绿色制造工艺在船舶结构中的应用

刘时进

(蚌埠市神舟机械有限公司，安徽 蚌埠 233000)

1 引言

近些年，经济的快速增长拉动了船舶制造业的发展，使船舶制造业规模持续扩大，造成的环境污染问题也愈发严重。因此，为了实现绿色船舶，在船舶结构中融入了较多绿色制造工艺，改变传统船舶污染水资源、消耗能源高、不环保等问题。除此之外，在船舶的制造过程中，绿色制造工艺可以使船舶的结构设计和制造等方面达到环保的高要求，从而制造出低污染、低能耗等绿色船舶。绿色制造工艺可以提高船舶结构的各种性能，优于传统的船舶制造工艺。

2 绿色船舶及技术概述

目前，在船舶制造业领域内十分重视发展绿色船舶，绿色船舶是指在制作船舶过程中将节约资源和环保的理念融入船舶结构的设计和生产等方面，最大限度地降低船舶在使用过程中造成的污染浪费问题。另外，绿色制造要求在船舶结构中全方面地应用节能绿色的环保材料，并配合相关的绿色制造工艺进行制造，以达到环保绿色的发展目标。

与此同时，要实现绿色船舶的制造，需要提高绿色船舶制造工艺和船舶制造技术，这是保证制造绿色船舶的基础。先进的制造技术和工艺可以提高船舶的各种性能，有关资料显示，国外的船舶工程明显比国内的船舶工程质量高，这是因为国外的技术以及工艺相对于国内较为先进。所以，我国要发展绿色船舶首先要提高技术的先进性，尤其是在船舶结构中，利用先进的船舶制造技术、工艺可以提高船舶的绿色性，增加船舶发展的动力。

3 船舶结构中绿色制造工艺设计思路

3.1 优化船舶推进系统

在船舶结构中增加绿色制造工艺可以从优化船舶推进系统着手，按照船舶制造业中现有的发动机和推动器进行重新组合，按照每艘船的类型进行匹配，从而实现优化船舶推进系统。如浅水的快速船需要的推进系统是重量和功率比值小的；而载客类型的船要按照其载重量和乘客的需求进行匹配推进系统，一般会选用柴-燃-点联合的推进系统，既可以减小噪音，提高乘客的舒适度，还可以提供船只的所需动力。此外，为船舶挑选最合适的推进装置不仅要考虑内在因素，对其相关的外在因素也需要考虑，如主机效率、水浆的动能以及发电等设备都要选用节能环保的装置，才能做到优化船舶推进系统，实现绿色船舶的目标[1]。

3.2 优化船舶节能体系

实现船舶绿色还可以在设计中加入节能的理念：①要足够重视能源的创新性，如对风能、水能等可再生能源提高利用率，让自然能源在绿色船舶结构中起到重要作用；②利用合理的方法提高船舶结构的推进方法，利用节能环保的方法提高船舶的推进速度；③提高船舶燃油的利用率，可以利用先进的相关技术对船舶的燃油进行处理，增加其使用率，避免浪费，从而做到节能环保；④要提高船舶的可再生或回收利用率，将某些废弃物通过特殊处理可以再利用，做到优化船舶节能的设计。

4 船舶结构中绿色制造工艺的有效应用

4.1 轻量化绿色设计工艺

实现绿色船舶要以绿色船舶制造工艺为基础，绿色船舶制造工艺和绿色船舶制造有着较大的关系。绿色船舶要通过绿色船舶制造工艺对船舶结构进行绿色的设计，然后利用绿色环保的材料制作船舶。如在船舶内室要用绝缘性能较好的无害材料，需要设计者在设计时重点注意。一旦绿色船舶的设计完成，必须严格按照绿色船舶的设计进行操作。同时，由于CSR(国际船级社协会的共同结构规范)和HCSR(散货船、油船协调共同结构规范)等对结构的要求较高，会增加制造船舶的经济成本和原材料的浪费，需要利用绿色船舶设计工艺，也就是轻量化设计技术。

例如在各个区域大力使用高强度钢来减轻船舶结构重量，且要优化船体结构中的肋距或纵骨距，对各个疲劳节点进行有效地轻量化创新，来降低船体结构的重量，且能保证船舶结构的安全性，该工艺既可以满足对船舶结构性能高的要求，还做到了节能环保。

4.2 工艺模拟与精度造船技术

4.2.1 工艺模拟制造

在制造绿色船舶的过程中，工艺模拟制造一般用于水火弯板等加热加工过程中。而在传统的船舶制造工艺中，采用先实验后模拟的做法，而在绿色船舶制造中利用工艺模拟可以在制造前获得各个机构的参数，从而确定船舶的生产参数，既可以提高生产效率，还可以节约材料的浪费，同时还可以提前发现生产中的不足，及时进行补救，从而提高船舶的质量。图1为模拟艏部结构图形，通过三维模拟图，可以更为清楚地找到工艺设计参数，进行详细模拟与设计，不仅增强了设计精度，也降低了多次设计制造造成的环境污染与影响[2]。

4.2.2 数字化精度造船

在船舶制造过程中使用数字化精度造船是为了提高船舶本身的精准度，利用先进的数字化技术和绿色的船舶制造工艺对船舶结构的各个部分进行设计处理，避免出现返工和补救等工作，较大程度上提高了工作效率，也达到了节约环保的要求。图2为数字化模拟船体三维结构，能对船体结构进行精度设计与分析，从而有效降低了多次返工造成的环境污染[3,4]。

4.3 焊接自动化工艺

在船舶机构制造过程中，自动化的焊接工艺也可以提高船舶的绿色和环保。使用自动化的焊接工艺可以降低制造船舶的经济成本，提高船舶的质量，是绿色船舶制造工艺中最高效、绿色的工艺技术之一。

在我国船舶制造中一般以FAB法(FAB挠性石棉衬垫法)、立脚自动焊等工艺技术为主，并广泛地应用于船舶制造业领域。绿色的焊接工艺既可以提高焊接质量，也可以降低能源的损耗，改善传统工艺的不足。

4.4 绿色加工工艺

(1)现阶段净成形加工技术不断完善和应用，使其在生产绿色船舶过程中可以得到很好的利用。净成形加工技术是将原料直接生产成所需要产品的形状，并且还附有其功能，省去了中间环节，大大降低了物资浪费情况，在制造过程中不仅节约了成本，提高了工作效率，最主要是在船舶制造过程中达到了绿色环保的作用。

(2)将干式加工技术合理有效地运用到绿色船舶生产当中，这些技术和工艺都是基于现在科学技术的发展产生出来的，可以有效地避免资源的不必要浪费，而且干式加工技术操作简单，还克服了使用冷却液过程中带来的诸多不便。绿色船舶工艺的构建是一项精确度高、复杂性较强的工艺流程，干式加工技术可以满足绿色船舶制造工艺的需求。运用该项技术为我国绿色船舶制造工艺添砖加瓦。

5 结语

绿色船舶设计结构开创了航海事业的新征程、新路线、新模式。将传统高耗能高污染的船舶结构不断更新变动，尽可能地将其构建成为绿色环保船舶产业，以降低海水和大气环境的污染程度。利用绿色制造工艺构建高质量低污染又节能的船舶结构，随着技术的不断成熟，需要不断地将绿色船舶工艺完善提高，在保障环保绿色的同时还需要将安全、动力以及实用性作为绿色工艺的基础，让绿色船舶工艺技术产生更大的价值。