Dinamik konumlandırma sistemine sahip gemilerde pozisyon kaybı olaylarının risk analizi
Risk analysis of loss of position incidents on ships with dynamic positioning system
- Tez No: 947558
- Danışmanlar: PROF. DR. YASİN ARSLANOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Denizcilik, Marine
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Deniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Deniz Ulaştırma Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 78
Özet
Dinamik konumlandırma sistemleri ilk oluşumları açık denizde petrol ve gaz arama faaliyetlerinin önem kazandığı yıllara dayanan, günümüzde de gelişimi devam eden teknolojik sistemlerdir. Sanayi devrimi ile önemi artan petrolün derin denizlerde arayışı ve sondajı süreçlerinde, denizel ortamın geleneksel demirleme ve manevra yöntemlerine müsait olmayışı, bu sistemlerin teknolojik gelişiminin hızlanmasına katkı sağlamıştır. Belirlenen bir konumda gemiyi sabit tutabilme, pruvasını koruyabilme veya geminin planlanan bir rotada kontrollü bir biçimde seyir yapılabilmesine olanak sağlayan bu sistemlerin, açık denizde petrol ve gaz arama faaliyetlerinde oldukça kritik bir konumda olmasının yanında, su altı boru hattı döşemesi, kablo serimi, deniz yapıları inşaatı ve turizm de dahil olmak üzere kullanım alanlarının gün geçtikçe çeşitlendiğini söylemek mümkündür. Dinamik konumlandırma sistemine sahip gemilerde operasyonel emniyet için çeşitli önlemler alınmış olsa da sistemde birbirine entegre çeşitli bileşenler bulunmasından ötürü birçok riskli durum ile karşılaşılabilmektedir. Pozisyon kaybı olayları bu risklerin başında gelmektedir. Geminin dinamik konumlandırma operasyonunu kesintiye uğratan bu olaylar kısa süreli olabildiği gibi yeterli ve doğru aksiyonların hızlıca alınmadığı durumlarda oldukça kötü sonuçlar doğurabilecek olaylardır. Gemi dinamik pozisyon operasyonu yaptığı alanda pozisyon kaybı nedeniyle başka bir gemiye, platforma veya bir deniz yapısına çarpabilir. Buna bağlı olarak geminin yapısal bütünlüğünün bozulması, stabilitesinin etkilenmesi, personel yaralanması ve can kaybı ve denizel çevrenin petrol gibi maddelerle kirlenmesi gibi geri dönüşü olmayabilecek olaylarla karşılaşılabilmektedir. Dolayısıyla pozisyon kaybı olaylarının kapsamlı bir biçimde incelenmesi ve risklerin uygun yöntemlerle kontrol altına alınması gerekmektedir. Bu tez çalışmasında dinamik konumlandırma sistemine sahip bir gemide pozisyon kaybı olayına dair risklerin analiz edilmesi amaçlanmıştır. Bunun için kaza raporları ve literatür incelemesi sonucunda söz konusu olaya yol açacak kök nedenler belirlenmiştir. Hata ve risk analizi çalışmalarında sıklıkla kullanılan önemli yöntemlerden biri olan Hata Ağacı Analizi (FTA) ile oluşturulan modelde öncelikle sistemin bileşenleri ele alınmıştır. DP rüzgâr, dalga ve akıntı gibi çevresel kuvvetlere karşı operasyonun türüne göre uzun bir süre zarfı boyunca geminin istenen pozisyonunu korumaya çalışır ve bu kuvvetlere karşı koyabilmek için sistem kendi iticilerini ve pervanelerini kullanmaktadır. İtici sistem, dinamik konumlandırma sisteminin en önemli donanım bileşenlerinden biridir. Gemiye geleneksel ana makine sistemleri ile istenen manevrayı yaptırabilmek her zaman mümkün olmayabilmektedir. Dolayısıyla çok yönlü ve hızlı hareket yeteneği için itici sistemlerin sorunsuz çalışır durumda olması gerekmektedir. Bu sisteme bağlı sıcaklık, basınç ve geri bildirim sensörlerinin etkin çalışması ise en önemli gerekliliklerden biridir. Bir diğer bileşen ise güç üretim sistemi ve elektrik beslemesidir. Dinamik konumun korunabilmesi için gemide kesintisiz ve sorunsuz bir şekilde sağlanabilmesi için jeneratörlerin işlevi oldukça önemlidir. Güç yönetiminin diğer bileşenleri olan otomasyon sistemi ve ana dağıtım panosu bölümleri de operasyonel sürekliliğe katkı sağlamaktadır. Yazılımsal tarafta ise DP bilgisayar tüm sürecin takip edilmesi ve istenen komutların uygulanabilmesi için çalışmaktadır. Güncelleme eksikliği, yazılımın donması gibi problemler nedeniyle operasyonel risk artmaktadır. Pozisyon referans sistemini baz alarak konum bilgisine sahip olan dinamik konumlandırma sistemlerinde tüm bu süreçlerin etkili bir şekilde yürütülebilmesi için tüm yazılımların güncel durumda olması gerekmektedir. Donanım ve yazılım bileşenlerine ek olarak, insan etkisi de dinamik konumlandırma operasyonlarında oldukça kritiktir. Dinamik konumlandırma operatörü sistemi izlemek, bilinçli kararlar almak ve arıza durumunda müdahale etmek durumundadır. Çeşitli nedenlerden ötürü alınabilecek hatalı kararlar ve verilecek yanlış komutlar nedeniyle operasyonlarda istenmeyen durumlar meydana gelebilmektedir. Tüm bu süreçler bu tez çalışmasında ele alınmış ve DP-2 ve DP-3 gemi tipleri baz alınarak toplamda 25 adet temel olaydan oluşan bir hata ağacı modeli kurulmuştur. FTA sistematik ve mantıksal bir yaklaşım olup, bu çalışmada olduğu gibi donanım, yazılım, insan eylemleri ve çevresel faktörler dahil olmak üzere geniş bir sistem yelpazesine uygulanabilmektedir. Net olarak belirlenmiş bir istenmeyen olayın temel nedenlerini belirlemek için kullanılan bu yöntem grafiksel yapısı sayesinde olaylar arasındaki karmaşık ilişkilerin anlaşılmasını kolaylaştırır. Temelinde nitel bir anlayış olmasına rağmen, olaylara ait istatistiki bilgiler olduğunda veya insan tecrübesinin önemli olduğu alanlarda uzman görüşleri alınarak olasılık tahminlemesi yapıldığı senaryolarda tepe olayının meydana gelme olasılığı hesaplanabilmektedir. Yöntem ayrıca minimum kesme setlerini de değerlendirerek tepe olayın olasılığını ve riskini anlamaya, sistemde var olan açıkları keşfetmeye yardımcı olabilmektedir. Bu çalışmada pozisyon kaybı olayının incelenmesi için oluşturulan modelde temel olayların olasılık değerini tahmin edebilmek için uzman görüşlerinden yararlanılmıştır. Dolayısıyla ortaya çıkan öznellik ve dilsel ifadelerin varlığı nedeniyle oluşan belirsizliği yönetebilmek için FTA bulanık mantık yaklaşımı ile desteklenmiştir. Yöntemin temelini oluşturan üyelik fonksiyonları arasından, literatürde sıkça yararlanılan ve risk analizi çalışmalarında güvenilir sonuçlar ortaya koyan yamuk biçimli üyelik fonksiyon türü seçilmiştir. Dinamik konumlandırma sistemli gemilere dair bilgi ve tecrübe sahibi 3 dinamik konumlandırma operatörü v 2 uzakyol başmühendisten oluşan 6 kişilik uzman ekibi çalışmaya katılarak her bir temel olayı belirlenen dilsel parametrelere göre değerlendirmiştir. Bulanık ortamda gerçekleştirilen FTA uygulamasının sonuçlarına göre pozisyon kaybı olayının meydana gelme olasılığı %11 olarak hesaplanmıştır. Pozisyon kaybına yol açan en kritik temel olayların sensör hataları (basınç, sıcaklık, feedback), elektrik motor panosu arızası (kontaktör, şalter, timer), ağır hava şartları, uzaktan/lokal kontrol modülünde arıza ve soğutma suyu sistemi arızası olduğu görülmüştür. Yüksek olasılık değerli risk faktörleri için uygulanabilecek emniyet önlemleri değerlendirilmiştir. Bu tezde, literatürde oldukça kısıtlı olan dinamik konumlandırma sistemlerine sahip gemilerin operasyonel süreçlerine odaklanarak bir risk analizi çalışması yürütülmüştür. Belirlenen risk faktörleri dinamik pozisyon sisteminin bileşenlerinden oluşmakla birlikte, her bir bileşenin detaylandırılması ile fark edilemeyen risklerin de ele alınabilmesi amaçlanmıştır. Nitekim DP sistemlerinin günümüz teknolojik seviyesinde halen pozisyon kaybı olayları meydana gelmeye devam etmektedir. Çalışmanın sonuçlarının sistem tasarımı, bakım stratejileri ve risklerin azaltılabilmesi konusunda yöneticilere ve operatörlere yararlı bakış açıları sunması hedeflenmektedir.
Özet (Çeviri)
Dynamic positioning (DP) systems represent a significant technological advancement, with their genesis rooted in the escalating importance of offshore oil and gas exploration activities. Their ongoing evolution underscores their critical role in today's maritime operations. The Industrial Revolution catalyzed the intensified exploration and drilling for petroleum in deep-sea environments. The inherent unsuitability of traditional anchoring and maneuvering techniques in such marine areas significantly contributed to the accelerated technological development of DP systems. DP systems afford vessels the capability to precisely maintain a designated position, preserve a specific heading, or execute controlled navigation along a predefined track. Beyond their pivotal function in offshore hydrocarbon exploration, these systems are increasingly diversifying their application domains to encompass underwater pipeline arrangement and cable laying, marine infrastructure construction, and even the serving for maritime tourism sector. While vessels equipped with dynamic positioning systems integrate comprehensive operational safety measures, the intricate interdependence of their components introduces a multitude of potential risk scenarios. Foremost among these is the loss of position incidents. Such events, which disrupt a vessel's dynamic positioning capability, can range from short occurrences to catastrophic outcomes if prompt and corrective actions are not taken. A vessel experiencing loss of position during DP operations may faces the substantial risk of collision with other vessels, offshore platforms, or marine structures. Consequential damages may include irreversible structural damage, defected stability, personnel injury, loss of life, and environmental pollution due hydrocarbons or chemical spills. Therefore, a comprehensive analysis of loss of position incidents is essential, alongside the implementation of appropriate risk mitigation strategies. This thesis aims to conduct a comprehensive risk analysis ofloss of position events onboard dynamic positioning vessels. To this end, was the root causes are identified derived from reviewing the accident reports and academic literature. A Fault Tree Analysis (FTA), a widely recognized and robust methodology in failure and risk assessment studies is constructed. The initial phase of the FT model development focused on the evaluation and analysis of the system's core components. A DP system is engineered to maintain a vessel's intended position over extended durations, counteracting environmental forces such as wind, waves, and currents, with its operational parameters contingent upon the specific task. To effectively counteract these environmental forces, the system deploys its integrated thrusters and propellers. The thruster system constitutes a fundamental hardware component of the dynamic positioning system. The precise maneuvering capabilities that often required can not always be achieved solely through conventional main engine systems. Therefore,the smooth and efficient functionality of thruster systems is paramount for enabling multi-directional and rapid vessel movements. A critical condition for their effective operation is the accurate functioning of associated temperature, pressure, and feedback sensors. Another integral component is the power generation and electrical supply system. The reliable and continuous provision of electrical power via generators is essential for maintaining dynamic positioning. Complementary components of the power management system, including the automation system and the main distribution board, further contribute to operational sustainability. From a software perspective, the DP computer controls the entire process, monitoring system parameters and executing necessary commands. Operational risk could be notably increased by issues such as software update deficiencies or system freezes (hangs). Given that dynamic positioning systems derive positional information from position reference systems, maintaining all associated software in an updated state is crucial for the effective execution of all integrated processes. Beyond the interplay of hardware and software components, the human element has a pivotal role in dynamic positioning operations. The dynamic positioning operator is tasked with continuous system monitoring, decision-making, and proactive approach in the event of system anomalies or failures. Incorrect judgments or commands, arising from various contributing factors, can lead to undesirable operational outcomes. The aforementioned processes are comprehensively addressed within this thesis. A fault tree model, comprising 25 basic events, is developed based on the operational characteristics of DP-2 and DP-3 vessel types. FTA, a systematic and logically structured approach is applied via a demonstrative look across a broad spectrum of systems, including hardware, software, human actions, and environmental variables, as exemplified in this study. This methodology, employed to elucidate the underlying causes of an undesirable event, utilizes its graphical architecture to facilitate a clear understanding of complex interdependencies between events. While being qualitative from the origin, the methodology can be developed to estimate the probability of the top event's occurrence when statistical data is available or when expert judgment is employed where human experience is significant to assess. Furthermore, FTA assists the probability and risk associated with the top event, and identifying systemic vulnerabilities, through the evaluation of minimum cut sets. In the model developed for the analysis of loss of position events in this study, expert opinions are helpful in estimating the probability values of the basic events. Consequently, to effectively manage the uncertainty arising from subjective input and linguistic expressions, the FTA is enhanced through the integration of fuzzy logic. The trapezoidal membership function type is selected, given its widespread utilization in literature and its demonstrated reliability in risk analysis studies. A six-member expert group, comprising three dynamic positioning operators and three chief engineers possessing extensive knowledge and experience in dynamic positioning systems, participated in the study. The experts evaluated each basic event using the predefined linguistic parameters. The results obtained from the FTA application within the fuzzy environment indicates that the probability of the loss of position occurrence is calculated 11%. The most critical basic events identified as contributors to loss of position include sensor failures (pressure, temperature, feedback), electrical motor panel failures (contactor, switch, timer), severe weather conditions, remote/local control module malfunctions, and cooling water system failures. Corresponding safety measures are also evaluated with respect to these high-probability risk factors. This thesis contributes to literature which is limited on the operational processes of dynamic positioning vessels by conducting a risk analysis application. While the identified risk factors are derived from the core components of the dynamic positioning system, the study aimed to uncover and address previously unnoticed risks through a detailed component-level analysis. It is noteworthy that loss of position events continue to occur even with the current state of DP technology. The findings of this research are intended to provide valuable insights for decision-makers and operators concerning the system design, maintenance strategies, and comprehensive risk reduction efforts.
Benzer Tezler
- Association rule mining for identifying factors in dynamic positioning incidents and accidents
Dinamik konumlandırma kazalarına ait faktörlerin birliktelik kural madenciliği ile tanımlanması
TUĞFAN ŞAHİN
Doktora
İngilizce
2024
Deniz Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. PELİN BOLAT
- Comparison of quaternion-based orientation estimation methods using 9-dof marg sensors
Dokuz serbestlik dereceli marg sensörleri kullanılarak dördey tabanlı yönelim kestirim yöntemlerinin karşılaştırılması
BURAK TANTAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN TEMELTAŞ
- Gemi dizel-elektrik sevk sistemlerinde enerji verimliliğinin arttırılması
Increasing energy efficiency in marine diesel-electric propulsion systems
MURAT PAMIK
Doktora
Türkçe
2021
Gemi MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiGemi Makineleri İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA NURAN
- Dinamik konumlandırma sistemlerinde tehlikeye sebep olan faktörlerin incelenmesi
Investigation of factors causing hazards in dynamic positioning systems
MUSTAFA ATAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Denizcilikİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAKAN DEMİREL
- Seyir emniyetinde insan hatası risk analizi ve insan faktörleri temelinde köprüüstü dizaynına yönelik kural önerileri
Human error risk analysis in navigational safety and human factors based rule recommendations on bridge design
RİFAT BURKAY ALAN
Doktora
Türkçe
2021
Denizcilikİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZ SALİM SÖĞÜT