基于轮机模拟器的机舱资源管理培训及评估方案

贾宝柱

(大连海事大学 轮机工程学院，大连 辽宁　116026)



基于轮机模拟器的机舱资源管理培训及评估方案

贾宝柱

(大连海事大学 轮机工程学院，大连 辽宁116026)

摘要：为有效履行STCW公约马尼拉修正案的要求，切实深入落实公约关于机舱资源管理规定的实质精神，依托挪威Kongsberg公司开发的MC-90V型全任务轮机模拟器系统，设计开发了符合公约条款内容的机舱资源管理教学内容及其相关评价指标，所给出的内容及方法对于在其他类型的轮机模拟器中进行机舱资源管理教学及轮机模拟器开发具有借鉴意义。

关键词：STCW公约马尼拉修正案；机舱资源管理;轮机模拟器;情景意识;船员评估

一、引言

STCW公约马尼拉修正案规定，可以通过认可的培训、认可的工作经历和认可的轮机模拟器培训三种途径表明具备机舱资源管理(ERM-Engineroom Resource Management)能力和水平，[1]实施过程中前两种方式的可操作性不强，缺乏可参考的执行标准及实施方法，因此目前国内外航海类院校及培训机构多数采用轮机模拟器作为主要评估手段。与实际船舶设备相比，轮机模拟器具有设备成本低廉、操作便利、节能环保等优势，已经成为国内外轮机管理人员培训的关键设备之一。[2]

目前国内所采用的轮机模拟器系统多数不具备机舱资源管理培训模块，缺少有针对性的培训内容及相应的评价标准，导致实际培训效果难以满足预期要求。[3]本文根据STCW公约马尼拉修正案规定的机舱资源管理评估要点及评价标准的要求，基于MC-90V型轮机模拟器系统开发了相应的典型案例，并给出了具体考查目标及方法。

二、资源的分配、指派及其优先级

机舱资源管理中首要考查点是对资源的分配、指派及其优先级，同时给出的具体评价标准为：根据需要，按正确的优先级进行资源的分配和指派，以保证必要任务的有效完成[4]。

1.设备的起动与控制

为了保证动力系统运行的可靠性，船舶机舱多数系统均采用冗余设计，装备2台(套)以上的设备或系统。正常运行时，单台(套)设备即可满足需要，另外一台(套)为备用。紧急情况或者运行设备出现故障时，可通过手动或自动方式切换到备用设备，保证系统及设备参数处于正常范围。

MC-90V轮机模拟器瘫船(Cold Ship)起动过程中，对系统中设备的基本操作原则是设定其中一台为主(Master)，其他自动为从(Slave)，当主设备运行时保持其他备用设备处于随时可用状态，且控制方式置于自动，参数不满足要求时可以自动起动备用设备。对于可以切换主备关系的设备，则应定期进行主备设置的切换，如MC-90V的压缩空气系统等。

在电站容量受限的情况下，可以根据不同设备的起动优先级高低依次起动。电站负载依据其重要性由高到低分为四类：第一类为消防、救生、急救及维持船舶安全航行所必需的设备，此类设备通常集中在应急配电板供电；第二类为维持主机操纵性能及持续动力输出的设备，如冷却水泵、燃滑油泵、辅助鼓风机、空压机、机舱供排风设备等；第三类为保证船舶动力系统长期安全、高效运转的设备，如分油机、造水机、油水分离器、船舶辅锅炉等，这类设备当电站容量受限时可以暂时不起动或者停止；最后一类为生活设备及舒适性设备，如空调、冰机、舱室风机、生活区热水设备等，此类设备优先级最低，当电站容量不满足全部供电设备需要时，会首先被自动卸载。

2.船舶发电机的优化控制

MC-90V轮机模拟器电站系统包括三种形式发电机，分别为3台柴油发电机(其中1台为应急发电机)、1台轴带发电机、1台透平发电机。正常航行时，单台柴油发电机基本可以满足航行需要，而当经过狭水道、进出港或者恶劣海况下船舶需要备车航行或装卸货时，为保证电网的安全则至少应有2台发电机在网。

瘫船起动过程中，在起动第二台柴油发电机并网供电前，先不要停止应急发电机的运行，防止并电失败导致全船失电。2台柴油机并网成功后，要及时停止应急发电机运行，避免其长时间空转。备车航行时最好不要采用优化控制模式(Optimal Load)，防止电站管理单元因电网负荷较小而自动卸载一台发电机。

MC-90V轮机模拟器有四种电站管理模式，分别为均衡模式(Equal Load)、优化模式(Optimal Load)、循环模式(Cyclic Load)和警戒模式(Alert Mode)，四种模式分别用于不同工况。均衡负载模式一般有2台或以上发电机在网，电站管理单元自动平均分配每台发电机的负荷。该模式适用于备车航行、装卸货等工况。优化模式下电站管理单元自动控制优先级最高的发电机满负荷工作，余下电网负荷由次高优先级的发电机承担。此种模式可以保证燃油的最佳经济性，常用于海洋正常航行时选择。循环模式与优化模式对发电负荷的控制方式相同，不同之处在于发电机并网运行一定时间后，电站管理单元会自动切换在网发电机的优先级，并自动转移负荷使新设定的高优先级发电机满负荷运行。这就避免了某台发电机长期在高负荷下运转，有利于柴油发电机的维护和保养，适用于其他形式的发电机与柴油发电机并网运行的情况，发电机的切换时间间隔可以在电站管理单元中手动设定。警戒模式则可以与均衡模式、优化模式及循环模式一起使用，当电网负荷超过所有在网发电机的额定功率之和时，警戒模式能够避免某台发电机因自动保护功能动作而自动解列或者停机，该模式适合船舶电网瞬间负载总和可能超过所能承受最大负载范围时使用，如使用甲板机械或者艏艉侧推时。

3.轴带发电机与透平发电机的管理

透平发电机(Turbo Generator)采用蒸汽涡轮作为发电机的原动机，做功蒸汽通常是废气锅炉过热器给出的做功能力较强的过热蒸汽，如此相当于通过废气锅炉回收了主机排烟中的部分能量，因此透平发电机的经济性较好。由于透平机为回转运动，与往复运动为主的柴油机相比具有噪音小、震动轻、单机功率大、维护管理方便等优势，能够大大降低维修维护成本。因此在船舶正常航行、主机处于稳定工况下，应优先采用以透平发电机为主、柴油发电机为辅的电站管理模式，以增加船舶航行的经济性。

轴带发电机(Shaft Generator)通过增速齿轮箱与主机输出轴相连接，利用主机的储备功率为船舶电网供电。从经济性角度考虑，轴带发电机相当于利用低质、廉价重油发电，其经济性较好，并且减少了单独维护柴油发电原动机的成本，在新造船舶上被广泛采用。MC-90V轮机模拟器中轴带发电机有两种模式，分别为PTO(Power Take Off)模式和PTI(Power Take In)模式。PTO模式下轴带电机工作在发电机模式，主柴油机在为船舶航行提供航行动力的同时，通过齿轮箱驱动轴带发电机为船舶主电网供电。PTI模式下轴带电机工作在电动机模式，消耗配电板提供的电能驱动螺旋桨转动，为船舶前进提供动力。该模式一般用于船舶主机出现故障，无法提供有效推进动力时，由轴带电机提供维持船舶前进的基本动力和舵效。

三、有效的沟通

轮机长负责全部动力设备的运行、维护及管理，具有最高指挥权限。其他分管轮机员在接收到轮机长的指令后，需准确地理解轮机长的操作意图，并及时按照指令要求进行必要的操作，同时对操作结果给予准确的反馈。评价标准为：下达及接受指令时沟通清晰，无歧义。

1.机舱基本术语及英文缩写

有效沟通首先是建立在共同的语言及文字基础上的，机舱中存在大量的缩略语和专业术语，这些术语的中文描述往往和英文表述存在一定的差距。目前国内大部分轮机模拟器系统均采用双语标识，以提高国内海员在国际市场的适应能力，部分本科类院校则直接采用英文标识。对这些名称及术语的理解和掌握是成为一名合格的国际海员的必要条件，也是在工作中有效履行职责的必要保证。

MC-90V轮机模拟器系统采用了比较规范的全英文标识，大部分缩写也符合国际惯例。教学过程中，根据实际情况使学员重点掌握机舱专门术语及常用缩写对提升学生未来在实际工作中的沟通能力具有极大帮助。

2.内通信设备

包括声力电话和程控电话在内的通信设备可以保证机舱管理人员及时与其他部门人员沟通，掌握船舶的航行动态，接收驾驶台操车指令。声力电话是根据音膜接收声音震动后转化为电信号传送到对方话机去驱动耳机振动的原理工作的，平时可以用外接电源进行音量放大，失电后可以用本身自带的手摇发电机对音频信号进行放大处理，一般用于机舱、驾驶台和舵机室之间的直通联络使用。程控电话是通过程控交换机进行语音传输的，可以布置于船舶的主要舱室及处所，通过拨号方式能够实现实时语音通信。部分船舶还在船员舱室、重要场所安装了驾驶台/船长广播系统，能够完成重要信息的实时广播发布。

以上通信设备一般是固定安装在某一位置的，除此之外大部分船舶还配备了甚高频无线电话(VHF)，主要由收发机(Transceiver)、控制器(Controller)、话音手柄(Handset)组成，用于非固定位置的船员之间移动联络，或者海上航行时与附近船舶之间的联络使用。通信时使用的频率是VHF波段，可根据情况选择单工、半双工和双工模式。国际无线电咨询委员会(CCIR-International Radio Consultative Committee)为甚高频共划分出了57个频道，其中有54个语音频道，常规通话主要工作于CH16频道。部分船舶也采用无线对讲系统作为船员在工作及执行任务过程中的实时联络设备。

四、决策和领导能力

该项重点考查轮机长及主管轮机员在常规操作及应急响应情境下，能否及时做出合理的决策，以及能否对形成合理决策给出积极建议的能力。决策的形成不是单向的，需要决策者根据大量不同渠道的信息进行综合判断，同时也要根据执行者的反馈实时加以调整。评价标准为：对有疑问的决策和/或操作后果给予适当的质疑及反馈，同时能够辨别有效的领导行为。

1.瘫船起动

全任务轮机模拟器中以角色扮演方式完成规定的操作，既能体现出轮机长的决策及领导能力，也能够考查主管轮机员对轮机长命令的理解能力，以及能否对有疑问的决策和操作后果给予适当的质疑及反馈。选择4个(组)学员分别扮演不同职务的轮机员并分别负责相应设备，在轮机长(角色)的统一指挥下完成规定任务，通过对任务的完成情况以及在操作过程中的细节评价角色扮演者的实际能力及水平。

由瘫船起动到主机全速过程大致可以分为5个阶段，依次为瘫船起动(Cold Ship)、电站就绪(Preparatiosn)、主机就绪(Ready for Start)、慢速前进(Slow Ahead)、全速前进(Full Ahead)，每个阶段的主要任务不同。轮机长(角色)可以通过报警系统实时指挥各动力设备的操作，并针对操作过程中发生的报警及参数判断动力设备的运行状态，以便及时调整起动顺序及操作策略。主管轮机员(角色)应依据所主管设备的状态对轮机长的指令给予实时反馈，在必要情况下应对不明确或者不合理指令进行适当的讨论或质疑。

2.机舱进水

机舱进水会引发机舱污水井持续高位报警，若污水泵置于自动状态则会自动起动，把污水排入污水柜。期间应定期观察污水井水位是否降低，若无明显降低或者继续上升，则应判断是否应该起动紧急排水系统，通过主海水泵或者消防泵将舱底水经紧急吸入口排入压载舱，或直接经压载管路排出舷外。排水的同时要尽快查明水位升高的原因，并采取必要措施进行封堵。

发生机舱进水时，指挥者要及时掌握当前船舶所处的水域及海况状态，并根据舱底水位的实时变化决定采取必要的排水措施：

(1)若舱底水上升速度过快，仅依靠污水泵无法有效排水时可以起动消防泵，打开紧急吸入口截止阀排水，仍不能满足排水要求时起动主海水泵排水。

(2)若船舶航行在大洋中(非特殊区域且距离最近陆地超过15 n miles)，且船速超过12 kn，含油量不超过15ppm的舱底水可以正常排放，紧急状况下为保障船舶安全或救护海上人命所必需，可不受以上条件约束。

(3)机舱进水事故发生时，应立即通知驾驶台，条件允许时降速航行或者停船，减小进水速度。

(4)排出进水并修复泄漏后，应对船舶底层电气设备进行绝缘检查，绝缘不符合要求的电气设备应该及时检修。

五、获取及保持情境意识

情景意识能力主要考查轮机员根据当前运行状态或故障信息，能否预见未来一段时间内可能出现的其他相关情况，并提前采取措施加以避免或预防。

1.主机故障降速

故障降速后需要先将车钟手柄拉回到最低稳定转速，然后询问驾驶台确认是否可以停车，不允许停车则应保持最低稳定转速运行，同时查找故障源并采取必要措施尽快排除故障。

同时，根据情景意识要求，需要轮机管理人员对未来船舶动力系统的发展趋势进行相应的合理判断。主机降速最直接体现就是其转速会迅速降低到最低稳定转速，此时轴带发电机若并网供电，则会因为负载能力下降而导致自动解列，需要立即起动柴油发电机并网供电以防止电网崩溃。同样，主机降速会引起废气锅炉蒸发量降低，由过热蒸汽驱动的透平发电机负载能力也会迅速降低。这就要求轮机管理人员能够提前预测到此种风险，在轴带发电机和(或)透平发电机在网时，应将船舶电站置于自动控制模式，并保持至少一台柴油发电机处于随时可用状态。当船舶起动航行时主机转速处于不稳定工况，因此轴带发电机和透平发电机最好在主机定速后再作为船舶电网唯一发电机使用。海上风浪过大或者船舶纵摇剧烈时也会引起主机负荷不稳定，此时也需要并网柴油发电机以确保船舶电站安全。

2.锅炉蒸汽压力不稳定或废气锅炉脏堵

锅炉蒸汽压力不稳定会导致其输出的饱和蒸汽压力波动，废气锅炉脏堵则会造成废气锅炉的效率下降，两者都会引起透平发电机负载能力下降。此时船舶电站若只有单台透平发电机在网，则需及时并入一台柴油发电机，以确保电站安全。蒸汽压力波动同样会导致货油及压载泵的工况变化，因此在油船装卸货或压载过程中，轮机管理人员必须保证船舶锅炉的稳定运行，防止出现海洋污染事故。具有较高情景意识能力的轮机管理人员，能够在监测报警系统反映出系统参数不正常之前，凭借经验或者关联现象预测到即将出现的风险，尽早采取必要操作措施避免船舶、人员或环境事故。

六、基于团队经验的考量

该项评估标准是要求轮机管理人员能够准确掌握机舱、相关系统及外部环境当前及未来可能状态，并与团队成员共享。通过典型故障分析及处理，能够反映出轮机管理人员的团队经验和合作能力。

1.增压器喘振故障源分析

主机增压器喘振是大型低速二冲程柴油机典型故障，因故障成因复杂，机理尚未明确，给故障排除带来很大难度。出现喘振现象时，往往难以直接找到故障点，需根据多种状态参数综合分析确定故障源所在。这就要求各分管轮机员对所负责的系统中可能引起主机增压器喘振的因素非常明确，并将异常情况及时汇报给主管轮机员(二管轮)。主管轮机员应能够根据汇总的相关设备的运行状态信息，结合主机自身工况对增压器喘振的原因加以判断，为修理和维护指出正确的方向。

增压器喘振的原因大概可以分为三类：一类为增压器本体原因，如增压器叶片(涡轮端或压气机端)损坏、压气机端滤网脏堵等；第二类为气体流通通道堵塞，如空冷器堵塞或泄漏、废气锅炉脏堵等；第三类为增压器和柴油机的运行失配，如主机单缸排烟温度异常、机桨失配、船舶污底等。发生增压器喘振故障时，需要结合多方面因素加以综合判断，由于不同设备主管轮机员不同，因此对于增压器喘振故障的原因推断能够较好地体现团队经验及合作能力。

2.透平发电机负载能力下降故障分析

透平发电机可以由废气锅炉给出的过热蒸汽驱动，也可以由燃油锅炉过热器给出的过热蒸汽驱动。为了提高船舶燃油经济性指标，通常在主机换油完成并加载到全负荷时将透平发电机投入运行。

导致透平发电机负载能力下降的原因主要包括：(1)蒸汽品质下降。燃油锅炉燃烧不稳定、废气锅炉泄漏、脏堵等，都会引起废气锅炉输出的过热蒸汽品质下降，进而导致透平发电机负载能力下降。

(2)蒸汽冷凝器故障。蒸汽冷凝器是在一定真空度下工作的，冷凝器泄漏、真空泵磨损、凝水泵磨损或者冷却海水管路泄漏等故障均会引起冷凝能力降低，导致透平发电机负载能力下降。

(3)主机负荷波动。船舶机动航行或者主机需要降速，会间接导致废气锅炉过热蒸汽品质下降。此时要求主管轮机员应能够预见到主机负荷波动会导致透平发电机的负载能力下降甚至自动解列，及时采取必要措施(如并网柴油发电机)以保障电网安全。

(4)操作不当。若驱动蒸汽管路上的手动调节阀没有完全打开，也会导致透平发电机负载能力降低，无法加载到全负荷。

透平发电机故障原因较为复杂，需要从多个系统来分析故障源，要求主管轮机员及时掌握与之相关系统的工作状态和运行工况，确保全船电力系统正常工作。

七、结语

机舱资源管理的每项考查内容不是孤立的，其相互之间是有关联且交叉的。众多研究表明，情景意识是贯穿机舱资源管理的核心能力，其提升需要依靠大量的有针对性的训练和实际船舶经验。轮机管理人员的管理水平和工作能力具体体现在日常运行维护和管理过程中，同时对于机舱动力系统复杂事故的分析和排除，以及紧急状态下的处置能力，既可以体现出主管轮机员的决策和领导能力，又能考查团队合作能力。

STCW公约马尼拉修正案对机舱资源管理的规定仅限于有限的条款描述，没有给出具体的实施方法，本文基于MC-90V轮机模拟器系统所提出的机舱资源管理培训及评估方案，能够基本体现马尼拉修正案中关于机舱资源管理的实质精神，对于改善国内海事院校及培训机构的履约能力有现实意义。

参考文献：

[1]IMO.1978年海员培训、发证和值班标准国际公约马尼拉修正案[M].大连:大连海事大学出版社,2010.

[2]贾宝柱,曹辉,张均东,等.轮机模拟器及其关键技术[J].中国航海,2012,35(1):35-40.

[3]贾宝柱,林叶锦,曹辉,等.轮机模拟器中机舱资源管理培训及评估功能[J].中国航海,2013,36(3):28-33.

[4]贾宝柱,林叶锦,曹辉,等.STCW公约马尼拉修正案中机舱资源管理条款的深入解读[J].航海教育研究,2015,32(2):7-12.

中图分类号：U676.2

文献标识码：A

文章编号：1006-8724(2016)01-0010-05

作者简介：贾宝柱(1974-)，男，副教授，博士,主要从事轮机工程教学与研究。

收稿日期：2010-10-19