问题

什么类型的船舶适合做冗余度分析?

回答
船舶进行冗余度分析,并非所有船型都具备同等的需求和价值。这项分析的核心在于识别和评估系统中可能失效的组件,并设计备份或备用方案以确保关键功能的持续运行。因此,最适合进行冗余度分析的船舶通常具备以下一些或全部特征:

一、 高风险性船舶:

海上油气平台供应船(PSV)/起重船/铺管船: 这些船舶在严酷的海洋环境中操作,为海上石油和天然气勘探开发提供关键支持。它们的任务失败可能导致巨额经济损失,甚至危及人员生命安全和环境。例如,动力系统(主机、推进器)、定位系统(DP系统)、起重设备、消防系统等如果出现单点故障,可能导致船舶失控漂移,对平台或人员造成灾难性后果。
载人渡轮和海上旅客运输船: 载客量大的船舶,尤其是那些承担重要通勤任务的渡轮,一旦发生动力或导航系统故障,可能导致乘客滞留、安全风险增加,甚至引发恐慌。冗余的动力、转向、通讯和消防系统对于保障乘客安全至关重要。
特种科研考察船/破冰船: 这些船舶通常在极地或偏远地区执行任务,缺乏即时支援的可能性。其设备的高度复杂性和任务的独特性(例如,精密的科研仪器供电、船体结构 integrity)使得任何关键系统的失效都可能导致任务中断,甚至船员面临生存危机。
豪华邮轮/大型游艇: 虽然不直接涉及生命安全救援,但这些船舶的客户群体对服务连续性和舒适性要求极高。动力系统、空调系统、导航通讯系统以及娱乐系统的冗余,能够最大限度地避免因设备故障影响客户体验,从而维护品牌声誉和经济效益。
特种工程船(如挖泥船、打捞船): 这些船舶承担着复杂的工程任务,其操作的连续性直接关系到项目进度和成本。动力、液压、泵送等关键系统的冗余,可以确保在设备故障时能快速切换,减少停工时间。

二、 复杂系统船舶:

动力定位(DP)船舶: DP系统是这些船舶的核心,用于在特定位置保持船舶的稳定,尤其是在没有锚泊条件的情况下。DP系统的冗余度分析是必不可少的,包括冗余的动力源、推进器控制系统、传感器(GPS、声纳等)以及通信链路。任何一个环节的失效都可能导致DP失效,后果不堪设想。
自动化程度高的船舶: 随着船舶自动化水平的提高,许多传统上由船员手动操作的功能现在由复杂的控制系统完成。对这些自动化控制系统的冗余进行分析,确保其在故障时能够切换到手动模式或备用系统,是保障船舶安全运行的关键。
集成设备复杂的船舶: 许多现代船舶集成多种复杂的设备,如可变载荷运输船(如LNG船、LPG船),它们装载的是高度危险的货物。货物的装卸、储存和安全监控系统,以及相关的动力和制冷系统,都需要进行严谨的冗余度分析。

三、 关键功能对船舶整体运行至关重要的船舶:

所有关键的推进和转向系统: 无论是哪种类型的船舶,如果动力或转向系统发生故障,直接影响到船舶的操纵能力和避碰能力。因此,对这些系统的冗余配置(如双主机、双舵机、冗余的液压管路等)进行分析是基础性的工作。
导航和通讯系统: 确保船舶能够准确地知道自己的位置、航向,并能与其他船舶和陆地进行可靠的通信,是船舶安全航行的基石。冗余的导航设备(如双GPS、双陀螺仪)、通讯设备(如双套VHF)和雷达是保障这些功能不间断运行的关键。
消防和应急系统: 在发生火灾或紧急情况时,有效的消防和应急响应至关重要。冗余的消防泵、灭火系统、应急发电机、独立的应急动力和控制系统,能够确保在主系统失效时仍能进行灭火和人员疏散。
锚泊和系泊系统: 对于需要定点作业或在港口停泊的船舶,可靠的锚泊和系泊系统是保障船舶稳定性的关键。冗余的锚机动力源或控制系统,可以防止在关键时刻因故障而失去固定能力。

冗余度分析的具体内容和考虑因素会因船舶类型而异:

例如,对于一艘货船,冗余度分析可能更侧重于动力系统和舵机系统的可靠性;而对于一艘DP船,则需要深入分析DP系统的每一个子系统,包括传感器、计算单元、执行器以及它们之间的通信链路。对于一艘大型客船,则需要将乘客安全和舒适性放在首位,对生命支持系统、应急疏散系统等进行全面的冗余设计。

总而言之,任何一艘船舶,如果其任务的成功与否、船员及乘客的安全、经济效益以及环境影响等因素与某个关键系统或功能的可靠性高度相关,那么对该船舶进行冗余度分析都是非常有意义且必要的。分析的深度和侧重点则需要根据船舶的具体用途、运营环境以及潜在风险来确定。

网友意见

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这个标题有问题。

第一,冗余度这个概念太宽泛,到底是哪个方向的冗余度?

第二,船舶工程里的冗余度分析要么必须做要么不需要做,不存在适不适合这个说法。


从电气专业角度来看,船舶的冗余度分析常见于这两个系统:DPS安全系统

DPS可参考下面的链接,该系统的冗余度分析也叫故障模式与影响分析(Failure Mode and Effect Analysis,FMEA)。一般来说取DP-2/DP-3符号的船舶需要做FMEA,详细的分析方法可自行查阅规范。


安全系统的冗余度分析主要出现在海工领域,尤其是涉及到油田和居住方面,以英国劳埃德船级社的平台规范为例:

Rules and Regulations for the Classification of Offshore Units

Part 7, Chapter 1, 7.1.22 The implementation of a programmable electronic system to perform high safety integrity level functions or any other form of logic solver (i.e. relay/solid state magnetic core) is to be via a suitable certified Safety Integrity Level (SIL) system, acceptable to LR, which will give an appropriate SIL for all SIL classified functions associated with the ESD system. This certification is to include calculations for Probability of Failure on Demand ( PDFAVG ), architectural constraints in terms of safe failure fraction (SFF) and hardware fault tolerance (HFT), random failures as specified in IEC 61508-2:2010, Functional safety of electrical/electronic/programmable electronic safety related systems – Part 2: Requirements for electrical/electronic/programmable electronic safety-related systems, Section 7.4.2.2 or alternative relevant International or National Standard.

简单来说就是:若应急切断系统(一般包含在安全系统中)使用可编程电子元件(如PLC)构成,ROU引用IEC61508-2要求满足其中有关安全完整性等级(SIL)的要求[1]

根据IEC61508-2标准,安全完整性是指安全相关的系统在规定的时间内、规定的条件下,成功实现所需安全功能的概率,以及安全功能能够有效执行的能力。而安全完整性等级(SIL) 则用于衡量这种能力的大小。SIL等级的确定或评估以风险作为度量标准。SIL等级根据“平均要求失效概率”(PFDavg)的值分为四个离散的等级[2]

如果想深入了解SIL可查阅 IEC61508。

当然,秉承越简单越可靠的原则,再加上经济和安全的考虑,安全系统我们一般采用硬线继电器架构,这样也就不需要冗余度分析了。

参考

  1. ^ LR. Rules and Regulations for the Classification of Offshore Units[S]. 2018.
  2. ^ IEC61508. Functional safety of electrical/electronic/programmable electronic safety-related systems - Part 2[S]. 2010

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