船舶结构中绿色制造工艺的设计及应用_周涛涛.pdf

第 31 卷 第 2 期2023 年 2 月Vol.31 No.2Feb.,2023船 舶 物 资 与 市 场 MARINE EQUIPMENT/MATERIALS&MARKETING0 引言当今世界经济快速发展，我们面临着发展与治理同步处理的问题。我国目前正在大力推行边发展边治理的方针，但总的来说，这样的发展模式对经济建设会产生一定的制约。在此背景下，船舶发展也要与经济政策相对应，不仅要使造船行业大力快速发展，也要兼顾造船工业对环境的影响。针对这一发展趋势，各国相继开始发展绿色船舶技术。在此过程中，需在船舶的制造和维护方面投入更多的人力和物力，减少结构设计上的消耗，形成良性循环。通过大力推广绿色船舶理念，从而促进整个行业的健康发展。1 绿色船舶概述1.1 绿色船舶内涵日韩以及欧美一些造船发达国家，很早就提出了绿色船舶理念，且在绿色制造工艺方面亦较早展开了相关研究，出现了一些比较具有代表性的观点。比如，日本研究学者指出，由于设计是制造的先决条件，因此在船舶设计中一定综合考虑绿色思想。对比传统的设计理念，找出不符合现代观念的设计方案，以市场的需求为出发点，不仅要从功能、外观管理等方面入手，更要在技术方案上体现节能理念1。在造船业比较发达的欧洲地区，许多学者则提出了从船舶的动力源方面贯彻绿色理念。如在动力燃料的选用上，应尽量采用清洁能源替代原油产物生产的燃料，新兴的清洁能源可以采用太阳能、风船舶结构中绿色制造工艺的设计及应用周涛涛，王亚奇，原跃峰，罗 哲（扬州中远海运重工有限公司，江苏 扬州 225211）摘 要：伴随着我国经济社会的飞速发展，中国造船工业的发展亦步入了快车道，随之而来的是船舶工程的数量逐渐增加。由于我国造船工业起步时间较晚，前期发展相对比较缓慢，经过不断地汲取各个国家的先进方法，得到发展并且取得了一定的成绩。为了符合社会节能环保的要求，船舶工程需要改变过去制造过程中的缺陷，全面融入绿色理念，并积极打造快速、高性能的绿色船舶。本文基于绿色船舶的概念和特征展开分析，论述了绿色船舶结构设计及制造的实施途径等的内容。关键词：船舶结构；绿色制造工艺；船体结构中图分类号：U662 文献标识码：A DOI:10.19727/ki.cbwzysc.2023.02.028引用格式收稿日期：2022-10-26作者简介：周涛涛（1984-），男，本科，工程师，研究方向为船舶与海洋工程。能等，在减少柴油的使用上结合新型能源，使船舶的动力达到可观的水平，大大增加燃料的利用率，但排放物的种类以及含量却大大降低。而增加燃料的利用率，需要利用最先进的燃油机，采用当代发达的人工智能控制其产能的大小，节省能源。在废气的排放上，利用新型的废气处理装置净化排放物，使整个船舶在行驶途中产生的污染降到最低。现代造船产业在我国的发展时间比较短，直到近些年，针对绿色船舶的研究才有了较快的推进。我国针对绿色船舶的研究，主要是基于资源和环境保护的核心概念，在船舶结构设计、生产、使用、回收船等一系列的研究中不断加大力度和广度。同时，将绿色船舶理念贯穿于项目建设和投入使用的整个过程中，包括船体的绿色设计、绿色环保材料的使用、绿色制造技术、污染防治等2。绿色船舶的设计和制造，可以减少船舶的能源消耗和污染物排放，提高能源综合使用率，减少给环境造成的污染，实现环保效果。而具体的实践中应遵从绿色的设计理念，在保证整个船舶安全运营的前提下实现节能减排。在制造方面，运用先进的工业技术手段，引进国外的设备，针对性地对各个工作项目的施工人员进行培训，结合自身的发展条件，造出既安全又功能性强的船舶。1.2 绿色船舶的特点1）技术先进性绿色船舶的技术先进性特点，保证了绿色船舶的有效周涛涛,王亚奇,原跃峰,等.船舶结构中绿色制造工艺的设计及应用 J.船舶物资与市场,2023,31(2):88-90.第 2 期 89 性。技术进步要求船舶设计制造所用的技术能够保证船舶的效率和安全，保证其符合国家环境标准，确保绿色船舶产品具有较强的市场竞争优势。2）经济合理性对于造船工业的可持续发展，必须更加重视其经济效益，因此绿色船舶需要重视船舶的使用寿命和成本。只有有效地控制绿色船舶的制造成本，才能确保整个船舶设计建造的经济合理性，保证绿色船舶具有预期的价值，并确保其创造更多的经济效益和社会效益3。3）环境协调性绿色船舶的环境协调性，主要是为了节约更多的资源和能源，保护生态环境和相关人员的生命健康。这样的特征伴随着绿色船舶的整个生命周期，需要设计制造人员加大创新力度，从而使整体工作更加环保节能。2 绿色船舶结构设计的实施途径2.1 优化整合船舶设计1）优化整合船体结构船体结构的设计对于船舶制造尤为重要，因此在进行绿色的结构设计时应全方位考虑需要的能源和资源，尽可能地做到节约。而船身设计也要进行优化，对应型号的船舶要进行针对的设计，对所有的型号尺寸进行分析，在保证安全的条件下，提高航行速度，减少能源利用，增加船体的稳定性和耐久性，增加船舶的负载，保证船舶的安全。2）优化船舶节能设计船舶的节能设计包括新能源的开发和利用，以及推进节能优化的措施和提高燃料的综合利用率等。首先节能的最优选择是采用新型的绿色能源，比如太阳能、风能等零污染的能源，在此基础上降低船舶对传统燃料的使用。在这一过程中要加快方案落实的速度，使整个优化周期缩短。而在燃料的利用上，要积极更换内燃机，采用先进的机械设备，提高燃料能源的利用率。综合以上的节能设计，在最后的循环方面要加大投入，有效地回收利用各种资源，实现废物的再利用，这样才能积极地实现船舶的绿色优化设计4。2.2 利用绿色原材料1）涂装材料涂装材料的选择在我国造船产业中是一个重要的问题，因为传统的条件限制，该类材料对外界环境的依赖巨大，并且材料的质量也不过关，导致涂装材料对环境造成巨大危害，尤其是对水资源的危害，严重的还会对人体造成危害。在涂装展开之前，我国大部分船舶企业习惯性地先对钢板进行预处理，打磨好涂层表面，在涂装的过程中，进行二次涂装，这样会造成材料的浪费，而且总体过程较为复杂，对工期产生了很大影响。选择绿色的涂装材料，目的是为了保护环境，并能够提高工作的效率，把不利因素降到最低，从而满足绿色船舶的结构设计理念。2）焊接材料目前我国船舶工程中使用的传统焊接材料中含有一定数量的焊接试剂，在高温焊接操作下容易挥发到空气之中，直接危害工人健康，造成环境污染。焊接材料的选择，要根据其高温焊接时挥发的污染物含量来确定，因为传统焊接时加入助焊材料，高温后会分解成对人体有害的气体。在绿色船舶设计中，应采用低烟、低毒性的焊接材料，采用先进的焊接工艺指导焊接材料发挥更好的功效。3）绝缘材料传统的绝缘材料比如玻璃棉、矿棉等，在废弃后不易降解，会导致污染。因此，要对绝缘材料的环保问题做出评价，采用先进的绝缘材料，确保绿色施工的顺利进行。在选择绿色船舶绝缘材料时，必须考虑绝缘材料的环境保护作用和技术实施难度，尽可能应用先进高效的新型环保材料，并确保船舶结构的设计符合绿色环保的要求5。2.3 船舶标准及模块化设计1）船舶标准化设计船舶标准化设计可以有效地优化船体结构。船舶标准化设计在最初就是船体结构的优化，而在绿色理念加入后，这种标准化要从最小的零件逐级提升，这样才能避免浪费，有利于船体结构相互连接，提升材料的利用率。因此，船舶标准化设计对于船舶产品的设计建造来说非常重要。2）船舶模块化设计船舶模块化设计有助于提高工作效率和质量。相比于标准化设计，模块化则是将大的项目细分为可使用同一工种或者同一技术的模块，但与标准化并不冲突6。船舶模块化设计可以尽可能地避免不必要的人力物力的消耗，节省了经济的开销，并且能够缩短工期，节约资源，帮助企业实现绿色船舶制造的节能环保目的。3 绿色船舶制造的实施途径3.1 注重绿色加工工艺的应用1）积极选用净成形加工技术净成形作为一种生产制造的新技术，目前在制造业周涛涛,等：船舶结构中绿色制造工艺的设计及应用船舶物资与市场第 31 卷 第 2 期 90 逐渐被大家认可，并且发展迅速，它能够生产出与原有零部件性能和精密度一致的产品。运用净成形加工技术，可以大大降低材料的浪费，因而在绿色船舶制造时，要多使用这种先进的工艺技术。2）有效应用干式加工技术该技术是在不加入冷却剂的条件下实现生产加工的新技术，因此这项技术工艺在使用时可以摆脱原有掺加冷却剂时出现的诸多问题，并且工艺流程相对简单，在其他行业上的表现尤为亮眼，得到了众多领域的推崇。于是在绿色船舶制造的基础上使用该种工艺，可以有效降低成本，改善繁琐的作业工序，在整个生产中实现绿色节能目标。3.2 重视绿色焊接工艺的应用1）高性能焊接电源的选用采用优质的电源系统不仅可以保障施工作业人员的安全，还可以实现节能，确保供电稳定。随着科学技术的不断发展，焊接电源也得到长足的发展，并且电源与信息技术的结合作为新型的焊接电源优势极为突出。目前，这种电源广泛地应用于各个行业，信息化和数字化的特点使得焊接时工人们可以更好地操控焊接工具，提高焊接质量，因此符合绿色船舶理念，可以大力推广7。2）高性能焊接设备的应用与焊接电源类似，焊接设备的更新换代也要与时俱进，不仅要满足焊接时的技术要求，还要满足绿色环保的需要。高性能的焊接设备具有环保、焊接质量好、作业条件宽泛等特点，在船舶的制造过程中要积极运用。3）高性能焊接技术的应用焊接技术需要比较严格的把控，因为这涉及到船体自身结构强度和耐久性的问题，焊接不到位则不可避免地会发生船舶事故。因此要谨慎操作，改进工艺也应该同时兼具高效、节能、易操作等优点，做到强度稳定，质量有保证。因此焊接技术的提高也有助于绿色船舶的发展。3.3 加强绿色涂装工艺的应用1）绿色环保涂料的甄别涂装对于船舶防腐极其重要，关系着船舶的耐久性以及整体运行环境。在选择绿色环保涂料方面，要避免以往的多次喷涂，采用绿色环保的涂装材料，并且要应用厚膜型涂料，底漆要选用万能型涂料，这样可以达到预期效果，操作简单、节省工序，满足环保要求8。2）全面高效的环保作业在涂装过程中，除了涂料的选用要环保外，作业时也要注意环保。在培训中要让施工人员具备环保意识，根据设计进行涂装，应用模块化技术，做到涂装动态作业，实现绿色环保的目标。4 结语通过对绿色船舶相关领域的研究现状、理论以及针对我国目前造船业实践的现状进行分析，得到以下结论：1）指出绿色船舶理念的重要性，并且与循环经济理论、可持续发展理论等结合分析，证明了实现绿色船舶制造的可行性。2）通过实际工作感受，对绿色船舶结构设计，绿色船舶制造的实施途径展开分析，从设计、选材和施工工艺等角度综合阐述。3）针对船舶结构的绿色发展做出详细分析，材料要选择经济绿色可持续的清洁材料。在船舶结构的制造工艺上，应在最初的设计阶段贯彻绿色环保思想，在制造时采用绿色的加工方式，包括绿色焊接、绿色涂装工艺等。针对绿色船舶制造的研究，不论是从设计上还是选材上，可以采用更好的方式，但是在具体实施的过程要做出系统的调整，从设计到生产都制定相关的行业标准。参考文献：1 应程成.论船舶结构中绿色制造工艺的设计及应用 J.技术与市场,2021,28(5):128+130.2 张圣超.绿色制造工艺在船舶结构中的应用 J.建材与装饰,2020(17):209+211.3李奇楠.船舶绿色制造标准体系构建研究J.中国标准化.2017(5):86-91.4 吴铭.浅析绿色制造在船舶结构中的设计和应用 J.科技视界.2018(16):16-18.5 高远芬.船舶制造过程中的焊接及维修维护 J.船舶物资与市场.2021(6):112.6 高威,朱广兵.绿色船舶设计、制造的实施方法与途径 J.科技与创新.2015(5):19-20.7 徐宁.船舶制造的绿色制造技术分析 J.珠江水运.2017(1):88-89.8毛教康.浅论船舶绿色制造技术J.中国水运（下半月）,2008,8(5):6-8+10.