綠色制造工藝在船舶結構中的應用

劉時進

(蚌埠市神舟機械有限公司，安徽 蚌埠 233000)

1 引言

近些年，經(jīng)濟的快速增長拉動了船舶制造業(yè)的發(fā)展，使船舶制造業(yè)規(guī)模持續(xù)擴大，造成的環(huán)境污染問題也愈發(fā)嚴重。因此，為了實現(xiàn)綠色船舶，在船舶結構中融入了較多綠色制造工藝，改變傳統(tǒng)船舶污染水資源、消耗能源高、不環(huán)保等問題。除此之外，在船舶的制造過程中，綠色制造工藝可以使船舶的結構設計和制造等方面達到環(huán)保的高要求，從而制造出低污染、低能耗等綠色船舶。綠色制造工藝可以提高船舶結構的各種性能，優(yōu)于傳統(tǒng)的船舶制造工藝。

2 綠色船舶及技術概述

目前，在船舶制造業(yè)領域內(nèi)十分重視發(fā)展綠色船舶，綠色船舶是指在制作船舶過程中將節(jié)約資源和環(huán)保的理念融入船舶結構的設計和生產(chǎn)等方面，最大限度地降低船舶在使用過程中造成的污染浪費問題。另外，綠色制造要求在船舶結構中全方面地應用節(jié)能綠色的環(huán)保材料，并配合相關的綠色制造工藝進行制造，以達到環(huán)保綠色的發(fā)展目標。

與此同時，要實現(xiàn)綠色船舶的制造，需要提高綠色船舶制造工藝和船舶制造技術，這是保證制造綠色船舶的基礎。先進的制造技術和工藝可以提高船舶的各種性能，有關資料顯示，國外的船舶工程明顯比國內(nèi)的船舶工程質(zhì)量高，這是因為國外的技術以及工藝相對于國內(nèi)較為先進。所以，我國要發(fā)展綠色船舶首先要提高技術的先進性，尤其是在船舶結構中，利用先進的船舶制造技術、工藝可以提高船舶的綠色性，增加船舶發(fā)展的動力。

3 船舶結構中綠色制造工藝設計思路

3.1 優(yōu)化船舶推進系統(tǒng)

在船舶結構中增加綠色制造工藝可以從優(yōu)化船舶推進系統(tǒng)著手，按照船舶制造業(yè)中現(xiàn)有的發(fā)動機和推動器進行重新組合，按照每艘船的類型進行匹配，從而實現(xiàn)優(yōu)化船舶推進系統(tǒng)。如淺水的快速船需要的推進系統(tǒng)是重量和功率比值小的；而載客類型的船要按照其載重量和乘客的需求進行匹配推進系統(tǒng)，一般會選用柴-燃-點聯(lián)合的推進系統(tǒng)，既可以減小噪音，提高乘客的舒適度，還可以提供船只的所需動力。此外，為船舶挑選最合適的推進裝置不僅要考慮內(nèi)在因素，對其相關的外在因素也需要考慮，如主機效率、水漿的動能以及發(fā)電等設備都要選用節(jié)能環(huán)保的裝置，才能做到優(yōu)化船舶推進系統(tǒng)，實現(xiàn)綠色船舶的目標[1]。

3.2 優(yōu)化船舶節(jié)能體系

實現(xiàn)船舶綠色還可以在設計中加入節(jié)能的理念：①要足夠重視能源的創(chuàng)新性，如對風能、水能等可再生能源提高利用率，讓自然能源在綠色船舶結構中起到重要作用；②利用合理的方法提高船舶結構的推進方法，利用節(jié)能環(huán)保的方法提高船舶的推進速度；③提高船舶燃油的利用率，可以利用先進的相關技術對船舶的燃油進行處理，增加其使用率，避免浪費，從而做到節(jié)能環(huán)保；④要提高船舶的可再生或回收利用率，將某些廢棄物通過特殊處理可以再利用，做到優(yōu)化船舶節(jié)能的設計。

4 船舶結構中綠色制造工藝的有效應用

4.1 輕量化綠色設計工藝

實現(xiàn)綠色船舶要以綠色船舶制造工藝為基礎，綠色船舶制造工藝和綠色船舶制造有著較大的關系。綠色船舶要通過綠色船舶制造工藝對船舶結構進行綠色的設計，然后利用綠色環(huán)保的材料制作船舶。如在船舶內(nèi)室要用絕緣性能較好的無害材料，需要設計者在設計時重點注意。一旦綠色船舶的設計完成，必須嚴格按照綠色船舶的設計進行操作。同時，由于CSR(國際船級社協(xié)會的共同結構規(guī)范)和HCSR(散貨船、油船協(xié)調(diào)共同結構規(guī)范)等對結構的要求較高，會增加制造船舶的經(jīng)濟成本和原材料的浪費，需要利用綠色船舶設計工藝，也就是輕量化設計技術。

例如在各個區(qū)域大力使用高強度鋼來減輕船舶結構重量，且要優(yōu)化船體結構中的肋距或縱骨距，對各個疲勞節(jié)點進行有效地輕量化創(chuàng)新，來降低船體結構的重量，且能保證船舶結構的安全性，該工藝既可以滿足對船舶結構性能高的要求，還做到了節(jié)能環(huán)保。

4.2 工藝模擬與精度造船技術

4.2.1 工藝模擬制造

在制造綠色船舶的過程中，工藝模擬制造一般用于水火彎板等加熱加工過程中。而在傳統(tǒng)的船舶制造工藝中，采用先實驗后模擬的做法，而在綠色船舶制造中利用工藝模擬可以在制造前獲得各個機構的參數(shù)，從而確定船舶的生產(chǎn)參數(shù)，既可以提高生產(chǎn)效率，還可以節(jié)約材料的浪費，同時還可以提前發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的不足，及時進行補救，從而提高船舶的質(zhì)量。圖1為模擬艏部結構圖形，通過三維模擬圖，可以更為清楚地找到工藝設計參數(shù)，進行詳細模擬與設計，不僅增強了設計精度，也降低了多次設計制造造成的環(huán)境污染與影響[2]。

4.2.2 數(shù)字化精度造船

在船舶制造過程中使用數(shù)字化精度造船是為了提高船舶本身的精準度，利用先進的數(shù)字化技術和綠色的船舶制造工藝對船舶結構的各個部分進行設計處理，避免出現(xiàn)返工和補救等工作，較大程度上提高了工作效率，也達到了節(jié)約環(huán)保的要求。圖2為數(shù)字化模擬船體三維結構，能對船體結構進行精度設計與分析，從而有效降低了多次返工造成的環(huán)境污染[3,4]。

4.3 焊接自動化工藝

在船舶機構制造過程中，自動化的焊接工藝也可以提高船舶的綠色和環(huán)保。使用自動化的焊接工藝可以降低制造船舶的經(jīng)濟成本，提高船舶的質(zhì)量，是綠色船舶制造工藝中最高效、綠色的工藝技術之一。

在我國船舶制造中一般以FAB法(FAB撓性石棉襯墊法)、立腳自動焊等工藝技術為主，并廣泛地應用于船舶制造業(yè)領域。綠色的焊接工藝既可以提高焊接質(zhì)量，也可以降低能源的損耗，改善傳統(tǒng)工藝的不足。

4.4 綠色加工工藝

(1)現(xiàn)階段凈成形加工技術不斷完善和應用，使其在生產(chǎn)綠色船舶過程中可以得到很好的利用。凈成形加工技術是將原料直接生產(chǎn)成所需要產(chǎn)品的形狀，并且還附有其功能，省去了中間環(huán)節(jié)，大大降低了物資浪費情況，在制造過程中不僅節(jié)約了成本，提高了工作效率，最主要是在船舶制造過程中達到了綠色環(huán)保的作用。

(2)將干式加工技術合理有效地運用到綠色船舶生產(chǎn)當中，這些技術和工藝都是基于現(xiàn)在科學技術的發(fā)展產(chǎn)生出來的，可以有效地避免資源的不必要浪費，而且干式加工技術操作簡單，還克服了使用冷卻液過程中帶來的諸多不便。綠色船舶工藝的構建是一項精確度高、復雜性較強的工藝流程，干式加工技術可以滿足綠色船舶制造工藝的需求。運用該項技術為我國綠色船舶制造工藝添磚加瓦。

5 結語

綠色船舶設計結構開創(chuàng)了航海事業(yè)的新征程、新路線、新模式。將傳統(tǒng)高耗能高污染的船舶結構不斷更新變動，盡可能地將其構建成為綠色環(huán)保船舶產(chǎn)業(yè)，以降低海水和大氣環(huán)境的污染程度。利用綠色制造工藝構建高質(zhì)量低污染又節(jié)能的船舶結構，隨著技術的不斷成熟，需要不斷地將綠色船舶工藝完善提高，在保障環(huán)保綠色的同時還需要將安全、動力以及實用性作為綠色工藝的基礎，讓綠色船舶工藝技術產(chǎn)生更大的價值。