綠色船舶的設(shè)計(jì)與制造初探

吳桂軍 徐光旗 趙明超

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的大力發(fā)展，船舶的制作工藝得到了大大的提升，人們?cè)趯?duì)船舶進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作的時(shí)候，已經(jīng)不僅僅是追求效率和數(shù)量，更加注重其質(zhì)量。隨著環(huán)保意識(shí)的不斷延伸，綠色船舶的設(shè)計(jì)和制造理念應(yīng)運(yùn)而生，有利于對(duì)于船舶制造業(yè)綠色、環(huán)保、健康、可持續(xù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：綠色船舶；設(shè)計(jì)；制造

引言

在我國(guó)，越來(lái)越多的企業(yè)引進(jìn)了船舶綠色設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，并且在設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中，融入了“綠色”的理念，從各個(gè)層面著手，使得綠色船舶產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、簡(jiǎn)約成本、減少污染等特點(diǎn)，有利于促進(jìn)船舶業(yè)快速、高效、可持續(xù)的發(fā)展。

一、綠色船舶的概念

所謂“綠色船舶”顧名思義，就是與綠色象征的健康、環(huán)保有關(guān)，將綠化的健康環(huán)保理念融入到船舶的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營(yíng)、報(bào)廢、處理等環(huán)節(jié)中，同時(shí)滿足人們的日常使用需求，并且可以通過(guò)環(huán)保的科研技術(shù)，減低成本，如人力成本、資源投入成本等，除此之外，還可以降低或避免造成的環(huán)境破壞和污染，更好的維護(hù)船舶的可持續(xù)使用，形成長(zhǎng)期、穩(wěn)定的保護(hù)性能。對(duì)綠色船舶的概念主要融入在以下三個(gè)方面：

1、設(shè)計(jì)理念。關(guān)于綠色船舶的設(shè)計(jì)理念是由設(shè)計(jì)師提出來(lái)的，因此，設(shè)計(jì)師的綠色理念的建立極為重要。如果船舶設(shè)計(jì)師具有先進(jìn)、健康、環(huán)保、以人為本的綠色設(shè)計(jì)理念，那么在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，會(huì)處處呈現(xiàn)綠色船舶的設(shè)計(jì)理念，例如，在設(shè)計(jì)的初級(jí)階段，采用健康、環(huán)保、無(wú)污染、零甲醛的材料或配件；在設(shè)計(jì)過(guò)程中提升材料的二次利用率和再生利用，有效節(jié)約材料成本，同時(shí)盡可能優(yōu)化技術(shù)，提升技術(shù)含量，從而提高整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工作效率和質(zhì)量；在使用不能再生的能源或資源時(shí)，要秉承勤儉節(jié)約的原則，同時(shí)多儲(chǔ)備一些可以替代的資源。

2、制造理念。所謂綠色制造理念就是在制造的過(guò)程中堅(jiān)持綠色、環(huán)保的理念，從施工的技術(shù)層面著手，使用健康的材料和資源，圍繞對(duì)環(huán)境污染最少的施工路線開(kāi)采用綠色制造工藝，主要包括綠色涂裝工藝、綠色加工工藝及綠色焊接工藝等方方面面，實(shí)現(xiàn)船舶制造的綠色制造。

3、運(yùn)營(yíng)理念。在運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中，時(shí)刻秉承綠色的環(huán)保理念，例如，在運(yùn)營(yíng)的時(shí)候，降低發(fā)動(dòng)機(jī)氮氧化物、硫氧化物等有害物質(zhì)的排放；定時(shí)清理發(fā)動(dòng)機(jī)，避免發(fā)生燃料油等有害物質(zhì)漏油現(xiàn)象的產(chǎn)生；定時(shí)、定期對(duì)產(chǎn)生的垃圾、廢棄物進(jìn)行清理等。

二、綠色船舶的設(shè)計(jì)

在施行綠色船舶的理念中，設(shè)計(jì)方案是重要的一個(gè)步驟，也是整個(gè)造船計(jì)劃的第一步，因此，綠色設(shè)計(jì)理念是尤其重要的。它首先需要相關(guān)的設(shè)計(jì)師具有與時(shí)俱進(jìn)的思想，其次是對(duì)環(huán)境保護(hù)的認(rèn)可和支持，并且具有較高的專業(yè)知識(shí)，可以很好的將兩者有效結(jié)合。

1、船型優(yōu)化設(shè)計(jì)

在對(duì)船舶造成和構(gòu)造進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候，首先考慮設(shè)計(jì)后的船舶的質(zhì)量、承重、航行速度、耗損能源等方面的指標(biāo)，然后按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，力求擴(kuò)大船舶的容納空間和尺度，并且美化其造型流線，有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的作用，同時(shí)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)收益的最大化。例如，對(duì)運(yùn)載萬(wàn)噸以上級(jí)別的散貨船舶而言，設(shè)計(jì)師在確保其安全和穩(wěn)定性的前提條件下，在船體結(jié)構(gòu)功能，如對(duì)萬(wàn)噸級(jí)散貨船充分考慮環(huán)保的要求，將隔離空艙設(shè)計(jì)在舷側(cè)，將燃油艙設(shè)計(jì)在頂邊艙上，改變了傳統(tǒng)的雙層底的燃油艙的設(shè)計(jì)理念，進(jìn)行了獨(dú)具一格的創(chuàng)新，通過(guò)綠色的設(shè)計(jì)想法，優(yōu)化了空間尺度和船舶造型型線，使船舶在營(yíng)運(yùn)的過(guò)程中，更加健康、節(jié)能、環(huán)保。

2、減少多余功能設(shè)計(jì)

在船舶設(shè)計(jì)的初級(jí)階段，合理把控設(shè)計(jì)施工的各類工序和細(xì)節(jié)，做到層層把關(guān)，步步優(yōu)化，有條有理，樹(shù)立簡(jiǎn)約的環(huán)保意識(shí)，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行全方面把控，只留下關(guān)鍵、重要的功能，縮減不重要、多余的功能設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)控制成本的設(shè)計(jì)理念，減少不必要的資源浪費(fèi)。

3、動(dòng)力節(jié)能設(shè)計(jì)

在進(jìn)行船舶的綠色設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)動(dòng)力節(jié)能方面的設(shè)計(jì)，可以通過(guò)以下方式體現(xiàn)：第一，對(duì)于船舶動(dòng)力裝置、操作參數(shù)等方面，可以利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)控，一方面可以確保處于安全的運(yùn)作狀態(tài)，另一方面可以節(jié)能降耗，減少成本。第二，對(duì)于船舶運(yùn)作使用的能源進(jìn)行積極探索，發(fā)現(xiàn)可替代的新能源，如太陽(yáng)能、風(fēng)能、波浪能等，有效提升可再生能源的重復(fù)使用率；第三，采用綜合性的推薦節(jié)能方式，例如為了更好的進(jìn)行能源的轉(zhuǎn)換，故采取了柴電聯(lián)合的動(dòng)力推進(jìn)方式；第四，積極研發(fā)新技術(shù)，例如主機(jī)廢氣節(jié)能技術(shù)、應(yīng)用新型燃油添加劑及采用燃油電噴技術(shù)等。

三、綠色船舶的制造

1、綠色加工工藝

1.1凈成形制造

在船舶制作中，塑性加工、鑄造等方式都屬于凈成形制造技術(shù)中的一種，技術(shù)人員可以通過(guò)凈成形制作技術(shù)，可以進(jìn)行成本把控，減少資源和材料的浪費(fèi)。例如，組成產(chǎn)品是由成形的部分零件或材料直接或間接進(jìn)行加工處理而成，其技術(shù)原理就是精密成形或凈成形，從接近零件形狀向直接制成工件形狀進(jìn)行加工而成的。

1.2干式加工

在我國(guó)，對(duì)于干式加工的研究仍然處于初步探索階段，作為一種創(chuàng)新的加工方式，已經(jīng)有部分位置運(yùn)用了該類加工方式，例如，干鏜削、干車削、干磨削等。干式加工的工藝技術(shù)可以減免增加冷卻液的環(huán)節(jié)，不僅縮減了不必要的步驟，還可以節(jié)約成本，并且解決了由于使用冷卻液所造成的麻煩。

1.3工藝模擬技術(shù)

工藝模擬技術(shù)只要利用各類計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，如專家系統(tǒng)、數(shù)值模擬系統(tǒng)、物理模擬系統(tǒng)等進(jìn)行科學(xué)參考和統(tǒng)計(jì)，確定制造的步驟、環(huán)節(jié)、參數(shù)等，從而實(shí)現(xiàn)制造計(jì)劃的效果最大化，并且可以對(duì)可能產(chǎn)生的問(wèn)題進(jìn)行預(yù)判和避免，最終目的是確保制造工藝的質(zhì)量。其主要運(yùn)用的范圍是水火彎板等熱加工過(guò)工程。

1.4網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與敏捷制造

在進(jìn)行操作模型的批量生產(chǎn)前，都需要對(duì)樣品進(jìn)行試驗(yàn)，如果試驗(yàn)不合格，會(huì)一直重復(fù)下去，浪費(fèi)精力和原材料。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的廣泛運(yùn)用很好的解決了這個(gè)問(wèn)題，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)由虛擬公司及虛擬制造技術(shù)構(gòu)成。虛擬公司是由很多不同產(chǎn)品的公司進(jìn)行短期、臨時(shí)的組建，目的是為了方便各船舶制作企業(yè)和設(shè)計(jì)院可以獲取相關(guān)信息，及時(shí)進(jìn)行敏捷、便捷的制造。虛擬制造技術(shù)是指生產(chǎn)一種各類參數(shù)、指標(biāo)完全一致的軟生產(chǎn)模型進(jìn)行替代真實(shí)的樣品，從而進(jìn)行一些的測(cè)算和評(píng)估，此類方式可以減低樣品的浪費(fèi)，節(jié)約制作成本。

2.綠色焊接工藝

2.1數(shù)字焊接電源

數(shù)字焊接電源是建立在現(xiàn)代的電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上研發(fā)而來(lái)的，主要與數(shù)字送絲機(jī)的功能相結(jié)合，標(biāo)志著代表數(shù)字化的高效焊接電源技術(shù)的發(fā)展日益先進(jìn)化和智能化，因此，對(duì)于傳統(tǒng)的焊接電源來(lái)說(shuō)，高效、健康、環(huán)保、節(jié)能的數(shù)字焊接電源已經(jīng)成為了當(dāng)下潮流的發(fā)展趨勢(shì)，具有穩(wěn)定、節(jié)能、優(yōu)質(zhì)、高效等優(yōu)勢(shì)。

2.2高效焊接工藝

隨著船舶行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，高效焊接工藝已經(jīng)成為其主要使用的重要焊接技術(shù)之一，兼具著節(jié)能降耗、健康環(huán)保等特性，同時(shí)可以減少對(duì)環(huán)境造成的危害。目前，在我國(guó)使用率較高的高效焊接方式有氣體保護(hù)焊、熔化極活性氣體保護(hù)焊（MAG焊）和熔化極惰性氣體保護(hù)焊（MIG焊）和埋弧焊、電渣焊、氣電自動(dòng)焊、電子束焊和激光焊等，其中運(yùn)用最廣的是氣體保護(hù)焊。除此之外，優(yōu)質(zhì)、快速、高效、便捷、自能化等特性也是高效焊接技術(shù)的標(biāo)簽，因此，合理運(yùn)用高效焊接工藝可以提升工作效率、節(jié)約資源和成本，更好的推動(dòng)船舶業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步。

2.3高效焊接裝備

對(duì)于高效焊接裝備，主要有兩種形式，第一是門(mén)架式雙絲埋弧焊接裝備，其操作簡(jiǎn)單明了、焊接速度較快，工作效率較高，而且不需要進(jìn)行清根，節(jié)約了作業(yè)時(shí)間，是拼板焊接的主要運(yùn)用的裝備之一。第二是橫向?qū)雍缚p焊機(jī)，其操作的精準(zhǔn)度較高，質(zhì)量很好，而且工作效率較高，對(duì)于傳統(tǒng)的手工焊接而言，可以大大減少了勞動(dòng)時(shí)間和強(qiáng)度，提升了工作質(zhì)量和效率。

結(jié)語(yǔ)

綠色船舶是船舶工業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)，綠色船舶的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，能夠成為貫徹國(guó)家“節(jié)能減排”方針的重要措施，也將為全面提高我國(guó)船舶工業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，為船舶工業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供重要的推力。

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（作者單位：南通諾德瑞海洋工程研究院有限公司）