綠色制造工藝在船舶結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

劉時(shí)進(jìn)

(蚌埠市神舟機(jī)械有限公司，安徽 蚌埠 233000)

1 引言

近些年，經(jīng)濟(jì)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(kuò)大，造成的環(huán)境污染問題也愈發(fā)嚴(yán)重。因此，為了實(shí)現(xiàn)綠色船舶，在船舶結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造等方面達(dá)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(jié)構(gòu)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(shù)概述

目前，在船舶制造業(yè)領(lǐng)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(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(fèi)問題。另外，綠色制造要求在船舶結(jié)構(gòu)中全方面地應(yīng)用節(jié)能綠色的環(huán)保材料，并配合相關(guān)的綠色制造工藝進(jìn)行制造，以達(dá)到環(huán)保綠色的發(fā)展目標(biāo)。

與此同時(shí)，要實(shí)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(shù)，這是保證制造綠色船舶的基礎(chǔ)。先進(jìn)的制造技術(shù)和工藝可以提高船舶的各種性能，有關(guān)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?yàn)閲獾募夹g(shù)以及工藝相對于國內(nèi)較為先進(jìn)。所以，我國要發(fā)展綠色船舶首先要提高技術(shù)的先進(jìn)性，尤其是在船舶結(jié)構(gòu)中，利用先進(jìn)的船舶制造技術(shù)、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(jié)構(gòu)中綠色制造工藝設(shè)計(jì)思路

3.1 優(yōu)化船舶推進(jìn)系統(tǒng)

在船舶結(jié)構(gòu)中增加綠色制造工藝可以從優(yōu)化船舶推進(jìn)系統(tǒng)著手，按照船舶制造業(yè)中現(xiàn)有的發(fā)動機(jī)和推動器進(jìn)行重新組合，按照每艘船的類型進(jìn)行匹配，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化船舶推進(jìn)系統(tǒng)。如淺水的快速船需要的推進(jìn)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(jìn)行匹配推進(jìn)系統(tǒng)，一般會選用柴-燃-點(diǎn)聯(lián)合的推進(jìn)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(jìn)裝置不僅要考慮內(nèi)在因素，對其相關(guān)的外在因素也需要考慮，如主機(jī)效率、水漿的動能以及發(fā)電等設(shè)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(jìn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)綠色船舶的目標(biāo)[1]。

3.2 優(yōu)化船舶節(jié)能體系

實(shí)現(xiàn)船舶綠色還可以在設(shè)計(jì)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(fēng)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(jié)構(gòu)中起到重要作用；②利用合理的方法提高船舶結(jié)構(gòu)的推進(jìn)方法，利用節(jié)能環(huán)保的方法提高船舶的推進(jìn)速度；③提高船舶燃油的利用率，可以利用先進(jìn)的相關(guān)技術(shù)對船舶的燃油進(jìn)行處理，增加其使用率，避免浪費(fèi)，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(shè)計(jì)。

4 船舶結(jié)構(gòu)中綠色制造工藝的有效應(yīng)用

4.1 輕量化綠色設(shè)計(jì)工藝

實(shí)現(xiàn)綠色船舶要以綠色船舶制造工藝為基礎(chǔ)，綠色船舶制造工藝和綠色船舶制造有著較大的關(guān)系。綠色船舶要通過綠色船舶制造工藝對船舶結(jié)構(gòu)進(jìn)行綠色的設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)注意。一旦綠色船舶的設(shè)計(jì)完成，必須嚴(yán)格按照綠色船舶的設(shè)計(jì)進(jìn)行操作。同時(shí)，由于CSR(國際船級社協(xié)會的共同結(jié)構(gòu)規(guī)范)和HCSR(散貨船、油船協(xié)調(diào)共同結(jié)構(gòu)規(guī)范)等對結(jié)構(gòu)的要求較高，會增加制造船舶的經(jīng)濟(jì)成本和原材料的浪費(fèi)，需要利用綠色船舶設(shè)計(jì)工藝，也就是輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)。

例如在各個(gè)區(qū)域大力使用高強(qiáng)度鋼來減輕船舶結(jié)構(gòu)重量，且要優(yōu)化船體結(jié)構(gòu)中的肋距或縱骨距，對各個(gè)疲勞節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有效地輕量化創(chuàng)新，來降低船體結(jié)構(gòu)的重量，且能保證船舶結(jié)構(gòu)的安全性，該工藝既可以滿足對船舶結(jié)構(gòu)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(shù)

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(shí)驗(yàn)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(gè)機(jī)構(gòu)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(fèi)，同時(shí)還可以提前發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的不足，及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)救，從而提高船舶的質(zhì)量。圖1為模擬艏部結(jié)構(gòu)圖形，通過三維模擬圖，可以更為清楚地找到工藝設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)行詳細(xì)模擬與設(shè)計(jì)，不僅增強(qiáng)了設(shè)計(jì)精度，也降低了多次設(shè)計(jì)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(zhǔn)度，利用先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)和綠色的船舶制造工藝對船舶結(jié)構(gòu)的各個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)處理，避免出現(xiàn)返工和補(bǔ)救等工作，較大程度上提高了工作效率，也達(dá)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(jié)構(gòu)，能對船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行精度設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)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(jì)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(shù)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(shù)為主，并廣泛地應(yīng)用于船舶制造業(yè)領(lǐng)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(shù)不斷完善和應(yīng)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(shù)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(fèi)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(dá)到了綠色環(huán)保的作用。

(2)將干式加工技術(shù)合理有效地運(yùn)用到綠色船舶生產(chǎn)當(dāng)中，這些技術(shù)和工藝都是基于現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)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(fèi)，而且干式加工技術(shù)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(gòu)建是一項(xiàng)精確度高、復(fù)雜性較強(qiáng)的工藝流程，干式加工技術(shù)可以滿足綠色船舶制造工藝的需求。運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)為我國綠色船舶制造工藝添磚加瓦。

5 結(jié)語

綠色船舶設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)不斷更新變動，盡可能地將其構(gòu)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(gòu)建高質(zhì)量低污染又節(jié)能的船舶結(jié)構(gòu)，隨著技術(shù)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(shí)還需要將安全、動力以及實(shí)用性作為綠色工藝的基礎(chǔ)，讓綠色船舶工藝技術(shù)產(chǎn)生更大的價(jià)值。