Monohakobi Techno Forum 2023

新燃料機関システムにおけるリスク管理スキーム構築
2023年12月4日

株式会社MTI 船舶物流技術グループ
機関システムソリューションチーム
菅野 聡太

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安全運航実現のためのリスク管理
安全運航実現のためには、船舶システムにおける故障の原因・影響と伝搬及びそのリスクの大きさについて分析・評価し、安全対応策を実装することが重要➢ 故障のリスクの大きさに基づいて優先順位をつけて効率的に対応➢ 故障伝搬関係を把握し、故障発生防止および影響最小化のための対応を検討
日本郵船グループ 非財務指標・KPI目標
NYKグループESGストーリー2023より故障のきっかけとなる故障

故障 α

故障の伝搬による故障故障発生を防止するための対策

故障影響を最小化するための対策

防止策
故障の原因
故障 α’

故障 β緩和策
故障

故障の影響
故障 β’

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機関システムの高度化・複雑化

 NYKではGHG削減・省エネのため新燃料船やバッテリーハイブリッド船の建造・運航が始まっている これらの機関システムは従来の重油焚き機関システムと比べて、構成機器が多く、制御も複雑になっている⇒想定されるリスクが多種多様になり、故障伝搬関係も複雑化している

郵船商事株式会社殿ご提供
https://www.nyk-trading.com/business/fgss.html

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高度化・複雑化する機関システムにおけるリスク
Example 1

Ideal Scenario

S/G Restart

S/G Trip

B/T Backup

Running DG
Load UP or
S/B DG Start

Battery
Unloaded
before run out

Battery Load
Up

Running DG
Load down
and Unloaded

Black OutS/G TripによるBlack Out発生は防げているが、その後のBatteryの協調負荷制御がうまくいかず、Batteryのエネルギーが枯渇してBlack Outするリスク

Battery
Run out
Expected Scenario

実際に起こりうるシナリオおよび故障モードを想定して、リスク評価をする必要があるが、システムが複雑・高度であるため、想定しきれない可能性

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高度化・複雑化する機関システムにおけるリスク
Example 2
M/E
G/E

開度制御
ESD

PT

BoilerESD

LNG Vaporizer

Gas Buffer
Chamber
液封による安全弁噴出

Gas Buff Chamberの圧力により開度制御⇒Vaporizer側の液封でも圧力制御されず安全弁が噴出するリスク

LNG Pump
LNG Tank

実際に起こりうるシナリオおよび故障モードを想定して、リスク評価をする必要があるが、システムが複雑・高度であるため、想定しきれない可能性

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高度化・複雑化する機関システムにおけるリスク
Example 2
M/E
G/E

開度制御
ESD

PT

BoilerESD

LNG Vaporizer

Gas Buffer
Chamber
液封による安全弁噴出

Gas Buff Chamberの圧力により開度制御⇒Vaporizer側の液封でも圧力制御されず
安全弁が噴出するリスク

LNG Pump
LNG Tank

実際に起こりうるシナリオおよび故障モードを想定して、リスク評価をする必要があるが、システムが複雑・高度であるため、想定しきれない可能性⇒複雑化・高度化するシステムに対しては体系的・網羅的なリスク評価手法が求められる

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リスク評価手法における課題とツールの活用
各種リスク評価手法を個別に実施• 属人的になりやすい• トレーサビリティを確保しずらい• 複雑な故障伝搬関係の分析が難しい

サイバネットシステム株式会社様ご提供

リスク評価ツールを用いて体系的に実施• 左記の課題を解決• 関係者が同じプラットフォーム上で共通認識を持ちながらリスク評価可能

サイバネットシステム株式会社様ご提供

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Gas Compressorのリスク評価事例

本船の運航・荷役に関わる重要機器

長年のLNG船運航によるトラブル情報の蓄積

複数機器・系統を含むシステム

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Gas Compressorのリスク評価事例
リスク評価ツールを用いてLow Duty Compressorの各構成要素（機器・部品）間の関係を階層構造としてモデル化

システムレベル

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Gas Compressorのリスク評価事例
リスク評価ツールを用いてLow Duty Compressorの各構成要素（機器・部品）間の関係を階層構造としてモデル化

機器レベル

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Gas Compressorのリスク評価事例
リスク評価ツールを用いてLow Duty Compressorの各構成要素（機器・部品）間の関係を階層構造としてモデル化

部品レベル

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Gas Compressorのリスク評価事例
Low Duty Compressor全体から部品単位までの機能及び想定される故障モードを定義

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Gas Compressorのリスク評価事例
各故障モードの影響度および検出度を定義し、その組み合わせによりリスクの大きさ（分類）を決定
影響度の定義検出度の定義

低リスク

中リスク

高リスク

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Gas Compressorのリスク評価事例

アーキテクチャに基づくFMEAにより、構成要素の各種故障モード・誤作動に対する現状の設計的防止策や異常検出方法を網羅的に整理。リスク定量化によって追加で必要な防止策・検出方法を導出

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Gas Compressorのリスク評価事例

リスク分類

構成要素・機能

故障モード

影響・影響度原因

現状の設計的防止策
異常検出手法検出度

アーキテクチャに基づくFMEAにより、構成要素の各種故障モード・誤作動に対する現状の設計的防止策や異常検出方法を網羅的に整理。リスク定量化によって追加で必要な防止策・検出方法を導出

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Gas Compressorのリスク評価事例

故障伝搬関係の分析によりその故障モード自体のリスク軽減策に加えて、影響拡大防止（Corrective Management）やそもそもの発生防止（Preventive Management）も検討

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Gas Compressorのリスク評価事例
Corrective Management

HazardPreventive Management

Failure

故障伝搬関係の分析によりその故障モード自体のリスク軽減策に加えて、影響拡大防止（Corrective Management）やそもそもの発生防止（Preventive Management）も検討

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Gas Compressorのリスク評価事例
トラブル分析

リスク評価✓ 実際の故障部品情報からアーキテクチャのモデル化粒度を決定✓ 実際のトラブルをFMEAや故障伝搬関係で網羅的に表現できているか確認

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Gas Compressorのリスク評価事例
検出度向上による異常の早期発見◆ 新たなセンサの追加◆ トレンド監視の採用

設計的安全対策の追加◆ 逆止弁の追加◆ フィルターの改良

オペレーションによるリスク低減◆ 点検項目の追加◆ 整備方法の改良

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Gas Compressorのリスク評価事例

FMEAにより導出されたリスク低減策を適用。ツールを使うことで複雑なシステムにおいても、高リスクの故障モードに対して漏れなく、関係者間で合意しながら対応することができる

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Gas Compressorのリスク評価事例

検出度向上による異常の早期発見
対策後の影響度・検出度

設計的安全対策の追加

オペレーションによるリスク低減

FMEAにより導出されたリスク低減策を適用。ツールを使うことで複雑なシステムにおいても、高リスクの故障モードに対して漏れなく、関係者間で合意しながら対応することができる

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高度化・複雑化するシステムに対するリスク管理手法

リスクシナリオ・テストケース作成

リスク評価(FMEA, STPA等)

MBSE

MIL/SIL/HILテスト

追加安全対策検討(Model/System/Hardware in the Loop)

MBD

複雑な制御システム等においては、システム理論に基づくリスク評価手法 STPA等も適用し、リスクシナリオ・テストケースを漏れなく作成し、HILテスト等に活用することで、リスク低減策を事前に網羅的に洗い出すことができる
DNV Webサイトよりhttps://www.dnv.no/services/hil-testing-concept-explanation--83385

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新燃料機関システムのリスク管理スキーム
トラブル情報のフィードバック

造船所・メーカー◆ 製品開発・設計・製造の知見◆ 国際規則、ガイドライン、規格に基づくリスク評価経験

運航

リスク評価
共通プラットフォーム

設計思想の運用への落とし込み設計共通のプラットフォーム上でリスク評価を行うことで関係者間の相互理解を促進

運航目線でのリスク低減策の反映

船社◆オペレーションの経験・知見◆蓄積されたトラブル情報からのフィードバック

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まとめ
◆ 新燃料船等における機関システムの複雑化により、リスクが多種多様になり故障伝搬関係も複雑化している◆ 複雑化・高度化するシステムに対しては体系的なリスク評価手法が求められ、リスク評価ツールの導入が有効◆ LNG船のGas Compressor に対して、トラブル分析を組み合わせたリスク評価手法を適用し、有効なリスク低減策を導出した◆ 複雑な制御を含む機器・システムにおいてはSTPA等も適用してリスクシナリオ・テストケースを漏れなく作成し、テストに活用することで、リスク低減策を事前に網羅的に洗い出せる◆ 今後は毒性の強いアンモニアを燃料とした船が出てくるなど、より一層リスク評価の重要性が増す。実績・経験の無いシステムに対しては、リスク評価により万全の準備を行う必要がある◆ 造船所・メーカーと船社が共同でリスク管理を行うスキームを構築することが重要◆ こうした取り組みを通じて、MTIとしてNYKグループ重大事故0件に貢献したいMonohakobi Techno Forum 2023

ご清聴どうもありがとうございました。

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