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航海安全与效率：模拟与现实

J. Perdok*, P.H. Wewerinke

海上模拟中心（MSCN），邮政信箱2177500，荷兰艾恩施德

摘要

本文旨在利用海上模拟技术进行培训和研究，为海上运输问题提供经济有效和安全的解决方案。为了减少事故发生的可能性，需要进行充分考虑人为因素的培训和研究。

1引言

迄今为止，对海上人员伤亡的调查主要集中在技术故障上，忽略了人为因素。然而，这些人为因素在大多数情况下是造成人员伤亡的主要原因。此外，在大多数情况下，并不是只有一个因素，而是各种因素的组合，使每一次事故或事件都成为一个独特的案例。一个著名的例子是Torrey Canyon事故，1967年3月，它搁浅在 Scilly Isles，溢出了所有的石油，造成了巨大的污染。以下是调查委员会（Marriot，1987）的一句话：

“船长在以下方面疏忽大意：

他把船停在the Seven Stones和the Scillies之间，而不是the Seven Stones和 Lands End之间。尽管有渔船和渔网，他还是让船保持自动操舵，没有让她用手操舵。

他在搁浅前的任何时候都没有减速，尤其是在0840当他估计他比他以前想象的更接近那the Seven Stones时，当一艘渔船出现在他的左舷阻止转向325°时。他没有为方向盘选择杆的操作制定任何常规或惯例

此外，船长（Captain Rugiati）没有考虑到强流，因此继续报告：

有趣的是，Captain Rugiati并不是唯一一个被强大的东北风所欺骗的海员，这使得“Torrey Canyon”比他所预期的更向东北方向延伸。在一年中的某些时候，强集是一个众所周知的现象。它运行在Ushant 和 Scillies 之间，并且解释了257个已知的残骸在troublesome rocks和 Scillies 。

“Torrey Canyon的能见度很好，有现代导航设备，白天有雷达，没有大风。难怪调查委员会发现只有人为失误才是罪魁祸首。”

这是许多例子中的一个，在这些例子中，人的失误可以被看作为造成重大海洋伤亡的主要原因。另一个最近的例子是，1979年6月29日搁浅在直布罗陀海峡La Perla浅滩顶部125000米处液化天然气船El Paso Paul Kayser*搁浅。经过仔细分析后得出结论，可以吸取以下教训（Chadwick，1984年）：

1. 制定和执行航道计划对安全航行至关重要。

2. 甲板有足够数量的人并不能构成足够的甲板组织。甲板小组必须积极支持指挥人员・

3. 完全依赖具备避碰系统的雷达可能会使船只面临巨大风险

以人为因素和人为失误为主导的“著名”事故清单，可扩展为“Exxon Valdez”和“Harald of Free Enterprise”事故清单。

为了减少此类事故的发生，需要进行研究和培训。这是荷兰海事模拟中心（MSCN）活跃的地区。以下各章概述了有关航海安全和效率的培训和研究领域的活动。

2培训

2.1. 介绍

从上述事件可以看出，甲板团队的沟通和协调是非常重要的。团队中的每个成员都必须了解其在各种情况下的程序中的任务和责任。由于种种原因，程序并不总是按其应有的方式执行。

对甲板团队进行程序执行方面的培训有助于降低设备损失、货物（环境危险）和人员损失的风险。

如今，对甲板人员和引航员的灵活性、技能和知识提出了更高的要求。其中一些原因是：

一减少甲板船员人数的趋势；

一甲板上的任务越来越多（除了导航和通信，还有机舱监控和货物装卸）；

图1。一个训练模块。

-减少船上操作时间（减少操作次数）；

-越来越重视与环境污染风险有关的安全问题；

-约80%的海上事故是人为失误造成的；

-在甲板上越来越多地使用高科技设备/自动化；

-鉴于自动化水平和/或标准的不同和设备类型的不同，船员和引航员对灵活性的需求日益增加；

-不同类型船舶在程序上的差异；

-在文化和教育水平方面，越来越多的“混合”甲板施工人员。

为了实现甲板人员和引航员的最佳工作状态，对各种情况的模拟有助于提高性能。然而，在全任务甲板模拟器领域，训练的结构化发展远远落后于该领域的技术发展。因此，需要一种结构化的方法来为航运业和教育制定培训方案。

2.2. 训练发展的结构化方法

制定一个健全的培训计划的第一步是彻底的任务、技能和知识分析。在这些分析中收集的信息，形成了详细的学习目标，形成了进一步培训发展的基础。

开发过程中的下一步是开发培训场景和其他培训材料。以上所有这些都必须形成类似基础训练模块的框架（见图1）。

从这个图可以看出，基础培训模块的起点由分析的任务、技能和知识以及由此产生的学习目标的既定基础组成。

目前，MSCN正在为三种类型的技术模拟器培训计划开发基础模块：

一在危险和/或各种紧急情况下实施甲板程序的程序培训；

-针对特定技能的技能培训，如在困难情况下停靠渡船或驾驶技能；

-使驾驶员或驾驶台官员习惯新型船舶和/或改装港口和高速公路的行为的熟悉培训。

这些基础模块再次构成了根据客户的具体需求和愿望制定量身定制培训计划的起点。这样可以实现快速有效的定制化培训开发。

2.3. 非技术培训

MSCN国际公司的舰桥机组管理培训课程最初是由荷兰皇家航空公司（KLM）开发的，目的是提高驾驶舱机组人员的非技术技能。该课程已被MSCN资本网络（MSCN）改编为航海应用课程。

BCMT的目标是促进团队精神和改进沟通，以创建一个有效和可靠的组织，并在船上具有最佳的解决问题的能力。

在培训课程中，培训了以下技能：

沟通。沟通是组织有效性、决策正确性和良好合作的基础。在这个过程中，我们会注意到不同的沟通方式及其效果。

激励人们。如何才能对他人产生积极影响？通过培训课程，人们会更加意识到某些行为和沟通（风格）对工作动机的影响。

理性决策。决策和监控是一个复杂的过程，其中隐藏着许多潜在的陷阱。在理性决策中，理性决策采用7步法，其中专注于事实调查，将事实与假设、判断和偏见区分开来

在压力下思考。在（时间）压力下，人类的信息处理会发生什么？如果你意识到（时间）压力对人类信息处理的影响，你可以考虑到这一点，从而提高决策的最终质量。

为了防止错误的决策，重要的是决策和决策过程要由不止一个人监控。如果下级在执行船上任务时发现严重错误，就必须通知上级。如果上级启动了错误的决定或程序・

文化、政治和群体差异。与不同文化背景的人一起工作和团队建设对船员的沟通能力提出了很高的要求。误会和误会很容易引起愤怒。这同样适用于基于教育差异的群体差异。如何处理这些情况是训练的一个重要部分。

压力管理。如何识别压力症状？什么时候压力有害，什么时候有用？如何控制应力，如何提高工作条件下的抗应力能力？这些问题和相关问题将在培训课程中深入讨论。

2.4. 培训评估系统

从早期的海上模拟开始，大量的时间都投入到了引航员和舰桥军官不同任务的训练中。尽管没有人会否认实际的学习是在模拟过程中进行的，但是（在大多数情况下）没有明确的证据证明这一学习过程。这一点，尽管事实上，很多钱必须支付给业主的模拟器设施使用的设备和活动的教练。

为此，MSCN资本网络已开始设计和开发一个培训评估系统（TES，见图1），其设计原因如下：-获取培训过程中不同要素的质量信息，以优化培训计划的总体质量。TES将成为MSCN培训部门NEN ISO 9001质量保证程序的一部分；

-监控受训者的表现，优化个人培训课程。-向客户提供有关培训计划有效性（价值）的信息。

TES被集成到训练设计程序中，该程序描述了MSCN所有（模拟器）训练课程的开发过程。这意味着，测试服务涵盖了从与客户的第一次接触到培训执行后对培训转移的测量的整个范围。通过这种方式，TES也可以很容易地集成到NEN ISO 9001质量保证程序中，用于培训设计和执行。

在技术服务小组内，有四类线人被用来获取有关培训的所需信息：

-客户；

-MSCN培训专家；

-教练；

-学员们。

顾客他被要求尽可能地描述他的训练需求。这些需求由MSCN转化为培训概要，即培训蓝图。培训实施后，客户被要求监控接受培训的受训人员的表现，以确定从培训到日常工作的知识和技能的转移。

MSCN资本网络培训专家正在执行和监控培训设计过程和培训的执行。他们检查客户的需求是否正确地转化为培训概要文件，并再次检查培训概要文件是否正确地转化为培训产品。在培训的执行过程中，他们会观察一些培训课程，以注意培训是否按计划执行。

MSCN专家使用了TES最重要的工具之一：衡量技能和知识改进的工具。目前（1992年10月），该仪器还处于早期阶段，但目前的设计表明，该仪器将结合客观和主观测量，以确定技能和/或知识的提高。

教练要求他对培训的目的、材料、时间安排和内容提出自己的看法。有人问他在训练中有没有什么问题，根据他的意见是什么原因。同时，他对学员的技能和知识的提高提出了自己的看法。

学员被要求给出他们对培训的意见：例如目标、课程材料、讲师、模拟器和时间表。此外，他们还被问到是否认为他们的技能和知识在培训期间得到了提高。

3・航海研究

许多设计和操作问题需要使用适当的研究工具对这些问题进行彻底分析。

可以区分两种研究方法，以更好地了解通常复杂的航海过程。

第一种方法是基于数据分析技术。这涉及到数据缩减，以获得衍生措施（例如安全风险）或新情况的外推、概括或预测（通常是统计术语）。

第二种方法是基于复杂过程的仿真。这样就可以系统地研究船舶动力学、环境变量、助航设备、人为因素、法规等诸多变量的影响，特别是人为因素对船舶操纵的安全性和效率起着至关重要的作用。

3.1、实时仿真

这些“man-in-the-loop”的问题可以用真实人的实时模拟器来研究。这在很大程度上代表了现实，尤其是在人的因素、能力和局限性方面。这包括由于引航员和船长的技能不同而产生的变化（见前面关于培训的内容）。

船舶操纵模拟器由带驾驶台仪器和控制装置的驾驶台、外部视图和由船舶运动数学模型驱动的驾驶台组成。MSCN能力包括两个全任务甲板模拟器，包括操纵、机舱和货物装卸。此外，MSCN上还提供了一个船舶交通模拟器（VTS），它可以连接到全任务操纵模拟器。

虽然模拟器是一种复杂的工具，可以为航海安全和效率问题提供可靠的答案，但由于要测试的条件众多，而且要对每个条件进行大量的测试，才能得出可靠的答案，因此使用模拟器的成本相对较高。

因此，MSCN还利用了快速时间模拟模型，其中用数学术语描述了人工操作者的角色。特别是在设计阶段早期，模型可以用来系统地分析复杂过程的所有相关因素，并选择设计方案。这将在下一节讨论。

3.2。快速时间仿真模型

本节回顾了MSCN开发和/或使用的快速时间仿真模型。所有模型的出发点都是，必须根据给定的（数量）轨道来实现计划的路线。这些模型从简单的自动驾驶仪到详细描述整个导航船系统，包括明确的人类功能，如视觉感知、信息处理、决策、规划和控制。此外，还考虑了简单的船舶操作，以及拖船的船舶辅助，以及整个船舶运输过程。

3.2.1。SHIPMA模型

SHIPMA模型（Anon，1990）基本上是基于传统伺服系统原理的自动驾驶仪。它包括多种控制模式（轨道保持、曲折操纵、转弯和拖船控制模式）。本文只讨论（正常）轨道保持模式。

自动驾驶仪设计为尽可能遵循用户指定的参考轨迹（根据轨迹过渡的路线点和弯曲半径）。舵角基本上由以下关系确定：

6=汽车 C4v Ay（3.1）

式中，Ar和Ay是与前方给定（待指定）距离轨道上参考点的偏差。这种方法以产生Ar，△申和Ay的计算量为代价获得自适应（即轨道无关）动态响应。然而，对于特定的情况，可能需要一些尝试和错误来修改名义反馈增益。

322号。FORCESIM模型

FORCESIM模型（Chadwick，1984）可用于计算最佳控制设置，如舵角和转速，以及最佳使用操纵装置，如拖船（拖船简单地表示为力矢量），以便在给定的船舶和环境下执行规定的操纵。此外，该模型不包括具有可变行为的导航器。（确定性）模型表明船舶操纵能力的上边界，并显示是否可能实现所需的操纵。

该模型包括船舶动力学的非线性、时变数学模型，包括控制变量（舵、转速、拖船力等）和环境干扰（如风、流、浪、底岸效应）的影响。这可以用 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

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