楊成斌，張魯君，陳海龍

（中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)海警學(xué)院，浙江 寧波 315000）

船舶是各個(gè)國(guó)家海上力量履行職能使命的重要依托，具有技術(shù)含量高、系統(tǒng)功能高度集成的特點(diǎn)[1]。隨著船舶服役年限的不斷增加，船體、推進(jìn)系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、電子設(shè)備、管路系統(tǒng)等的故障率會(huì)不斷升高，致使船舶維修間隔期越來(lái)越短，維修成本越來(lái)越高，導(dǎo)致船舶的綜合效能越來(lái)越低下。當(dāng)前，海上執(zhí)法船舶的維修主要以定期維修和臨時(shí)搶修的方式進(jìn)行，通常大的定期維修活動(dòng)結(jié)合船舶的等級(jí)修理進(jìn)行[2]，這種維修模式存在修復(fù)故障的靶向性不強(qiáng)，維修工程過(guò)度耗費(fèi)人力、物力、財(cái)力等問(wèn)題[3]。特別是對(duì)于老舊船舶，此類(lèi)問(wèn)題尤為突出。針對(duì)海上執(zhí)法各型船舶老舊和使命任務(wù)繁重這一矛盾問(wèn)題，根據(jù)船舶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文提出一種基于裝備結(jié)構(gòu)分解和效費(fèi)分析的執(zhí)法船舶延壽決策模型。對(duì)如何延長(zhǎng)老舊船舶服役年限，保持船舶可靠性能具有重要借鑒意義。

1 船舶結(jié)構(gòu)分解

船舶在海上有效完成各種使命任務(wù)的實(shí)際效果，即船舶的綜合效能，是影響船舶使用壽命的重要方面[4]。船舶是由船體平臺(tái)和多個(gè)分系統(tǒng)、設(shè)備構(gòu)成的綜合體，船舶的綜合效能是這些組成部分的功能有序整合之后的結(jié)果。一艘高效能的海上執(zhí)法船舶，具有良好的適航性，船舶內(nèi)部空間和設(shè)施能夠較好地滿足船上人員的工作、生活需要，推進(jìn)、電力、導(dǎo)航等系統(tǒng)使得該船能在一定海況條件下安全航行，并提供滿足任務(wù)需要的航向、航速、機(jī)動(dòng)性、續(xù)航力和自持力，還需要具備適當(dāng)?shù)奶綔y(cè)能力、指揮通聯(lián)能力、告警拒止能力，以及必要的火力打擊能力。執(zhí)法船舶結(jié)構(gòu)分解如圖1所示。

圖1 執(zhí)法船舶結(jié)構(gòu)分解

1）船體平臺(tái)。船舶首先是一個(gè)能夠提供足夠浮力和空間的船體平臺(tái)，其本質(zhì)上是由艏艉柱、龍骨、底板、外板、甲板、肋板等具有相應(yīng)強(qiáng)度和外形尺寸的鋼材，按照設(shè)計(jì)要求牢固焊接在一起而形成的幾何體，構(gòu)成船舶的所有設(shè)施、設(shè)備都安裝在能夠穩(wěn)定漂浮于水面的船體平臺(tái)上。按照空間布局的位置關(guān)系，又可以將船體平臺(tái)分為上層建筑和基本平臺(tái)。船體內(nèi)部分隔為很多不同用途的艙室，上層建筑可設(shè)置駕駛室、會(huì)議室、機(jī)要室、廚房、餐廳等場(chǎng)所，而基本平臺(tái)內(nèi)部要分隔布置成機(jī)艙、油艙、住艙等各種艙室。船體平臺(tái)結(jié)構(gòu)分解如圖2所示。船體平臺(tái)的好壞直接決定船舶是否能夠安全航行，是生成船舶綜合效能的基礎(chǔ)。

圖2 船體平臺(tái)結(jié)構(gòu)分解

2）推進(jìn)系統(tǒng)。船舶是能夠在海上航行的機(jī)動(dòng)平臺(tái)，必須要有一套可靠的推進(jìn)系統(tǒng)。推進(jìn)系統(tǒng)通常包括主動(dòng)力裝置、軸系和推進(jìn)器[5]。海上執(zhí)法船舶的動(dòng)力裝置大多選用四沖程高速柴油機(jī)作為主發(fā)動(dòng)機(jī)，而推進(jìn)器則選用螺旋槳，為了實(shí)現(xiàn)主機(jī)和螺旋槳轉(zhuǎn)速的匹配并傳遞動(dòng)力，需要在主機(jī)與螺旋槳之間設(shè)置減速齒輪箱和傳動(dòng)軸系。推進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分解如圖3所示。

圖3 推進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分解

3）電力系統(tǒng)。電力是船舶上僅次于推進(jìn)動(dòng)力的重要?jiǎng)恿υ?，船上所有的機(jī)械設(shè)備幾乎都需要利用到某種形式的電力或電源，因此一套完備的船舶電力系統(tǒng)不可或缺。電力系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)組、配電設(shè)備、輸電網(wǎng)絡(luò)等組成，海上執(zhí)法船舶的發(fā)電機(jī)組通常為柴油發(fā)電機(jī)組，由柴油機(jī)（副機(jī)）和發(fā)電機(jī)組成。電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分解如圖4所示。

圖4 電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分解

4）舵系統(tǒng)。推進(jìn)系統(tǒng)只能讓船舶克服阻力而前行，但不能實(shí)現(xiàn)航向的保持和調(diào)整。為了保持或調(diào)整航向，使船舶能夠按規(guī)定的航向航行，并獲得機(jī)動(dòng)性，必須配置舵系統(tǒng)。舵系統(tǒng)主要由舵、舵機(jī)和操舵機(jī)構(gòu)組成。

5）導(dǎo)航設(shè)備。為了使船舶能夠沿著一定的航線順利抵達(dá)目的地，并且能夠及時(shí)避開(kāi)海面或水中的礙航物和附近其他船舶，航海部門(mén)一方面需要隨時(shí)掌握本船所處位置坐標(biāo)，另一方面需要能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和避讓周?chē)恼系K物，實(shí)時(shí)感知船舶周邊態(tài)勢(shì)。海上執(zhí)法船舶常用的導(dǎo)航設(shè)備包括航海雷達(dá)、電子海圖、船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)等，導(dǎo)航設(shè)備結(jié)構(gòu)分解如圖5所示。

圖5 導(dǎo)航設(shè)備結(jié)構(gòu)分解

6）通信設(shè)備。船舶在每一次出航前、航行中和航次結(jié)束之后，都需要與上級(jí)指揮機(jī)構(gòu)保持高效暢通的通信聯(lián)絡(luò)，在編隊(duì)航行或友鄰單位協(xié)作、接洽時(shí)也需要能夠相互通信，在執(zhí)行應(yīng)急救援等特殊任務(wù)時(shí)還需要與民用船舶或外國(guó)船舶進(jìn)行通信。因此，執(zhí)法船舶需要有一套完備的通信設(shè)備?？紤]到不同的通信手段在加密與否、便捷程度、通信距離、通信效率等方面各有其自身特點(diǎn)，海上執(zhí)法船舶的通信設(shè)備種類(lèi)較多，確保有效應(yīng)對(duì)各種情境下的通信聯(lián)絡(luò)需求。通信設(shè)備結(jié)構(gòu)分解如圖6所示。

圖6 通信設(shè)備結(jié)構(gòu)分解

7）執(zhí)法器械。在維權(quán)執(zhí)法過(guò)程中，為了有效應(yīng)對(duì)來(lái)自敵對(duì)勢(shì)力船舶或違法船舶的挑釁、襲擾，在特殊情況下有力實(shí)施告警、拒止、驅(qū)離、抓捕等措施，海上執(zhí)法船舶需要配備一些常規(guī)武器和非致命武器，包括艦炮、機(jī)槍、水炮、定向聲波、強(qiáng)光拒止器等，執(zhí)法器械結(jié)構(gòu)分解如圖7所示。

圖7 執(zhí)法器械結(jié)構(gòu)分解

8）執(zhí)法設(shè)備。海上執(zhí)法船舶的執(zhí)法設(shè)備主要包括光電取證設(shè)備、執(zhí)法記錄儀和船載高速工作艇。

9）管路系統(tǒng)。船舶的管路系統(tǒng)很多，除了推進(jìn)系統(tǒng)和電力系統(tǒng)中為主機(jī)和副機(jī)服務(wù)的燃油、滑油、冷卻水等附屬管路系統(tǒng)外，還有一些全船性的管路系統(tǒng)，例如消防系統(tǒng)、艙底水系統(tǒng)、壓載水系統(tǒng)、日用淡水系統(tǒng)、衛(wèi)生水系統(tǒng)、疏排水系統(tǒng)，以及生活污水系統(tǒng)等，是船舶安全穩(wěn)定航行的重要保障。

10）其他輔助機(jī)械。其他輔助機(jī)械包括鍋爐、冷庫(kù)、空調(diào)、減搖鰭、起貨機(jī)、空壓機(jī)、風(fēng)機(jī)、各種船用泵等。輔助機(jī)械大多與改善居住條件、保障船員生活條件有關(guān)。雖然不一定直接影響船舶的動(dòng)力和航行安全，但卻是船舶長(zhǎng)期有效執(zhí)行任務(wù)不可缺少的。

2 執(zhí)法船舶綜合效能模型

執(zhí)法船舶整體的綜合效能是在船體平臺(tái)、分系統(tǒng)和設(shè)備各自充分發(fā)揮其效能的基礎(chǔ)上，經(jīng)由物質(zhì)、能量和信息維度的復(fù)雜關(guān)聯(lián)整合得到的。準(zhǔn)確分析和評(píng)估船體平臺(tái)、分系統(tǒng)和設(shè)備的效能，是分析和評(píng)估船舶整體綜合效能的基礎(chǔ)。

根據(jù)對(duì)船舶結(jié)構(gòu)分解的結(jié)果，可以分別對(duì)船舶各組成部分的效能進(jìn)行分析和評(píng)估。設(shè)船體平臺(tái)效能評(píng)估結(jié)果為E1、推進(jìn)系統(tǒng)效能評(píng)估結(jié)果為E2、……、其他輔助機(jī)械效能評(píng)估結(jié)果為E10，在這些組成部分效能評(píng)估結(jié)果的基礎(chǔ)上，通過(guò)適當(dāng)?shù)募訖?quán)求和方式，便可得到船舶整體的綜合效能Eint，如式（1）所示：

式中，i為船舶的第i個(gè)組成部分，i=1，2，…，10；λi為船舶效能在整體綜合效能中的相對(duì)重要度；Ei為船舶效能評(píng)估結(jié)果。

3 執(zhí)法船舶延壽修理決策模型

以一艘已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限的執(zhí)法船為例，從效費(fèi)分析的角度考慮船舶的延壽修理問(wèn)題。

1）假設(shè)1。某型船的設(shè)計(jì)使用年限為Nsj，經(jīng)過(guò)對(duì)分解結(jié)構(gòu)中的船體平臺(tái)、推進(jìn)系統(tǒng)、電力系統(tǒng)等各組成部分的技術(shù)狀態(tài)分析評(píng)估后認(rèn)為，如果進(jìn)行延壽修理，所需的修理時(shí)間為tys，修理費(fèi)用為Cys。

2）假設(shè)2。在全新完好狀態(tài)下，船舶的綜合效能值為Eqx，經(jīng)過(guò)延壽修理后，其所能達(dá)到的綜合效能值為αEqx。α為修理深度，0 <α< 1，其值越大，意味著修理效果越好，船舶修理后的綜合效能值越接近全新完好狀態(tài)時(shí)的綜合效能；反之，α值越小，則表示船舶修理效果越差，船舶修理后的綜合效能值越低下。

3）假設(shè)3。隨著服役年限的增加，船舶故障率會(huì)越來(lái)越高，各組成部分會(huì)因腐蝕、疲勞、磨損、老化等原因而逐漸失效，其綜合效能值將逐年遞減，船舶綜合效能遞減因子為β，在設(shè)計(jì)服役年限內(nèi)的第n年，船舶整體綜合效能退減為Eqx(1 -β)n-1。

4）假設(shè)4。船舶經(jīng)過(guò)延壽修理后增加的使用壽命年限為Nys。

5）假設(shè)5。在已經(jīng)服役的Nsj內(nèi)，船舶的使用維護(hù)費(fèi)用總和為Ctot，其中用于中修及以上等級(jí)修理的費(fèi)用為Czx，用于中修及以上等級(jí)修理的時(shí)間為tzx。

6）假設(shè)6。經(jīng)過(guò)延壽修理后，在船舶繼續(xù)服役的Nys年內(nèi)，通常不再安排中修以上級(jí)別的修理。

根據(jù)上述假設(shè)，在完成船舶延壽修理之后的第n年，船舶的整體綜合效能將從初始狀態(tài)的Eqx變成αEqx(1 -β)n-1。

如果對(duì)船舶進(jìn)行延壽修理，則在其后的服役期內(nèi)發(fā)生的使用維護(hù)費(fèi)·Nys可由式（3）得到：

定義船舶的效費(fèi)比η為服役年限內(nèi)船舶整體綜合效能總和與所需費(fèi)用總和的比值，則對(duì)船舶進(jìn)行延壽修理的費(fèi)效比ηys為：

在船舶實(shí)際服役年限達(dá)到Nsj時(shí)，考慮重新建造一艘同型號(hào)的船，則所需的建造費(fèi)用為Cjz，所需的建造時(shí)間為tjz，在同樣長(zhǎng)的使用年限Nys內(nèi)，新建造同型船的費(fèi)效比ηjz為：

式中，ηys/ηjz為對(duì)船舶進(jìn)行延壽修理的費(fèi)效比與新建造同型船舶的效費(fèi)比之比；ΔC為建造費(fèi)用與延壽修理費(fèi)用之差。

4 船舶延壽修理效費(fèi)分析

分析式（6）的結(jié)構(gòu)可知，在Cˉ和Nys基本保持不變的前提下，影響船舶延壽修理決策合理性的主要因素有3 個(gè)：①修理深度α。代表船廠的維修技術(shù)，即維修技術(shù)越好，船舶延壽修理的可能性越大。同時(shí)，船舶的使用情況和維護(hù)保養(yǎng)情況也會(huì)影響修理深度，因?yàn)樵诰S修條件一定的情況下，船舶維護(hù)保養(yǎng)情況越好，越有利于恢復(fù)到接近于全新完好狀態(tài)。②建造費(fèi)用與延壽修理費(fèi)用之差ΔC。其值越大，則越有利于采取延壽修理，這個(gè)差值不僅取決于船舶建造成本，同時(shí)也取決于船舶延壽修理費(fèi)用。③延壽修理費(fèi)用Cys。該費(fèi)用越低，越有利于采取延壽修理，在工時(shí)費(fèi)一定的情況下，該費(fèi)用受船舶維護(hù)保養(yǎng)情況的影響較大，因?yàn)榇案鹘M成部分維護(hù)得越好，則延壽修理的范圍和工作量就越少，從而延壽修理費(fèi)用就越少。由以上分析可知，船舶服役期間的維護(hù)保養(yǎng)工作會(huì)直接或間接地從多方面影響到延壽修理的難度、效果和經(jīng)濟(jì)性，這一點(diǎn)是值得船舶工作人員高度重視的。

顯然，在不需要考慮建造時(shí)間tjz與延壽修理時(shí)間tys的差別所造成影響的情況下，可以根據(jù)式（6）的計(jì)算結(jié)果來(lái)決定是否對(duì)船舶進(jìn)行延壽修理。當(dāng)延壽修理的效費(fèi)比更高，也就是通過(guò)計(jì)算得到的ηys/ηjz大于1 時(shí)，應(yīng)該采取延壽措施；否則，當(dāng)重新建造一艘船的效費(fèi)比更高，也即ηys/ηjz小于或等于1時(shí)，就不應(yīng)該進(jìn)行延壽修理，而是對(duì)船舶進(jìn)行退役報(bào)廢處理并建造新的船舶，以獲得更高的殘值和效費(fèi)比。

如果不得不考慮建造時(shí)間tjz與延壽修理時(shí)間tys的差別所造成的影響，例如短時(shí)間內(nèi)無(wú)法補(bǔ)充足夠數(shù)量的新船可能對(duì)海上維權(quán)執(zhí)法任務(wù)的有效履行帶來(lái)困難，那么就必須綜合權(quán)衡時(shí)間差與效費(fèi)比之差這2個(gè)方面的因素。假設(shè)延壽修理的效費(fèi)比略低于重新建造的效費(fèi)比，但延壽修理所需時(shí)間tys小于重新建造所需時(shí)間tjz，根據(jù)公式（4）、公式（5），這2種方案的效費(fèi)比之差Δη為：

2種方案所需時(shí)間的差值Δt為：

在重新建造方案的效費(fèi)比更高的情況下，如果仍然考慮進(jìn)行延壽修理，那就意味著需要犧牲Δη的效費(fèi)比來(lái)?yè)Q取Δt的提前使用時(shí)間，這一決策是否合理，則主要取決于Δt的時(shí)間價(jià)值。

5 結(jié)束語(yǔ)

每一型船舶都有其設(shè)計(jì)使用年限，但船舶的實(shí)際使用壽命并不簡(jiǎn)單決定于這一規(guī)定的年限。在綜合權(quán)衡船舶現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)、建造和修理成本、時(shí)間價(jià)值等多方面因素的基礎(chǔ)上，可以參考本文提出的決策模型，視情對(duì)船舶采取延壽修理措施，在效費(fèi)比和時(shí)間價(jià)值占優(yōu)的條件下合理增加船舶使用壽命。另外，通過(guò)理論分析可知，船舶日常維護(hù)保養(yǎng)工作的落實(shí)情況將會(huì)從多個(gè)方面，直接或間接地影響延壽修理的可行性、合理性。