人船系统平稳状态的失效机理及控制模式研究

【摘要】： 船舶数量的增多、吨位的增大及航速的提高对海上交通安全提出了更高的要求,有待于对事故的发生机理和控制模式作进一步研究。论文以安全系统工程学的逻辑思维,从人、船及环境影响的角度对船舶航行的平稳状态失效机理及其控制模式作了系统研究,同时基于理论成果研发了船舶安全评估与管理信息系统。为预防和减少海上交通事故提供理论依据和实践保障。 论文在统计分析船舶安全事故的基础上,对碰撞事故致因源进行相关度分析,追溯了船舶操纵人因失效的根原因,建立了远洋船员机体功能Markov状态链,并进行了仿真:把神经元工程化对人的行为过程失效进行分析,建立了时变行为可靠度的计算模型,提出了船员适航度概念及计算模型,对适航度的更新模式和维护方式进行了分析,并建立了基于电路原理的适航度维护模型,对船员的适航性响应输出进行了仿真。 从人船协调控制角度,利用AHP法对船舶人机功能合理分配进行评价,对大洋航行、近海域航行和港口区航行的安全控制模式进行研究;在人船平稳状态的控制特性中,根据人的传递函数数学模型、船舶控制的传递函数数学模型,建立了人船一体化的闭环控制数学模型,并对其输出状态进行了仿真分析。为了进一步分析人的行为输出过程,利用最小二次型法对其仿真分析。 针对设备状态对船舶操纵性能的重要影响,论文在统计分析了船舶设备故障的基础上,利用状态空间耦合理论对船舶人机系统故障转移概率进行了计算;基于可靠性和经济性,建立了设备备件和设备维修的优化模型,并进行了实例验证。 最后,根据船舶运动数学模型,利用龙格一库塔积分法,仿真了复杂环境下的船舶回转性和横摇角度变化,可为船舶操纵安全提供依据。定义了船舶安全熵的概念和评价数学模型;利用当前信息技术,从船员、船舶、环境及管理四个信息源,建立船舶动态航行安全管理信息系统,以便船舶操纵者和航运管理者采取相关措施,减少人船平稳状态的失效概率。