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摘要：介绍深水起重铺管船Failure Mode & Effects Analyses简称FMEA（故障模式及影响分析）的内容，结合规范要求，对DP2单一故障和DP3舱室火灾或进水等情况下，铺管船如何满足相关规范要求。
关键词：铺管船；动力定位；FMEA
一、前言
江苏熔盛重工建造的深水起重铺管船采用DP3动力定位系统，全船采用电力推进。本船入ABS和CCS双重船级。本船在起重作业状态满足DP3（ABS：DPS-3，CCS：DP-3）要求，在铺管作业状态满足DP2（ABS：DPS-2，CCS：DP-2）要求。无论是CCS还是ABS均要求提交FMEA报告。
二、FMEA概述
FMEA是一种可靠性设计的重要方法，它对各种可能的风险进行评价、分析，以便在现有技术的基础上消除这些风险或将这些风险减小到可接受的水平。对于船舶行业而言，FMEA主要是船级社为了检验船舶是否满足IMO（国际海事组织）对于DP2和DP3的要求。IMO对于动力定位系统DP的要求：DP1安装有动力定位系统饿船舶，可在规定的环境条件下，自动保持船舶的位置和首向，同时还应设有独立的集中手动船位控制盒自动首向控制；DP2在出现单个故障（不包括一个或多个舱室损失）后，可在规定的环境条件下，在规定的作业范围内自动保持船位和首向；DP3在出现任一故障（包括由于火灾或者进水造成一个舱室损失）后，可在规定的环境条件下，在规定的作业范围内自动保持船位和首向。FMEA应在设计形成之时或之前开始，并且在设计各阶段中，当设计有变化或得到其他信息时及时不断地修改，并在图纸完成之前结束。就目前而言，由于船舶系统庞大而复杂，其评价与分析的对象仅仅是动力定位系统以及每个与之相关的系统、子系统和设备。在完成了FMEA之后，就可以从报告中得知是否在设计阶段就满足船级社对于动力定位系统（DP2和DP3）的要求。当然设计阶段的满足要求仅仅只是理论上的，FMEA还将会进行实际验证，对已建造完成的船舶在试航阶段进行验证，如果仍有风险，应修改设计或采取措施以满足要求直到所有风险消除或将这些风险减小到可接受的水平。
当然没有动力定位的船舶也可进行FMEA报告，船东、租船方、使用方通过FMEA得知此船是否能满足其要求，并在以后的使用或维护期间通过日常维护等方式改善失效模式下的影响。
三、风险评估
某个单一故障产生的影响与其发生的概率结合起来就可进行风险评估，FMEA分析就是让风险消除或达到可接受水平。
表1：风险评估表
在试航期间根据FMEA报告进行验证后，对船舶仍存在的风险进行评估，根据上表进行整改。铺管船在试航期间FMEA验证过程中，发现露天区域推进器冷却水备用管路电伴热无监控，DP3情况下当某一机舱丢失时（推进器冷却水主管路不可用），推进器冷却水备用管路如此时冻结则影响推进器，船舶无法实现动力定位。此项属于中度风险，需降低风险，增加电伴热电源故障报警。
四、FMEA主要内容
首先应明确FMEA分析的范围，对于起重铺管船而言，是指与动力定位相关的各系统；除此之外，还应明确船舶在规定的最恶劣海况下维持作业时，该系统在发生单一故障之前和之后，其功能所能达到的水平，以确认是否达到为可接受的水平。下面就深水起重铺管船介绍该船FMEA的主要内容：
（一）分析系统中单个故障产生后的影响
1、分析的范围。动力定位系统包括DP控制系统、推进器系统、电力系统。与动力定位系统相关但无紧密联系的系统也在此分析范围之内，如通风系统、分油机系统、电伴热系统等。除此之外管路、电缆走向也包括在分析的范围内。当对其他系统进行简单的故障模式分析后确认其系统失效也不会对船舶定位产生影响的情况下，如消防水系统、照明系统等，这些系统将不考虑在此次FMEA分析范围之内。
2、动力定位系统框图：
图1：动力定位系统框图
从上图包括了相关动力定位系统的主要系统，FMEA应从两方面来分析：
a.功能上。从系统功能上分析，上图各系统中任意单一故障后，整个系统功能（即保持船位）所能达到的水平。如DP2情况下，某台发电机故障停机，此时DP系统的负载超过了当前电网可用功率，船舶管理系统报警；DP系统根据允许负荷值限制推进器的转速，降低其功率；功率管理系统启动备用发电机，重新调整可用功率值，待备用发电机启动后推进器正常工作，此过程中船舶仍保持船位。因此FMEA的分析必须充分理解各系统的工作原理以及各系统之间或系统内部之间的逻辑关系。
b.结构上。从系统结构上分析，上图各系统中任意单一故障对整个系统功能（即保持船位）的影响。如上述例子，DP2情况下，某台发电机故障停机后，必须在发电系统结构上配置一台备用发电机才能使船舶保持船位。铺管船上配置的多个位置参考系统及三套网络系统等也是根据FMEA分析而设计的。
（二）分析系统中电缆或管路的走向
电缆和管路的走向对于DP2情况下应考虑火灾和机械损伤对与这些电缆及管路相连的设备的影响，互为冗余的设备的电缆及管路应尽量分开布置。对于DP3情况下冗余的设备的电缆及管路不得与主系统一起穿过同一舱室，当不可避免时，必须安装在A60通道内。
铺管船设计过程中增加了多个A60电缆通道以满足以上要求。根据船厂的设计图纸进行FMEA分析，设计过程中不断完善设计，如存在风险应修改设计方案以消除或降低风险。如铺管船在试航期间进行FMEA验证过程中，发现A网络的UPS充电电源电缆与B网络的UPS充电电源电缆穿过同一个防火区域，此时修改电缆走向已不可能，因此在A网系统设备增加一路充电电源以消除此风险。
（三）分析某个舱室丢失后的影响
DP3要求由于火灾或者进水造成一个舱室损失仍能保持船位，FMEA主要是分析以下几个舱室损失后引起的动力定位系统功能的水平：
1号，2号机舱：安装有主发电机及其辅助系统
1号，2号，3号高压配电板间：安装有6.6kV高压配电板
1号，2号集控室：安装有400V低压配电板
DP控制室：安装有DP控制系统
DP备用控制室：安装有DP备用控制系统
所有的设备布置应满足冗余系统的设备不得与主系统安装在同一舱室，两舱室必须由A60分隔。
五、结语
FMEA是设计人员应熟知的一种分析方法，有助于设计要求与设计方案的相互权衡，为将来分析研究现场情况、评价设计的更改以及开发更先进的设计提供参考，提高在设计过程中考虑潜在故障模式及其对系统和设备影响的可能性等等。
FMEA能在早期确定项目中的风险，提高设计图纸的正确性，可以提高船舶建造生产能力和效率，缩短建造周期。
参考文献：
a. 国家、国际标准
[1] American Bureau of Shipping – ABS rules for building and classing steel vessels 2010
[2]The International Marine Contractors Association – IMCA M166 2002
关键词：铺管船；动力定位；FMEA
一、前言
江苏熔盛重工建造的深水起重铺管船采用DP3动力定位系统，全船采用电力推进。本船入ABS和CCS双重船级。本船在起重作业状态满足DP3（ABS：DPS-3，CCS：DP-3）要求，在铺管作业状态满足DP2（ABS：DPS-2，CCS：DP-2）要求。无论是CCS还是ABS均要求提交FMEA报告。
二、FMEA概述
FMEA是一种可靠性设计的重要方法，它对各种可能的风险进行评价、分析，以便在现有技术的基础上消除这些风险或将这些风险减小到可接受的水平。对于船舶行业而言，FMEA主要是船级社为了检验船舶是否满足IMO（国际海事组织）对于DP2和DP3的要求。IMO对于动力定位系统DP的要求：DP1安装有动力定位系统饿船舶，可在规定的环境条件下，自动保持船舶的位置和首向，同时还应设有独立的集中手动船位控制盒自动首向控制；DP2在出现单个故障（不包括一个或多个舱室损失）后，可在规定的环境条件下，在规定的作业范围内自动保持船位和首向；DP3在出现任一故障（包括由于火灾或者进水造成一个舱室损失）后，可在规定的环境条件下，在规定的作业范围内自动保持船位和首向。FMEA应在设计形成之时或之前开始，并且在设计各阶段中，当设计有变化或得到其他信息时及时不断地修改，并在图纸完成之前结束。就目前而言，由于船舶系统庞大而复杂，其评价与分析的对象仅仅是动力定位系统以及每个与之相关的系统、子系统和设备。在完成了FMEA之后，就可以从报告中得知是否在设计阶段就满足船级社对于动力定位系统（DP2和DP3）的要求。当然设计阶段的满足要求仅仅只是理论上的，FMEA还将会进行实际验证，对已建造完成的船舶在试航阶段进行验证，如果仍有风险，应修改设计或采取措施以满足要求直到所有风险消除或将这些风险减小到可接受的水平。
当然没有动力定位的船舶也可进行FMEA报告，船东、租船方、使用方通过FMEA得知此船是否能满足其要求，并在以后的使用或维护期间通过日常维护等方式改善失效模式下的影响。
三、风险评估
某个单一故障产生的影响与其发生的概率结合起来就可进行风险评估，FMEA分析就是让风险消除或达到可接受水平。
表1：风险评估表
在试航期间根据FMEA报告进行验证后，对船舶仍存在的风险进行评估，根据上表进行整改。铺管船在试航期间FMEA验证过程中，发现露天区域推进器冷却水备用管路电伴热无监控，DP3情况下当某一机舱丢失时（推进器冷却水主管路不可用），推进器冷却水备用管路如此时冻结则影响推进器，船舶无法实现动力定位。此项属于中度风险，需降低风险，增加电伴热电源故障报警。
四、FMEA主要内容
首先应明确FMEA分析的范围，对于起重铺管船而言，是指与动力定位相关的各系统；除此之外，还应明确船舶在规定的最恶劣海况下维持作业时，该系统在发生单一故障之前和之后，其功能所能达到的水平，以确认是否达到为可接受的水平。下面就深水起重铺管船介绍该船FMEA的主要内容：
（一）分析系统中单个故障产生后的影响
1、分析的范围。动力定位系统包括DP控制系统、推进器系统、电力系统。与动力定位系统相关但无紧密联系的系统也在此分析范围之内，如通风系统、分油机系统、电伴热系统等。除此之外管路、电缆走向也包括在分析的范围内。当对其他系统进行简单的故障模式分析后确认其系统失效也不会对船舶定位产生影响的情况下，如消防水系统、照明系统等，这些系统将不考虑在此次FMEA分析范围之内。
2、动力定位系统框图：
图1：动力定位系统框图
从上图包括了相关动力定位系统的主要系统，FMEA应从两方面来分析：
a.功能上。从系统功能上分析，上图各系统中任意单一故障后，整个系统功能（即保持船位）所能达到的水平。如DP2情况下，某台发电机故障停机，此时DP系统的负载超过了当前电网可用功率，船舶管理系统报警；DP系统根据允许负荷值限制推进器的转速，降低其功率；功率管理系统启动备用发电机，重新调整可用功率值，待备用发电机启动后推进器正常工作，此过程中船舶仍保持船位。因此FMEA的分析必须充分理解各系统的工作原理以及各系统之间或系统内部之间的逻辑关系。
b.结构上。从系统结构上分析，上图各系统中任意单一故障对整个系统功能（即保持船位）的影响。如上述例子，DP2情况下，某台发电机故障停机后，必须在发电系统结构上配置一台备用发电机才能使船舶保持船位。铺管船上配置的多个位置参考系统及三套网络系统等也是根据FMEA分析而设计的。
（二）分析系统中电缆或管路的走向
电缆和管路的走向对于DP2情况下应考虑火灾和机械损伤对与这些电缆及管路相连的设备的影响，互为冗余的设备的电缆及管路应尽量分开布置。对于DP3情况下冗余的设备的电缆及管路不得与主系统一起穿过同一舱室，当不可避免时，必须安装在A60通道内。
铺管船设计过程中增加了多个A60电缆通道以满足以上要求。根据船厂的设计图纸进行FMEA分析，设计过程中不断完善设计，如存在风险应修改设计方案以消除或降低风险。如铺管船在试航期间进行FMEA验证过程中，发现A网络的UPS充电电源电缆与B网络的UPS充电电源电缆穿过同一个防火区域，此时修改电缆走向已不可能，因此在A网系统设备增加一路充电电源以消除此风险。
（三）分析某个舱室丢失后的影响
DP3要求由于火灾或者进水造成一个舱室损失仍能保持船位，FMEA主要是分析以下几个舱室损失后引起的动力定位系统功能的水平：
1号，2号机舱：安装有主发电机及其辅助系统
1号，2号，3号高压配电板间：安装有6.6kV高压配电板
1号，2号集控室：安装有400V低压配电板
DP控制室：安装有DP控制系统
DP备用控制室：安装有DP备用控制系统
所有的设备布置应满足冗余系统的设备不得与主系统安装在同一舱室，两舱室必须由A60分隔。
五、结语
FMEA是设计人员应熟知的一种分析方法，有助于设计要求与设计方案的相互权衡，为将来分析研究现场情况、评价设计的更改以及开发更先进的设计提供参考，提高在设计过程中考虑潜在故障模式及其对系统和设备影响的可能性等等。
FMEA能在早期确定项目中的风险，提高设计图纸的正确性，可以提高船舶建造生产能力和效率，缩短建造周期。
参考文献：
a. 国家、国际标准
[1] American Bureau of Shipping – ABS rules for building and classing steel vessels 2010
[2]The International Marine Contractors Association – IMCA M166 2002