船舶优化设计实用13篇

船舶优化设计

篇1

进行船舶结构优化设计的目的就是寻求合适的结构形式和最佳的构件尺寸,既保证船体结构的强度、稳定性、频率和刚度等一般条件,又保证其具有很好的力学性能、经济性能、使用性能和工艺性能。随着计算机信息技术的发展,在计算机分析与模拟基础上建立的船舶结构的优化设计,借鉴了相关的工程学科的基本规律, 而且取得了卓越的成效;基于可靠性的优化设计方法也取得了较大的进步;建立在人工智能原理与专家系统技术基础上的智能型结构设计方法也取得了突破性进展。

1经典优化设计的数学规划方法

结构优化设计数学规划方法于1960年由L.A.Schmit率先提出。他认为在进行结构设计时应当把给定条件的结构尺寸的优化设计问题转变成目标函数求极值的数学问题。这一方法很快得到了其他专家的认可。1966年,D.Kavlie与J.Moe 等首次将数学规划法应用于船舶的结构设计,翻开了船舶结构设计的新篇章。我国的船舶结构的设计方法研究工作始于70 年代末,已研究出水面船舶和潜艇在中剖面、框架、板架和圆柱形耐压壳等基本结构的优化设计方法。

由于船舶结构是非常复杂的板梁组合结构,在受力和使用的要求上也很高,所以在进行船舶结构的优化设计时,会涉及到许多设计变量与约束条件,工作内容很多,十分困难。船舶结构的分级优化设计法就是在这个基础上产生的,其基本思路是最优配置第一级的整个材料,优选第二级的具体结构的尺寸。每一级又可以根据具体情况划分成若干个子级。两级最后通过协调变量迭代,将整个优化问题回归到原问题。分级优化方法成功地解决了进行船舶优化设计中的剖面结构、船舶框架和板架、潜艇耐压壳体等一系列基本问题。

2 多目标的模糊优化设计法

经典优化设计的数学规划方法是在确定性条件下进行的, 也就是说目标函数与约束条件是人为的或者按某种规定提出的,是个确定的值。但是在实际上, 在船舶结构的优化设计过程、约束条件、评价指标等各方面都包含着许多的模糊因素,想要实现模糊因素优化问题, 就必须依赖于模糊数学来实现多目标的优化设计。模糊优化设计问题的主要形式是:

式中j 和j分别是第j性能或者几何尺寸约束里的上下限。

模糊优化设计方法大大的增加了设计者在选择优化方案时的可能性, 让设计者对设计方案的形态有了更深入的了解。目前,模糊优化设计法发展很快, 但是,还未实现完全实用化。多目标的模糊优化设计法的难点主要在于如何针对具体设计对象, 正确描述目标函数的满意度与约束函数满足度隶属函数的问题。

3 基于可靠性的优化设计方法

概率论与数理统计方法首先在40 年代后期由原苏联引入到结构设计中, 产生了安全度理论。这种理论以材料匀质系数、超载系数、工作条件系数来分析考虑材料、载荷及环境等随机性因素。早在50年代,人们就在船舶结构的优化设计中指出了可靠性概念,随后,船舶设计的可靠性受到人们的重视,开始研究可靠性设计方法在船舶结构建造中的应用。

船舶结构可靠性的理论和方法根据设计目标的不同要求, 可以得出不同的结构可靠性的优化设计准则。大体分为以下3种:

1)根据结构的可靠性R·,要求结构的重量W最轻,即:

MinW(X),s.t.R ≧R·

2)根据结构的最大承重量W·, 要求结构的可靠性最大或者破损概率最小,即:

Min Pf(X ) , s.t.W (X ) ≦ W·

3)兼顾结构重量和可靠性或破损概率, 实现某种组合的满意度达到最大,即:

Max[a1uw(X)+a2upf(X)]

式中, a1,a2分别代表结构重量和破损概率的重要度程度, 而且满足a1+a2≥1.0,a1,a2≥0;uw,upf分别为代表相应的满意度。

关于船舶结构的可靠性优化设计方法的研究越来越多, 逐渐成为船舶的结构优化设计中的重要方向。但是,可靠性的优化设计方法除了在大规模的随机性非线性规划求解中存在困难外, 还有一个重要的难点在于评估船舶结构可靠性的过程很复杂, 而且计算量大。

4 智能型的优化设计方法

随着人工智能技术(Al)和计算机信息技术的发展, 给船舶结构的优化设计提供了一个新的途径,也就是智能型优化设计法。

智能型的优化设计法的基本做法为:搜索优秀的相关产品资料,通过整理,概括成典型模式,再进行关联分析、类比分析和敏度分析寻找设计对象和样本模式间的相似度、差异性与设计变量敏度等,按某种准则实施的样本模式进行变换, 进而产生若干符合设计要求的新模式, 经过综合评估与经典优化方法的调参和优选, 最终取得最优方案。

智能型的优化设计法法的优点是创造性较强,缺点是可靠性较弱。所以在分析计算其产生的各种性能指标时,应当进行多目标的模糊评估, 必要时还应当使用经典优化方法对某些参数进行调整。

5 结论

通过本文对船舶结构优化设计方法的研究,我们得出在进行船舶结构优化设计的时候, 往往会涉及到很多相互制约和互相影响的因素, 这就需要设计人员权衡利弊, 进行综合考察, 不但要进行结构参数与结构型式的优选,而且还要针对具体情况对做出的方案进行评估、优选和排序。通过什么准则对不同的方案进行综合评估,得出最优方案, 成为专家和设计人员需要继续研究的问题。

参考文献

篇2

协同设计理念属于当前新出现的一种设计理念,它的出现得到了许多设计单位的认可,被成功的应用与设计生产之中,极大的提高了船舶设计的效率。但是在当前的并行协同设计理念下的船舶设计流程仍旧有着许多的不足,需要对这些流程进行进一步的优化。

1 船舶设计业务的流程分析

随着当前计算机技术的不断发展,在进行船舶设计的时候也发生了较大的改变,但是从整体上来看,船舶设计业务的内容基本是相同的,下面根据实际的船舶设计制造探讨整个船舶设计业务流程。

1.1 概念设计阶段

概念设计阶段也就是所谓的送审设计阶段。当企业在接受产品的订单之后需要对产品的总体性概念进行说明,以方便后期生产设计制造的顺利。其中主要包括生产产品的主要尺度、强度以及性能等,这些内容都必须对船东或者相关的部门进行明确。此阶段属于前期的准备阶段,对于后期的工作开展有着较大的实际性意义,对此应当给予足够的重视。

1.2 初步设计阶段和详细设计阶段

初步设计阶段和详细设计阶段实质上并没有进行明确的划分,只是二者在进行设计工作上的深浅有着一定的区别。在此过程中主要对前期概念设计阶段中一些局部的技术进行仔细的分析,能够构建出一个较为详细的三维船体结构模型,并且将该模型能够有效的利用到船体生产设计之中。

1.3 生产O计阶段

在生产设计阶段之中所需要的许多数据都需要信息设计阶段来提供,也就是从并行协同设计理念来分析和设计,使得在进行生产设计的时候能够高效快捷的对数据进行运用,使得整个生产设计阶段和详细阶段统一结合起来,让设计变得高效化,质量也更加具有保障。

在这整个设计的过程中,从最早期的概念设计阶段就应该考虑到生产设计的相关工作,设计工作人员可以充分的运用计算机辅助工装设计、数控加工仿真、装配设计、制造设计等设计软件,将将并行协同理念运用到其中,让整个仿真设计流程变得更加合理高效。让设计的各个阶段能够实现完美的配合,在此情况下才能够让各阶段的过度变得更加的科学自然,减少设计中出现不协调的情况。

2 基于并行协同设计理念的船舶设计流程优化措施

在当前的并行协同设计理念下的船舶设计流程主要可以分为两个部分:管理技术和计算机辅助工具技术,下面对其流程优化进行分析。

2.1 在设计管理机制上做出创新

在船舶设计的管理机制上需要做出创新,改变原有的船舶设计院单独设计的模式,在整个设计过程中应当由造船企业与船舶设计院来共同完成。船舶企业的设计人员与船舶设计院的工作人员之间各自擅长的领域有着差异性,让他们在一起组成船舶设计小组,能够让他们在设计中对各自不完善的地方进行弥补。如:船舶设计院的工作人员可能在设计的时候会忽略一些实际制造中的问题,此时船舶制造企业的设计人员可以及时的发现问题,并有效的处理问题。

2.2 加强计算机辅助设计和管理技术的应用

随着当前计算机技术的不断发展,在船舶设计中也有着较大的改变,其中主要在协同仿真上面,该技术的成功应用使得船舶的设计、生产制造变得更加的具有保障,各方面的性能都得到了较大的改善。但是从当前的许多船舶设计院使用现状来看,在设计的过程中对于船舶设计的各类型软件和硬件的应用还不是十分的完善,技术也不是十分的成熟,对船舶仿真模型设计带来较大的困扰。船舶的仿真模型设计对于船舶的设计制造有着较强的作用,要想在现实的设计过程中真正实现并行系统设计,就必须加强对一系列的计算机辅助设计技术的重视,使得在设计的过程中能够充分的将这些技术利用起来。

计算机数据的管理技术也是并行协同设计理念下船舶设计中的一项重要技术,加强对其的研究和应用能够对整个船舶设计的流程起到优化的作用。船舶的设计通常都较为复杂,其中涉及到的零部件也较多,对于这些零部件的信息也是处于一种零散的状态,如果某个零部件的信息出现错误,将会影响到整个船舶设计发生相应的变化。因此,为了能够保证在船舶设计的过程中对这些数据进行充分的应用,保证生产设计数据的准确性,在现代的科学技术环境下,可以建立起一套支持设计、生产、管理信息一体化的并行协同设计平台。在此设计平台之中,不管是生产企业还是设计单位都可以通过互联网络进行实时的交流和探讨,对于各个零件的设计带来的帮助非常大,将整个设计的过程有效的结合起来,使得生产制造企业和设计院在进行设计的时候能够更加的科学合理。同时,对于所有的设计数据村能够更好的存储和整理,提高设计效率。

3 结束语

综上所述,在船舶设计之中采用并行协同设计理念对于提升船舶的设计效率有着非常大的帮助,在当前许多的国家之中已经得到了实践的证明。但是为了更好的实现并行协同设计,应当加强计算机辅助技术的应用,建立专门的管理技术平台,在此情况下才能够让并行协同设计理念的船舶设计流程进行优化,让船舶设计能够更加的科学合理,提升船舶生产制造的质量。

参考文献:

[1]陈启涛,金钜峰,王聿.基于并行协同设计理念的船舶设计流程优化[J].船舶标准化与质量,2014(04):21-27+16.

[2]胡诚程,马晓平,张磊.基于并行工程的船舶设计流程研究[J].造船技术,2015(03):28-30+42.

[3]曲鹏翔.船舶产品并行协同设计计划管理系统研究[D].江苏科技大学,2010.

篇3

Optimization Design for the Manufacturing Process of the Ship Sintering Evaporator

ZHANG Hongdun

(School of Ocean,Yantai University,Yantai Shandong,264005,China)

Abstract:Highly efficient heat transfer systems play more and more important role in the development of modern marine engineering equipment. Compared with the ordinary evaporator,the sintering evaporator’s heat transfer performance is obviously enhanced,which provides reference to saving metal material and reduce size for ship evaporator.A new approach fabricating sintered micro-structured wicks is developed which can help to fabricate the uniform wicks on the sintered surface,which can also provides reference for sintering evaporator with different thickness and copper powder particles diameter by use sintering furnace.

Key words:Sintered particles Micro-channel Porous media Evaporator

中国作为最大的发展中国家,已跻身国际航运大国的行列,伴随着各种贸易的快速发展,我国每年进出口货物的93%~95%是通过船舶运输的方式来实现的,其中很多货物还要通过冷藏运输方式完成,同时,海上作业船、军舰、渔船等为了满足生产、生活以及特殊设备的需要,均需设置制冷装置,制冷装置已是船舶运行不可或缺的重要设备[1]。

船舶的运营成本成是航运经济性的重要指标,随着制冷技术应用的日益广泛以及燃油成本的不断提高,制冷装置消耗的能源也在不断增加,节能减耗是船舶营运经济性的重要发展方向。制冷蒸发器是制冷系统的关键部件,它的换热效率会直接影响制冷装置的能量消耗及效率,如何强化制冷蒸发器的换热系数是当前对制冷装置节能研究的热点之一。

强化传热的目的是适应和促进高热流密度的热交换[2],以有效的冷却来保证高温部件的安全运行,以经济的手段来传递特定的热量,以高的效率来实现能源的充分利用[3],确保设备和器件在安全运行的前提下,提高热交换系统的经济性,达到在总传热量一定的情况下减小传热温差或者在传热温差一定的前提下提高总传热量的目的 [4]。

烧结蒸发器的内壁具有多孔烧结表面,该烧结表面有很高的传热系数,可以有效的强化多孔侧传热,通过与同规格光滑管传热性能试验对比,其传热系数比光滑管提高了5~6倍[5],是强化换热、降低金属耗材、提高能量利用率以及实现能量充分利用的良好换热表面[6]。烧结处理方式是强化传热中的被动技术,被动技术不需要额外消耗功率和其它附属设备,在完全失重或微重力环境中仍可工作,结构简单,运行可靠。

1 烧结表面强化传热原理分析

1.1 概念

烧结[7]是金属的粉末或粉末压坯在一定的温度和保护气体中受热所发生的过程和现象,烧结会使金属颗粒发生相互粘结,提高了密度,而且很多情况下,也会增加烧结体的强度。如果烧结工艺控制恰当,烧结体的机械性能、物理和密度可以接近同成分的致密材料。从工艺上来分,烧结被是一种热处理工艺,它把金属粉末或粉末压坯加热,在低于其基本成分熔点的温度下保温,然后以不同的方式或速度冷却到常温,烧结过程中会发生一系列的物理化学变化,粉末颗粒的聚集体成为颗粒的聚集体,从而得到所需要的物理、机械性能的材料或制品。

以铜粉烧结为例,一般的烧结工艺大致为:选取纯度在99.5%左右的铜粉,它的单体粒径控制在75~150 μm。首先,使用工具将铜管内部清理洁净,除掉毛刺,然后将铜管放到稀H2SO4中采用超声波清洗。清理洁净之后我们将得到一根无氧化物、内外壁都十分光滑的铜管。之后用一根细钢棍插到铜管里(要求工具准确地将细钢棍固定在铜管的中央,以保证铜粉填充均匀),将铜管的底部用铜片或堵头暂时堵住,随后就可以把铜粉颗粒倒入铜管了。填装完毕后就可以拿到烧结炉进行烧结。在烧结过程中,选氮气、氢气或真空作为保护气,同时,烧结温度的控制也很重要,一般情况下烧结炉最大温度控制在800℃~850℃(根据产品要求的渗透率确定)。烧结完之后需用一个辅助工具加紧铜管,使用专用工具把钢棍抽出即可[8]。严格按照上述过程制作的烧结式铜管,铜粉烧结块分布厚度均匀一致,各个部分的毛细结构渗透率大体相同。图1为烧结式铜管纵横截面剖面图,从图中可以看出铜管内壁面上形成的烧结吸液芯。

1.2 强化传热原理分析

烧结蒸发器是将一定目数的金属粉末烧结在管内表面从而形成与管壁一体的多孔介质,这种多孔介质有较高的毛细抽吸力,并较好地减小了径向热阻,可以实现细薄膜蒸发,该烧结式蒸发器可以兼顾高热传量和低热阻的考量。

在换热面上烧结金属颗粒后,加热面和粒子之间形成了许多空隙凹坑,从而增加了表面活化中心的数目。在核沸腾时,凹坑中的汽泡受到多孔介质有限空间的限制会在受热面附近形成汽区或汽团。多孔介质内的液体在汽区汽液弯月界面发生强烈的液体细薄膜蒸发,这种液体细薄膜主要存在于多孔介质的空隙中;另一方面,因为金属颗粒的导热系数好于沸腾工质的导热系数,所以,多孔烧结层对换热壁面而言相当于增加了翅片作用,并且由于烧结层具有很高的比表面积,使固液换热量得到很大提升,有利于细薄膜的受热与蒸发。蒸汽逸出烧结层和液体的补充是由相应的毛细通道的抽吸力来实现的。

根据以上分析,多孔烧结表面沸腾换热主要受液体的激烈细薄膜蒸发和烧结层中汽-液两相运动特性这两个因素的影响。随着这两个因素的改变会出现不同的传热特性。在低热负荷时,液体的细薄膜蒸发占主要地位,烧结层对沸腾换热起强化作用,这一区域称为传热控制区;而在高热负荷时,由于液体的补充和蒸汽的脱离受烧结层骨架结构的限制,减弱了传热强化性能,这一区域称为阻力控制区。在阻力控制区和传热控制区的临界转折点,换热系数达到最高,传热强化效果最好[6]。

2 烧结时芯棒对中固定存在的问题

烧结层是发生热量交换的场所,是换热芯最重要的部分,而要在细小的铜管内壁烧结铜粉颗粒层形成烧结式吸液芯,芯棒的对中和固定工艺非常重要,该工艺将直接影响到烧结颗粒层的成型,进而会影响到烧结蒸发器的强化传热性能[9]。

尽管目前的铜粉烧结流程早已成熟,但是在微小的铜管内表面烧结铜粉层形成烧结芯毛细结构却是一个难题。目前烧结时常用一根不锈钢棒作为芯棒,如图2所示,从紫铜管一端放入不锈钢芯棒和大堵头,从另一端装入铜粉颗粒,然后放上小堵头,随后放在烧结支架上,放入具有保护气体保护的烧结炉中进行烧结,烧结结束之后采用专用工具把芯棒与两个堵头取出。该方法虽然工艺简单,但存在下列两个缺点:

(1)由于芯棒较长,使用一根不锈钢棒作芯棒时,大堵头对对中其固定得不到控制,芯棒容易产生倾斜,对后续的铜粉颗粒填入不利,不利于保证烧结层厚度的均匀性;

(2)在不锈钢芯棒和铜管所形成的环形空间灌入铜粉颗粒后,装置在移动过程中铜粉颗粒容易从两端堵头处漏出来。

不锈钢芯棒在铜管中是否对中准确会对烧结层的性能非常大影响的影响:芯棒比较细长,如果在填入铜粉颗粒前没有准确地定中,则容易产生较大的挠度,单靠两端大小堵头是无法纠正的,制成的烧结层会出现偏心现象,如图3所示,偏心会导致芯棒抽出时的摩擦力增加,芯棒抽出时的运动会是曲线而不是直线,抽出时需要的外力较大,在抽出过程中容易导致烧结层的脱落而破坏烧结层。

3 烧结芯棒定位装置的优化

针对烧结蒸发器制造过程中芯棒定位不好烧结芯会出现偏心现象以及铜粉颗粒灌装后容易漏出的问题,本文设计了一套芯棒对中固定装置,如图4所示。

该装置中的烧结芯棒与定位支架做成一体,两者相对位置固定不变,通过两个定位孔和铜管外壁来实现铜管和烧结芯棒相对位置的精确定位,将紫铜管放入两个定位孔内,从另一端灌入铜粉,然后放入堵头防止铜粉漏出,放入烧结炉中进行烧结。

图4中所示装置的烧结芯棒直径为6 mm,两个定位孔直径为8 mm,按照此装置可获得规格为壁厚0.6 mm,烧结层厚度为0.4 mm,外径为8 mm的烧结式管。通过调节芯棒的高度和直径以及两个定位孔直径,可以制得不同大小的烧结式管,这一设计优化了现有的烧结定位工艺,为用烧结炉制造不同直径和烧结层厚度的烧结蒸发器提供了借鉴。

从图1所示铜管内壁烧结铜粉颗粒的显微组织图可以看出,对中良好的芯棒烧结出来的微热管铜粉颗粒分布均匀,致密性好,对称性好,已基本形成了均匀且界面分开的组织,铜粉颗粒均匀的表面可以为液体提供高的毛细压力。

4 结语

烧结蒸发器的强化传热性能要优于普通蒸发器,为船舶蒸发器缩小尺寸、节省金属耗材提供了参考,本文探讨了烧结蒸发器内表面烧结芯毛细结构的制造工艺,针对烧结芯棒对中困难及烧结铜粉颗粒灌装后容易漏出的问题,设计了一套优化方案,通过调节芯棒的直径和高度以及两个定位孔直径,可以制得不同规格的烧结式管,为用烧结炉制造不同直径和烧结层厚度的烧结蒸发器提供了参考,同时也为提高生产效率,得到均匀致密对称性好的烧结蒸发器提供了借鉴。

参考文献

[1] 费千.船舶辅机[M].大连:大连海事出版社,2000.

[2] Bergles A.E. Heat transfer enhancement the encouragement and accommodation of high heat fluxes[J].ASME Journal of Heat Transfer,1997(119):8-19

[3] 顾维藻,神家锐,马重芳,等.强化传热[M].北京:科学出版社,1990

[4] Rohsenow W.M.,Hartnett J.P.,Ganic,E.N..Handbook of heat transfer applications[M].2nd edition.New York:McGraw-Hill,1985.

[5] 刘建新,金海波.多孔表面管沸腾传热试验研究[J].动力工程,1999,19(1).

[6] 蒋绿林.多孔烧结表面强化沸腾换热最佳结构的研究[J].江苏石油化工学院学报,1995,7(4).

篇4

运输业是以增加盈利、降低运输成本为目的,人们在盈利的同时,已经忽略了节能所带来的更加巨大的潜在效益。一部分的热量变为机械功外,燃料在柴油机气缸中经过燃烧的其余热量经过散热、排气和冷却介质而排向大气。这种被排出的余热我们把它称之为废热。当今社会,在柴油机的主推进动力装置船舶上,各种各样的余热利用系统被得到广泛地利用。起初人们研发的有效利用余热的方法是热平衡分析法,但是,该方法会使人产生误解,且实际应用范围受限制。在科学技术高度发达的现代,人们研发了一种更为有效的方法,则为火用分析法。该方法能反映出损失以及其损失的程度,它有效利用了余热、提高了循环的经济性。

柴油机主推进动力装置船舶热力系统特点

柴油机主推进动力装置船舶热力系统实现了完成某特殊反应以及热量传递、能量转换等过程的系统,主要是由连接官网、热交换设备、动力机械以及辅助机械设备和系统组成。其系统中存在着多种形式的联系,以及热力、气动、机械等传热传质。柴油机热力系统可以有效地挖掘柴油机动力系统的能量,在满足各种品位热量的同时,最大限度地利用了余热能量的质量和数量。但是如果将排气回收为电能或机械能的话,就能更充分地对能量的数量和质量进行利用。除了传统的缸套冷却水真空制淡,在对低温热量进行回收时,吸收式制冷装置、高效节能的热泵技术、热管换热器等都是当今利用余热的有效设备和手段。对柴油机进行余热利用要根据油消耗、维护、维修管理费用、投资费用、航运和航区特点、船舶类型等综合技术来进行综合的分析。这样采用的系统的余热能量回收的经济性能最高,热能利用率最优,实现了热力系统的优化设计。

柴油机主推进动力装置船舶热力系统都具有自身的特点:①层次性,所谓系统的层次性,就是一个总系统的下层中包含了很多的子系统,而每个子系统中又包含了更小的子系统,这样层层包含就体现出系统的层次。为了完成功能,系统是由不同的结构和单元组成的。热力系统的过程也按照一定的连接方式组成。②环境适用性,柴油机船舶热力系统不断地在与环境进行能量或物质的交换。每一个热力系统都具备输入以及输出系统。该系统接受外界环境提供的能量和物料,物料通过系统形成了能流,这些能流也在不断受到利用、处理。与此同时,向环境中输出能量和物料也是系统所具备的功能之一。在环境条件的制约下,系统进行着能量的转换,环境和系统之间也在相互进行着输入以及输出。这种系统内部能量的转移和转化的过程以及环境与系统之间的互相制约最终保证了系统的功能。③目的性,其目的性就是指柴油机船舶热力系统具有其特定的功能。这些功能可以给人们的生活提供必要的海水淡化、蒸汽、冷量、热量、动力、电力等,而且,根据其功能的相异,可将热能进行回收、利用、输送、转换生产等。它可以对生产过程中产生的工质或余热进行回收。它既可以是由多个单元组成的多功能复杂系统,也可以是由少部分设备组成的功能简单的系统。④关联性,关联性是指柴油机船舶热力系统之间的各个部分的关系是相互制约和相互联系的。关联性是根据其性能上的规律的匹配以及特点,系统中的各个独立的单元并非无序组合或随意堆积,它具有一定规律性的。⑤集合性,系统的集合性例如热泵、热机、各种换热器、余热锅炉等独立的单元组成了余热回收系统,像这样,柴油机船舶热力系统就是由很多的独立单元组合起来,并且是按照一定的方式进行组合的。

船舶热力系统的火用分析

因为所研究的热力系统性质与能量形式不同,因此,能量火用的表达也不同。热力系统在温差的作用下,通过环境与边界交换能量形式就是热量的概念。火用是在给定环境状态的条件下,将系统传递的热量采用可逆方式来完成的最大用工。热量的火无是热能的不可用能,而热量的火用则是热能的可用能。在温度条件不同时,因为热能的存在是依赖于物质系统热状态的,所以热能的不可用部分与可用部分的比例也必然各不相同。例如:在环境状态相同的条件下,系统温度越高,热量的火无就会越小,热量火用则会越大。通过环境与边界,系统在低于自然环境温度的条件下进行交换的热量即为冷量。其实冷量是低于环境温度的热量,其本身也是一种热量。低于环境温度的热量火用其实就是冷量火用。冷量包括了火无和火用。冷量火用于冷量的差为冷量火无。给定条件下过程不可逆性的大小也是火用损失的大小。火用损失不恩给你用以对不同条件下过程进行的完善程度进行比较,它只是一个绝对的数量。所以,热力设备或热力系统中的火用的有效利用程度可以用火用效率来进行表达。热力系统的火用平衡方程式可以用如下公式来表述:火用损失+系统的输出火用+系统的火用变化量=系统的输入火用,作为输出火用的一部分,在分析、计算热力系统时,火用的平衡方程式为:,由此可以看出,系统中表达热力过程的火用平衡方程式的形式不同,热力系统的形式就不同。

可以将余热放热过程作为定压放热的过程。柴油机的排气余热发电简化热力系统图可以参考图1所示。图中MG为柴油机废气量,FP为给水泵,CON为冷凝器,G为发电机,T为汽轮机,SH为蒸汽过热器,B为余热锅炉,PR为螺旋桨,D为柴油机。

图1排气余热发电简化热力系统

柴油机主推进动力装置船舶余热利用系统优化

系统的初投资估算、工质的热力性质计算、系统的部件设计、系统的热平衡计算组成了系统的特性模拟分析。热动力回收系统的优化设计为非线性规划,因为大多数约束函数以及建立的目标函数为设计变量的非线性函数。余热回收系统优化设计图参照图2所示。

图2余热回收系统优化设计示意图

可以以经济性为目标对整个余热利用系统进行优化,也可以对余热利用系统进行发电量和火用效率优化,方法相同但是效果不同。所优化的目标函数不同,获得的效果也是不同的。

结束语

分析了柴油机主推进洞里装置船舶余热回收发电系统。在对废气锅炉进行优化设计时,采用了最大火用效率作为其目标函数,及提高了透平发电量,又增加了废气锅炉的火用效率。

篇5

采取有效的分析方法加对基于维修性的船舶管路布局优化研究,有利于减少相关的维修成本,完善船舶使用中的服务功能,延长其使用寿命的同时增强船舶管路的性能可靠性。在具体的研究过程中,应加强对船舶管路布局合理性的深入理解,确保相关的优化措施在实际的应用中能够达到船舶正常使用的具体要求。

1 基于维修性的船舶管系设计流程的优化研究

作为船舶设计的重要组成部分,船舶管系的有效设计,可以优化船舶管路在长期使用中的服务功能,促进我国造船工艺的快速发展,为现代化船舶整体服务水平的不断提升提供可靠地保障。因此,为了达到基于维修性的船舶管路布局优化的具体要求,应注重船舶管系设计流程的优化,从初步设计、详细设计、生产设计三方面实现对船舶管系的不断优化。具体表现在以下方面:

1. 1 船舶管路布局优化中的管系初步设计

作为船舶详细设计的基础,船舶管系的初步设计,关系着后续设计流程的开展。因此,需要注重船舶管路布局优化中的管系初步设计,增强管路实际应用中整体布局的合理性。船舶管系初步设计主要包括:(1)选择可靠的管材。像船舶管系设置中常用的不锈钢管、无缝钢管等,都需要确保其材料选取的有效性。同时,管子的大小、壁厚、使用的所能承受的最大压力,工作温度等,都需要在管系初步设计中进行重点地考虑;(2)各阀件的有效选取。结合管子大小,选择正确的阀件类型,确保其材质,压力等无误,及使用中能够达到船舶稳定工作的实际需要;(3)各附件的有效选取。通过对考克、吸入口等不同附件类型的确定,可以为管系中附件使用寿命的延长提供可靠地保障。除此之外,也需要对管路的走向布置进行重点地考虑,优化管系的初步设计方案。

1.2 船舶管路布局优化中的管系详细设计

当船舶管系初步设计完成后,需要开展管系详细设计工作,确保管路整体布局的合理性。船舶管系的详细设计内容主要包括:(1)结合管系原理图,增强其具体走向设置的合理性,确保船舶管系平面综合布置的设计合理性;(2)在管系详细设计阶段,应结合行业技术规范的具体要求,灵活地运用各种优化措施增强管系详细设计的有效性,减少管系设计成本的同时优化资源配置;(3)管系平面综合布置过程中应满足安全可靠性、可行性、操作维修便捷性、经济性等原则的要求,确保管路布局优化能够达到船舶安全使用的具体要求。

1.3 船舶管路布局优化中的管系生产设计

为了达到船舶管路布局优化的具体要求,需要采取必要的措施,注重管系的生产设计,确保所有管路布局的合理有效性。管系生产设计要点主要包括:(1)熟悉详设图纸、设备资料、规格书等相关船型的文件及三维软件数据库初始化。(2)加强三维软件的合理运用,促使复杂的三维管系设计问题能够得到有效地处理,避免管路安装过程中出现干涉。同时,在可靠的三维软件支持下,有利于降低设计人员的工作强度,优化船舶管路布局,实现管系安装图及管子零件图的自动生成。除此之外,需要加强船体模型、数据库、设计图纸的严格把控,最大限度地增强所有管路布局的合理科学性。

2 基于维修性的船舶管路布局优化的可维修设计要点

为了增强管路的适用性,降低其长期使用中的故障发生率,需要加强对可维修设计技术的合理运用,对管路布局优化设计中存在的问题进行及时地处理,延长其使用寿命。实现这样的发展目标,需要注重船舶管理的可维修设计,降低其后期的维修成本,为船舶管路服务功能的不断优化提供可靠地保障。船舶管路的可维修设计要点主要包括:(1)在确定产品设计方案的过程中,应注重各零件数据资料的搜集与分析,明确具体的维修准则;(2)对管路相关的配件材料及型号选择合理性进行重点地考虑,明确船舶管理维修过程中的具体要求,并制定出相关的优化措施;(3)结合信息化技术及计算机网络的优势,构建出可靠的可维修设计参考模型,实现对船舶管路为维修中的动态分析与控制,降低各零件维修成本的同时增强船舶管路布局的合理性。除此之外,船舶管路可维修设计中应确保维修安全性,并结合标准化、模块化的要求,不断提升船舶管路可维修设计水平。

3 基于可维修的船舶管路布局优化措施

为了使船舶管路布局优化能够达到行业技术规范的具体要求,需要采取必要的优化措施进行必要地处理。具体表现在:(1)结合维修可达性的要求,构建完善的船舶管路布局数学模型,增强所有设备旁维修管道的设置合理性,保证维修空间的充足性,为各维护点的合理设置提供必要的参考信息;(2)构建可靠的单管路数学模型,对管路的拆卸、管路维修操作的可行性等进行综合地评估,计算出管路与各设备、舱壁等障碍物之间的最短维修距离,实现船舶管路布局优化的经济性目标,增强所有管路布局的合理性;(3)构建可靠的多管路数学模型。基于可维修的船舶管路布局优化目标的实现,需要对管路模型、维修人员活动范围、不同专业工具的活动空间等进行重点地考虑。因此,需要结合计算机系统三维空间模拟分析软件的作用,实现船舶管路多管路数学模型的有效构建。

4 结束语

基于维修性的船舶管路布局的不断优化,可以增强这些管路长期使用中的安全可靠性,完善船舶服务功能的基础上,不断地降低船舶管路的故障发生率,推动现代化船舶整体服务水平的提升。与此同时,加强对基于维修性的船舶管理优化研究,可以降低这些管理的维修成本,对于未来船舶使用中可靠性的不断增强具有重要的现实参考意义。

参考文献:

[1]王运龙,王晨.船舶管路智能布局优化设计[J].上海交通大学学报,2015(03).

篇6

一、船舶节能减排技术重要性

船舶节能减排是航运发展的需要,船舶运输努力的方向就是利用最合理的航速和耗油关系来获得最好的经济效益,对于船舶运输行业来说,船舶节能减排已经成为船舶企业落实科学发展观的关键步骤,其对建设资源节约型、环境友好型社会有着重要意义。在实际的船舶运输中,工作人员需要根据船舶运行航线、工况等实际的变化情况,对船舶实际运行中的耗油等进行分析以及修正,以便得到船舶实际的耗油数据,从而分析船舶实际的节能方式,为满足实际船舶运输需要奠定坚实基础。船舶节能减排也是我国法律法规的强制性要求,我国明确规定了到2020年,我国二氧化碳排放量会降低到16%,船舶运输单位运输周转耗能量降到15%,因此可以说船舶节能减排技术在一定程度上符合我国节能减排总体战略。

二、船舶节能减排的影响因素

1.船舶性能

船舶自身的性能会影响到船舶节能减排的效果,一般来说,不同船舶主辅机状态、涂装底漆以及污底情况、运营年限、型号以及船体浸水体积等都会对船舶节能减排产生不同影响。船舶主辅机是船舶运输过程中重要的耗能设备和安全设备,主辅机运行效率越高,船舶燃烧效率就越高,这样就可以适当降低船舶单位耗油量,在一定程度上对船舶节能减排工作起到重要作用;不同运营年限的船舶主机磨损程度不同,长时间运行的船舶主机磨损较大,其单位耗油量较大,对能源利用效率、污染物排放等存在一定的影响;不同型号的船舶抗风浪性能不同,其甲板受风面积以及船舶耐波性等都会对船舶节能减排效果产生一定的影响;船舶船体浸水体积会在一定程度上影响船舶兴波阻力,进而影响船舶节能减排效果。

2.环境因素

在船舶实际运行的过程中,环境因素会在一定程度上影响船舶燃料燃烧效率,进而船舶节能减排效率。具体来说,环境因素主要指的是船舶运行过程中的地理环境和自然环境,包括温度、气压、航道条件以及气象条件等,这些环境因素很大程度上会影响船舶耗油水平以及排放水平。例如大风会增加船舶运行阻力,影响船舶主机负荷,进而增加船舶耗油量;在海拔比较高的地区运行时,大气压力会随着海拔的升高而降低,空气含氧量也随之降低,这样船舶燃料就不能充分燃烧,单位燃料燃烧的实际功率也会降低;航道弯曲角度、交叉情况、航道宽度以及航道深度等都会在一定程度上影响船舶能源消耗以及废气排放情况,航道弯曲度越小,燃烧消耗越少。

3.效益因素

船舶资金投入成本以及效益水平在一定程度上反映了船舶企业给我国国家社会带来的经济效益以及实施节能减排的效果。船舶企业在进行高效低成本投入时,能够更合理地实施节能减排工作,促进船舶节能减排效果的实现,但船舶企业在进行比较高成本投入时不仅不能带来经济效益,还有可能使企业产生负经济效益,进而打击船舶企业节能减排的积极性,严重影响船舶企业的发展。船舶企业的经济效益指的是在船舶运行中,产品投入比值,其效益的高低在一定程度上影响着整个船舶行业。从国民经济方面来讲,经济效益就是说全部的构成要素和其中某个构成要素之间的百分比,经济效益越高,船舶节能减排发展越迅速。因此可以说,经济效益是船舶节能减排重要影响因素之一。

三、船舶节能减排技术的应用

1.船体减阻降耗

船舶船体减阻降耗是船舶节能减排重要手段之一。从船舶设计层面上讲,船体减阻降耗可以从船体低阻力线型设计、浮态调整、船舶船体表面减阻以及低风阻上层建筑等方面进行设计研究。低阻力线型设计主要包括线型优化和总体设计优化两个方面,如下图3.1所示。低阻力线型设计中的总体设计优化指的是设计优化人员根据设计经验和母型船等,在保证船舶具有足够排水量的前提下,调整方形系数和浮心位置,选取合适的船型尺寸比。而线型优化则指的是船舶船体线型的UV度、水线进流角以及去流角等的设计对船舶船体阻力具有一定的影响,设计优化人员依靠模型试验和CFD手段等,反复调整船舶线型,并最终确定船体的低阻力线型。船舶在实际航行中的阻力不仅仅取决于船舶的静水阻力,还与航线上风浪流等环境因素有关,研究人员对船舶在多种转载工况下的阻力性能进行研究,实现了在全航程多工况下船舶综合阻力性能全面提升的目标,从而形成了船舶船体减阻降耗的浮态调整方法。低风阻上层建筑则指的是设计人员通过优化船舶船体上层建筑的外形,降低风阻力,从而实现节能减排。

2.使用经济航速

船舶的燃油消耗是一种综合反映船舶节能减排技术与经济性的指标,其与船舶航速息息相关。在实际的船舶运行过程中,经济航速的概念主要有三种,也即最低燃油消耗率航速、最高盈利航速以及最低燃油费用航速,实际意义上的经济航速常指的是最低燃油消耗率航速。船舶主要部分有锅炉、船舶主机以及发电柴油机等,其中最重要的耗油就是船舶主机耗油,其重要的耗油特点就是在运行船舶主机时,船舶功率和船舶航速之间具有三次方关系,因此应适当地降低船舶航速。从实际的船舶运行方面进行考虑,当船舶转速和功率变化时,船舶主机消耗燃油量就会受到船速、换气量以及喷油量的影响,因此就要找到一个船舶航速和耗油的最佳平衡点。最佳平衡点主要从以下几个方面进行考虑:船舶航速和主机耗油量关系、船舶耗油设备的状态、船舶运营年限、船舶航行条件、船舶实际的运行路线等。因此,船舶使用经济航速的基本原理就是工作人员在主机安全的转速范围内,根据主机实际的运行情况,找到船舶耗油和航速最佳的平衡点。

3.提高推进效率

提高船舶推进效率主要有改进尾部伴流场、主机降功率使用等方式,改进尾部半流场指的是在船舶船体上加装螺旋桨整流罩,这种技术主要应用到对螺旋桨尺寸有限制的以及拖轮等高负荷低航速的船舶。加装螺旋桨整流罩后的螺旋桨后流场、桨轴上下不完全对称,其螺旋桨桨轴上方流场偏右,桨轴下方流场偏左。因此,使船舵上下部成一定角度,来分别对齐螺旋桨后流场,进而减少船舵所受扭矩,这种节能措施可在服务航速工况下节省4%的功率。主机降功率使用指的是将船舶主机的功率降低,进而降低船舶燃油消耗率,达到船舶节能的目的。这种节能技术较为成熟,虽然初次投入成本较大,但从整个船舶生命周期来看,该节能技术经济性较好。目前,很多的大型船舶公司可以接受这种优化设计方案,其通过主机的优化配置可实现3%―6%的降耗。

4.废热回收及废气处理

船舶废热回收及废气处理也是一种较为重要的船舶节能减排手段,其中船舶废热回收主要指的是船舶废热利用技术,其回收原理图如下图3.2所示,在船舶燃油消耗中,大概有50%的热量以热辐射、废气以及热交换的形式浪费掉。船舶主机废热利用透平转化功率为最大功率的0.6%到4%,这种利用技术初次投入资金较多,多用在大型集装箱船上;船舶主机冷却水废热再利用则可对船舶扫气和缸套的废热进行再次利用,从而提高2%到3.5%的主机功率,这种回收系统较为复杂,通常需要与蒸汽透平和废气透平等联合使用,因此多用在大型集装箱船上。船舶废气处理主要指的是船舶安装废气净化器以及船舶采用废气循环系统,船舶废气净化器可以有效去除船舶废气中的SOX以及微尘颗粒等,其去除率可达到98%、80%,船舶废气循环系统则可以有效减少船舶中的NOX,其主要是加装一个EGR单元,以降低船舶废气的峰值温度,从而减少船舶的产生。

结语

总而言之,船舶节能减排不仅能满足我国航运发展的需要,还能符合我国节能减排的总体国家战略,因此工作人员要采取合适的措施,对船舶进行节能减排优化设计,例如船体减阻降耗、使用经济航速、提高推进效率以及废热回收及废气处理,从而提高船舶节能减排效果,推动我国船舶运输行业的健康发展。

参考文献

[1]何放平,王海松.浅析船舶节能减排技术的应用[J].山东工业技术,2016(1)

篇7

科技实力和创新能力是船舶工业国际竞争力的决定因素。“十五”以来,我国船舶科技实力明显增强。重点主流船型形成标准化、系列化产品,高新技术船舶与海洋工程装备取得重大进展,船用配套设备填补多项国内空白,现代造船技术应用水平显著提高,有力支撑了船舶产业的跨越发展。“十一五”时期是我国船舶工业向更高目标迈进的关键时期,既面临难得机遇,也存在严峻挑战。先进造船国家在科研、技术、效率上仍占据优势,国际市场竞争日益激烈。随着产业规模的不断扩大,市场周期性波动、人民币汇率升值等潜在风险对产业发展的不利影响日趋增加。因此,船舶工业必须加快科技发展步伐,把科技进步和创新作为船舶工业发展的重要动力,提升科技整体实力,增强抗风险能力,提高国际竞争力。

“十五”以来,福建省船舶科技实力也明显增强,船舶产业规模不断扩大,产业技术水平明显提高。但是,与国内先进省市相比,还有一定差距。海峡西岸经济区建设为船舶工业发展提供难得的历史机遇,我省要抓住机遇,充分利用自身的优势,大力发展船舶工业和船舶科技。作为技术、人才、信息密集型的船舶工业,其发展离不开科技和人才的推动作用,为此,必须确立福建船舶工业科技创新与人才发展战略,科学制定福建省船舶与海洋工程学科发展规划,推动学科的跨越式发展,对于大力发展造船关键技术、提升行业科技创新能力、提高我省船舶工业综合实力和市场竞争力,进而促进我省经济社会又好又快发展具有重要的战略意义。

2 福建省船舶与海洋工程学科发展现状

2.1 福建省船舶工业发展现状

福建省拥有我国最长的深水岸线和独特的对台区位优势。在全国船舶工业快速发展的大环境下,凭借良好的地域优势和坚实的基础,紧紧抓住国际船舶市场的发展机遇,产业规模迅速扩大,综合实力明显增强,呈现出持续、高效、快速的发展势头。据统计,全省船舶工业企业及相关企事业单位共有260余家,规模以上(年销售收入500万元以上)修造船企业80余家,具备万吨级以上船舶修造能力的造修船企业32家。其中修造5万吨至10万吨级5家,修船能力10万吨级1家。全省船舶工业生产能力从“十五”末期的68万吨提高到2007年的200万吨。目前我省船舶工业基本形成福州、厦门以省船舶工业集团公司骨干企业为龙头的出口船建造基地;沿海地市(福安、龙海等)以民营企业为主导的修造船产业群组成的多种经济成分共同发展的产业格局。2007年,我省规模以上船舶工业企业完成工业总产值102.4亿元,首次突破百亿元大关,同比增长78%;出口产值43.9亿元,同比增长75%;造船完工量205艘/53.9万载重吨,同比分别增长8%和21%。

随着经济总量快速增长,经营接单也取得突破性进展。2007年我省船企共承接新船订单210艘,合同金额26.3亿美元;手持订单352艘,合同金额50亿美元。其中省船舶工业集团公司手持订单166艘,合同金额32.53亿美元(已生效145艘、合同金额25.3亿美元)。骨干船企的生产任务已经安排到2011年。

“十五”以来,福建船舶工业出口船市场不断拓宽,从德国、东南亚扩大到英国、瑞典、荷兰、澳大利亚及南太平洋等发达国家和地区。主要出口产品有:4900car-7000car汽车运输滚装船、30000t 重吊型集装箱货船、700TEU-1800TEU集装箱货船、53800t散货船、70m-87m海洋平台三用拖轮、50m-75m大马力工作拖船、24m-48m金枪鱼渔船、27000t运木船及3800t-6800t成品油船等十多种新船型。目前骨干企业都在努力推进成熟产品批量化生产,打造具有福建特色的品牌产品,不断提高市场占有率。

近年来,福建船舶工业取得了长足进步,但是与沿海船舶工业发达省份和中央两大船舶工业集团比还有很大差距,主要表现在:专业人才的培养跟不上船舶工业快速发展的需要;信息化应用水平不高影响行业整体技术水平的提高;骨干企业进行了现代造船模式改造,但多偏重于应用型技术,技术开发创新能力薄弱;配套产业发展滞后影响了福建船舶工业的带动效应的发挥和综合竞争能力的提高。

2.2 福建省船舶与海洋工程学科现状

“十一五”以来,福建省船舶与海洋工程学科根据行业发展的现实需求,围绕船型开发与设计技术、船用设备核心技术和现代造船技术三个重点技术领域进行学科建设,开展产学研联合开发,取得一定成果,船舶科技实力明显增强。

2.2.1 院校科研机构和企业技术中心为新技术开发提供强有力保障

集美大学轮机工程学院设有 “船舶工程技术研究所”、“自动化技术研究所”、“厦门市射频识别(RFID)工程技术中心”,在长期的研究基础上,形成极具特色和雄厚基础的四个学科方向:现代轮机管理、船舶电气工程及其自动化、船舶与海洋结构物设计制造、能源综合利用和环境保护。学院还拥有包括船舶工程虚拟现实技术及应用、自动化机舱、轮机操纵模拟器、柴油机测试中心、液压测试中心、船舶电站虚拟仿真以及焚烧炉测控、射频技术及其应用系统开发等科研平台。

福建交通职业技术学院船政学院拥有轮机模拟器实训中心、自动化机舱实训中心、船舶模拟电站、海水淡化实验室、船舶制冷实验室、油水分离实验室、电器智能实验室、中央空调实验室、主机遥控实验室、辅机电力拖动实验室、主辅机拆装等多个实验室,还有一艘停靠在马尾的3500吨级“古田”号实习船。

厦船重工、马尾造船、东南造船厂、福宁船舶重工的设计中心及福建斯达瑞船舶设计有限公司(由上海船舶研究设计院和福建马尾造船股份公司共同出资成立)都先后引进国际先进的瑞典TRIBON三维船舶设计软件和配套硬件设施,基本具备与国内外专业设计单位联合开展新船型研发,独立进行生产设计的能力。

2.2.2 科研成果为产业发展提供有力支撑

近3年来,集美大学轮机工程学院先后完成了30多项省部级以上及横向的科研课题,经费达1200多万元,现有省部级以上在研项目30余项。多项成果通过省级鉴定,其中《多功能射频信号采集与处理智能终端》项目荣获省科技进步奖三等奖,《船舶可视化监控与管理系统》获得厦门市科技进步三等奖;申请并获得20多项国家专利,多项技术已和企业对接。学院的教学成果硕果累累:轮机工程专业荣获“国家一类特色专业建设点”;三维CAD教育培训基地获科技部“国家制造业信息化十佳培训基地”;轮机工程专业荣获国家优秀教学成果奖二等奖一次,多次荣获省级优秀教学成果奖一等奖,两门课程获省级精品课程,两门获得省级精品课程立项,5门课程获得校级精品立项。

福建交通职业技术学院船政学院具有一定的科研开发和教育研究能力,2006年1月至2007年12月,该学院教师在各级期刊共60多篇,其中陈清彬副教授的《锅炉模拟仿真器》在“全国首届电气智能技术应用作品大赛”决赛中获得第三名。船政学院已拥有省级精品课程5门,校级精品课程8门,发明专利4项。2006年,轮机工程技术专业被教育部确定为首批建设的国家示范性专业,建设经费1000多万元。

通过产学研联合设计,骨干企业开发了具有国际品牌的特色产品。厦船重工开发的4900car汽车运输滚装船的设计、建造技术达到当代国际先进水平,并荣获 “2006年福建省优秀新产品二等奖”;30000t 重吊型集装箱货船被英国皇家造船师学会选为杰出船型之一,被国际航运界命名为超灵活多用途船,获得2003年国际“十佳船型称号”,获2003年福建省优秀新产品二等奖;东南造船厂自行研发的24m金枪鱼渔船荣获2005年中国渔业局渔船渔机协会“名牌产品”称号,被中国造船工程学会编入“中国船型汇编图册”。

2.2.3 现代造船技术在骨干企业得到普遍应用

省骨干造船企业从改造传统造船模式入手,以推进造船总装化、管理精细化和信息集成化为重点,结合企业实际,以产品为载体,推动建立现代造船模式工作向深入发展,已取得显著成绩,造船周期明显缩短, 马尾造船生产的700TEU集装箱货船创下了船台周期和码头周期35天的最好水平。企业的经济效益显著提高。在骨干企业带动下,民营企业异军突起,我省船舶产业规模迅速扩大,产业技术水平明显提高。在省造船工程学会的组织下,省属高校与造船企业开展联合攻关,构建技术服务与科技创新平台,促进我省船舶科技事业整体推进、协调发展。

2.2.4 行业技术人才培养初具规模

《中共中央、国务院关于进一步加强人才工作的决定》提出在建设中国特色社会主义伟大事业中,要把人才作为推进事业发展的关键因素,努力造就数以亿计的高素质劳动者、数以千万计的专门人才和一大批拔尖创新人才。福建船舶工业历史悠久,清朝洋务运动创办的福建船政学堂培养了大批历史上优秀航海和造船人才,为我国船舶工业发展作出卓越的贡献。由于历史原因,福建船舶工程学科本科人才培养一直处于断档状态,历年来各骨干企业都到省外高校招收毕业生。“十五”以来为满足我省船舶工业快速发展的需要,省内大中专院校加快船舶工程学科专业建设,目前拥有船舶工程及相关学科专业的院校有7所,在校(船舶工程和轮机工程两个专业)大学生1545人。集美大学轮机工程学院于2005年开办船舶与海洋工程专业,主要从事是船舶工程领域应用技术研究和应用型人才的培养,目前该专业在校学生共160余人,2008年开始船舶与海洋工程、轮机工程两个专业每年可输送毕业生近400人。该学院还设有“船舶与海洋结构物设计制造”硕士点,培养拔尖创新人才。福建交通职业技术学院船政学院目前设有轮机工程技术、船体制造与维修、船机制造与维修、制冷与冷藏技术等专业,在校生920人,主要培养船舶工程专业应用型人才。福建船舶工程技术学校等5所中专及技校为船舶工业企业输送大量船体装配、焊接、机电等专业技能型人才,几年来,已为我省船舶企业输送近千名技术工人,但仍然供不应求,还不能满足船舶工业发展对人才的需求。

2.2.5 存在问题

虽然近年来我省船舶与海洋工程学科的科技研究取得了显著成绩,但与国内先进省市相比,我省船舶与海洋工程学科水平还处于比较落后的状态,主要体现在:

首先,船舶设计开发能力较差。我省船舶研究院所和有关高校及造船厂目前基本上不具备整船自主设计的能力(包括方案设计、初步设计和详细设计,不含生产设计),特别是不具备中型以上船舶的整船设计能力,目前省内各造船企业都是通过与国内外专业设计单位联合设计接单建造。我省船舶研究院所和有关高校只具备单项强度设计、线型设计、性能计算以及一些辅助机械和甲板机械等的设计计算能力。

第二,现代造船工艺技术应用能力有待进一步提高。我省厦门船舶重工股份有限公司、马尾造船股份有限公司等造船企业利用TRIBON等造船软件进行生产设计,现已具备较强生产设计能力,并且积极采用现代造船模式,优化工艺设计,在模块化、精细化造船方面取得了一定成绩。但是,与国内先进造船企业相比,仍有较大差距,还需要进一步加大现代造船模式、精细化造船等造船技术的研究推广力度。

第三,科研软件配置不足。我省船舶与海洋设计研究院所和有关高校尚未引进NAPA、Maxsurf等船舶性能计算、初步设计软件、船舶水动力性能计算软件(如Fluent、Shipflow等),目前也不具备自主开发这类软件的能力。

第四,科研队伍有待发展壮大。集美大学轮机工程学院和福建交通职业技术学院船政学院虽然设置了船舶与海洋工程专业,但科研队伍比较薄弱,缺乏在国内船舶与海洋工程学科界具有较大影响力的领军人物,科研能力有待进一步提高。

3 福建省船舶与海洋工程学科的发展战略

近年来,在以信息技术为代表的高新技术带动下,世界船舶科技得到迅猛发展,船舶工业已经成为当今高新技术应用的重要领域,船型技术发展呈现出前所未有的活力,安全、环保成为船舶科技发展的新热点,现代造船技术从模式到生产都发生了质的变化,正在逐步取代落后的传统造船工艺。“十五”以来,我省船舶与海洋工程学科迅速崛起,为船舶工业发展提供了强大支撑,同时船舶工业的持续快速发展又为学科发展带来机遇,提出新的课题。为此,船舶与海洋工程学科发展必须领先于船舶制造业,又服务于船舶制造业。但是,我省船舶与海洋工程学科起步较晚,属新建学科,它的发展面临传统造船模式的技术改造、学科交叉与融合、智能化与虚拟化应用、数字化造船与精益造船技术应用等多方面的挑战。因此,必须增强紧迫感,研究制定船舶与海洋工程学科的发展思路、发展目标和发展重点,提出对策,加快学科建设,发挥学科的引领作用,推动我省船舶工业跨越式发展。

3.1 发展思路

福建省船舶与海洋工程学科的发展思路是:以国家《船舶工业中长期发展规划》、《船舶科技发展“十一五”规划纲要》和《全面建立现代造船模式行动纲要》为指导,以海西建设为契机,以学科建设为重点,以服务于本省船舶工业的发展为宗旨,全面贯彻科学发展观,牢固树立“数字造船”、“精益造船”和“绿色造船”理念,坚持产学研结合,为企业培养复合型适用型高素质人才,努力提高行业技术创新能力;与时俱进,开拓创新,用新思路、新举措推动我省船舶与海洋工程学科的新发展,为壮大我省船舶工业实力提供强有力的科技支撑。

3.2 发展目标

经过5年的努力,力争将福建省建设成为在国内船舶与海洋工程学科界具有一定影响的科学研究基地、高级复合型、应用型人才的培养基地和高新技术成果的转化基地,力争使我省船舶与海洋工程学科的发展达到国内先进水平。

3.3 发展重点

3.3.1完善省内院校学科建设,努力实现“船―机―电”一体化

海峡西岸经济区建设把船舶工业作为战略产业加以扶持,船舶工业的发展需要大量能胜任现代化船舶制造业的船、机、电专业高素质人才。福建交通职业技术学院船政学院已计划在“十一五”期间增设“船舶电气自动化技术专业”,形成以国家示范性专业轮机工程技术专业为龙头,船机制造与维修专业、制冷与冷藏技术专业、船舶电气自动化技术专业为支撑的船舶工程学科专业群,注重培养应用型船舶工程技术人才。

集美大学轮机工程学院充分发挥学院的资源优势,加快学科深度融合和课程优化,建立可持续发展的课程体系模块,加强专业特色建设,发挥“双师型”特色师资优势(既有专业课程教学经验又有工厂工作经历),建立稳定的校外实习实践教学基地,从教学上实现船机电一体化,注重复合型、应用型高素质工程管理和技术研究人才的培养。

3.3.2产学研结合,开展重点学科和技术领域的关键技术研究,促进科技成果转换成生产力

根据国家《船舶科技发展十一五规划纲要》确立的我国船舶科技发展的四个重点技术领域:船型开发与设计技术;海洋工程装备技术;船用设备核心技术;现代造船技术。从我省院校及骨干企业研发资源实际出发,重点开展以下几方面的研究:

3.3.2.1 开展船型技术中的绿色、安全技术研究

为应对国际公约、规则、规范、标准不断更新、升级的挑战,船舶与海洋工程学科必须尽快开展节能、环保、防污染研究及绿色、安全造船技术研究。注重在船舶设计、制造、营运、报废、拆解的全寿命周期中,通过采用先进工艺技术,达到既能满足用户对船舶产品使用功能和技术性能的要求,又节省资源和能源, 减少或消除环境污染,同时对生产者和使用者具有良好保护的先进制造技术。推行绿色造船技术,研究重点:一是加强对便于回收、生产过程简便、易于加工材料的应用研究,如选择应用工艺性能优良的板材、型材等;二是加强无毒无害材料的应用研究,避免生产过程对人体健康造成危害和对环境造成污染,如对低毒、低烟尘焊接材料和环保油漆的选择;三是加强可再生材料的研究, 如对具有再生利用价值的舱室绝缘材料的选择应用。

大力开展可再生能源高效利用、再生能源开发以及环境保护技术研究。主要研究内容包括:燃烧装置节能与尾气净化技术;船舶及工业余热余能综合利用技术;制冷设备的仿真建模、节能运行、优化设计、优化控制,绿色环保制冷剂的应用开发;再生能源开发及能源高效、清洁利用技术等。

3.3.2.2 开展精度造船研究

大力推广精度造船,应用造船精度管理与控制技术,以补偿量代替余量,实现船体部件及分段无余量装配和船台(船坞)无余量合拢,从而减少返工、废料和人工使用,提高造船效率,降低造船成本。重点开展精度管理计划、精度管理标准、分段装配难点,精度分配原则等技术研究,用数理统计的方法,对造船生产过程中的加工误差和焊接变形的精度进行监督、控制和改进。集美大学轮机工程学院应加快推进与厦门船舶重工股份有限公司合作开展的“船舶建造与精度控制技术研究”项目的研发进度,尽快完成船体建造各阶段精度控制系统与变化规律的研究,经过实船应用,及时总结经验,尽快在全省造船企业推广应用。

3.3.2.3 信息化工程应用技术研究

重点开展船舶设计、制造、管理一体化数字平台技术和造船虚拟仿真关键技术的研究,构建设计、建造、管理一体化平台,实现船舶设计建造全过程的无缝集成。

着力开展造船信息集成化研究,在造船生产设计、生产管理、物资、物流管理、设计转换、质量管理等全过程中采用信息集成化技术。在船厂内部应将信息化建设拓展到各个领域,以内部局域网为平台,搭建计划、生产管理网络,使设计、制造和管理基本实现信息化,实现企业资源优化、降低生产成本和造船生产周期,最终实现数字化造船。大力开展CADDSS、TRIBON、NAPA等船舶设计、建造软件的应用研究,促进数字化造船工程技术水平的不断提高。

开展造船虚拟仿真制造技术研究,在三维设计环境下建立数字化产品图形生产线,构造产品的三维数字模型。利用计算机可视化技术,开展将产品模型用多媒体的手段再现在计算机上的拟实技术研究,对生产零件的制造过程、产品的装配过程、船舶机电设备虚拟拆装过程和船舶机电设备虚拟操作训练过程等在仿真时钟的推进下进行仿真。这些技术可以在虚拟环境下解决生产过程中可能产生的时间、空间和资源冲突以及可加工性、可装配性、可维修性等方面的问题,以保证生产计划和船舶机电设备虚拟拆装的可行性与科学性。造船虚拟仿真制造技术研究的内容包括虚拟制造体系仿真模型系统构造技术、数字产品生产线可视化控制技术、面向设计制造的虚拟样船技术、船舶制造过程虚拟仿真技术以及船舶制造资源配置过程仿真技术。通过选择关键技术的研究与应用,可以大大地减少实物模型和样机的制造,从而降低产品的开发成本,缩短开发周期。

3.3.2.4 加强船用设备技术研究

通过引进技术与自主开发相结合,加快提升我省甲板机械、舱室机械等船舶辅机设计研发和制造水平,重点研究船用甲板机械设计和制造技术、船用舱室机械设计和制造技术。集美大学轮机工程学院正在与泉州佰源甲板机械股份有限公司联合开发设计节能型甲板机械项目,力争成为该厂船舶辅机的设计研发中心,为该厂提供强有力的科技支撑,打造自主创新品牌产品,促进船舶配套业发展壮大。

加强船舶自动化技术研究,重点开展机舱自动化系统、装卸自动化系统关键技术研究,致力于现代轮机自动控制及仿真技术的研究。主要研究内容包括:研制船用核心控制器,研究新型船舶机电设备自动控制系统架构,建立FCS架构的先进船舶机电设备自动控制系统,实现先进的船舶机电设备监控与管理;研究虚拟现实技术及其在船舶工程中的应用,研制船舶机电设备虚拟操作训练系统;建立船舶电站控制仿真系统,研究电力驱动系统及特性。

3.3.2.5 推动海洋工程装备技术研究

海洋工程和海洋开发业是知识经济的支柱产业之一,发展潜力巨大,最近 20 多年中,世界船舶工业在进军近海石油工程方面已经取得了重大进展。为了促进我省海洋工程和海洋开发业的发展,以集美大学轮机工程学院“船舶与海洋结构物设计制造”硕士点为依托,着手开展海洋工程装备基础技术研究,重点开展结构物在深海环境下的运动响应、结构强度及定位的基础技术,以及深海浮式设施国际公约、规范标准和设计软件的应用研究。

4 福建省船舶与海洋工程学科发展对策

4.1 加强船舶与海洋工程学科师资队伍建设

加强船舶工程教学、科研队伍建设,努力建设一支具有开拓精神、团结协作、结构合理、适应现代造船业发展需要,在国内外本领域具有一定影响力的科研、教学、技术推广队伍。集美大学轮机工程学院应进一步抓紧重点学科和硕士点的建设,构建和完善“现代轮机管理工程”、 “船舶电气工程及其自动化”、“船舶与海洋结构物设计制造”和“能源综合利用和环境保护”四个学科发展新平台,充分利用现有的科研平台,带动学科建设,培养学术队伍,努力培养一支分别以杨国豪、蔡振雄、林少芬、陈景锋为学术带头人的高水平、高素质、高层次的教学科研队伍。同时,加强学科创新团队的建设,培养新一代学术带头人和创新骨干。福建交通职业技术学院船政学院应充分利用现有的实训平台,带动专业建设,培养学术队伍,努力培养一支以陈清彬、吕凤明为学术带头人的高水平、高素质、高层次的教学科研队伍;充分利用福建省得天独厚的海洋资源优势和区位优势,把握海峡西岸经济区建设中交通及港口大发展赋予交通职业教育的发展机遇,打造与产业互动良好、在福建省内领先、国内一流的品牌专业,并带动辐射内部关联度大、整体实力强、适应职业岗位群需要的特色专业群;建设一批集教学、培训、职业技能鉴定、科技开发与服务功能于一体的开放式校内实验实训基地。

4.2 加强造船关键技术的研究力度

坚持科学研究面向经济建设主战场,以造船关键技术研究及其推广应用为主线,推动应用性研究和基础性研究的协调发展,加强团队协作攻关研究,培养和造就一批高效能的科研队伍。力争在精度造船、造船企业信息化工程应用研究及船型技术(绿色、节能、环保、安全)等关键技术研究上有所突破;开展新船型开发、船型优化、水动力性能计算、故障诊断技术、节能环保新技术、机电液一体化控制技术、创新设计、造型设计、舱室设计、虚拟设计、生产设计、现代造船模式等的理论与方法的研究;加强先进造船软件的二次开发应用研究,全面消化吸收国内外先进造船技术,形成一些具有自主知识产权的先进造船技术,大力促进福建省船舶与海洋工业的跨越式发展。

4.3 大力培养复合型适用人才

作为技术密集型的船舶工业,其发展离不开人才的推动作用,发展福建的船舶与海洋工业,人才战略刻不容缓。海西建设需要大量的工程技术管理人才,船舶与海洋工业的发展需要各类人才的有机配合。政府部门、高校、用人单位要认真研究和确定海西建设对制造业人才的需求,优化人才的层次结构;船舶工业企业要有计划地对现有的经营管理人员和专业技术人员进行多层次、全方位的培训,为船舶设计、生产与科研提供各类专业人员;通过对重大研发项目的攻关,培养造就一批高素质的专业技术人才;整合教育资源,鼓励和引导职业技校通过联合、合并、协作等方式,创建技工培养和培训的综合基地;大力引进人才,积极探索建立新的人才使用机制,给予高科技人才和技术创新者以分配上的倾斜,使人才资源真正转化为人才资本。省属有关高校,如集美大学、福建交通职业技术学院等,应以社会需求为导向确定人才培养目标,突出以人为本的教育理念,进一步完善人才培养体系,合理确定培养目标和计划,培养具有创新意识和综合实践能力的船舶与海洋工程复合型适用人才;大力发展工程技术类和技能型人才教育,培养现代造船业所需要的高素质劳动者和高技能专门人才。

4.4 促进和鼓励产学研紧密结合

政府应加大研发投入,建立创新平台和服务体系,支持福建省内外有关院校、科研院所与省内骨干造船企业的产学研结合,组建行业技术中心和联合研发平台,开发船舶高端产品,加快产品优化升级。企业可以给科研院所和高校提供课题和资金,科研院所和高校利用自身的科研优势为船舶企业提供相应的科研成果,进而促进两者之间的良性发展、互生共赢。为促进和鼓励产学研结合,利用研究成果,要充分发挥福建省造船工程学会的纽带与中介作用,积极开展企业的决策咨询服务,着力在产业政策制定、企业信息化建设、技术创新体系建设等优势领域展开合作,联合建设“官产学研”相结合的技术创新平台和成果应用示范基地,争取建立国家级技术中心或国家重点实验室。

4.5 加强技术交流与合作

国家鼓励船舶工业充分利用国内外资源,开展全方位、多层次的对内和对外的交流与合作,提升产业素质,促进产业升级,增强国际竞争力。交流与合作是经济全球化的必然要求,是充分利用国内外科技资源,提高科研成效的理想方式;是企业按照现代化总装模式开展专业化生产,提高效率,降低成本的需要;通过交流与合作可以为学习借鉴先进造船国的技术和管理提供机遇。加强与国内外高校船舶工程学科、船舶科研院所的技术交流与合作,通过主办学术会议、讲学、合作研究、合作办学、联合建立实验室和研究中心,广泛开展各类技术交流与合作,提高我省船舶与海洋工程学科学术水平和科研工作能力。

5 结语

模块化、数字化、智能化、精细化、集成化、节能环保、柔性、高效是船舶与海洋工程学科未来的发展趋势。作为海西建设的主战场,福建省应充分认识到我省船舶与海洋工程学科近几年虽然取得了一些成绩,但毕竟是新建学科且与国内先进水平相比还有较大差距。只有明确我省船舶与海洋工程学科的发展战略,构建科研创新平台,大力发展造船关键技术,落实促进我省船舶与海洋工程学科发展的对策与措施,我省船舶与海洋工程学科才能取得新的发展。福建省造船工程学会将深入贯彻落实科学发展观,联合全省船舶与海洋工程领域的学术、科研和企业力量,充分发挥广大船舶科技工作者的积极性与聪明才智,共同开创福建省船舶与海洋工程学科发展的新局面。

参考文献:

[1] 船舶工业中长期发展规划(2006-2015年).

[2] 船舶科技发展“十一五”规划纲要.

[3] 全面建立现代造船模式行动纲要(2006-2010年).

[4] 国防科工委关于加快建立现代造船模式的指导意见, 2004.

[5] 胡日强. 船体建造精度控制技术研究[D]. 大连理工大学博士学位论文,2006: 3~4.

[6] 谢子明.数字化造船四大关键技术等待突破[J].中国制造业信息化,2006, (16): 19.

[7] 张标.关于推进我国绿色造船技术的探讨与思考[J].广东造船,2007,(3):30.

[8] 林奋.统筹规划,调整结构,改革创新,实现福建船舶工业跨越发展[J].机电技术, 2003, (S1): 20.

[9] 张明华.精益造船模式研究[M].北京:中国经济出版社,2005: 1~128.

[10] 福建省机械工程学会. 福建省机械工程学科发展报告[J].海峡科学,2008, (1): 20~25.

课题组成员:

1. 熊云峰,集美大学轮机工程学院,副教授。

2. 蔡振雄,集美大学轮机工程学院院长,教授,硕士生导师。

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作为海上重要的交通运输工具,不仅要确保船舶的可靠性高和速度快,而且需要处理好船舶设计节能减排技术问题。中国正在进入节能减排时代,船舶航运作为Q易运输的主体,其能源结构和废气排放对自然环境的影响很大,因此从船舶设计入手,研究节能减排技术,以尽可能地减少船舶航运对环境的不利影响。

一、船舶节能减排的意义

船舶作为海上运输的主要工具,他具有通过能力大、运费低廉、运输量大等特点,目前,国际贸易总运量的三分之二,我国进出口货运总量的90%都是利用海上运输。随着物流业的进一步发展,其数量也在不断增加。而船舶作为能耗大户,对其进行节能减排技术改造,保护环境,具有重要的现实意义。国际航运业对环境到底产生了多大的影响?众多的研究表示船舶的二氧化碳排放量估计占世界二氧化碳排放总量的1.8%到4.5%。而且该数字还将随着世界贸易活动和国际航运量的增长而不断增长。除排放二氧化碳外,船舶动力装置还会排放一氧化碳、氮氢化合物、硫化物、微粒等有害物质,这些都会对海洋环境造成影响和破坏。

二、节能型船舶的发展趋势和在研发中存在的问题

(一)节能型船舶的发展趋势

目前节能减排已经成为船舶行业关注的重要问题,选择节能型船舶是节能减排的重要因素。选择节能型船舶需要坚持的两个原则:1)根据不同的地形,不同河流,选择不同的节能型船型;2)根据经济效益因素选择不同的节能型船型。节能型船舶除了船型、螺旋桨等因素影响节能外,还存在许多因素,比如航速和外界条件等。

(二)节能型船舶在研发中存在的问题

1.政府支持力度不够

节能型船舶的研发与推广需要大量的资金,因此节能型船舶必须得到政府的大力支持才能取得明显的进步,但是部分政府对于节能型船舶的环保作用认识不到位,并没有给予资金以及政策上的支持,这是节能型船舶在研发中存在的主要问题。

2.节能环保意识不强

人们对于环境保护的意识不强,必须依靠宣传才能增强节能减排的意识。节能型船舶的宣传力度不够,导致决策者以及船东对节能型船舶的认识不够,从而影响节能型船舶的研发和推广。

3.短期经济利益的影响

节能型船舶的造价较高,受经济利益的影响,大多数船东会选择造价低、短期经济效益高的船舶,一般不会选择造价高的节能型船舶。

4.基础设施的制约

目前我国中一半的航道存在机械化程度低、技术条件差、工作效率低等问题,这些问题影响大型节能型船舶的推广。

5.缺乏法律保障

近年来环境污染日益严重,需要利用法律对环境保护进行制约,目前船舶的能耗对环境污染造成的影响非常的大,由于缺乏法律保障,对于环保型船舶没有明确的规定,导致节能型船舶推广受到阻碍。

三、船舶节能减排技术的应用

(一)船体减阻降耗

船舶船体减阻降耗是船舶节能减排重要手段之一。从船舶设计层面上讲,船体减阻降耗可以从船体低阻力线型设计、浮态调整、船舶船体表面减阻以及低风阻上层建筑等方面进行设计研究。低阻力线型设计主要包括线型优化和总体设计优化两个方面,如下图3.1所示。低阻力线型设计中的总体设计优化指的是设计优化人员根据设计经验和母型船等,在保证船舶具有足够排水量的前提下,调整方形系数和浮心位置,选取合适的船型尺寸比。而线型优化则指的是船舶船体线型的UV度、水线进流角以及去流角等的设计对船舶船体阻力具有一定的影响,设计优化人员依靠模型试验和CFD手段等,反复调整船舶线型,并最终确定船体的低阻力线型。船舶在实际航行中的阻力不仅仅取决于船舶的静水阻力,还与航线上风浪流等环境因素有关,研究人员对船舶在多种转载工况下的阻力性能进行研究,实现了在全航程多工况下船舶综合阻力性能全面提升的目标,从而形成了船舶船体减阻降耗的浮态调整方法。低风阻上层建筑则指的是设计人员通过优化船舶船体上层建筑的外形,降低风阻力,从而实现节能减排。

(二)使用经济航速

船舶的燃油消耗是一种综合反映船舶节能减排技术与经济性的指标,其与船舶航速息息相关。在实际的船舶运行过程中,经济航速的概念主要有三种,也即最低燃油消耗率航速、最高盈利航速以及最低燃油费用航速,实际意义上的经济航速常指的是最低燃油消耗率航速。船舶主要部分有锅炉、船舶主机以及发电柴油机等,其中最重要的耗油就是船舶主机耗油,其重要的耗油特点就是在运行船舶主机时,船舶功率和船舶航速之间具有三次方关系,因此应适当地降低船舶航速。从实际的船舶运行方面进行考虑,当船舶转速和功率变化时,船舶主机消耗燃油量就会受到船速、换气量以及喷油量的影响,因此就要找到一个船舶航速和耗油的最佳平衡点。最佳平衡点主要从以下几个方面进行考虑:船舶航速和主机耗油量关系、船舶耗油设备的状态、船舶运营年限、船舶航行条件、船舶实际的运行路线等。因此,船舶使用经济航速的基本原理就是工作人员在主机安全的转速范围内,根据主机实际的运行情况,找到船舶耗油和航速最佳的平衡点。

(三)提高推进效率

提高船舶推进效率主要有改进尾部伴流场、主机降功率使用等方式,改进尾部半流场指的是在船舶船体上加装螺旋桨整流罩,这种技术主要应用到对螺旋桨尺寸有限制的以及拖轮等高负荷低航速的船舶。加装螺旋桨整流罩后的螺旋桨后流场、桨轴上下不完全对称,其螺旋桨桨轴上方流场偏右,桨轴下方流场偏左。因此,使船舵上下部成一定角度,来分别对齐螺旋桨后流场,进而减少船舵所受扭矩,这种节能措施可在服务航速工况下节省4%的功率。主机降功率使用指的是将船舶主机的功率降低,进而降低船舶燃油消耗率,达到船舶节能的目的。这种节能技术较为成熟,虽然初次投入成本较大,但从整个船舶生命周期来看,该节能技术经济性较好。目前,很多的大型船舶公司可以接受这种优化设计方案,其通过主机的优化配置可实现3%D6%的降耗。

(四)废热回收及废气处理

船舶废热回收及废气处理也是一种较为重要的船舶节能减排手段,其中船舶废热回收主要指的是船舶废热利用技术,在船舶燃油消耗中,大概有50%的热量以热辐射、废气以及热交换的形式浪费掉。船舶主机废热利用透平转化功率为最大功率的0.6%到4%,这种利用技术初次投入资金较多,多用在大型集装箱船上;船舶主机冷却水废热再利用则可对船舶扫气和缸套的废热进行再次利用,从而提高2%到3.5%的主机功率,这种回收系统较为复杂,通常需要与蒸汽透平和废气透平等联合使用,因此多用在大型集装箱船上。

四、结束语

综上所述,设计节能减排技术在船舶中,对于船舶设计节能减排技术应当从原理进行研究,重视船舶能效设计指数及其影响,最大限度的善船舶的环境。

篇9

船舶并行协同设计成为现代船舶设计的主要方法,该设计理念的先进性主要表现在数字化设计以及行业并行协同设计,通过资源信息的共享与集成,实现船舶设计、决策等方面的协同管理,有助于推动船舶设计与制造的水平。

1.开展船舶协同设计的必要性

船舶是一种大型商品,具有结构和技术复杂、开发设计周期长、配套零件多、产品内容大量等特点,船舶设计对于船舶成本、质量以及生产周期具有重要影响[1]。由于目前市场中的船舶产品的种类多种多样,且客户要求的时间较短,时常出现多种规格船舶同时设计的情况,并且由于船舶设计需要各单位和组织的共同合作,包括船舶商、造船厂、修船厂、客户、船舶设计研究所、零部件供应商、设备生产商以及融资方等机构,利用先进的计算机技术、软件工程进行船舶协同设计,是现代船舶设计的主要趋势[2]。协同设计需要各单位组织的资源共享,提高信息的利用率,从而使船舶设计人员能够减少信息采集的时间,通过行业间的协同设计共同合作。现代XML技术、WEB service技术、软件技术成为船舶协同设计中的关键技术,使得船舶设计向着综合化、整体化发展。利用这些先进技术进行分析与计算,并结合物理仿真试验等功能,构建全面化船舶协同设计系统[3]。

2.船舶协同设计体系结构

目前我国船舶制造行业与国外相比仍存在较大的差距,主要表现在产品的开发水平较低、产品创新少,尤其是设计周期较长、产品成本高以及质量参差不齐等问题的影响。随着日韩两国船舶制造行业的不断发展,给我国船舶制造行业带来了不小的压力。因此,降低制造成本、提高国际市场竞争力,提高船舶技术含量与制造质量,是现代船舶制造工业主要需要解决的问题[4]。随着我国经济市场全球化趋势的加深,船舶企业必须着眼于国际上先进的船舶研究设计机构、加工企业以及供应市场。同时也要加强船舶制造行业上游企业与下游企业的强强联手,从产品研发与创新城面上构建本土优势行业,并不断努力突破劳动成本优势的限制,建立一个设计、计算、仿真试验于一体的系统研发机构具有重要的现实意义。

根据现代信息技术的发展以及船舶协同设计的需求,文章提出的船舶协同设计系统主要由数据库层、协同服务层、协同管理层以及设计工作层组成。数据库层主要是由各企业经由互联网构成的分布在各地的产品数据库、电子仓库以及信息库等。协同服务层主要是由通用服务器或专用服务器构成的服务平台,主要包括了互联网服务器、安全服务器、通讯服务器以及产品记录服务器,能够实现资源共享、信息交换的功能,专用服务器主要用于数字化分析、仿真设计、水动力分析以及船舶零部件整理等方面。协同管理层主要包括用户管理、系统管理、资源管理、产品管理等方面。船舶设计工作层主要包括项目经理任务分配以及设计人员的设计工作。

3.船舶协同设计关键技术

虽然船舶开发期间的成本不高,但是其对船舶产品生产周期具有重要影响。其次在开发过程中随着设计错误的更改,会随着开发进度的增加而不断提升。利用协同设计技术能够大大的缩短设计周期,减少设计错误,实现资源的共享,有助于减少设计成本,缩短产品生产周几,提高各种资源的使用效率,优化资源配置。

3.1 信息集成框架和协同设计体系研究

船舶生产中主要包括产品设计、产品制造、产品销售以及后期维护等环节,而在生产过程中涉及到许多方面,除了质量单位的验收外,还需要船东、制造商的全程参与,并对产品设计提出不同的要求。利用先进的科学技术,构建船舶协同设计系统,有助于更好的研发异构操作系统、如何实现异构软件中的同步、异步等不同情况下的数据交流,研究数据保密技术等。协同服务层主要是对各种数据模型、结构设计、性能设计、仿真实验等进行分析。

3.2 船舶协同本体建模研究

其主要包括人机交互、一体化操作等方面的研究,针对船舶协同设计模型展开研究。通过建立相应的结构模型、船舶协同设计共享数据库等。以STEP标准为基础,并结合我国船舶制造业的实际发展情况,针对整个船舶产品研发周期的产品信息进行建模处理。研究先进的制造方法和技术,并建立各方面协同合作的关系与模型。

3.3 基于工作流的协同设计过程建模和控制研究

协同设计离不开各个环节的协同配合,在同一环节的操作过程中,可能需要多组织或多单位共同合作才能完成,有可能还需要返回至前一个操作步骤。在船舶设计过程中,各方面的参数都可能发生变更,某一处参数发生变更会使得其他部位也需要进行调整,甚至导致设计流程要改变。因此,除了需要建设科学的船舶设计协同模型,并且需要提高控制系统的操作性与灵活性,从而满足设计参数变更的需求。

3.4 船舶产品开发的组织模型

由于船舶设计具有较高的复杂性,且技术含量较高,即使在不远的未来,仍旧需要以人作为主导,利用计算机技术进行设计。科学的组织模型能够帮助设计人员对分配的任务以及合作任务进行更好的管理,组织模型为设计人员的工作提供了更好的交流框架,从而让设计人员能够更好的协同合作,提高设计效率与质量。

3.5 支持图形互操作的协调系统

由于不同人员的学习水平、任务、工作经验、个人能力各有所不同,在研发设计过程中难免会出现意见不统一的情况,设计人员与审核人员需要针对3D建模设计图纸就某一具体问题进行核对、探讨或协作时,其实质上就是3D建模之间的图形互操作协调。协调是解决矛盾的主要途径,需要通过研发图形互操作协调系统,解决设计不统一的问},保障协同设计的顺利开展。

3.6 船舶协同产品商务研究

产品设计不单单需要考虑到技术因素,同时还需要考虑到市场需求。协同设计时需要将产品设计、制造、采购、销售、服务及客户管理等连成一个整体网络。不同的单位和企业都参与船舶协同设计,从而构成了一个系统,需要对合作伙伴以及单位进行评价,从而选择合适的合作商,优化产业链的结构,促使协同设计目标具有统一性。

4.结束语

船舶协同设计是一项复杂的工程,需要各种工程技术的重组与调整,涉及到各种机构的权值变更,同时也需要各级单位的配合与支持,从思想、组织、技术和资源上进行深入合作,协调好各方面的关系,认清局部与整体之间的利益关系。

参考文献

[1] 刘寅东,苏绍娟.船舶并行协同设计环境及关键技术[J].大连海事大学学报,2015,37(1):25-28,31.

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2、突破基础共性及核心关键技术

加强船舶、海洋工程装备、配套设备和系统等领域的基础共性技术研究,开展先进设计方法和设计软件的研发。掌握高技术船舶开发关键技术,突破船舶关键系统的总体设计和集成技术;开展重点海洋工程装备关键设计建造技术研究,提升多学科、多专业的技术综合集成能力和项目总承包能力。加强军民两用技术研究,加快军民用技术相互转化。实施重大创新项目,将产品开发、关键技术攻关、配套设备和关键零部件研制、样机研制、工程示范应用等结合起来,系统解决相关领域技术难题。健全和完善船舶工业标准体系,积极参与国际标准制定。

3、建设行业技术创新平台

引导和支持骨干企业建设国家级的船舶、海洋工程装备以及船用设备研发实验中心。依托重大创新项目,建设数字化水池、高技术船舶及重点海洋工程装备的研发试验设施,建立和完善船用低、中、高速柴油机和船舶辅机自主研发平台。支持船舶企业与高校、科研院所联合建设重点实验室、工程技术研究中心。支持船舶工业与钢铁、航运、石油石化等上下游产业共同组建研发机构。

4、推进企业技术改造

以船用设备、海洋工程装备、高技术船舶领域为重点,加大企业技术改造投入,提升先进规模化生产能力,解决产业发展的瓶颈制约,优化产业链。以提高效率和效益为中心,加大船舶企业数字化、自动化技术改造提升力度,加快采用和推广节能减排的新技术、新工艺和新装备。强化企业技术改造与技术引进、技术创新的结合。以行业特色技术和高新技术推广应用为重点,提高军民技术产业化能力。

技术改造的重点方向为:

产业升级改造。高技术、高附加值船舶的专业化设施设备;企业兼并重组后进行的流程再造等技术改造:中小型船舶企业调整转型中的技术改造。

优化产业链。通过技术引进、消化吸收再创新,填补国内空白的项目;船用主机等主要船用配套设备以及重点海洋工程装备生产企业的技术进步,增加研制条件或补充专业化设施设备的项目。

提高信息化水平。加强信息技术对主要耗能设备和工艺流程的改造;推广节能、高效、清洁生产、循环经济和综合利用等关键技术和工艺工装;数字化、自动化系统和设备的研制与应用。

加快产业组织结构调整

1、培育国际一流大型企业集团

遵循市场经济规律,积极推进以大型骨干造船企业为龙头的跨地区、跨行业、跨所有制的兼并重组,优化资源配置,发展拥有核心竞争力的国际一流企业集团,提高产业集中度。促进优势企业通过兼并重组等方式扩大高端产品制造能力。鼓励上下游企业组成战略联盟,进行产业链整合。推进骨干企业开展境外并购。引导船用低中速柴油机和甲板机械等配套企业以资本、产品为纽带,加大专业化重组力度。

2、打造专业化、特色化的中小船舶企业

鼓励中小型造船企业面向细分市场实施差异化竞争,向“专、精、特、新”的方向发展,在优势领域形成特色和品牌。鼓励有实力的中小型造船企业面向骨干造船企业发展专业化船舶中间产品制造,融入骨干企业的生产体系。引导中小企业积极发展特种船舶、内河船舶、玻璃钢渔船制造,形成以大型骨干造船企业为主导,大中小造船企业错位发展的产业格局。

3、发展现代船舶制造服务业

推动设计、软件开发等专业化服务企业发展,增强核心竞争力,提升产品附加值。加快发展物流、电子商务、市场和法律咨询、工程管理等现代服务业,拓展产业链条,完善产业体系。鼓励大型造船集团有步骤地开展船舶融资租赁业务,培育行业非银行金融机构,促进产融结合。进一步提高船舶配套企业市场营销能力和服务水平,加快骨干企业全球营销服务网络建设。

实施品牌和质量提升战略

1、培育国际知名品牌

在散货船、油船、集装箱船三大主流船型以及有较好基础、市场需求量大的高技术船舶领域,加大品牌培育力度,努力打造一批全寿命周期成本低、质量优良、综合技术经济性能一流、引领市场需求的系列化国际知名品牌产品。发展节能环保的标准化、系列化内河船舶。推进渔船标准化改造,发展玻璃钢渔船。培育豪华游艇、旅游观光艇、公务艇、商务艇等品牌产品。在钻井平台、海洋工程辅助船等海洋油气开发装备领域,以及船用中高速柴油机、船用发电机、甲板机械、舱室设备等优势配套领域,打造一批具有国际竞争力的中国品牌产品。支持大型船舶企业集团投资、收购海外知名品牌。

2、强化行业质量评估与监管

进一步规范行业市场秩序,完善行业准入制度。健全完善船舶行业准入标准体系,加强《船舶设计单位设计条件基本要求及评价方法》、《船舶生产企业生产条件基本要求及评价方法》、《船舶修理企业生产条件基本要求及评价方法》等标准的贯彻实施力度,组织研究制定海洋工程装备制造行业准入标准,健全完善行业安全、节能、环保标准。完善行业监督体系,对符合准入条件的船舶设计单位、船舶建造企业、船舶修理企业、海洋工程装备制造企业名单予以公告,实行社会监督、动态管理。完善第三方质量评估体系,建立长效机制,从源头上消除船舶质量隐患。

3、加强企业质量安全管理和控制

进一步加强企业标准、编码体系、数据库等基础建设,完善船舶企业质量、安全、环保管理体系,落实企业安全责任制,严格企业全员安全培训,强化事故防范能力建设,形成良好的企业质量和安全文化。推动企业运用信息化手段,优化产品设计,构建先进的生产计划体系和工程管理体系,加强对产品全寿命周期和全供应链的质量控制。推进质量安全示范企业和示范工程,带动全行业质量安全水平的提升。

打造高效的船舶制造体系

1、推进精益造船

进一步推进造船生产流程改进与优化,骨干企业全面实现设计、生产、管理一体化,加强造船精细化管理技术、高效制造王艺与先遴工装技术研究,深入开展高技术高附加值船舶及海洋工程装备建造工艺工装的研究与应用,大力开发应用巨型分段/总段建造技术、精度控制技术、快速搭载技术、舾装先行化技术、大型单元模块制造技术、高效自动化焊接技术、整体长效防腐涂装技术等先进制造技术。

2、加快信息化建设

重点提升数字化造船能力,加快数字化设计系统、产品数字化制造系统和生产管理系统建设,实现造船总装化、管理精细化和信息集成化,全面建立现代造船模式。以数字化造机为突破口,推进骨干配套企业信息化建设,加快建立总装化、模块化、专业化的现代制造模式。开展关键软件系统研发,形成并推广应用一批具有知识产权的软件产品。积极推进骨干企业(集团)内部信息化网络系统平台建设,完善信息共享和统筹管理机制,提高运行效率。

3、发展中间产品专业化制造

配合总装造船模式的建立,积极发展分段、单元模块、舾装等中间产品的专业化分工协作体系。三大造船基地实施集群化发展,着力提升集群内部专业化分工协作水平,大型造船基地要继续建立健全专业化加工配送体系,按照专业化生产要求,建立板材、管材、电缆等大宗材料配送中心。

4、提高绿色造船水平

围绕船舶设计、建造重点环节,积极开展节能降耗技术研究,推广应用低能耗、低物耗、高效自动化装备以及环境友好型防污漆等材料,努力构建绿色环保、高效节约的先进制造体系。强化节能降耗基础管理,引导骨干企业编制节能降耗规划。积极推行轻量化、低消耗设计,加快淘汰高耗能设备和高物耗工艺。加强行业节能降耗标准和评估体系建设,营造有利于节能降耗的环境。

优化产业布局

1、调整优化造修船产能

依托环渤海湾、长江三角洲和珠江三角洲三大造船基地,引导骨干造船企业以内部挖潜、优化存量配置等方式实现产能最大化,提高产业集聚度;在沿江沿海地区加快建设若干国家级船舶出口基地;在长江等重点内河水域沿线打造专业化的内河船舶建造基地:加快建立集设计、生产、销售和服务为一体的游艇制造产业链;严格执行行业准入标准,淘汰落后产能。推进有品牌优势的骨干修船企业开展并购,优化修船能力布局。规范发展拆船业,推行绿色拆船,实施定点拆解。

2、推进海洋工程装备制造业集聚发展

结合我国海洋油气资源的分布,在已有石油石化装备制造和造船基地布局的基础上,充分利用现有造船设施发展海洋工程装备,培育三大海洋工程装备制造业集聚区和若干重点海工配套产品研发制造基地。依托大型骨干企业(集团),以总承包为牵引,在产业聚集区内汇集一批工程设计、模块制造、配套供应、安装调试等领域的专业化分包商,形成规模化、专业化发展的产业格局。

3、做大做强重点配套产品制造基地

结合我国船舶配套业已有基础和优势,通过技术改造等方式,加快船用柴油机及关键零部件、船用甲板机械和舱室设备等优势配套产品制造基地建设,实现规模化发展。通过合资合作、许可证方式、联合设计开发及自主研发等途径,培育和扩大一批国内短缺和空白的中高端产品生产能力。

专栏2:重点领域产业布局

造船业。重点发展以大连、葫芦岛、天津、青岛为主的环渤海地区,以上海、苏中地区、舟山为主的长江三角洲地区和以广州为主的珠江三角洲地区三大造船基地。

篇11

一、计算机技术在船舶三维设计中的价值性

在整个船舶企业的设计制造当中,船舶企业必须要依赖一个设计平台。来管理整个设计过程,并进行数据交换与数据共享。因此为了提高船舶的建造质量,并且降低船舶的建造成本,必须要重视船舶三维设计的重要意义。

首先,船舶三维设计平台可以对系统的资源进行整合,因为软件是多样性的,所以企业需要利用平台对软件系统进行整合,让每个软件系统都发挥自己的优势,这样就会加快设计的效率。

其次,这个平台可以管理模型的数据信息。在船舶的开发与设计过程中,需要产生大量的数据,而这些数据证实船舶制造的关键信息,但问题是每个软件生成的信息不是统一的,这样一来就增加了信息管理的难度,且软件的不断更新、更换或者升级,又有可能会造成数据丢失。因此利用三维平台可以让数据进行统一规整与管理,提升效率,保护数据。

最后,三维设计平台有利于船舶一体化的设计。船舶设计软件设计的结果是环环相扣的,修改一个数据机会牵扯到其他数据,因此采用三维设计平台,通过统一管理数据,可以避免很多因为数据修改而产生的错误,并且对船舶一体化的设计有着非常重要的作用。

二、船舶三维设计平台的技术方案探析

船舶的设计是多方面的,分为较多部分,其中依次是概念的设计、总体的规划设计、深化设计以及生产深化设计几个部分。且这个几个部分相互关联相互影响,呈螺旋上升的过程。因此在三维设计平台设计船舶的外形及结构设计过程中,因此需要通过平台对进行资源与数据整合。

(一)系统的架构分析

CATLA作为三维平台的核心系统,具有相当重要的意义,其通过Automation技术开发船体外形,实现船体的基本机构设计。通过XML中间格式文件,实现系统集成。而整个船舶设计功能模块,是分为5个部分的,但是船舶设计表达通用模型是整个平台的核心。

(二)核心平台分析

船舶三维设计平台在前期的研究中,也是做了比较多的测试与对比的,因此最终选择的是CATLA作为核心平台。主要是原因是:首先,其实一款通用的CAD软件,船舶设计的几个造型功能非常强大,且操作简单,精度也是比较高的。在转换软件时也能保证完整的模型精度。其次,CATLA软件提供了比较多的二次开发接口,资料较为丰富,这也为软件的开发降低了难度。其接口能够提供标准的文件格式,且还可以输出标准的文件格式。其三,CATLA软件可以建立船舶的型材库、板材库与设备库等,这样就能提升设计效率,降低建模时的难度。最后比较重要的一点就是,CATLA软件具有比较强大的发展空间,其收购了许多家公司,因此可以预测其再将来的一段时间之内,仍将是船舶设计中的比较主流的一款软件,这样就能保证船舶设计三维平台的生命力与反发展力。

(三)模型的接口方案分析

船舶三维设计平台,有很重要的一个功能就是数据交换功能,实现模型共享,因此其CAX系统的数据接口主要有三种主要方式:专用、通用以及统一模型的数据交换。

专用格式数据交换是为了实现三维模型的映射与转化,其针对的主要特性系统有CAD的DWG格式、CATLA软件的CATpart与CATprodurct等。而通用的数据标准则是由DXF、STEP、LGES、VRML、X3D等,这些数据格式是中性的,不依赖与任何系统。统一产品模型数据交换是不同的系统采用相同的数据管理软件。因此,由于船舶设计的三维平台有着跨平台的优越性,因此其具体图(1)示如下:

图(1)船舶通用模型数据信息示意图

三、船舶设计的表达通用模型分析

船舶设计是牵扯到的因素是方方面面的,其本身就是一个复杂的综合物体,所以对其进行设计其方案也必定拥有较为复杂的综合性特点,这些问题包含了流体静力学、水动力以及结构等多方面的知识。只有把这些学科高度优化与融合在一起,才能完整的设计船舶,因此,对于船舶的设计而言,其设计问题是具有综合性的特点的。因此,在船舶设计到建造施工的过程中,涉及到的设计者、船厂与船检方等,都需要共同努力。船舶设计者也应该将整个设计的船舶作为研究对象,利用船舶设计表达通用模型。

(一)模型表达中的单位与坐标

船舶设计的不同阶段对应相应的设计知识积设计自由度,设计阶段越靠后需要的设计知识越多,而设计的自由度却越低。在船舶的设计过程中,一般以毫米为单位进行建模,针对不同软件的不同单位制,一般维持在毫米级为准。但是还出于不同三维设计软件对几何体的参考数据精度要求不同,因此一般采用四位小数点作为有效值的标准方法。

坐标方面,由于船型、重量、船舱容量、速度与稳定性、操纵的灵活性、结构与经济性等。因此对不同类型的船舶进行多学科优化设计的时候,需要选择与其相适应的经验公式与统计公式模型。以及船舶的构件尺寸不是唯一的,且焊接形式较多,因此需要考虑全局坐标系和局部坐标系的问题。一般来言,船舶设计坐标系采用右手笛卡尔坐标系,原点在船的尾垂线与船中线的交点。

(二)船舶整体模型

船舶设计周期长、学科多以及耦合关系复杂等,因此决定了学科分析需要采用精度更高的方法,然后利用响应面近似模型技术来完成整个设计优化过程。如今,多学科设计的优化方法已经被飞机甚至是导弹行业所应用,并且也取得了良好的设计结果。由此可以看得出来其是一项非常科学的、行之有效的方法。船舶的整体模型,包含管系、电气及设备等模型,具体如下图(2)所示:

具体为ship为跟元素,其就是整个船体。Shape是外形模型,hull是结构模型,而subdivsion分舱模型。

(三)船舶外型模型

船舶设计的过程重组就是用另一种方式设计船舶,但是在设计中,要注意三维平台系统虽然功能强大,设计师在设计的时候可以利用它来进行设计,可以将它作为有效地辅助工具,但是,设计者一定要建立在对这个系统的深入理解上,而不只是依靠计算机忽视了思考和创新。因此在传统的设计方法基础之上,通过船舶的型表值来表达船型,但是问题是不够直观,所以在船体的外形及曲面的三维空间设计中,需要在专用的设计软件中建立船舶外形模型。

四、结束语

船舶设计三维平台能够很快的提高船舶设计的效率,提升船舶设计的水平,并且能够在设计过程中做到更加彻底和创新,通过过程重组,从而提高船舶制作过程中的质量和降低成本。因此,本文通过对船舶设计三维平台的关键技术进行分析,有着非常重要的意义,其中包括探索数据接口方案、模型间的信息传递等,以及建模等,以期能够对船舶设计三维平台的完善与发展提供建议,为我国造船业与船舶设计业做出贡献。

参考文献

[1]李岩.船舶三维设计平台关键技术研究[D].大连理工大学,2010.

[2]战翌婷.船舶数字化设计软件平台关键技术研究[D].大连理工大学,2008.

[3]于雁云.船舶与海洋平台三维参数化总体设计方法研究[D].大连理工大学,2009.

篇12

湖北省位于长江中游,共有242条通航河流,航道总里程达 km。推进湖北省节能低碳的绿色航运有助于将长江经济带建成绿色生态廊道和黄金经济带。

船舶是航运业发展的核心要素之一,建立湖北省绿色船舶运输评价指标体系,从而科学引导船舶节能减排是湖北省实现航运业绿色发展的必要措施。

1 湖北省船舶运力发展现状

2015年,湖北省拥有各类船舶艘,其中:客运船舶721艘,4.3万客位;货运船舶艘,运力达739.13万t; 拖船110艘,功率达到5.6万kW。船舶总运力较2011年增长14.6%,货船平均吨位较2011年增长38.5%。“十二五”期间,湖北省抓住国家船型标准化政策机遇,共拆解(改造)艘船舶,新建大长宽比示范船8艘。

虽然近几年湖北省运力结构有较大优化,但是目前仍然存在一系列的问题,阻碍着湖北省船舶运输业的快速发展。一方面,船舶运力结构不够合理,专业化、大型化的船舶占比较少;另一方面,船舶标准化程度较低,一些能耗高、污染大的船舶仍占据着一定的比例,节能船型等高技术含量船舶占比较少。[1]

2 指标体系构建原则

2.1 代表性原则

建立绿色船舶运输评价指标体系涉及许多方面,应选择有代表性的指标,使评价体系能够简单明了地体现绿色船舶运输的本质特征。

2.2 可操作性原则

各项指标的统计分析应当易于测算,统筹运用定性分析和定量分析的方法,将绿色航运的内在要求转化成可以测评的指标。

2.3 科学性原则

相关指标的设计要具有一定科学性,绿色船舶运输指标的定义、计算方法及相关数据来源应有一定的科学依据,保证评价结果的客观性和可信度。

2.4 针对性原则

相关指标的设计应当切实考虑湖北省内河航运的实际状况和特点,有针对性、有重点地确定评价指标及标准。

3 指标体系的构建

根据国务院及交通运输部的关于交通节能减排文件要求,将绿色船舶运输工作划分为结构、管理和技术等3个方面。遵循指标体系构建的原则,根据船舶运输的工作属性设计指标,将指标分为4个一级指标:能耗统计、排放监测、技术升级和管理优化;12个二级指标:营运船舶单位换算周转量综合能耗、能源利用率、环保能源占比、单位换算周转量CO2排放量、生化需氧量(BOD)、固体废弃物排放、新技术产品项数、船舶运力结构调整度、船舶运输节能减排资金投入比重、船舶运力利用率、船舶维修保养、节能减排机构设置完善度。

3.1 能耗统计指标

(1)营运船舶单位换算周转量综合能耗 营运船舶单位换算周转量综合能耗是指各种类型营运船舶的实际单位换算周转量能耗与其相对应的单位燃料消耗限额的百分比。

各类船舶单位燃料消耗限额见表1。[2]

(2)能源利用率 能源利用率是船舶在营运过程中消耗的能源总量占供给能源总量的百分比,用来衡量船舶能源的利用水平。

(3)环保能源占比 环保能源占比是船舶所用绿色低碳型能源占全部消耗能源的比例。

3.2 排放监测

(1)单位换算周转量CO2排放量 由于消耗标准煤的燃料约排放2.67 t CO2,关于单位换算周转量CO2排放量的计算将采用该折算系数计算:

(2)生化需氧量 生化需氧量是微生物分解船舶生活污水中的有C物而消耗溶解氧的量,用来反映船舶生活污水性质。

(3)固体废弃物排放 固体废弃物指船舶在营运过程中产生的生活垃圾等。

3.3 技术升级

(1)新技术产品项数 新技术产品项数是指1年内的绿色船舶运输新技术开发和推广以及新产品推广项目数量之和。

新技术产品项数=新技术开发项目数 + 新技术推广项数 + 新产品推广项目数

(2)船舶运力结构调整度 船舶运力结构调整是用来反映对老旧、高能耗船舶及设备的淘汰或者更新的程度,即已调整的船舶、设备数量之和与需要调整的船舶、设备数量之和的比值。

(3)船舶运输节能减排资金投入比重 资金是节能减排工作开展的前提条件,船舶运输节能减排资金投入比重是船舶节能减排的资金投入总额占船舶运营成本的百分比。

3.4 管理优化

(1)船舶运力利用率 船舶的运力利用率越高,船舶在运营过程中的绿色度就越高。船舶运力利用率是营运船舶在一定时间段内实际完成货物周转量与船舶最大货物周转量的百分比值。

(2)船舶维修保养度 船舶维修保养度越高,船舶运营过程中的绿色度就越高。定期对船舶及其机械设备进行一定的维修和保养,可以使其工作状态处于最佳水平,减少航行阻力,有利于船舶保持最佳的油耗状态,从而减少CO2等气体排放,也有利于避免船舶漏油事故发生。

(3)节能减排机构设置完善度 节能减排机构设置的完善度越高,其员工的职责分工越明确,船舶运输过程中节能减排工作就越顺利。

4 评判准则确定

参照国际公约,国家相关法规、标准以及相关文献,设定湖北省船舶运输绿色水平的评价准则(见表2)。[2-4]

5 结 语

构建湖北省绿色船舶运输评价指标体系,客观评价湖北省绿色船舶运输的发展水平,从能耗统计、排放监测、技术升级和管理优化等4个维度来反映湖北省绿色船舶运输的发展水平,科学引导湖北省航运业节能减排工作,加强绿色发展管理,提高湖北省绿色航运的竞争力,同时为航运业的绿色发展研究提供一定的参考。

参考文献:

[1] 谢金武.湖北省水运现状分析及发展思考[J].交通科技,2005(3):117-120.

篇13

2011 年7 月15 日,国际海事组织海洋环境保护委员会( MEPC) 第62 次会议,通过了《经1978 年议定书修订的1973 年国际防止船舶造成污染公约》附则VI 修正案,确定了“新船能效设计指数”( EEDI) 和“船舶能效管理计划”( SEEMP) 两项船舶能效标准。根据默认生效程序,该修正案已于2013 年1 月1 日起生效, 并要求全球营运船舶必须在 2013 年 1 月 1 日前配备一份《船舶能效管理计划》,以通过船舶最佳管理和操作来实现船舶的节能减排。

根据IMO“船舶能效管理计划( SEEMP) 制订导则”, SEEMP 的内容应包括: ①计划; ②执行;③监测; ④自我评估和改进。 计划是SEEMP 的最初阶段,应主要确定船舶能源使用的当前状态和船舶能效的改进期望。鼓励在计划阶段花充足的时间以便制定出最合适、有效和可执行的计划。对特定船舶来说,应首先明确改进能效的最好的措施,将这些措施列成一张可供执行的表,以提供对该可采取行动的总的概况。

对营运船舶的运行控制主要是船舶运输/作业过程的管理和操作,作为船舶方可以从以下四个方面做好执行和监测工作。

一、航行准备

1、航次计划的制定。 船长在接到航次任务后尽快通知二副制定并审核航线设计,航次任务发生变更,应及时更新航线设计。船舶航次计划应设计合理,在确保航行安全的情况下,力求经济。(1)船舶航行计划应采取比较合理(短)的航线总里程,船长应根据航次命令,选择是否采用大圆航线,通过哪些海峡、狭水道、走高纬度还是低纬度,是否申请气导,选择最佳航线、推荐航线,避免不必要的绕航。(2)船长根据航线所经过海区的天气和海况预报,船舶性能和技术条件、航行任务等,充分考虑航线的气象因素和航次的浪、涌、风、流等海况因素,避离灾害性风浪区,合理利用洋流优选船舶航线。(3)应针对航次任务设计多条航线备用。

2、气象航线和恶劣天气。 (1)气象航线划定对特定航线上的节能存在很大的可能性。但要根据实际情况,合理平衡经济效益与航行安全之间的关系,在安全前提下尽量提高经济效益。(2)横跨大洋航行时,船长可考虑天气海况预报情况、航行任务等因素及时向公司提出气象导航的申请,公司收到船舶的申请并审核后,应及时给予岸基支持,并及时告知气象导航机构的名称及联系方式。船舶应在离港前及时把船舶的相关资料发给气象导航机构,并在此后的航行中与气象导航机构保持及时准确的信息交换,确保气象导航的节能效果。(3)船舶配备AWT气导公司的BON VOYAGE SYSTEM,详细显示经过航区风、流、水温及气象信息,自动提供最佳航线供船长选择。(4)在航程中,如预报天气与实际天气不符时,船长应及时联系气象导航公司。

二、在航

1、航速优化

(1)航速优化应考虑的因素:船舶的营运方式、租船合同、燃油价格、货物运价、船期、水文气象条件、该航次航线和航路对船速的要求和限制、船舶状况、船舶装载状态、燃油质量、船舶实际营运中的优化、船舶机器设备等等。

(2)船舶离开港口或河口时、狭水道内机动航行及通过浅水区域时,在船舶的航行安全得到保证的前提下,逐渐加速并在一定范围内限制发动机的负荷,可有助于降低油耗。

(3)根据航次计划,船舶应严格执行公司的经济航速指令。

(4)船舶应根据航次计划中装、卸港的靠泊计划,合理调整航速,减少停航等泊时间。

(5)船舶应根据水文气象条件、该航次航线及航路对船速的要求及限制等信息合理调整航速,减少停航等候时间。

2、船舶吃水差压载水操作的优化

(1)船舶吃水和纵倾都将影响船舶能效。船舶吃水的多少将影响船舶阻力的大小,但轻载时螺旋桨的沉没深度下降,影响推进效率。每条船开航前应通过压载水调节优化本船的吃水和合适纵倾,保证螺旋桨的完全浸没以确保螺旋桨的效率。压载水越少并不意味着能效越高。

(2)船舶在执行压载水操作及压载水管理计划的过程中,应合理制定计划,减少压载水的随意性导致的重复性操作,在确保船舶的稳性应力及船舶操纵安全的前提下,最大限度的提高能效。

(3)船舶认真执行压载水舱沉积物管理计划,定期冲洗控制沉积物积聚,减少不必要的能耗。

(4)船舶在进行压载水操作时,应根据计划,合理利用重力自压方式,降低使用压载泵的动力消耗。

3、舵和航向控制系统(自动操舵仪)的最佳使用

(1)使用自动航向和操舵控制系统,避免因“偏离计划航线”而导致航行距离增加。

(2)正确使用自动操舵仪,根据天气海况合理调节、合理配置风流压角,避免不必要的频繁用舵或经常偏离既定航向而偏离计划航线,导致航行距离增加

(3)船舶根据航路情况,选择使用正确的操舵方式。

4、相关方的及时沟通

(1)船舶应认真落实公司船舶能效管理计划的相关措施,保持对每一项措施执行情况的记录,反馈能效管理中的不足。

(2)船舶应在航次结束后将燃油、油、淡水等消耗反馈给公司,经公司统计分析并在同类型船舶中进行比较,为船舶能效管理提供更优的能效管理计划。

(3)船舶甲板部与轮机部应及时沟通,避免主机、辅机、锅炉等无效运转。

三、在港期间

EEOI规定,船舶能耗、能效和CO2排放按船舶营运的单位运输周转量所消耗的燃油量测算。缩短停泊(含等泊)时间能有效降低单位运输周转量所消耗的燃油量,即大幅提高节能减排效果。

缩短停泊时间的措施,主要是加强船舶与岸上机构的联系,包括与船东或管理本船的公司!经营人(租船方)、货主、港方、承修方、交通管理机构、服务机构等。例如:

1、抵港前,尽早联系管理本船的公司,报告船舶信息(含ETA、ETD等),了解公司安排的修理和组织的检查,确定船员、航海图书资料、燃料、淡水、备件、物料、伙食等供应计划,等。

2、抵港前尽早联系,报告船舶信息(含ETA、ETD等),确认泊位、靠泊时间,了解港口海上交通安全管制、引航员登轮限时、货载截关时间、港口装卸作业计划等信息,商定航海图书资料、燃料、淡水、备件、物料、伙食供应安排,以及PSC或FSC检查安排等。

3、靠泊后立即联系港方,确定卸载或/和配载方案,提高装卸效率。

4、靠泊期间,及时执行上述计划和安排,确保开航前完成。

5、及早与港口当局商定开航时间。

四、船员应养成良好的节能意识

1、减少生活区的热量交换,例如:关闭窗户、拉严窗帘等,降低空调系统的工作负荷。

2、船舶辅助系统,包括照明、通风系统、厨房设施、蒸汽的提供等,在不需要时应关闭,例如生活区不使用的照明,泵间风机和水手仓库风机的合理使用。

3、生活设施的合理使用,例如洗衣机、烘干机的合理使用。

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