（轮机工程专业论文）船舶机损事故分析.pdf

上瞒，毫掣i 兜硬j 蹬文 毫舶机擐 r 故分析 摘要 近年来，我国充分利用海上运输运量大、能耗低、运输适应性强以及可国 l 际通航等特点，大力发展海运事业，展现出一片勃勃生机，在现代化建设中发 挥了重大作用 频，噩耗灌耳 各种各样原因，船舶事故发生频 、j 2 ， 、一一一。一 卜霖入分析我们所收集到的将近 3 0 0 个船舶机损事故案例，期望能够从中找到一条可避免船舶机损事故发生的 比较合适的途径。 众所周知，船舶系统是一个复杂的人、机、环境系统，除了机器、环境等 物的因素之外，船员的生理、心理、文化素养等也是决定船舶是否能安全航行 的关键性因素。因此，夕论文从人机工程学的角度，详细地分析了人为因素的失 误实属必要。首先，从复杂人机工程学的定义出发，介绍了船舶系统的人、 机、环境概况；然后，详细地剖析了一般复杂人、机、环境系统中人为失误的 特点和原因等：最后，又大概地总结了一下在船舶方面船员失误的原因等，这 些为船舶机损事故数据库软件的建立准备了部分资料。 接着，论文又分析了船舶可靠性技术的发展概况及今后的发展方向等问 题，并且特别地引入了故障树分析理论。故障树分析( f t ：f a u l tt r e e a n a l y s i s ) 是一种安全性和可靠性分析技术，广泛应用于宇航、航空、航海、 核能、电子、化工、机械等工业部门，甚至在社会安全和经济管理领域也得到 了应用。故障树分析方法主要有两个方面：定性分析和定量分析。论文主要作 定性方面研究，高度地概括了船舶机损事故方面的机器、环境等物方面的因 素，并为后续有关软件的建立打下基础。 最后，采用数据库技术将前面分析得到的两方面的因素集成软件的形式。 软件部分主要包括两个方面的内容：一、是船舶机损事故数据库检索系统。利 用该系统，基本上可以检索到所收集到的全部的船舶机损事故案例；二、是船 舶机损事故处理系统。利用该系统，可以迅速而准确地查询到些重大机损事 故的原因和处理方法等。两套系统出发点基本上一致，都是为了减少一些不必 要的人为失误，控制事故的发生率。 然而，由于这两套系统所能够利用的资料不够全面，所以急需将来继续收 集相关的资料和更新数据库的内容” 。 t _， 关键词： 人机工程f 送量直番! ：i 靠蛋亨蔓鲤圻；数据库技术j 2 上嗣 海鼍掌院礓j 啼e 文船舶机授r 故分析 a b s t r a c t t a k i n g f u l l a d v a n t a g e so fg r e a t o n s e at r a f f i c a m o u n t ，l o we n e r g y c o n s u m p t i o n ，s t r o n gt r a n s p o r tc o m p a t i b i l i t y ，i n t e r n a t i o n a lt r a d ec a p a c i t y a n ds oo n ，o u rc o u n t r yh a sr e c e n t l yd e v e l o p e do c e a ns h i p p i n gt r a d ea n d s h o w e dap i e c eo fb e t t e ra n i m a t i o n ，w h i c ht a k e sa ni m p o r t a n tp a r ti nt h e m o d e r n i z a t i o n c o n s t r u c t i o n h o w e v e r s h i p p i n ga c c i d e n t so c c u rh e r eo r t h e r eo c c a s i o n a l l yb e c a u s eo fv a r i o u sr e a s o n si n c l u d i n gh u m a ne r r o r s a g a i n s tt h i sb a c k g r o u n d t h i st h e s i sw i l ld i s c u s ss o m eq u e s t i o n sa r i s i n g f r o mt h es e l e c t e do v e r3 0 0s h i p p i n gc a s u a l t i e si no r d e rt of i n dam o r e p r o p e ra c c e s st h a tc a nh e l pa v o i dt h i sk i n do fa c c i d e n t s a sw ek n o w 。t h es h i p m a c h i n e r ys p a c ei s a c o m p l i c a t e d h u m a n m e c h a n i c e n v i r o n m e n ts y s t e mw h i c h ，i na d d i t i o nt ot h es a m er e a s o n sa s m e c h a n i ca n d e n v i r o n m e n t ， i n c l u d e s s e a m e n p h y s i q u e ，m e n t a l i t y ， i n t e l l i g e n c e t h e s e f a c t o r st a k ea k e y r o l ei nt h e s h i ps a f e t y i t i s n e c e s s a r y t ot a k ec a r ep a r t i c u l a r l ya b o u tt h eh u m a n - e r r o rm i s t a k ei nt e r m s o ft h e e r g o n o r m i c s f i r s t l y ，t h i s t h e s i si n t r o d u c e st h ef u n d a m e n t a l p r o b l e m so ft h em a c h i n e r ys p a c es u c ha sh u m a n s m e c h a n i c ，e n v i r o n m e n t a n ds oo n t h e ni td w e l l so nh u m a n - e r r o rp e c u l i a r i t i e sa n dr e a s o n so fa g e n e r a lc o m p l i c a t e dh u m a n - m e c h a n i c - e n v i r o n m e n ts y s t e m f i n a l l y ，i t p o t e n t i a l l ys u m m a r i z e sr e a s o n sf o rt h es e a m e n m i s t a k ei nt h es h i p p i n g t h e s ec o n c l u s i o n sp r e p a r ef o rap a r to fi n f o r m a t i o nw h i c hi s i m p o r t a n tt o e s t a b l i s ht h es o f t w a r ed a t a b a s ea b o u tt h es h i pm e c h a n i cc a s u a l t i e s t h e n ，t h i st h e s i sa n a l y s e st h ep r e s e n ts t u d ya n df u t u r ed e v e l o p m e n t d i r e c t i o ni n s h i pr e l i a b i l i t yt e c h n o l o g y a n ds p e c i a l l yi n t r o d u c e st h ef a u l t t r e ea n a l y s i s ( f t a ) t h e o r y f t ai sat e c h n o l o g yf o rs a f e t ya n dr e l i a b i l i t y ， w h i c hh a sb e e nw i d e l yu t i l i z e di n s p a c e s h i p ，a v i a t i o n n a v i g a t i o n e l e c t r o n ， c h e m i c a l ，m e c h a n i ca n do t h e ri n d u s t r ys e c t o r s ，e v e nt ot h ef i e l d sl i k e i - 海海运学院硕j 柏文 船，怕机损c 故分析 s o c i e t ys a f e t ya n de c o n o m ya d m i n i s t r a t i o n t h i sm e t h o dm o s t l yi n c l u d e s t w oa s p e c t s ：r e g u l a rs u b s t a n c ea n d r e g u l a rq u a n t i t y t h i st h e s i sm a k e s r e s e a r c hi nt h ef o r m e ra n dh i g h l ys u mu pt h em e c h a n i ca n de n v i r o n m e n t r e a s o n sa b o u ts h i pm e c h a n i cc a s u a l t i e sw h i c hb u i l d su pt h ef o u n d a t i o no f t h er e l a t e ds o f t w a r e f i n a l l y t w or e s u l t sh a v i n gb e e nt a k e nf r o mt h ep r e v i o u sa n a l y s i sa r e f o r m e db yt h es o f t w a r ei n l i g h to ft h ed a t a b a s et e c h n o l o g y t h es o f t w a r e i n c l u d e st w op a r t s ：t h er e q u e s ts y s t e ma b o u tt h es h i pm e c h a n i c s y s t e mb y w h i c ht h es e a m e nb a s i c a l l yf i n da l lt h es h i pm e c h a n i cc a s u a l t i e sa n dt h e s y s t e ma b o u th o w t od e a lw i t ht h es h i pc a s u a l t i e sb yw h i c ht h es e a m e n a r ea b l et o g e t ，f a s ta n da c c u r a t e l y ， r e a s o n sa n dm e a s u r e so fs o m e s e r i o u sm e c h a n i cc a s u a l t i e s t h et w os y s t e m sh a v ec o m m o ni nap u r p o s e t or e d u c es o m ea v o i d a b l eh u m a ne r r o r sa n dc o n t r o it h ei n c i d e n c e h o w e v e r ，t h e r ei sn e c e s s i t yt h a ts h o u l db ek e p to nc o l l e c t i n gr e l a t e d i n f o r m a t i o na n du p d a t et h ed a t a b a s es y s t e m ，b e c a u s et h ei n f o r m a t i o n ，o n w h i c ht h es y s t e m sw e r eb u i l tu di sn o te n o u g h k e y w o r d s ：e r g o n o r m i c s ，h u m a ne r r o r ，r e l i a b i l i t y 。f a u l tt r e ea n a l y s i s d a t a b a s e t e c h n o l o g y z o u j i a n j u n ( m a r i n ee n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yd o c t o rh uy i h u a i 论文独创性声明 y 9 堙0 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文 中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或其他机构已经发表或 撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作 了明确的声明并表示了谢意。 作者签名：鱼意争作者签名：! 塾堑 论文使用授权声明 日期：工望：! ：! 本人同意上海海运学院有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以上网公布论文的全 部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。保密的论 文在解密后遵守此规定。 作者签名： 师签名：扯! 丕 日期：迦! ：! ：兰 上海海运掌院碍【士就? 二赶 引言 从系统安全的角度出发，任何系统内部都存在着不安全的因素。当然，我们所 要研究的船舶机舱，也会有一些不安全因素存在，其中包括人员自身的生理状态、 心理状态、技术水平等因素。如果不将这些危险因素尽早地消除掉或者抑制在人们 可以接受的、比较安全的范围之内的话，就会对我们人身安全、财产安全及环境保 护等造成难以预料的严重后果。因此，有必要采取一定的方法和措施进行预防处 理，尽量把损失降低到最低限度。其中，应用较为广泛的方法是安全系统工程学。 安全系统工程学是把系统科学引入安全技术领域，应用系统工程的方法，辩识、排 除和控制系统中的故障，对工艺过程、生产周期和资金费用进行分析评价和综合处 理，使系统发生的事故减少到最低限度并达到最佳安全状态。由于安全系统工程能 从根本上和整体上来考虑安全问题，因而它是解决安全问题的具有战略性的措施。 其实，安全系统工程发展至今，才4 0 5 0 年的历史，其成熟的理论还得益于一些相 关技术的发展。最早，故障树分析( f t a ) 技术就是被用在安全工程方面的，直到后 来才逐渐被应用到可靠性工程中。对于任何一个安全系统工程领域方面的问题，首 先，至少要对系统中的危险因素进行定性、定量的分析( 故障树分析f t a 方法) ， 哪便分清主次，找到解决问题的方向；然后，对安全状况进行历史的和现实的研 究，对曾经发生过的事故进行统计、分析、总结经验，吸取教训，找出安全管理上 的缺陷以便改进等等。就前者而言，故障树分析的理论研究工作已经较为成熟，目 前处于稳定阶段；至于后者，系统危险性分析与评价的理论知识还不完善，有待进 一步的发展。现在只是应用其中已经认为是比较常规的、成熟的方法。因此，从某 种意义上说，探讨故障树分析方法的历史，在一定程度上也就是研究安全系统工程 领域的成长历程。本文将主要以故障树定性分析为理论依据，对3 0 0 多个船舶机损 事故进行认真地分析和研究。 上海海运学院硕士论文 船舶机损f 故分析 第一章综述 近年来，我国充分利用海上运输运量大、能耗低、运输适应性强以及可国际通 航等特点，大力发展海运事业，展现出一片勃勃生机，在现代化建设中发挥了重大 作用。但是由于包括人为因素在内的各种各样原因，船舶事故频频发生，噩耗灌 耳。下文将对国内某些船舶机损事故的案例做一下统计分析，以便引起大家对此类 问题的关注。并且，在此基础上简单地谈一谈本文将要集中探讨的一些问题。 1 1 船舶机损事故统计分析 数据是船舶机损事故总体概况和趋势的客观反映。我们收集了大约3 0 0 多个事 故案例，并在此基础上作了大量的统计、分析工作，现将部分内容整理成表卜l 。 从表卜1 可以看出，造成船舶机损事故的原因可以简单地判定为硬件方面和软 件方面。上表中提到的事故实例，除自然因素( 暴、风、雨等) 造成的损伤外，还 有以下几种：由于对主推力轴承的扭振认识不够或标牌等指示设施不足造成中间轴 或螺旋桨轴折损；海水冷却系统的滤器拆洗作业中海水截止阀失灵造成机舱进水： 船员辩识错误以至熄火后的修复作业失误引起主机缸套和活塞粘着；主机和发电副 机主要部件拆检后恢复作业时曲轴销螺栓紧固不良等造成事故，等等。 由此可见，船用机器发生的损伤在许多方面与人的因素有关。本文将在第二章 和第三章分别介绍船舶机损事故中人( 船员) 和物( 机器、环境等) 两方面的原 因。， 1 2 课题研究的意义及方向 针对船舶机损故障层出不穷，目前国内许多航运公司对船舶安全管理方面非常 重视，纷纷探讨其中的对策。以往在对船舶机损事故进行分析时，缺乏对人员因素 的考虑。经调查发现：船舶事故频频地发生，除了机器、设备本身的故障之外，绝 大多数与人为因素有关( 据估计8 0 左右) ，其中船员操作失误率实属最高。 本文将以方便管理、安全操作为出发点，力求开辟一条使船舶事故发生率降低 到最低限度的新路线。以人机安全系统工程理论为导，在对船舶重大事故的故障树 分析( f t a ) 的基础上，进行系统地、全面地、定性地、定量地分析事故的原因、性 质及危害程度等。其中，定性分析包括故障树中最小割集、最小径集和故障树结构 2 b - 嗣f 海运掌院硪士论文 船舶机损：故分析 重要度的确定。最小割集对我们预防事故的发生提供了全面而可靠的信息，要避免 表1 1 船内主辅机损伤造成不能自航的船舶艘数 损伤类别判定的原因 类别裂变松泄烧接其设材加 长自燃组管管其 原因纹形弛露损地它计质 工 焦 然油装理理它 折剥脱固黏短原 不 不不劣灾问 不 不 维原 损伤损离落着着路因良佳良 化害题良善修因 部位破熔 不 裂化 良 气缸盖 3l 1l 缸套 81l2l 132 活塞 812l2ll32 连接杆 3l1 1 喷油泵 ll 士 进、捧气阀 2ll2 等 轴承及轴承 2l121222 机螺栓 凸轮轴及其 81l422 驱动装置 曲轴 5l2ll2 增压器 11 空冷器 11 减速器 1l 弹性联轴 3ll12l1 接。离合器 轴 推力轴、轴 2l121 承 系 中间轴、轴 1 0592 承 螺旋桨轴、 l1l l1l 轴承 锅炉及其附 l11 辅 属装置 发电副机 2 ll1llll 机 副器 llll2l 配管、阀类 2ll 21 ll2 电 发电机 ili 配电板 41l3 气 电缆、电气 ll 设各方面 小记 6 18241 5l 3143 81 04 1 42 l2 42 0 总计9 41 0 9 不希望事件的发生，就必须控制这些最小割集基本事件的发生；同时，最小割集还 能直观而概略地告诉我们，哪些事件一旦发生后，其危险性大，哪些事件发生后， 其危险性小，这就使我们的目标明确，集中注意力来控制关键事件。最小径集给我 们指明了消除故障的潜在危险应从哪方面着手，提高系统的可靠性应控制住哪些条 件；还告诉我们，应选择哪种方案消除事故，才是经济而有效的。故障树结构重要 度是从事故树结构上分析各基本事件的重要度。在制定安全检查表时，也可按结构 3 重要顺序编制，以便引起检查人员的重视，对主要项目优先检查，确保系统的安 全，定量分析包括顶上事件的概率、概率重要度和临界重要度的确定，这一部分将 作较少的介绍。 在做好这些分析之后，我们将分析得出的结果加以归纳总结，对系统进行设计 改进和维修方法的改进。最主要的是希望从中分析出与人员因素有关的建议。例 如，改进使用方法；为避免引起误判断和误操作，从设计上进行改进；采用消除或 减少对人员生命威胁的措施等。另外，还可从分析中得出有助于使检修说明书、使 用说明书等指导性文件更加完善的建议。 最后，用v b 、a c c e s s 等作成数据库查询检索软件。当某个机器部件发生故障 时，值班轮机员就能够通过操作该软件方便地、快速地查找到故障发生的位置，并 如何迅速地排除故障；显然，并不能保证该数据库系统所采用的数据全面，所以还 需要通过多种途径收集相关的资料。 1 3 课题研究的理论基础及方法 1 3 1 故障树分析理论 故障树分析法是一种图形演绎法，把系统故障与导致该故障的各种因素形象地 绘成故障图表，能较直观地反映故障、元部件、系统及因素、原因之间的相互关 系。也能定量计算故障程度、概率、原因等。在这个方法中，先要指定系统中一个 不希望发生的状态( 通常从安全的角度来看它是很关键的) ，然后在一定的环境与 工作条件下，对系统进行分析，从而找出不希望事件发生的确切方式，故障树本身 就是对这些故障原因进行串联和并联组合的图式模式。这些故障原因导致预先定义 的不希望事件的发生，它们可能是部件中的硬件失效人的失误以及导致不希望事件 发生的其它相关事件。这样，故障就是描述导致不希望事件( 即故障树的顶事件) 发生的基本事件的内在逻辑关系。 在进行故障树分析的时候，可考虑以下一些方面的原因：1 设计、设备原材料 或制造工艺上的一些缺陷：2 操作和维修中出现的疏忽或使用错误；3 通常预计可 能发生的一些故障；4 环境因素的影响；5 该系统与其它系统之间的相互作用；6 自然现象，如风暴对系统的作用等。 在实际应用事故树分析时，可遵循下列程序：了解系统；调查事故；检查事故 的危险度，确定项上事件；确定目标值；查找原因事件；绘制事故树；用布尔代数 简化；求出顶上事件发生概率；进行比较；检查结果：定量分析；费用效果分析； 计算机的应用( 即计算机辅助故障分析) 。 4 通常，现有的建树规则有：( 1 ) 在方块中填写故障说明时，要精确说明故障是 什么的以及何时发生的。例如“主机经压气后不能喷油”而不说“主机不能喷 油”；( 2 ) 在进一步分解方框中的故障中间事件时，要按定义明确它是“系统性故 障”还是“单元性故障”。如果是“单元性故障”，则该故障事件是由部件失效组 成的，在这个事件下要加一个或门，并且寻找初级失效、次级失效和指令失效模 式；否则要按系统的工作原理，寻找最简便、充分必要的直接原因；( 3 ) 无奇迹规 则。它包括四项内容：a 如果一个部件正常工作传递了一个故障后果，那么，我们 假定这个部件是工作正常的。b 如果一个部件的正常工作能阻止一个故障后果的传 递，那么，只要故障后果继续留在树上，其正常工作肯定要被故障破坏掉。c 一个 特殊故障后果的传递会意外地被某个完全意想不到的部件失效阻止，要做的正确假 设是该部件工作正常。d 如果系统中存在一个与门的情形，就必须把它考虑在模型 中；( 4 ) 找“直接原因”规则。建树时要根据系统结构及工作原理，一步一步地， 把造成顶事件发生的所有故障原因用图形表示出来，切忌出现跳跃，提前简化。 1 3 2 安全评价方法 在做好上述工作之后，我们将进行船舶重大事故的安全评估方面的工作。安全 评估的内涵是指从整体最优的观点出发，对人员、船舶、环境系统就技术、经济、 社会等问题进行全方位的评价，从中选出技术上先进、运行上对人安全可靠、经济 上合理而又对社会可行的较优的方案。 安全评价的步骤： 1 确定系统的安全评价项目，即用哪些指标和因素来衡量方案的优劣。 2 分析每一方案对每一评价项目的满足程度。 3 根据不同的方案对评价项目的满足程度，来判断方案的整体安全价值，从对 比中选择最佳方案。 对系统的安全评价而言，有定性评价和定量评价两种。 如果所评价的对象并非特别重要，或者发生事故后不会产生极为严重的后果， 则可根据定性分析的结果进行定性的安全评估。定性评估不需要精确的数据和计 算，实行起来比较容易，也可节省时间，故障树分析方法可以用作定性安全分析评 估方法。 对于危险性特别高的装置和工艺系统等，要在定性安全评估的基础上进行定量 安全评价。目前定量安全评估方法有两个主要的趋势：一种是以可靠性为基础的评 价法，如故障类型影响致命度分析、事故树分析和事件树分析等。这些方法都可以 使用累积的故障数据，计算出发生故障或事故的概率，进而计算出风险率和社会容 许的安全值，通过比较来评价系统是否安全。这种以可靠性为基础的方法，需要一 s 上海海运掌院硕士论文 定的数学基础和数据，评价结果的精确程度较高，但掌握起来比较困难。另一种方 法是指数法或评点法。美国道化学公司在6 0 年代发展了火灾爆炸指数评价法，以物 质的理化特性为基础，结合其它条件计算出系统的火灾爆炸指数进行评价。后来日 本又发展了匹田法、冈山法和劳动评估法，把各种危险性计算成点数参加评价。鉴 于相关课题的需要，下面将重点讨论一下定性安全评估方面的内容。 定性安全评估可以按次序揭示系统、子系统中存在的所有危险性。由于使用了 系统工程方法，可以做到不漏项。这种方法还能大致把危险性进行重要程度的分 类，分轻重缓急，以便采取适当的措旌。在工程设计之前使用这种方法，可以提醒 人们选用较安全的工艺和原材料；在设计完之后、施工之前使用这种方法，可以查 出设计的缺陷，及早采取修正措旌。它也可以帮助制定和修改有关安全操作的规章 制度，作为安全教育的教材和进行安全查找的依据，并可为定量安全评价作好准 备。 定性安全评估的方法有多种形式，可以根据需要选用，例如安全检查表法，它 往往是发展中国家中小企业进行安全检查和安全评价的主要手段。因为用它可以对 系统的危险性进行系统的、不遗漏的检查，根据其结果可以作出系统安全性的大致 评估。美国保险协会制定的安全检查表，就曾经把检查对象按其重要程度进行分 类，列出评比分数。如工厂选址占3 5 ，平面布置占2 ，构筑物占3 3 ，原材料 占2 0 ，工艺流程占1 0 6 ，单元装置和贮运占4 4 ，操作占1 7 ，设备占3 0 7 ， 防灾措施占8 5 。这样对检查结果进行评价时，就不致于同等对待。 1 3 3 计算机应用技术 本文最终的目的是：更好地减轻船员的失误和相应的工作量。为此，我们将采 用m i c r o s o f tv a s u a lb a s i c5 0 、m i c r o s o f ta c c e s s 来开发船舶机损事故数据 库和船舶机损事故分析及处理计算机应用软件。这套软件的开发过程将会在 后面作详细地介绍。 6 上海海运掌院 撕士论文船舶机损：故分析 第二章船舶复杂人一机一环境系统概论 首先，必须明白我们将要讨论的问题的背景是极其复杂的，如果按照常规的思 路和方法去解决它们的话，往往会事半功倍。理论上讲，从人机系统工程学的角度 出荧，能够对船舶复杂人一机一环境系统进行全面地分析。那么，本章和下一章将分 别从人( 船员) 和物( 包括机器、环境等) 两方面着手( 更严格地讲，还应该包括 管理的部分) ，对船舶机舱内部各个环节进行剖析。下面，将对复杂人机系统的理 论知识作一些介绍，并结合船舶系统本身的特点分析其中的人为失误的原因，期望 能够以此为出发点找到一个比较合理的探讨问题的方向。 2 1 人机系统的理论基础 人机工程学是国外在四十年代中期产生、五十年代获得迅速发展的一门新兴边 缘学科，目前我国还处在起步阶段。它的主要任务是建立一个合理的可行的方案， 使人一机一环境系统达到最优化的配合，充分发挥人与机的作用，作到人尽其力、机 尽其用，环境尽其美，经济效益尽其好，是整个系统安全、高效、可靠，让人类在 健康、舒适的环境中工作和生活。而且它顺应了科学技术的发展趋势，代表着人们 研究问题的新思维，是一个涉及面很广的学科。与其它学科的关系如下图2 一l 所 不： 图2 - 1 人机工程学与相关学科的关系 为此只有研究人的心理、生理因素及人的功能、可靠性、周围环境，设计出优 秀的产品，才能使人机界面趋于合理，减少人为失误，控制失误的发展，建立一个 合理的人机环境系统。然而由于人机工程的发展历史还比较短，不足以对所有事物 7 上海海运掌院硕士论文 船舶机擐f 故分析 有充分的、彻底的了解，而且人机使用环境与理论设计不可避免地存在着差距( 反 馈信息延迟) ，致使人机环境不甚合理，是为不过。况且各国人民生活环境及本身 素质有一定的差距，所以也就导致了人机工程学的某些特殊性，更不为怪。 当然，作为人机系统学的研究应从设计系统和管理系统两方面着手，使人机系 统趋于合理、优化，达到安全、经济、高效的目的，尤其是对设计的有效改进可以 减少事故的发生提高效益。 2 2 复杂人一机一环境系统的特征 分析问题往往是从其基本特征入手的，这样分析问题才有针对性，才会有的放 矢。由于复杂人一机一环境系统的多样性，难以对其下一个十分精确的定义。但可以 从以下几方面来分析和描述一般复杂人一机一环境的基本特征： 1 人一机一环境界面的复杂性：人一机一环境接口的多样性，人员多元化( 多人或 多种作业人员类型) ，机器设备高度自动化、智能化、复杂化等： 2 信息复杂性：信息显示方式多样性，信息量大，信息变化快； 3 动态特性复杂性：系统的参次性、关联性复杂，异常状态的征象组合重叠， 复杂多变，控制反馈迅速； 4 环境不确定性、复杂性：包括物理、组织、社会、心理等环境或内部、外部 环境； 5 操作复杂性：系统主要运行特征为监视、确认、控制，在应急状态下的操作 负荷数倍于正常状态下的操作负荷。 勿庸置疑，船舶肯定就是一个复杂人机环境系统，它显然具备上述全部特征。 但是，它又有其特别的一面。如今，一些现代化的船舶可以说自动化程度非常高， 里面一些较大型的机器零件数以百计，更不用说4 , n 螺丝钉大小的东西，甚至还有 微机芯片、某些传感器之类的设备恐怕难以用万以上的单位来计量。以某一普通商 船为例，以万计零件的设备、仪表、管路、电缆布置，运行期间，数十人生活其 间，使空间显得很狭小，特别机舱空气浑浊而供氧不足，机器嘈杂声等，使长期地 工作其间的船员身心受到极大的损害；而且，机舱里面的温度和湿度等环境，对机 器设备、微电子元气件等将有潜在的威胁，比方说当电予元件受潮时其使用寿命将 大大缩短，甚至完全报废；当然，机器设备和人对周围环境有不同程度的影响，例 如，生活污水如果直接排放到大海中的话，将对我们的海洋环境产生很大的污染： 从机器设备里面排放掉的污油、废气等也会对环境造成一定的负面影响。因此，人一 8 上海海运学院礓士论文 机一环境等能否互相适应，如何适应等，就成为当前人机系统工程学解决问题的关 键。 船舶工程技术是一门比较古老但又不断年轻化、现代化的学科专业。由于船舶 本身的特点，它包容了许多学科的技术应用，特别是电子技术、自动化技术和电子 技术在船上的广泛应用，使船舶的综合性、复杂性程度越来越高。长期以来，船舶 设计师们将主要精力集中在传统的设计方法与不断出现的新技术之间的结合上，需 要解决的是成堆的工程技术问题，对人、机( 船) 、环境系统工程的应用，还是一 个比较陌生的新课题。 现代轮机工程实践结果表明，一种新机型船舶的缺点，较少出现在设计性能、 结构上，相当大的比重往往集中在与“人”有关的问题上，譬如操作不便、维护保 养困难、某处条件恶劣、某处环境不佳、噪声过大、温度过高等等，这正反映了在 我国船舶科学中，人一机一环境系统工程学的运用还处在分散、孤立研究和个别设计 运用的较低阶段。美国在舰船工程分类结构表中专f i n d 有“人的因素”这一项，早 在六十年代制定的经海军作战部批准的美国海军环境控制标准中明确指出： “环境控制是一项战术、技术性能，与舰船的其它战术、技术性能同样重要”，可 见其重视程度。当然，从这个角度也证明了我们承担这个项目的意义所在。 2 3 复杂人一机一环境系统中人为失误的分析 在船舶机损事故中，人为失误是一个比较复杂的故障源。下面将试图从人为失 误的定义、分类及其对工业生产过程的影响等进行分析。 2 3 1 人为失误的定义 定义人为失误的方法多种多样，例如，从人机工程学的角度，可以定义为：人 未发挥本身所具备的功能而产生的失误，它有可能降低人机系统的功能；从可靠性 工程的角度可定义为：在规定的时间和规定的条件下，人没有完成所规定的功能及 任务：从心理学的角度可定义为：失误是指所有这样的现象，即人们虽然进行了一 系列的心理操作或身体活动，但没有达到预期的结果，而对这种失败不能归结为某 些外界因素的介入。考虑到具体人一机一环境的特征，本文将对人因失误作出如下定 义：人因失误是指在没有超出人机系统设计功能的条件下，人为了完成其任务而进 行的有计划行动的失败。它包括个人的、群体的和组织的失败，其主要表现在：未 能完成必要的功能：实践了不应该完成的任务；对意外未作出及时的反应；未意识 到危险情境；对复杂的认知反应作出了不正确的决策。 2 3 2 人为失误的类型 9 上海海遥掌院硕士论文 船舶机损事故分析 人为失误的分类主要有三种途径，即行为主义的、关系的和概念的。在早期人 为失误研究阶段，对其分类主要是行为主义的，它只与可观察的、不期望的人的行 为相关联，着重于什么发生，如众所周知的s w a i n 遗漏型( o m i s s i o n ) 和执行型 ( f i o m m i s s o n ) 。这种分类法对于分析失误的的行为模式以及这些模式与其它因素的 关系是有用的。然而，由于它与失误的原因无直接的关联，不探索失误的内在机 理，因而，对于如何来预防人为失误提供不了帮助，并主要应用于培训教育方面。 关系分类法即原因法，它强调人为失误产生的认知机制，试图提供可用于改善 系统设计和训练程序的框架结构。此分类法的代表为r a s m u s s e m 从人的信息处理观 点而提出的一种分类方案：外部原因一心理机制一内部失误模型一外部失误模型一 后果。： r e a s o n 认为，从关系的视点可以提供比基于行为视点更好的分类方案，但是它 又不如基于概念视点的分类法有效。因为关系视点不能解释为什么相同的或相类似 的情境并不总是触发相同的失误形式。他强调概念分类法是最重要和最有用的，并 且在r a s m u s s e m 的s r k 模型的基础上提出了这样的一种概念分类方案，将所有的失 误分为：偏离( s l i p ) 、疏忽( l a p s e ) 和错误( m i s t a k e ) 。 另外，在某些场合，为了数据统计上的方便，依据作业者对作业过程中出现问题 的反应，也可分为观察失误、分析失误和操作失误。 2 3 3 人的可靠性分析 通常，人的可靠性分析有两个方面，即定性和定量评价两种方法。 从宏观上看，工程技术人员行为可靠性的定性方面有两个含义：一是发挥其期 望能力的可能程度；二是忠于职守的可能程度，这都与工程技术人员自身的积极 性、工作态度以及对工作的满意程度紧密相关。著名心理学家赫茨伯格提出了“双 因素理论”，即满意因素和不满意因素。工作满意因素指内在心理因素，包括成就 感、责任感和晋升等，满足个人心理成长的需要，起着激励的作用。不满意的因 素，是指外在的或物质的因素，如政策、管理方式、工资待遇、工作环境条件等， 它可以防止个人对工作的厌恶，起着“保健”的作用。美国学者马斯洛从人的本性 出发研究人的行为，提出人的需要有：五个层次，即：生理需要、安全需要、社会 交往需要、尊重需要和自我实现的需要，正常的人在不同时空内其需要各有侧重。 船舶技术人员从事特殊工作，同时也具有一般人的特性。他们是海员，也是社 会人，除了物质因素外，家庭、社会、集体和环境等因素都会影响其个人行为和可 靠性。如刚毕业分到船舶公司的技术人员，考虑其工资待遇、工作环境较多，希望 满足生理需要；对于3 0 岁左右的船员，就希望有满意的职位、职称和待遇，侧重于 尊重和自我实现的需要；对于想长期从事这一职业的人，则侧重考虑升级、提薪、 1 0 上海海运掌院硕士论文 船舶机损事故分析 子女上学就业、住房等，偏重于安全、社会交往和尊重的需要。当他们的各种需要 得到较好满足时，其行为可靠性就高。 然而，定量评价方法指出人的行为兼受心理、生理、时间、空间的影响，人的 行为是其行为形成因子( p 与f ) 集合的函数，提出采用人因失误率预测技术 ( t h e r p ) 。人的认知能力预测法( h c r ) 和成功概率权重指数法( s l i m ) 等方法进 行定量评价。按照一般的可靠性理论可知，衡量人机系统优劣的重要因素是其可靠 度( 可靠性的度量) r 。，它与机器的可靠度r 和人的操作可靠度r h 的关系式为： r ：= r - r h( 2 - 1 ) 机器可靠度在产品设计制造时就已确定了的，在其可靠性使用期限内可作为人机系 统的不变量。所以，人机系统的可靠度随人的操作可靠度的变化而变化。例如，某 人机系统的可靠度为： r 。= r _ 凡= 1 0 0 4 4 = 4 4 ( 假设，机器的可靠度r = 1 0 0 ，但实际上是没有这么高的) 。而且，人的可靠性对 人机系统可靠性的影响往往会更大一些。下面以某机械设备制造系统为例，说明人 为因素在系统可靠性中所占的比例。整个人机系统的误差8 ，与人的误差8 。及机器 的误差6 的关系式为： 6 2 。= 62 h + 82 。( 2 - 2 ) 表2 - 1 概括了人、机性能对系统性能的影响 i方案类型人的误差机器的误差系统误差误差减少性能提高( ) l原方案 2 0 1 02 2 3 6 l 第改进方案2 0 02 0 0 02 3 6 1 0 5 i 第二改进方案 1 01 01 4 4 97 8 73 5 1 由表2 一l 可知，机器的误差即使全部减为零( 当然这在工程实现上要付出巨大 代价) ，系统的整体性能也只能提高l0 9 6 左右。但当人的误差减到1 0 后，系统的整 体性能就可提高到3 0 多。因此，人的可靠性，势必直接影响到整个人机系统的可 靠性。从这个角度来看，对于造成船舶机损事故的研究，进行人为因素的分析是多 么的重要。 2 3 4 人为失误的原因分析 人的信息处理过程是一个极其复杂的感知选择判断决策操作 过程，其中任何环节出现差错均能导致人为失误，其形式多样，而且原因复杂如表 2 2 所示。 人为因素之所以成为船舶机损事故的主要原因，是由于人的行为是有灵活性 的，人有随机应变处理情况的能力，然而这个灵活性也正是人们处理简单事情时产 1 1 上海 摹遥掌院硬士论文船舶机损寥故分析 生失误的原因。因此，从某种意义上讲，由于人的灵活性才会有不可避免发生失误 的特性，这就是人的不稳定性。 表2 - 2 船舶事故人为失误的类别 船舶事故人为失误 具体内容 认识能力差，疏忽大意，情绪变化，外界干扰，过度疲劳，身体 感知错误 疾病，知识不足等。 判断错误 预测不准，经验不足，知觉错误，速度过快，信号失误，缺乏警 惕，应变能力差等。 操作错误技能差，紧张，判断错误，打盹离岗，自我控制能力差等。 集体错误工作不配合，作风松散，缺乏凝聚力，技术训练差等。 人为失误的根本原因在于内因与外因。内因包括人的生理、心理因素及其相关 的个性心理特征；外因主要指外界环境因素的影响，而人生理及心理上的某些“弱 点”是人为失误的根源主要体现在： ( 1 ) 人具备一定的感觉阈限，不能感受外界所有信息，甚至不能感知生产过程和 生产环境中的一些事故征兆； ( 2 ) 人的记忆能力具有局限性： ( 3 ) 人的注意力具有局限性，即使努力集中注意力，也不可避免出现瞬间溜神， 注意力仍达不到百分之百： ( 4 ) 人的反应力具有局限性，不能分析判断所感受的一切信息，对部分信息的反 应靠自律系统完成，其安全可靠性较低； ( 5 ) 人抵抗不安全情绪和不安全条件的能力较差。 人心理上的“弱点”主要体现在： ( 1 ) 人容易省略动作，愿意找捷径，总是企图以最小的能量取得最大的效益，工 作中常有意漏掉正常工序，出现失误； ( 2 ) 人往往按自己的意愿判断事物，侥幸、自信，常因侥幸、自信、麻痹心理导 致失误； ( 3 ) 人不容易发现自身缺点，有时即使察觉到了也往往寻找借口原谅自己； ( 4 ) 人愿意表现自己，工作中常有人因冒险逞能，发生伤亡事故。 上述“弱点”人皆有之，均可导致失误。这主要取决于人自身素质及对自身 “弱点”的控制力，并与遗传、道德观念、文化程度、社会阅历、工作经验、技术 素质、个性心理有关。 人为失误也呈现出突发性和无序性。受到下述因素影响时，人为失误率较高： ( 1 ) 疲劳。人体疲劳时，因机能下降，行为可靠性一般在o 9 以下。人体疲劳分 为生理疲劳与心理疲劳。前者主要由于人体组织中的资源耗竭导致而引起；后者的 上海海运掌院硕士论文 船舶机扭事故分析 原因较多，可能是长期单调乏味的工作而厌倦和焦躁不安，甚至失去控制情绪的能 力，也可能因人际关系、家庭纠纷等令人烦恼的事情引起。 ( 2 ) 酗酒。导致自我控制力降低。研究表明，酗酒者事故率比一般人高出3 倍。 ( 3 ) 睡眠初醒。入睡眠初醒时，可靠性一般在0 9 以下。 ( 4 ) 单调作业。由于缺乏刺激，作业环境中的某些因素似乎具有催眠作用使工 作兴趣逐渐减退，处于朦胧状态，稍有意外情况出现，极易失误。 ( 5 ) 疾病、饮食异常和药物作用。受到这些因素作用时，人体必须花费相当的能 量处理由此引起的不适。用于工作之中的能量相对减少，能力降低。 ( 6 ) 不安全情绪。人的一切心理活动都带有情绪色彩，消极情绪常成