DOI: https://doi.org/10.3389/fmars.2025.1601515
تاريخ النشر: 2025-07-25
المؤلف: Hyeri Park وآخرون
الموضوع الرئيسي: تحليل المخاطر والسلامة
نظرة عامة
تقدم هذه الدراسة تقييمًا شاملاً للمخاطر باستخدام إطار تحليل العمليات النظري النظامي (STPA) لتحسين السلامة التشغيلية في العمليات التي يتم التحكم فيها عن بُعد والعمليات المستقلة للسفن السطحية البحرية المستقلة (MASS) في ظل ظروف متدهورة. تتميز هذه الظروف بالسيناريوهات التي تعمل فيها MASS خارج “نطاق التصميم التشغيلي” المحدد. تؤكد النتائج على ضرورة تحديد وتخفيف المخاطر المرتبطة بمثل هذه الانحرافات التشغيلية لضمان السلامة والموثوقية في العمليات البحرية.
تسلط الأبحاث الضوء على أهمية تدابير الأمن السيبراني، كما هو موضح في الجدول 10، الذي يسرد متطلبات السلامة الأساسية (LS) الضرورية للحماية من التهديدات المحتملة خلال هذه السيناريوهات التشغيلية المتدهورة. من خلال معالجة هذه الثغرات، تهدف الدراسة إلى المساهمة في تطوير بروتوكولات تشغيل أكثر أمانًا لـ MASS، مما يعزز في النهاية قدرتها على التحمل في البيئات البحرية الصعبة.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث التأثير التحويلي للسفن السطحية البحرية المستقلة (MASS) في سياق الثورة الصناعية الرابعة. تبرز الجهود التعاونية بين الحكومات والهيئات التنظيمية والجهات الخاصة لإنشاء التقنيات اللازمة والأطر القانونية والسياسات الدولية لتشغيل MASS بشكل آمن. يتم التأكيد على التحول الكبير من الملاحة التقليدية المأهولة إلى التشغيل عن بُعد، حيث تسمح التقنيات المتقدمة مثل رؤية الكمبيوتر والليدار بالتحكم الجزئي أو الكامل في السفن من مواقع بعيدة. تعمل المنظمة البحرية الدولية (IMO) بنشاط على تطوير مدونة MASS، التي تهدف إلى وضع معايير عالمية لتصميم وتشغيل MASS، مع جدول زمني متوقع للاعتماد يؤدي إلى تنظيمات إلزامية بحلول عام 2032.
تحدد المقدمة أيضًا حدود التشغيل الحرجة التي تم تعريفها في مدونة MASS: الغلاف التشغيلي (OE) ونطاق التصميم التشغيلي (ODD). يحدد OE الظروف التي يمكن أن تعمل فيها MASS بأمان، بينما يحدد ODD الحدود الوظيفية لمكوناتها بناءً على تقييمات المخاطر. تؤكد الورقة على ضرورة الإشراف البشري في العمليات المستقلة، خاصة في السيناريوهات غير المتوقعة، وتحدد أدوارًا واضحة لطاقم السفينة والمشغلين عن بُعد. كما تقدم الإطار الوطني لإدارة التشغيل عن بُعد (ROM) في بلجيكا، الذي يهدف إلى تعزيز المساءلة القانونية والكفاءة التشغيلية في الشحن المستقل. تهدف الدراسة إلى معالجة الفجوة في الأدبيات المتعلقة باستراتيجيات الاستجابة للحالات المتدهورة – الظروف التي تتعرض فيها وظيفة النظام للخطر – من خلال استخدام تحليل العمليات النظري النظامي (STPA) لتحديد المخاطر وإبلاغ الإرشادات التشغيلية لعمليات MASS الآمنة.
نقاش
تعمل المنظمة البحرية الدولية (IMO) على تطوير مدونة السفن السطحية البحرية المستقلة (MASS)، التي تهدف إلى ضمان التشغيل والملاحة الآمنة للسفن المستقلة. من المقرر اعتماد المدونة بشكل غير إلزامي في عام 2026، وتحدد متطلبات التصميم والوظائف والتشغيل لـ MASS، مما يتطلب مراجعات للتنظيمات الحالية مثل سلامة الحياة في البحر (SOLAS) لاستيعاب التحول نحو الملاحة المستقلة. يتضمن الإطار التشغيلي مفهوم العمليات (ConOps) والغلاف التشغيلي (OE) ونطاقات التصميم التشغيلي (ODDs)، التي تحدد المعلمات والظروف التشغيلية الآمنة لـ MASS. تؤكد المدونة على أهمية حالات الطوارئ والإجراءات المحددة مسبقًا لتخفيف المخاطر عندما تنحرف السفينة عن OE، مما يعزز السلامة في العمليات البحرية.
استكشفت الأبحاث الحديثة تطبيق تحليل العمليات النظري النظامي (STPA) لتحديد المخاطر في الأنظمة البحرية المستقلة. سلطت الدراسات السابقة الضوء على التحديات المتعلقة بتطوير هيكل تحكم شامل بسبب المعلومات التقنية المحدودة، وغالبًا ما تركزت بدلاً من ذلك على تحديد إجراءات التحكم غير الآمنة وسيناريوهاتها السببية. تشمل المساهمات البارزة منهجيات لتحديد المخاطر في السفن المستقلة، مما يبرز الحاجة إلى هيكل تحكم منظم يدمج كل من العمليات التقنية والتنظيمية. تؤكد النتائج على ضرورة دمج المعرفة العملية للبحارة في تصميم الأنظمة المستقلة لمعالجة تحديات السلامة والتكامل بشكل فعال. بشكل عام، تهدف البيئة التنظيمية المتطورة وجهود البحث المستمرة إلى تعزيز السلامة والموثوقية لعمليات MASS في القطاع البحري.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmars.2025.1601515
Publication Date: 2025-07-25
Author(s): Hyeri Park et al.
Primary Topic: Risk and Safety Analysis
Overview
This study presents a comprehensive risk assessment utilizing the System-Theoretic Process Analysis (STPA) framework to improve operational safety in remote-controlled and autonomous operations of Maritime Autonomous Surface Ships (MASS) under degraded conditions. These conditions are characterized by scenarios where MASS functions outside the established ‘Operational Design Domain.’ The findings emphasize the necessity of identifying and mitigating risks associated with such operational deviations to ensure safety and reliability in maritime operations.
The research highlights the importance of cybersecurity measures, as outlined in Table 10, which lists key safety requirements (LS) essential for safeguarding against potential threats during these degraded operational scenarios. By addressing these vulnerabilities, the study aims to contribute to the development of safer operational protocols for MASS, ultimately enhancing their resilience in challenging maritime environments.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the transformative impact of Maritime Autonomous Surface Ships (MASS) within the context of the Fourth Industrial Revolution. It highlights the collaborative efforts of governments, regulatory bodies, and private stakeholders to establish the necessary technologies, legal frameworks, and international policies for the safe operation of MASS. A significant shift from traditional manned navigation to Remote Operation is emphasized, where advanced technologies such as computer vision and lidar allow for partial or complete control of vessels from remote locations. The International Maritime Organization (IMO) is actively developing the MASS Code, which aims to set global standards for the design and operation of MASS, with an expected adoption timeline leading to mandatory regulations by 2032.
The introduction further delineates two critical operational boundaries defined in the MASS Code: the Operational Envelope (OE) and the Operational Design Domain (ODD). The OE outlines the conditions under which a MASS can operate safely, while the ODD specifies the functional limits of its components based on risk assessments. The paper underscores the necessity of human oversight in autonomous operations, particularly in unpredictable scenarios, and establishes clear roles for onboard crew and remote operators. It also introduces Belgium’s national framework for Remote Operation Management (ROM), which aims to enhance legal accountability and operational efficiency in autonomous shipping. The study aims to address the gap in literature regarding response strategies for degraded states—conditions where system functionality is compromised—by employing System-Theoretic Process Analysis (STPA) to identify hazards and inform operational guidelines for safe MASS operations.
Discussion
The International Maritime Organization (IMO) is in the process of developing the Maritime Autonomous Surface Ship (MASS) Code, aimed at ensuring the safe operation and navigation of autonomous vessels. Set for non-mandatory adoption in 2026, the code outlines design, functional, and operational requirements for MASS, necessitating revisions to existing regulations such as the Safety of Life at Sea (SOLAS) to accommodate the shift towards autonomous navigation. The operational framework includes the Concept of Operations (ConOps), Operational Envelope (OE), and Operational Design Domains (ODDs), which define the safe operational parameters and conditions for MASS. The code emphasizes the importance of predefined fallback states and procedures to mitigate risks when a vessel deviates from its OE, thereby enhancing safety in maritime operations.
Recent research has explored the application of System-Theoretic Process Analysis (STPA) to identify hazards in autonomous maritime systems. Previous studies have highlighted the challenges of developing a comprehensive control structure due to limited technical information, often focusing instead on identifying unsafe control actions and their causal scenarios. Notable contributions include methodologies for hazard identification in autonomous vessels, emphasizing the need for a structured control architecture that integrates both technical and organizational processes. The findings underscore the necessity of incorporating practical seafarer knowledge into the design of autonomous systems to address safety and integration challenges effectively. Overall, the evolving regulatory landscape and ongoing research efforts aim to enhance the safety and reliability of MASS operations in the maritime sector.