Μεθοδολογίες καταγραφής, παρακολούθησης και ανάλυσης λειτουργικών δεδομένων πλοίων ως μέτρο βελτίωσης της ασφάλειας - εφαρμογή σε μελέτη περίπτωσης

Abstract

Η διπλωματική εργασία που ακολουθεί ασχολείται με τις μεθόδους καταγραφής, παρακολούθησης και ανάλυσης των δεδομένων που προκύπτουν από τη λειτουργία των πλοίων κατά τις θαλάσσιες μεταφορές τόσο σπραγματικό χρόνο, όσο και για τη δημιουργία εκτενών βάσεων δεδομένων, με στόχο τη βελτίωση όλων των ζωτικών παραμέτρων τους, όπως της ασφάλειας, της αποδοτικότητας, της ποιότητας των παρεχόμενων υπηρεσιών κλπ. . Για τη μελέτη των μεθόδων αυτών κρίνεται σκόπιμη η επισκόπηση των των αντίστοιχων πρακτικών που ήδη χρησιμοποιηούνται σε άλλες βιομηχανίες, όπως για παράδειγμα στις αεροπορικές μεταφορές. Αδιαμφισβήτητα, η αεροπορική βιομηχανία έχει επιτύχει σημαντική πρόοδο αναφορικά με τα πρότυπα και τις μεθόδους βελτίωσης της ασφάλειας σε όλους τους τομείς της. Η υποχρέωση μεταφοράς και λειτουργίας συστημάτων Flight Data Recorders (FDRs), γνωστά και ως «μαύρα κουτιά» ξεκίνησε από το 1965, ενώ ουσιαστικά από την πρώτη εισαγωγή τους το 1958 μέχρι τώρα έχουν περάσει στης 3η γενιά εξέλιξης τους και είναι ικανά να καταγράφουν έως 700 παραμέτρους. Η εισαγωγή αντίστοιχων συστημάτων Voyage Data Recorders (VDRs) στα πλοία έγινε υποχρεωτική μόλις την τελευταία δεκαετία, αφού προηγήθηκε πλήθος ατυχημάτων με ανυπολόγιστο κόστος. Τα συστήματα αυτά, αν και σε αρχικό στάδιο εφαρμογής και χρήσης σε σχέση με τα αεροσκάφη, έχουν σημαντικές δυνατότητες καταγραφής καθώς η τεχνολογία κατασκευής τους δανείζεται αρκετά στοιχεία από ήδη υπάχοντα συστήματα υψηλών προδιαγραφών. Τα μοντέρνα αεροσκάφη είναι ικανά να καταγράφουν εκατοντάδες παραμέτρους κατά τη διάρκεια της πτήσης (π.χ. υψόμετρο, ταχύτητα, ρυθμό ανόδου, alarms κ.λπ.). Το γεγονός αυτό όχι μόνο διευκολύνει τη διερεύνηση ενός δυστυχήματος, αλλά παρέχει και τη δυνατότητα χρησιμοποίησης των καταγεγραμμένων δεδομένων για την πρόβλεψη της μελλοντικής συμπεριφοράς των αεροσκαφών. Συγκεκριμένα, αναλύοντας τα δεδομένα τα οποία έχουν καταγραφεί, μπορούμε να αναγνωρίσουμε προάγγελους επικίνδυνων συμπεριφορών και να αναπτύξουμε διαδικασίες να μετριάσουμε ή να εξαλείψουμε τα προβλήματα πριν πραγματικά συμβούν. Τα τελευταία χρόνια, στην αεροπορική βιομηχανία έγινε υποχρεωτική η εφαρμογή του προγράμματος παρακολούθησης των δεδομένων αυτών με την ονομασία Flight Data Monitoring (FDM). Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιείται όχι μόνο η οικονομοτεχνική μελέτη εφικτότητας ενός αντίστοιχου προγράμματος στις θαλάσσιες μεταφορές, αλλά, προχωρώντας ένα βήμα ακόμα, γίνεται προσπάθεια επεξεργασίας των δεδομένων που προκύπτουν από ένα πραγματικό σύστημα FDM με σκοπό την εξακρίβωση τάσεων, την ανακάλυψη πρόδρομων γεγονότων και τελικά την πρόβλεψη μελλοντικών συμπεριφορών. Για το σκοπό αυτό, αναλύονται θεωρητικά και χρησιμοποιούνται οι μέθοδοι της ανάπτυξης σε χρονοσειρές, της εφαρμογής πιθανοτικών κατανομών στα δεδομένα, της ανάλυσης της διακύμανσης και της εφαρμογής μοντέλου παλινδρόμησης. Υπενθυμίζεται πως λόγω της φύσης των δεδομένων που καταγράφονται, δεν έχει δοθεί έμφαση στη χρήση περιγραφικών μεθόδων ανάλυσης, που είναι αυτές ενδεδειγμένες για την απεικόνιση τέτοιων φαινομένων, αλλά στην εφαρμογή πιο σύνθετων στατιστικών αναλύσεων, ικανών να μπορούν να ανακαλύψουν τάσεις και πρότυπα που δε θα μπορούσαν να έχουν εντοπιστεί χωρίς αυτές. Τα αποτελέσματα της εργασίας αυτής ενισχύουν την άποψη πως η εφαρμογή προγράμματος παρακολούθησης των δεδομένων που προκύπτουν από τις θαλάσσιες μεταφορές (με αντίστοιχη ονομασία Voyage Data Monitoring ή VDM) στη ναυτιλιακή βιομηχανία παρουσιάζει σημαντικά πλεονεκτήματα αναφορικά με τη βελτίωση της ασφάλειας και της αποδοτικότητας. Με την κατάλληλη επεξεργασία και ανάλυση των δεδομένων είναι δυνατός ο εντοπισμός τάσεων, προτύπων αλλά και η πρόβλεψη συμπεριφορών σε βάθος χρόνου.

The following thesis deals with the methods of recording, monitoring and analysis of data resulting from the operation of ships both in real time and after developing reliable databases so as to improve all their critical parameters, such as safety, efficiency, quality of service etc.. In this context, the review of the respective practices already used in other industries such as the rue of air transport seems appropriate. The aviation industry has achieved significant progress on achieving high safety standards and providing methods of improving safety in all areas. The obligation to carry and operate Flight Data Recorders (FDRs), known as «black boxes» began back in 1965 and since their first introduction in 1958 until now they have reached their 3rd generation of evolution and are capable of recording up to 700 parameters. The introduction of the respective Voyage Data Recorders (VDRs) on ships became mandatory only in the last decade, after a vast number of accidents with incalculable costs. These systems, although in their infant stage of implementation and use in relation to aircrafts, have enviable capabilities, as their construction technology borrows elements from several existing high-standard systems. Modern aircrafts are capable of recording hundreds of parameters during flight (eg. altitude, speed, climb rate, alarms, etc.). This not only facilitates the investigation of accidents, but also gives the possibility to use the recorded data to predict future behaviors of aircrafts. Specifically, through the survey of the recorded data, we can recognize precursors of dangerous behaviors and develop procedures to mitigate the problems before they actually occur; this is a hands-on example of a proactive approach to safety. In recent years, the aviation industry has required the implementation of a data monitoring program called Flight Data Monitoring (FDM). In this dissertation, not only the study of the technical feasibility of a similar program in the maritime sector is carried out, but also, going one step further, there is an attempt to process the data from a real FDM system in order to identify trends, discover precursor events and finally predict future behavior. For this purpose, the methods theoretically analyzed and used are: developing data in time series, the application of probability distributions, analysis of variance and regression modeling. It is reminded that, due to the nature of the data recorded, the emphasis is not given on using descriptive methods, which are most suitable for the display of such phenomena, but the implementation of more complex statistical analysis, in order to be able to identify trends and discover patterns that could not be discovered otherwise. The assumptions of this dissertation support the view that the implementation of a sea transportation data monitoring program (correspondingly named as Voyage Data Monitoring or VDM) in the shipping industry presents significant advantages as far as safety and efficiency improvements are concerned. With the appropriate treatment and analysis of the data acquired, it is possible to identify trends, patterns and forecast behaviors over time.