绿色制造工艺在船舶结构中的设计及应用

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  [摘 要]世界经济全球化进程,使得海上交通网络得到迅速发展,社会对于船舶的利用与关注力度也在不断增加。在此背景下,社会各界都加大了对绿色船舶技术的研究力度,期望能够遵守国际海事组织的要求,真正做到节能减排,以为船舶绿色化发展提供保证。为对绿色船舶展开深度探究,有关人员首先应对“绿色船舶”内涵进行明确,以为后续研究做好铺垫。
  [关键词]发展思路;绿色船舶;重点技术;建造技术
  中图分类号:TS859 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2018)32-0210-01
  1.绿色船舶的内涵
  近年来,船舶所带来的能耗问题和环境污染问题越来越成为人们关注的焦点。同时,国际海事组织针对船舶节能减排的新公约、新规范也不断出台,促使船舶工业界及其上下游产业不得不考虑如何更好地实现船舶的绿色化发展。
  绿色化的核心内容在于保护人类赖以生存的环境,促进经济的可持续发展。绿色船舶是指在船舶的全生命周期内(设计—建造—营运—拆解),通过先进技术的应用,在满足船舶功能需求和正常使用要求的基础上,最大程度地降低能源和资源的消耗,消除或大幅降低有毒、有害物质的排放,打造资源节约型和环境友好型船舶。真正的绿色船舶应当具备环境友好性、技术领先性和经济最优性三个基本要素,绿色船舶应是在实现技术领先性和经济最优性的基础上,最终确保船舶满足环境的友好性。
  2.绿色船舶的特点
  2.1 技术先进性
  绿色船舶对于技术的要求较高,先进技术能够确保绿色船舶的实效性,故绿色船舶工程往往应用国内外比较先进的技术,能较明显地呈现出技术先进性的特点。技术先进性要求船舶在设计与制造时,采用的技术能够确保船舶实现性能高效、安全,保证船舶符合国家环保标准,保障绿色船舶产品能够具备市场竞争优势。
  2.2 经济合理性
  船舶业要持续发展,必须重视其经济效益,故绿色船舶需要注重成本的核算,关注船舶的使用寿命和成本。只有高效控制绿色船舶的制造成本,才能规划出符合用户需求的合理使用价格,保证绿色船舶具备预期价值,并确保绿色船舶创造出更多的经济效益与社会效益。
  2.3 环境协调性
  绿色船舶具备节约能源与资源、保护员工与环境等方面的环保特性,这些环保特性伴随着绿色船舶的整个生命周期,故生命周期不同阶段的环保特性需要结合实际情况进行设计,使得绿色船舶具备环境协调性的特点。
  3.我国绿色船舶技术应用
  3.1 新型材料
  在绿色制造中使用节能材料是打造绿色船舶的一种主要方式。当前,船舶绿色制造中普遍使用的节能材料有耐腐蚀钢板和钢管、新型涂料等。在传统船舶生产制造中,常用矿棉、玻璃棉等材料作为船室材料,虽然此类材料具有良好的防火、保温和可加工性,但是由于可降解性不佳,废弃后易产生环境污染等问题,其应用效果受到了一定质疑。对此,需要大量应用新型节能、环保材料,适应船舶绿色制造需要。第一,耐腐蚀钢板或管子。此类材料在船舱区应用较多,可以增加船舱耐腐蚀性,简化生产制造环节,极大的降低了材料浪费;第二,新型涂料。新型材料的使用能够保护船体,减少船体阻性,同时涂刷次数较之过去相比也有减少,但膜厚符合船舶设计要求。
  3.2 节能降耗
  船舶服役期间通常要消耗大量的燃料,如柴油、重油等,产生了能源消耗过大、空气和水体污染严重等问题。随着人们环保意识的越来越强,在船舶绿色制造理念下,船舶行业开始关注气体燃料,研发了双燃料主机,是可以同时使用天然气和船用柴油、重油的燃料机,满足了当前船舶绿色制造需要。调查显示,有70%以上船舶使用了双燃料主机,可见双燃料主机是当前及今后很长一段时间内船舶燃料机生产制造的主要趋势。
  3.3 绿色船舶的焊接技术
  在船舶的绿色制造过程当中,焊接是一个主要的技术,这项技术会对船舶的生产质量造成直接的影响。在实际制造船舶的过程中积极选择绿色焊接的方式,采取高效的焊接工艺、焊接电源以及装备等,以此完成船舶生产与制造,以满足绿色生产理念对船舶制造所提出的要求。这里以高效的焊接工艺进行举例,选择熔化极气体保护焊进行施工,操作十分简单,并且加工的效率高,能够在机械化条件下完成焊接,同时又不会产生较大的烟尘。除此之外也可以应用自动的立脚焊、垂直的气电焊等多种方式完完成船舶焊接,这样不但可以提高焊接的质量,而且还能降低烟尘的排放、提高资源利用率,达到保护环境的目的。焊接工艺自动化程度较高,因此为船舶的绿色制造提供了强有力的技术保障。
  3.4 數字精度造船技术
  在绿色船舶制造过程中使用精度造船技术,是指以船体的建造精度作为标准,并以此为制造准则,通过采取数控技术及先进工艺技术对船体的零部件与分段构件的尺寸实施严格控制,以缩小现场修割、返工以及换板等工作量,进而节约了原材料的应用率,同时有大幅度提高了生产率,达到减少浪费、避免污染的绿色生产目。
  4.绿色船舶技术及其发展
  4.1 设计技术
  首先,要加大设计的数字化进程,要改变传统数字化设计工具仅局限于在生产以及详细设计中的使用,要将其加入到初步设计以及概念设计等环节之中,保证产品市场需求以及报废等各环节,都可以实现数字化设计模式;其次,要对人机工程虚拟设计进行全方位运用,要运用其对设计人员进行说明,以便对设备操作、维修便捷程度进行验证与检测,确保能够达到各项设计工作的要求,最大限度降低在建造前所存在的维修空间以及操作空间等方面的状况,以保证施工的顺利开展;再次,要对设计技术进行强化,加大对DEP技术的利用力度,并完善整体设计流程,建立起船厂与设计所之间的沟通纽带,保证各项业务都可以协同开展,能够及时进行信息沟通,以为设计制造一体化的实现提供可能;最后,设置综合集成设计平台,对计算机辅助工程以及辅助设计进行全面考虑,在进行共同产品数据模型建设的前提下,对产品生命周期各阶段所产生的信息数据进行收集与处理,以为开展设计工作提供助力。
  4.2 注重绿色加工工艺的应用
  (1)积极选用净成形加工技术
  随着净成形加工技术不断发展,目前净成形加工技术能够直接生产出与零件形状性能一致的产品,该先进的加工技术能够有效降低资源浪费,减少能源的消耗。因此,在绿色船舶制造中,需要积极应用净成形加工技术,实现绿色船舶制造的节能环保效果。
  (2)有效应用干式加工技术
  干式加工技术,即避免添入冷却剂的情况下进行加工生产所应用的一系列技术。该加工技术不仅能从根本上解决冷却剂应用过程中突显的诸多问题,且有效精简了工艺流程,全面降低了加工成本,因而干式加工技术得到诸多行业的青睐。干式加工技术能够有效精简船舶制造的工艺流程,节约船舶制造的资源,降低对环境的污染破坏,因此,我国绿色船舶制造中对于干式加工技术的应用势在必行。
  5 结语
  绿色船舶的设计与制造可以降低船舶的能耗和污染物质的排放,大幅降低船舶行业对海洋环境所带来的污染。船舶的绿色标准体现在船舶的完整使用寿命周期内,以安全、环保、节能等要求为原则,将日益成为船舶行业的绿色标准,在应用先进技术,保障船舶的功能性、使用性能以及安全等基础的情况下,实施绿色船舶的设计与制造具有重要意义。
  参考文献
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