基于球面模糊集的改进混合FMEA方法在海上锚桩安装风险评估中的应用

为解决海上锚桩安装过程中高风险作业的评估难题，研究人员提出了一种基于球面模糊集（SFS）的改进混合FMEA方法，整合SFDWHM算子、CIMAS、EWM、CPT和CoCoFISo技术，构建二级风险因子结构，应用于南海FPSO锚桩安装案例，验证了方法的准确性、稳定性与灵活性，为海洋工程风险管理提供了新工具。

　　

在深海油气资源开发浪潮中，浮动生产储卸油装置（FPSO）的单点系泊系统如同"海洋定海神针"，其锚桩安装却是充满挑战的高风险作业。传统失效模式与影响分析（FMEA）方法在评估这类复杂工程时显得力不从心——仅用发生概率（O）、严重度（S）和检测难度（D）三个指标，就像用老式三原色打印机试图还原彩虹，既无法捕捉专家评估中的模糊性，又忽略了风险因子间的复杂关联。更棘手的是，当所有失效模式在某个指标上得分相同时，传统方法会像卡壳的齿轮般出现系统性计算故障。

针对这些痛点，天津大学的研究团队在《Ocean Engineering》发表创新成果，将数学上的"球面模糊集（SFS）"引入海洋工程领域。这种理论允许专家像在三维球体内自由定位观点般，同时表达支持、反对和犹豫程度，突破了传统模糊集"平方和≤1"的表述限制。研究团队还开发了球面模糊Dombi加权Heronian平均（SFDWHM）算子，如同为风险评估装上了"关联感知引擎"，能精准捕捉不同评价间的交互效应。

关键技术方法包括：1）构建包含8个一级指标、24个二级指标的锚桩安装风险评价体系；2）采用标准重要性评估（CIMAS）和熵权法（EWM）计算主客观权重；3）引入累积前景理论（CPT）量化专家心理预期偏差；4）首次将改进理想解组合妥协（CoCoFISo）算法应用于风险排序，解决传统CoCoSo方法的归一化缺陷。研究数据来自南海某水深412米的FPSO项目，其锚桩采用3?3排列的船用集成转塔（SIT）型系泊系统。

《风险因子结构构建》章节创新性地将"锚桩翻转失稳"等8个失效模式（FM₁-FM₈）与24个子风险因子关联，如将"ROV操作失效（FM₅）"分解为机械故障、信号干扰等二级指标。这种设计如同为风险识别装上"显微镜"，能发现传统方法忽略的细节风险。

《权重计算与数据聚合》部分显示，采用改进CIMAS方法时，专家需进行两轮权重评估。例如对"海况突变"指标，首轮评估中3位专家给出(0.7,0.2,0.1)_SFS、(0.6,0.3,0.1)_SFS和(0.8,0.1,0.1)_SFS的球面模糊评价，经SFDWHM算子聚合后形成群体决策矩阵，这个过程如同把分散的星光聚焦成激光束。

《风险排序与验证》章节的敏感性分析表明，当调节CPT参数λ从1.5变为2.5时，FM₃（锚桩贯入偏差）的排名波动<5%，证明方法具有"抗干扰体质"。最终排序显示ROV操作失效（FM₅）风险最高，而锚链缠绕（FM₆）风险最低，该结果与现场工程师经验吻合度达89%。

这项研究为海洋工程风险管理提供了"智能导航仪"：其一，SFS与Dombi-Heronian算子的组合，解决了模糊环境下评价信息"表达难"问题；其二，CoCoFISo算法首次在风险领域应用，攻克了传统方法在数据归一化时的"死机"难题；其三，二级风险因子结构设计，使评估体系具备"模块化扩展"能力。正如文中所言，该方法不仅适用于锚桩安装，还可推广到海底管道铺设等复杂海洋作业，为"透明海洋"建设提供了新的决策支持工具。未来研究可探索将数字孪生技术融入该框架，实现风险预警的实时动态更新。