤海港口中与华北、西北等内陆地区距离最短的港口， 是首都北京和天津市的海上门户，也是亚欧大陆桥的东端起点。 天津港主航道长4 4 公里，航道底宽最宽2 6 0 米，航道水深最深1 9 5 米，2 0 万吨级船舶可以随时进出港，2 5 万吨级船舶可以乘潮进港【。近年来，随着沿海 航运市场的空前繁荣，天津港船舶流量逐年增加，航道内发生的机损事故数量也 逐年上升。对于这样一个航道狭长，通航压力巨大，航道使用几近饱和的港口来 说，航道内发生机损事故，不仅对船舶本身，也对通航环境和港口的安全等造成 巨大威胁。 根据调查统计，2 0 0 5 年，全港船舶发生主机、辅机、舵机、锚机及其它主要 操纵设备故障1 4 4 起。2 0 0 6 年船舶机损事故总量进一步增加至1 8 8 起，2 0 0 7 年， 伴随着机损专项检查活动的进行，情况虽有所好转但同样也达到了1 7 7 起，机损 事故发生率达到0 。2 4 。 虽然到目前为止，由于各方面采取的控制措施得力，天津港尚未发生由船舶 机损事故造成的船舶碰撞、搁浅、沉没等恶性交通事故，但由于船舶机损事故引 发的险情和造成航道堵塞的情况时有发生，特别是船舶机损给天津港通航环境、 安全生产作业等构成重大安全隐患，对天津港水运经济的发展造成了一定程度的 影响。 第1 章绪论 1 2 本文主要内容与意义 1 2 1 主要工作内容 本人通过全面搜集和分析机损事故数据，找出其发生、发展的原因和特点， 提出具有针对性的监管措施和安全管理建议，以期降低天津港水域安全通航、作 业隐患，保障船舶通航安全和人民生命财产安全，为地方经济发展提供服务。 主要研究工作如下： ( 1 ) 搜集近两年在天津港航道内发生机损事故的资料，包括船舶种类、船舶国 籍、配员情况及管理公司等船舶资料和事故种类、影响等资料。 ( 2 ) 统计各种事故所占比例，分析其发生的原因，运用灰色关联分析法，计算 出事故种类、事故发生地理位置的关联度。 ( 3 ) 搜集、整理国内外主辅机管理的经验资料，进行分析总结。 ( 4 ) 以服务为宗旨，坚持以天津港自身特点为基本依据，研究、论证具体监管 和服务措施，为地方经济的可持续发展提供安全保障。 1 2 2 研究的现实意义 机损事故对船舶自身安全造成严重威胁【2 】。虽然船舶机损尚未在天津港引发重 大事故，但是在天津港船舶流量逐年攀升，交通形势日趋复杂的新形势下，机损 事故的发生严重威胁船舶自身安全。 其次，机损事故对本港的船舶航行乃至港口安全造成严重影响。频繁发生的 船舶机损事故不仅对船舶本身，也对其它船舶航行和港口的安全造成巨大威胁。 船舶机损事故多次引发紧迫局面并数次造成航道交通堵塞。 例如：2 0 0 5 年1 2 月1 4 日，“银樟 轮出口2 7 、2 8 浮附近舵机失控，船首向 南冲出航道，紧急下锚后船身横于主航道，将大半个航道封住。随该轮出港的其 它六艘船舶先后在航道上紧急下锚。虽“银樟 由两条大马力拖轮协助出港，未 发生船舶碰撞或搁浅事故，但造成天津港主航道封闭2 5 小时。 2 0 0 6 年1 月3 日，“织女星 轮出港至3 4 号浮标发生主机故障，造成其后出 港的5 条船在航道紧急下锚，航道封闭1 个多小时，对当时的交通态势造成严重 影响。 天津港船舶机损事故分析及对策研究 因此，如何预见、处理此类事故，减少对其对整个交通态势带来的影响应该 作为海事监管工作中的一个重要问题。本课题就是在此背景下，通过对发生在天 津港的船舶机损事故的统计与分析，研究当前造成船舶机损事故频发的主要原因， 提出主要的海事监管对策。 第2 章船舶机损概述 第2 章船舶机损概述 2 1 机损相关概念 船舶机损复杂多样，了解机损的类别、规律、性质、影响因素以及产生的危 害，有助于对事故原因进行系统分析，另外便于船舶管理者采取有效维修保养措 施，防止事故的发生【3 】【4 】。 2 1 1 船舶机损的概念 通常把船舶机损丧失规定的功能( 如船舶动力性) 称为船舶机损【5 1 。船舶机损 发生故障以前，我们可以根据某些物理状态、工作参数、仪器、仪表的检测等来 判断船舶机损即将发生故障，在船舶机损发生以前，若采取有效的维护和修理措 施，即可避免事故的发生。 2 1 2 船舶机损分类 船舶机损是复杂多样的，按故障性质、原因、影响、特点等情况可以分成4 类 【6 】。这样有助于我们分析、认识故障和排除故障，也可为故障统计提供可靠的依据。 ( 1 ) 按故障的性质分类： 人为故障：由于轮机管理、操作人员的行为过失而引起的机损。这是船舶机 损的主要原因，占8 0 以上【刀。 自然故障：由于船舶机械的工作条件与环境的恶劣，结构与材料的缺陷，制 造与安装质量的不良等原因造成的故障，如2 0 0 2 年以后制造的一批低质量船舶所 发生的故障【8 1 。 ( 2 ) 按故障原因分类【9 】 结构性故障：船舶机损因设计上的缺陷或选材不合适等原因导致的故障。 工艺性故障：由于制造、安装工艺的问题或者质量的控制、检测不严等引起 的故障。例如，由于轴系的校中质量不良而引起轴系振动、轴承过度磨损等。 磨损性故障：设备在正常磨损所造成的故障。例如，主机缸套活塞由于长期 运转磨损后造成间隙过大而引起的窜气、起动困难等故障。 管理性故障：由于船员维护不良或违反操作规程等原因而造成的故障。大多 数船舶机损都属于此类故障。 天津港船舶机损事故分析及对策研究 ( 3 ) 按故障对船舶航行安全影响程度分类 船舶功能部分丧失的局部故障：由于船舶机损产生局部故障导致设备的功能 部分丧失，不需停航修理，不会影响到船舶的适航性【1 0 1 。例如，主机某缸的喷油 器的故障。 船舶设备功能完全丧失的严重性故障：此类故障必须通过停航争取时间内船 员通过自修采取更换备件等措施来排除的故障，影响到船舶的适航性。当船机故 障严重时，除了造成船机设备功能完全丧失外，甚至导致船舶需进厂较长时间修 理。例如，“威龙3 l 轮离岗时螺旋桨脱落而造成船舶长时间停航的全局性故障。 任何故障( 突发故障除外) 在发生前均有不同的征兆显示，即故障先兆。船 机故障的先兆主要有预示船级性能故障和预示船机油、水、气故障两个方面f i l 】。 预示船级性能故障的征兆： 功能异常，如启动困难、功率不足、转动不稳、振动加剧、自动停车等。 温度异常，如油、水温度过高，轴承温度过高等。 压力异常，如燃油、滑油、冷却水压力异常，压缩压力和爆发压力异常。 示功图异常。 预示船机油、水、气故障的征兆： 外观反常，如船机运转中油、水、气等有跑、冒、滴、漏等；冒黑烟、蓝烟、 或白烟等。 消耗反常，运转中燃油、滑油、冷却水消耗过多或过少，气味反常，闻到焦 味或刺激味等；声音异常，如敲缸、拉缸声等。 2 i 3 机损规律 船舶主辅机在使用过程中，在不同时期的故障几率不同。经验与试验表明， 设备常见故障率与时间的变化规律大多呈浴盆剖面状，常称作“浴盆曲线”。如图 2 1 所示，故障率随时间的变化大致分为3 个阶段：早期故障期、随机故障期和耗 损故障期【l l 】。 第2 章船舶机损概述 圈2l 故障率曲线f 浴盆曲线) f i g21 f a i l u r er a kc u r v e ( b a t h t u b i c u r v e r 1 1 早期故障期 又称磨合期，出现在主辅机投入工作的早期。其特点是故障牢较高，且随时间 的增加而迅速下降。早期故障一般由于设计、制造上的缺陷等原因引起的，殴备 进行大修或改造后，再次使用也会出现这种情况。设备可以在正常条件下的磨合、 调试、修理和更换部件等措施是故障率降低，是运转趋向稳定。低质量船舶在投 入使用的早期，由于设计或制造上存在许多缺陷，应加强监管。 ( 2 ) 随机故障期 又称偶然故障期，是设备的有效寿命期，整个阶段的故障率低而且稳定。主要 是由于设计、制造中潜在的缺陷，操作不当、维护不当和环境因素等原因引起的。 船舶在正常使用中，正确操作和维护管理好设备，可以减少随机故障的发生。 ( 3 ) 耗损故障期 又称晚期故障，山现在设备使用的后期。故障率随着时间的延长而增大。耗损故 障是由于设备零部件的磨损、疲劳、腐蚀和老化等造成的。在耗损故障期丌始前及 时修理或更换零部件町以推迟故障耗损期。老船舶由于设备的磨损、疲劳、腐蚀 和老化等易发生机损，因此应加强老旧船舶的管理，另外有些新造的低质量船舶由 于在制造中使用老旧设备，易导致机损的发生。 天津港船舶机损事故分析及对策研究 2 2 现今造成机损的主要原因 从航运界宏观环境来看，船舶机损频发的原因主要有以下几方面。 2 2 1 船员管理“脱位” 主要体现在以下两个方面： ( 1 ) 船员服务市场管理混乱【1 2 】 最近几年，随着航运市场的快速发展发展，船员队伍不断壮大，全国在运输 船舶上从事船员工作的约1 5 5 万人，居世界第一位。从整个船员服务市场来看， 船员仍然比较紧缺，随着船员逐渐市场化，船员流动性加大，船员队伍不稳定。 目前来看，国内尚缺少一个有效的船员劳务市场的监管机制，对国内船员的管理 相对滞后，船员的管理、教育、培训、用工和薪酬制度不健全，难以保证船员待 遇以及稳定船员队伍，由此引发一系列的问题，也给航运市场带来不少安全隐患。 现在许多船员配训和中介机构管理水平参差不齐，在经济利益的驱动下，将许多 资历浅，技能差的船员派往船舶工作，这些船员由于缺少有效的约束机制，在船 工作期间缺乏主任翁意识，责任心差，很难将船舶各项安全管理措施落实到位。 ( 2 ) 船员素质普遍下降，船舶配员不足 在航运市场空前繁荣的情况下，船东为了降低营运成本，除了减少维修保养 开支，采取的另一重要方式就是降低船员支出：一是以低工资雇佣低素质船员， 二是尽可能的减少配员 1 3 1 。以低工资雇佣的船员由于缺乏充分的培训和足够的海 上资历，或者由于健康条件差和语言不通，往往缺乏专业知识、技术能力和交流 能力，因而导致了许多事故和险情。配员减少导致某些船舶的船员疲劳过度。值 得注意的是，船舶最低配员标准是法定的最低要求，最低配员规则第五条规 定不免除船舶所有人为保证船舶安全航行和作业增加必要船员的责任，也就是说 根据船舶安全航行的实际需要公司可以为船舶多配船员。现在船舶的自动化程度 提高了，但船员的劳动强度却因配员减少和船舶周转加快而大大提高，工作节奏 加快给人们造成精神是的压力愈来愈大，船员身心疲惫，使得船舶维修保养受到 影响，为保证船舶航行安全，船舶应根据实际情况合理配员。 2 。2 。2 低质量船充斥市场 近年来，随着国民经济快速发展，产生了对货物海运的强劲需求，中国船舶工 第2 章船舶机损概述 业也随之迅猛发展，造船市场空前兴旺。船舶工业归属国防科工委管理，但由于 相应的法律、法规明显滞后，从而导致建造市场混乱，大量没有合法的经营资格， 不具备基本技术条件和质量保障能力，以及不按国家现行的船舶建造标准和规范 进行船舶生产的造船厂违规造船，大量低质量船舶进入运输和生产领域，成为水 上安全的重大隐患。 低质量船舶的造船厂大多集中在江、浙、闽一带，这些船厂硬件和软件设施 较差，船舶的主辅机装置主要存在以下问题： ( 1 ) 船舶主辅机在制造和安装工艺方面的质量问题 最近几年，国产主辅机制造技术有了一定提高，但随着船舶主辅机需求量的 急剧增长，船用产品生产相对滞后，许多质量控制、检测不严的国产船用主辅机 设备流入航运市场，特别是一些国产中速机故障率较高，需要重点监管。 在安装工艺方面，由于这些修造船厂缺少必需的各种硬件设施，技术工人大多 未经系统培训，缺乏必要安装工艺知识，从而导致安装质量不佳，直接影响到主辅 机设备的可靠性。以船舶主辅机动力装置的监控、报警设备工作情况为例。部分船 舶在制造时，该系统就未能将有关线路与相应的机电设备连接，使得系统形同虚设 【i 】 0 ( 2 ) 船舶检验部门以及船舶建造部门对船舶质量缺乏必要的监督和检验。 虽然国务院明确“船舶建造质量安全监管由国防科工委负责”，但国防科工委的 工作主要集中在国有大中型船厂，而对地方小船厂重视不够，有的地方没有国防 科工办，因而导致没有相应的主管部门负责监督生产，难以保证船舶质量。大多 滩涂造船未经船检部门的建造检验，船舶无审批图纸或未按图纸施工，造船工艺 达不到船检规范要求。另外低质量船舶大都由地方船检负责检验，目前由于地方 船检普遍存在人力不足、人员超负荷运转、部分从业人员素质较低的现象，难以 保证检验质量。 ( 3 ) 船东为追求高额经济利益，缩短生产周期，节省成本，在船舶建造过程中， 采用许多旧的机电设备或非船用设备，为船舶的后期营运埋下较大安全隐患。 2 。2 3 船舶老龄化和低标准方便旗船舶增加 一方面，近些年船舶老龄化的问题比较突出。航运市场的空前繁荣造成竞争 天津港船舶机损事故分析及对策研究 的日趋激烈，同时经营成本提高和船价上涨而导致船东无力更新现有船舶。在这 种情况下。船东重视短期利益，忽视船舶安全投入，压缩船舶维修保养周期和开 支，使船舶安全技术状况更趋恶化，使老龄船舶雪上加霜。 另一方面，随着经济全球化程度的不断加深，船东为最求经济利益的最大化， 大多选择低成本、便利、受政治影响较小的方便旗国管理，这其中也包括一部分 中资低标准方便旗船舶。大多数方便旗船旗国没有对船级社严格审查，随意授权 缺乏检验资质组织甚至个人执行船舶法定检验，甚至出现不检验就发证的现象， 使得这些低标准船舶大量流入航运市场n 酊。 2 2 4 船舶安全管理体系运行“失效 目前许多船舶管理公司没有完全承担规则规定的责任和义务，体系的运行存 在“两张皮的情况，船舶管理协议只是停留在纸上，是形式管理。主要存在以 下几类问题n 6 17 1 ： ( 1 ) 管理“缺位”。也就是通常所说的“代而不管”。部分管船公司未按照代 管协议的规定切实履行对代管船的安全和防污染管理责任，所谓代管仅限于提 供体系文件、对船员进行培训和接待审核取证，公司与船舶在日常安全管理方面 并没有建立起实质性联系。有的管船公司片面追求经济效益，收取的管理费用相 当低廉，从某种角度也说明公司难以管理到位。 ( 2 ) 管理“失位 。也就是通常所说的“管而不理”，有些管船公司虽有心加 强船舶安全管理，但由于船东未充分或实质性授权，管船公司并没有相应的资源 支配权以支持体系的有效运行，船员在安全管理方面也不服从公司的管理，安全 管理体系受到船东和船员的“软抵制”而不能有效运行，在这种情况下管船公司 失去了它作为管理者之“位 而无法履行其责任。 ( 3 ) 管理“越位 。由于一些船舶的船员文化素质很低，无法按照安全管理体 系文件的要求开展安全管理活动，有些管船公司不采取加强培训或更换船员的措 施来改善现状，而是超越其责任替代船员事后编造安全管理活动记录以应付外部 审核。 2 2 5 国内沿海船舶安全与防污染体系文件适用性较差 ( 1 ) s m s 体系文件，是一个比较科学的系统理论。执法人员在检查过程中发现 第2 章船舶机损概述 部分小型船舶管理公司，大多采用拿来主义，抄袭别人的管理体系，而对船舶的 操作性指南适用性不强，审核员在审核发证时应严格把关n 町。 ( 2 ) 船员的素质差，缺乏运行体系，遵守程序的自觉性。国内沿海船舶以个体 经营为主要形式，船员的文化水平普遍较差，安全意识淡薄，缺乏对体系运行的 必要性和重要性的认识，许多体系文件变成了一个摆设n 引。 ( 3 ) 船舶机务管理系统的运行缺乏有效性。 船舶机务管理的目的是通过船舶和岸基机务部f - j x 寸船舶和机电设备的管理、 使用、保养和修理的控制，切实保障船舶和设备的技术状态维持正常，满足其预 定用途。机损频发的船舶其机务管理主要存在以下几个方面的问题啪1 ： 船舶缺少完整的技术图纸、资料和制造使用说明书，轮机管理人员不能 按照制造厂商的制造说明书的要求，对主辅机设备进行正确的操作和维护保养， 人为误操作导致船舶机损的发生。 船员轮机管理水平较差，不能根据各项设备的性能参数及时发现船舶主 辅机方面的缺陷并将缺陷上报公司，以获得必要的岸基支持。 部分船舶机电设备备件数量不足或备件质量低劣，难以对机电设备进行 正常的维护和保养。 船东为提高船舶营运率，不按照有关要求对船舶进行定期修理，有时在 船舶修理期间为缩短修期，降低修理标准，不能确保船舶修船质量。 部分岸基机务管理人员缺乏相应的资历，不能对船舶机电设备运行进行 有效监控和为船舶提供有效的技术和咨询服务。 2 2 6 船用燃油管理不当以及低质量和低标准燃油的使用 ( 1 ) 低质量燃料油的使用 低质燃油一般指石油经过精炼后产生的重质燃油( h f o ) 。近几年来，随着炼 油技术得不断改进，石油提炼后的渣油越来越少，燃油质量越来越差，使得船舶 柴油机对燃油选择得余地越来越少。国际燃油价格的迅速上涨，船东为了降低营 运成本，船用柴油机不得不使用低质燃油。燃油质量越差，则燃油的发火品质以 及燃烧性能越差，对柴油机的运转威胁也就越大船。 二次精炼造成了燃油质量的变化，发热值降低，密度、粘度、残炭、沥青、 天津港船舶机损事故分析及对策研究 硫分提高，催化剂残余物硅和铝的污染加剧，钒和镍的含量增加，燃油不稳定和 不相容性的现象增多。所有这些特性变化，需要对燃油进行严格的管理。 燃油品质的几个特性指标对船舶柴油机性能的影响如下妇羽： 黏度 黏度是衡量燃油质量的一个重要指标，黏度大的燃油不利于雾化和燃烧，容 易造成柴油机燃烧不良，它对驳运、加热和净化均有很大的影响。 密度 燃油的密度与它的化学成分和馏分组成有关。密度越大的燃油含有芳香烃的 比例就越多，燃油中的残炭和沥青含量就越大，燃烧特性也就越差。若密度太大， 则在使用离心式分油机分离油中水分和杂质时遇到困难，因此船用燃油机所使用 的燃油密度极限值为9 9 1 k g m 3 。如果使用密度超过这个极限值的燃油，船上必须 配有特殊的燃油净化设备。 硫分 燃油中硫的含量不容忽视，燃油中硫分过多会产生s 0 2 和s 0 3 ，如果燃烧室 内局部温度在其露点以下就会形成亚硫酸或硫酸，造成燃烧室组件强烈腐蚀。选 择一定碱性的汽缸油和控制缸套冷却水的温度可以大大降低这种腐蚀的作用。此 外，燃油中的硫分还会造成大气污染。 残炭 燃油中过高的残炭会造成汽缸中结炭，造成缸套和活塞环磨损加剧，严重时 会引起活塞环卡死和折断。结炭还会脏赌气道、气阀、增压器和废气锅炉。 沥青 沥青是多环大分子量的芳香烃，是一种不溶于石蜡基油而能溶于苯的一种黑 褐色粉末状物质；沥青在燃烧中的作用类似于残炭。沥青对燃油的润滑性能影响 很大，在某种情况下，过高的沥青含量会造成高压油泵和喷油器卡阻，此外沥青 能加速燃油与水的乳化。 水分 燃油中的水分会降低燃油的发热值，并容易破坏正常发火。 灰分 第2 章船舶机损概述 灰分的主要成分是金属氧化物和具有可溶性的金属盐，在汽缸中主要起着磨 料作用，加剧汽缸的磨粒磨损。 钒和钠 钒与钠结合，特别是在钒含量较高或钠和钒的重量比超过1 ：3 的情况下，在 燃烧后会形成低熔点的化合物( 例如n a 2 0 、v 2 0 4 、5 v 2 0 5 ) ，这些化合物的熔点比 较低。当汽缸壁和排气阀的表面温度过高而超过这些化合物的熔点时，这些固体 粒子就会融化附着在金属表面上，与金属发生氧化还原反应而腐蚀金属。当燃油 中含有海水时，钠含量会增加。 铝和硅 燃油中含有铝和硅会形成反应磨粒，主要是砧2 0 3 和s i 0 3 ，这些颗粒坚硬耐 磨，会大大加剧汽缸的磨粒磨损。 燃油的发火品质 英国和其欧洲国家习惯用计算芳香性指数c c a l ( c a l c u l a t e dc a r b o n a r o m a t i c i t yi n d e x ) 来评价燃油的发火品质。 ( 2 ) 低标准船用燃油的使用 低标准燃油主要指对国内小型燃油供给公司向船舶提供的不满足国家标准和 国籍标准的燃油。船用燃料油的分类五花a 1 - j ，不同石油公司和国家都有自己的 分类标准，多年来石油标准化组织和我国都制定了相应的船舶燃油标准。随着航 运的快速发展，对船舶燃料油需求量急剧加大，许多小型个体船舶燃料公司应运 而生。这些燃料公司大多管理混乱，缺乏有效监督制约机制，向船舶所提供的燃 油质量较差，低于相关标准。大多船东为节省经营成本，多补加小型燃料公司的 低廉、低标准燃油，为航行市场埋下了较大的安全隐患。现大多数沿海船舶加装 的船用燃油未经取样化验，供油单据上没有各项关键性燃油指标。由于不知道实 际的燃油比重和粘度等性能指标( 沿海船般无燃油粘度计) ，轮机管理人员无法 对日用燃油采取有效净化、加热等预处理措施，不能保证最佳燃油进机质量。船 舶若使用这些低标准且未经有效预处理的燃油将会使柴油机燃烧性能的恶化，从 而导致船舶柴油机发生故障。虽然目前对船用燃油质量的管理有相关的国家和国 际标准，但缺少对船用燃油的性能指标( 除闪点和硫分外) 相关的强制规定，执 天津港船舶机损事故分析及对策研究 法人员难以对船用燃油质量进行有效监管。 例如2 0 0 8 年三月，某轮发生了主机多缸高压油泵咬死、缸套拉缸损坏、油头 损坏，燃烧产物污染主机滑油等故障，导致多次途中停航修理。最后发生了曲拐 箱爆炸，主辅机坏严重。不得不在营运中停航修理，产生了船期损失、倒箱费、 备件费和修理费等等，经济损失近百万晗副。 当时船方分析认为，事故原因除了管理上的不足外，主要是燃油质量差引起 的乜4 1 。所以向船公司反映了燃油质量问题。船公司十分重视，要求船方提供加油 时所取的油样，以便到专业机构分析化验。因加油时船方根本没有认识到油样的 重要性，没有保存好油样，故无法提供加油时的油样。只能让供油商提供加油的 油样送去化验，经权威机构化验，结果显示油样的指标都合格。但是，在对事故 船上所提取的油样进行送检化验，结果为燃油黏度超标严重，机械杂质和水分比 正常指标略高。经事后调查分析，导致这次事故的直接原因主要是低质燃油的使 用。但在处理该机损事故时，供油商不承认船方事后所取的油样，使索赔工作陷 入困境。 从这次事故中我们可以认识到，在加油过程中，正规提取油样并及时送检化 验对减少柴油机故障的发生起着十分重要的作用。 第3 章灰色系统的关联度分析理论 第3 章灰色系统的关联度分析理论 3 1 灰色系统理论概述 灰色系统理论是我国学者邓聚龙教授1 9 8 2 年在国际上首先提出来的，为未来 学的研究提供了新的基本理论和方法，包含已知信息的系统称白色系统，包含未 知信息的系统称之黑色系统，而灰色系统既含有已知信息又含有未知的或非确知 的信息，灰色系统理论已在工程系统、农业系统、社会经济系统等领域取得了可 喜的成就，并己跨出控制领域而渗透到社会经济各个领域，运用该理论建立的灰 色系统模型，可对系统的发展变化进行全面的分析观察做出长期预测1 。 3 1 1 灰色系统理论的历史 灰色系统理论是由“黑箱 和“灰箱 演变而来的，1 9 4 5 年美国控制论专家 维纳f n w i e n e r ) 和1 9 5 3 年英国科学家艾什比( a i s b o ) 曾闭盒( c l o s e d b o x ) 与黑盒 ( b 1 a c k b o x ) 来称呼内部信息未知的对象【2 6 】。从此以后，人们就常用颜色深浅来表示 系统信息完备程度，因此我们把内部特征已知的信息系统，称为白色系统；把未 知的或非确知的信息系统，称为黑色系统：把既含有已知的又含有未知的或非确知 的信息系统，成为灰色系统【2 7 1 。 我国西汉时期的指南车，1 7 世纪帕斯卡( p a s c a l l ) 和莱布尼茨( l e i b n i z ) 对 设计数字计算机的设想，1 8 世纪英国蒸汽机调速器的发明，1 9 世纪麦克斯韦 ( m a x w e l l ) 和维什涅格拉特斯基提出关于控制与反馈系统的理论，苏联的谢斯塔科 夫和加甫里洛夫以及日本科学家中岛等用逻辑代数研究开关电路方面的理论结 果，1 9 2 8 年由冯诺意曼( j , v o 州e u m a n n ) 建立起来的对策论和统计学家费希尔 ( r a p h i s ：r e ) 等建立的信息论等，所有这些都形成了系统控制论的萌芽。到本世纪 4 0 年代，系统控制论己形成一门独立科学【2 引。 但是，由于许多大系统的信息不完备，很难建立精确的数学模型，而且控制 效果较差，因此控制论工作者又探索了一些新的处理途径。例如，1 9 6 5 年美国控 制论专家查德( l a z a d e ) 创立的模糊集理论，他所定义的隶属函数，就是用数学方 法来刻划和描述定性信息的一种量度【2 9 1 。1 9 7 4 年美国的马大尼( e h m 锄d a l l i ) 首先 把模糊集理论应用于锅炉和蒸汽机的控制，取得了良好效果。这一开拓性试验以 天津港船舶机损事故分析及对策研究 及近年来我国学者在工业、天气预报、三化螟幼虫显害量预测上的应用成果，汤 限m t o n g ) 和汪培庄等理论性论文的发表，标志着模糊控制论的形成。虽然模糊控 制论能够模拟人的思维方法，对一些无法构造数学模型的系统进行控制，但由于 它用的是逻辑运算，信息利用率不高，控制粗糙，精度低，因此在高精度场合就 难以胜任，而且也无法揭示被控制对象的内在变化规律【3 1 】【3 2 】。 对于只掌握部分信息系统的控制问题，我国邓聚龙教授从1 9 7 9 年开始研究参 数不完全的大系统、未知参数系统的控制问题，并于1 9 8 2 年在北荷兰出版公司的 “系统与控制通讯”杂志上正式发表了奠基性论文“灰色系统的控制问题”，创立 了灰色系统理论【3 ”。在这里，邓聚龙教授把“灰箱”扩展为灰色系统的概念，他 主张充分利用灰色系统中的白色信息来求解控制问题，用灰色参数、灰色方程和 灰色矩阵来描述灰色系统的行为。 由于灰色系统理论研究的对象是信息不完全、准则多样性，从信。g n 结果往 往是多到多的灰映射，所以得到的解不止一个，而是多个，是一个集合，集合代 表全体，全体体现了整体性。这反映灰色系统理论具有多个方面、多个角度来考 察问题的特点，有从全局来分析问题的长处。 另外，灰色系统理论研究的常常是一些与时间有关的数，表示系统行为的数， 彼此有关联的数，有内在规律的数，具有可塑性的数，可以补充的数，包含多种 因素的数，研究这样的数，正是为了进一步认识客观世界，以期进一步改造客观 世界【3 4 】。 灰色系统理论和方法一经出现，就受到国内外的广泛重视，并将其成功地应 用于许多领域，而且使这一理论逐步得到完善和发展。 3 1 2 灰色系统理论的概况 客观世界是物质的世界，也是信息的世界。但在工程技术、社会、经济、农 业、环境、生态、军事等领域，经常会出现信息不完全的情况，如系统因素或参 数不完全明确，因素关系不完全清楚，系统结构不完全知道，系统的作用原理不 完全明了等【3 5 】。 信息完全明确的系统为白色系统。一个加有电压的电阻是一个系统，当电阻 值给定后，便可算出多大电压能得到多大电流，电压和电流之间有明确的关系， 第3 章灰色系统的关联度分析理论 这是一个白色系统。信息完全不明确的系统是黑色系统。虽然知道其存在，但体 积多大，这是一个黑色系统。信息部分明确质量多少如遥远的某个星球，也可看 作是一个，距离地球多远，这些信息完全不知、部分不明确的系统为灰色系统【3 6 1 。 人体是一个人体的一些外部参数，如身高、体重、年龄等以及一些内部多数如血 压、脉搏、统，统系道系体温等是己知的，而其他一些参数，如人体穴位的多少， 穴位的生物、化学、物理性能，物质信息的传递等尚未知道透彻，人体科学中还 有许多不解之谜，因此人体是一个灰色系统。 灰色系统理论能处理贫信急系统。可应用于灰色关联分析、聚类评估、灰色 预测、灰色决策、灰色规划和灰色系统控制等领域【3 7 1 。 灰色系统理论主要研究系统模型不明确、行为信息不完全、运行机制不清楚 这类系统的建模、预测、决策和控制等问题。从目前来看，主要研究下列几个方 面： ( 1 ) 灰色因素的关联分析和关联序理论； ( 2 ) 灰色系统的建模思想、理论和方法： ( 3 ) 灰色预测理论和方法； ( 4 ) 灰色决策理论和方法； ( 5 ) 灰色系统可观性、可控性和稳定性分析； ( 6 ) 灰色系统建立； ( 7 ) 灰色系统控制。 下面分别就几个主要的方面予以简单介绍： ( 1 ) 系统分析【3 8 】 系统分析的量化方法大都是数理统计方法，如回归分析、方差分析、主成份 分析等，其中以回归分析用的最多，然而回归分析有下述弱点： 要求大样本量； 要求样本有较好的分布规律； 计算工作量大； 可能出现量化结果与定性分析结果不符的现象。 也就是说回归分析有较大局限性，特别是用于我国的经济分析时，局限性就 天津港船舶机损事故分析及对策研究 更突出。比如我国建国不到5 0 年，数据有限，难以满足大样本量的要求；我国建 国以来经济方面有几次大起大落，难以满足样本有较规律的分布的要求；也确实 遇到过回归分析结果与实际情况不符的实例。灰色系统理论提出了一种新的分析 方法，即系统的关联度分析方法。这是根据因素之间发展态势的相似或相异程度 来衡量因素间关联程度的方法。 由于关联度分析方法是按发展趋势作分析，因此对样本量的多少没有要求， 也不需要有典型的分布规律，计算量小，即使是上十个变量( 序列) 的情况也可用手 算。且不至出现关联度的量化结果与定性分析不一致的情况。 ( 2 ) 系统模型的建立 灰色理论建模【3 9 的主要任务是根据自然、社会、经济、农业、生态等系统的 行为特征数据，找因素之间或因素本身的数学关系。其它的建模方法是用离散的 数据列，建立一个按时间作逐段分析的模型，即递推的离散模型，而这种模型有 较大的局限性。在某些研究领域中，人们常常希望使用微分方程模型。而灰色系 统理论解决了连续微分方程的建模问题。为什么灰色系统理论能够解决这个问题 呢? 其要点之一是灰色系统有一种新观点，即认为任何随机过程都是在一定幅值范 围、一定时区内变化的灰色量，我们称随机过程为灰色过程。在处理手法上，灰 色过程是通过对原始数据的整理来寻找数的规律的，这叫数的生成，这是一种就 数找数的现实规律的途径。而基于概率统计的随机过程，则是按统计规律、按先 验规律来处理问题，做这种处理时，要求数据越多越好或者说它是建立在大样本 的基础上的。事实上，即使有了统计规律也不一定是典型的，那些非典型的过程( 如 非平稳、非高斯分布、非白噪音等) 是难以处理的。而灰色过程则无此限制。因为 灰色理论认为，尽管客观系统表象复杂，数据离乱，但它总是有整体功能的，总 是有序的，因此它必然潜藏着某种内在规律。关键在于要用适当方式去挖掘它， 然后利用它。比如说数据处理后呈现出指数规律，这是由于大多数系统都是广义 的能量系统，而指数规律便是能量变化的一种规律。由于生成的数列有了较强的 规律，有可能对变化过程作较长时间的描述，结合灰色理论其他成果，比如关联 空间的知识、离散函数的收敛、极限、离散函数的光滑度、灰导数、灰微分方程、 平射等概念，因此有可能建立微分方程模型。 第3 章灰色系统的关联度分析理论 ( 3 ) 灰色关联分析 作为一个发展变化的系统，关联度分析事实上是动态过程发展态势的量化分 析。发展态势的比较，也就是历年来有关统计数据列几何关系的比较，实质上是 几种曲线间几何形状的分析比较，即认为几何形状越接近，则发展变化态势越接 近，关联程度越大。按这种观点作因素分析，具有不会出现异常，将正相关当作 负相关的情况的优点。此外，对数据量没有太高的要求，即数据多与少都可以分 析。不过直观分析并不能算作一种方法，只能说是一种观点。事实上如果好几条 曲线形状相差不大，但各区段情况不一，有些区段这几条曲线接近，而有些区段 是另外几条曲线较接近，这种情况，就难以用直接观察的方法来判断各曲线间的 关联程度。这种直观的儿何形状的判断比较是不能量化的。因此，需要计算关联 系数与关联度或关联度矩阵来反映各个相关序列之间的“优劣 或“主次”关系 及其相似程度。关联分析，不仅可以作为优势分析的基础，而且也是进行科学决 策的依据【4 1 】【4 2 】【4 3 1 。 ( 4 ) 灰色预测 预测是人们对客观事物发展变化的一种认识与估计。灰色预测是用灰色模型 g m 进行的定量预测，g m 模型为灰色模型( g r e y m o d e l ) 。一般建模是用数据列 建立差分方程；灰色建模则是用原始数据列作生成后建立微分方程。对高阶系统 建模，灰色理论是通过g m ( i ，模型群解决的。g m 模型群即一阶微分方程组， 也可通过多级多次残差g m 模型的补充修正来解决。一般g m 模型所得数据必须 经过逆生成作还原后才能用。灰色预测从其功能与特征可分为五类【4 4 1 。 而灰色预测是通过灰色系统的建模，主要是g m ( i ，1 ) 模型，以及对模型的求 解来预测今后某一时期的数值。由于该预测方法精度高、误差小、计算合理，并 克服了以往分析方法中的要求数据分布典型、计算量大、预测误差大等缺陷，因 而是一种较为理想的预测方法。目前灰色预测理论己广泛应用在管理决策、社会 经济、气象、生态、生物、水利、农业、军事、医学等各个方面。灰色预测又包 括以下几个方面【4 5 1 ： 数列预测 对某个事物发展变化的大小与时间所作的预测称数列预测。例如对电力系统 天津港船舶机损事故分析及对策研究 的电负荷预测，既要预测未来电负荷的多少，又要预测电负荷到来的时间。 灾变预测 灾变预测严格的说就是异常值的预测。例如，某地区预测涝年，可用年平均 降雨量多于加2 0 0 0 毫米的年份代表；预测早年可用年平均降雨量少于4 0 0 毫米的 年份代表等等。 季节灾变预测 发生在一个时段内某个特定时区内的预测称季节灾变预测。例如预测春雨， 是春季的降雨量的预测；预测虫灾，是发生在作物某个特定生长期时区的虫情预 测等等。 拓扑预测 拓扑预测亦称波形预测，整体预测。它是基于g m ( 1 ，1 ) 模型对未来发展变化 的整个波形的预测。 系统预测 系统预测是将系统中包含的几个量一起预测，预测变量( 因素) 间发展变化的关 系，预测系统中主导因素的作用的预测。 灰色决策 4 6 1 所谓决策是指选择一个合适的对策，去对付某个事件的发生，以取得最佳效 果。事件与对策的配合称为局势。这里的局势可作广义理解。在数学上是线性规 划问题。 灰色决策理论可以用于很多领域。这些所以称为灰色决策，是因为规划模型 基本上是按灰色模型( 尤其是g m ( 1 ，1 ) ) 或借助于灰色系统的灰色理论得到的。 灰色控制 决策的执行称为控制【4 7 1 。所