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基于ＳＴＰＡ⁃ＦＣＭ模型的自主航行船舶功能系统分析∗

【摘要】为探析自主航行船舶（ＭＡＳＳ）功能系统之间的失效机制，提升航行安全，将系统理论过

程分析（ＳＴＰＡ）方法与模糊认知图（ＦＣＭ）方法相结合，构建ＭＡＳＳ功能系统失效特征分析模型。通

过ＳＴＰＡ方法对功能系统的控制／反馈关系建模，确定２７个控制关系与４３个反馈关系，分析潜在的

不安全控制行为（ＵＣＡ）及其产生的关键致因，在此基础上，运用ＦＣＭ方法构建各功能系统之间的交

互关系，并反演出最终稳态下的相对失效概率。结果表明：最为核心的功能模块为电力系统、虚拟船

长系统、动力定位系统、避碰系统，其稳定值占比分别为７６６％，７６２％，７４７％，７１４％，应优先确保

其可靠性、稳定性和安全性。

【关键词】系统理论过程分析（ＳＴＰＡ）；模糊认知图（ＦＣＭ）；自主航行船舶（ＭＡＳＳ）；

功能系统；失效概率；控制／反馈关系

ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｓｙｓｔｅｍｓｏｆＭＡＳＳｂａｓｅｄｏｎＳＴＰＡ⁃ＦＣＭｍｏｄｅｌ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍａｍｏｎｇｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｓｙｓｔｅｍｓｏｆＭＡＳＳａｎｄｉｍｐｒｏｖｅ

ｉｔｓｎａｖｉｇａｔｉｏｎａｌｓａｆｅｔｙ，ＳＴＰＡａｎｄＦＣＭｍｅｔｈｏｄｓｗｅｒｅｃｏｍｂｉｎｅｄｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈａｆａｉｌｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅ

ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｓｙｓｔｅｍｓｏｆＭＡＳＳ．Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌ／ｆｅｅｄｂａｃｋｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｏｆｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｓｙｓｔｅｍｓｗｅｒｅｍｏｄｅｌｅｄｕｓｉｎｇｔｈｅ

ＳＴＰＡｍｅｔｈｏｄ．２７ｃｏｎｔｒｏｌｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓａｎｄ４３ｆｅｅｄｂａｃｋｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｗｅｒｅｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ．Ｐｏｔｅｎｔｉａｌｕｎｓａｆｅｃｏｎｔｒｏｌ

ａｃｔｉｏｎ（ＵＣＡ）ａｎｄｔｈｅｉｒｋｅｙｃａｕｓｅｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅＦＣＭｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄｔｏｆｕｒｔｈｅｒｃｏｎｓｔｒｕｃｔｔｈｅ

ｃｏｇｎｉｔｉｖｅｍａｐｏｆｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓａｍｏｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｓｙｓｔｅｍｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｆａｉｌｕｒｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｏｆ

ｅａｃｈｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｓｙｓｔｅｍｗｏｕｌｄｂｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｗｈｅｎｔｈｅＦＣＭｒｅａｃｈｅｓｉｔｓｓｔｅａｄｙｓｔａｔｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔ

ｔｈｅｃｏｒｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｓｙｓｔｅｍｓａｒｅｔｈｅｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ，ｖｉｒｔｕａｌｃａｐｔａｉｎｓｙｓｔｅｍ，ｄｙｎａｍｉｃｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｎｄ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃｔｈｅｏｒｙｐｒｏｃｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓ（ＳＴＰＡ）；ｆｕｚｚｙｃｏｇｎｉｔｉｖｅｍａｐ（ＦＣＭ）；

ｍａｒｉｔｉｍｅａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｓｕｒｆａｃｅｓｈｉｐｓ（ＭＡＳＳ）；ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｓｙｓｔｅｍ；ｆａｉｌｕｒｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ；

ｃｏｎｔｒｏｌ／ｆｅｅｄｂａｃｋｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ

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∗文章编号：１００３３０３３（２０２３）０８０００８０７；收稿日期：２０２３０２１９；修稿日期：２０２３０５２０

第８期秦庭荣等：基于ＳＴＰＡ⁃ＦＣＭ模型的自主航行船舶功能系统分析