淺談故障模式及影響分析在船舶動態定位系統的應用

圖1 計算風險優先數流程

故障模式及影響分析（Failure Mode and Effect Analysis, FMEA）是產品可靠性分析的一個重要工作項目，也是展開維修性分析、安全性分析、測試性分析和保證性分析的基礎。FMEA實際上是FMA（Failure Mode Analysis）和FEA（Failure Effect Analysis）的組合。它對各種可能的風險進行評價、分析，以便在現有技術的基礎上，消除這些風險或將這些風險減小到可以接受的程度。FMEA是一種嚴密的策劃過程，它是一個「事前的行為」，而不是「事後的行為」。進行FMEA分析的目的，就是定義風險優先數（Risk Priority Number, RPN）的排序，找出風險優先數最大的一個或較大的前幾個項目，制定措施，進行預防或改進。

50年代初，美國第一次將FMEA思想，用於一種戰鬥機操作系統的設計分析，到了60年代中期，FMEA技術正式用於航太工業（Apollo計畫）。1974年，美國國防部頒布了FMEA的軍用標準（MIL-STD-1629），但僅限於設計方面。最早證實FMEA提高動態定位（Dynamic Positioning, DP）設備可靠性的應用，是在1985年，跨海作業動態定位鑽探船「第七發現號」上。90年代初期，FMEA技術廣泛應用在海洋工業界。1991年，動態定位船東協會（Dynamically Positioned Vessel Owners Association, DPVOA），在其制定的「設計和操作動態定位船舶指導方針」中，就詳細介紹FMEA技術。之後國際海事組織（International Maritime Organization, IMO）海上安全委員會（Maritime Safety Committee, MSC）通報645，也引用了這項技術。包含美國船級社（American Bureau of Shipping , ABS）、挪威船級社（Det Norske Veritas, DNV-GL）和英國勞氏船級社（Lloyd’s Register, LR）在內的其他船級社，也都在各自的DP等級注釋中，引用了FMEA作為確定故障模式的基本手段之一。

圖2 船舶使用動態定位系統作業

FMEA是一項技術和經驗密集的服務，想要找到對DP船舶各項領域都很精通的個人，是不太可能的，所以FMEA是一個團隊工作，一般來說會希望：1.團隊成員有多方面的技術和經驗，如設計造船、設備和運行操作維護等。2.需要深入了解DP船舶和各個系統，如DP、電源管理系統（Power Management System, PMS）、電站、推進、管系和動力等。如果是DP3船舶，還需要有結構方面的人員參與。3.熟悉IMO和各船級社的規範，以及國際海事承包商協會（International Marine Contractors Association, IMCA）的指導原則，並能了解和借鑑IMCA出版的DP事故報告。4.必須獨立於設計院、船廠和主要設備供應商的第三方。目前海洋工程設備平台上的FMEA分析有兩類：一類是生產廠家自身系統的FMEA報告（如Kongsberg的DP，還有側推廠家的系統等），另外一類就是全船FMEA分析報告，一般是由專業的船舶顧問公司提供，如英國Global Maritime公司，動態定位船舶FMEA專業製作公司。

DP船舶通過FMEA分析，可以找到船舶設計、建造、主要設備和系統中，不能滿足IMO和各船級社規範的地方，找出潛在故障模式和風險，並分析原因，避免在船舶建造階段，因為重大的變更，重新訂購設備等，引起時間和經濟的損失。FMEA詳細闡明DP各系統之間的相互作用和互為冗餘的系統，定義出最嚴重的單點故障，評估每種故障模式的影響並進行後果分析，同時給出降低或消除每種故障模式和其帶來風險的方法。撰寫FMEA報告和試驗程序，並作實船試驗加以驗證。目前DP2、DP3船舶系統的FMEA報告和試驗，已經列入主要船級社DP入級的審核部分。一份真實可靠的FMEA報告，不僅能證實船舶滿足船東或承租者的需要，還能提升雙方對船舶操作安全性的信心。