新形势下船舶结构设计中的绿色制造工艺研究

摘要：随着全球环保意识的提升及能源危机的加剧，船舶行业面临着日益严格的环境法规和能源消耗限制。绿色制造工艺在船舶结构设计中的应用成为解决困境的关键途径。本文首先对绿色制造工艺进行系统概述，分析了其在船舶结构设计中的重要性与发展趋势。随后重点探讨绿色制造工艺在船舶焊接、涂装、结构配置等环节中的应用策略。

关键词：新形势；船舶结构设计；绿色制造工艺

引言

船舶作为重要的运输工具，其目前生产过程中正面临着高能耗、高排放和资源浪费等环境问题。其中在船舶结构设计阶段，材料选用、工艺流程以及生产效率等因素更是直接影响着资源利用效率和污染物排放水平，诸如高强度钢材使用的过度依赖、重物焊接过程中的能源浪费以及材料加工中的废弃物排放等，均对环境造成负担[1-2]。面对日益严峻的环境和资源形势，船舶行业亟需通过绿色制造工艺的创新，推动设计和生产工艺的转型升级。换而言之，在全球可持续发展战略日益受到重视的背景下，绿色制造工艺在船舶行业中的应用变得尤为重要。

1.绿色制造工艺应用价值

绿色制造工艺是指在产品设计、生产及服务过程中，最大程度减少资源消耗、降低能源使用和废弃物排放，以实现环境保护和经济效益的双重目标[3-4]。其核心思想是通过优化工艺流程、选择环保材料和采用先进技术手段，推动制造过程的清洁化和资源的循环利用。随着智能制造技术的发展，数字化、自动化和机器人技术逐步融入绿色制造体系，推动生产过程的高效性与环保性并行发展。

绿色制造工艺在船舶结构设计中的应用，不仅是对传统生产模式的突破，更是在当今环保压力和资源紧张背景下实现可持续发展的关键途径。船舶制造作为高能耗高排放的行业，其生产过程中涉及大量的材料加工、焊接、涂装和其他复杂工序，在这个过程中引入绿色制造工艺，有助于显著降低生产过程中的能源消耗、物料浪费和污染物排放，提高资源利用率，从而实现环境保护与经济效益的双赢。此外，绿色制造工艺的融入正逐步推动船舶行业向低碳、环保、可持续的方向发展[3]。这一理念不仅能够有效应对全球范围内日益严格的环保政策，也能满足市场对绿色高效产品的需求，增强船舶制造企业的市场竞争力。同时，随着绿色技术的不断进步与创新，船舶行业将在全球绿色经济大潮中占据更加有利的位置，实现长期的可持续发展。

2新形势下船舶结构设计中的绿色制造工艺应用策略

2.1焊接工艺的绿色化应用

船舶结构设计中，焊接工艺是实现结构装配的重要环节，其中涉及的能耗和污染排放对整个生产过程有着重要影响。传统焊接工艺依赖于大量的电能与高温热输入，同时产生有害气体和焊渣[4]。对此，首先应当采用低碳高效的焊接技术，如激光焊接和电弧焊接等，此类技术具有较小的焊接区域和较短的焊接时间，能够有效降低生产过程中的温度变化和焊接变形，减少因焊接缺陷产生的额外能源消耗，从而减少材料的浪费和后期修整工作。同时，精细化控制焊接电流、气体流量和焊接速度等焊接参数，能够减少焊接过程中产生的有害气体排放，进一步降低环境污染。这可以通过先进的自动化焊接技术如机器人焊接系统，进行实现。此外，还应使用低排放的焊接材料，例如环保型焊丝和低毒性焊接气体，其在减少有害物质释放同时，还能提高工人的工作环境安全性。

2.2绿色涂料的选择应用

船舶结构的涂装环节通常涉及大量的有害物质排放，例如传统涂料中含有的大量挥发性有机化合物（VOC）。这些物质不仅对大气环境造成污染，而且还会在船舶的使用和退役阶段，对水域和土壤环境造成长期影响。因此，在船舶结构设计中，选择环保的绿色涂料成为减少环境污染、实现绿色制造的重要举措。具体应当选择水性涂料与无溶剂涂料进行替代，其中水性涂料采用水作为溶剂，几乎不含VOC，且涂装效果与传统油漆接近，能够为船舶提供优异的耐腐蚀性和抗紫外线能力，减少涂料的挥发和污染；无溶剂涂料则是通过创新涂装技术，摒弃使用传统溶剂以去除涂料中的有害成分，并在船舶的外部结构中能提供长时间的保护[5]。在涂装过程中，需精确控制涂料的使用量和喷涂均匀性，以减少涂料浪费，降低喷涂作业中的空气污染，同时还能提高涂装质量。

2.3船体材料选择

船舶结构设计中的绿色制造工艺还体现在对船体材料的选择上。此类材料是影响船舶结构质量、能效和环境影响的关键因素。其中，一种有效的材料优化策略是选用高强度且低密度的环保材料，例如高性能钢材、铝合金和复合材料等。这些材料不仅具有优异的机械性能，还能大幅降低船体重量，减少燃料消耗，进而降低船舶的碳排放，这也符合航运业要求船舶提高燃效和降低排放要求[6]。此外，绿色船体材料的选择还需注重其可回收性和环保性能。随着循环经济理念的兴起，许多船舶制造商开始采用可回收的钢材和塑料复合材料。这些材料在使用完毕后能够被有效回收和再利用，减少废弃物的产生，降低船舶结构退役阶段对环境的压力。例如，船舶结构中某些部件采用的复合材料，在满足高强度要求的同时，能够通过创新的回收技术减少原材料的浪费，推动材料的再循环使用。

2.4船舶结构优化

船舶形状会影响到航行能耗大小，进而造成环境负担。除了流线型的船体设计，船舶的船首、船尾和水线形状都直接影响水阻力和能效。通过精确设计船体的弯曲度、过渡角度以及舵和螺旋桨的布局，可以减少船舶航行时的水阻，提升航速和航程，降低燃料消耗[7]。同时，船舶的尺寸设计能够有效减少结构自重和船舶在航行中的能量消耗。这需通过合理计算船舶的总长、宽度和吃水深度等参数，确保船体尺寸与载重需求之间的最佳平衡。例如，对于油轮和散货船等类型，船宽通常设计在25米至40米之间，长宽比通常在6：1至12：1之间，通过优化这一比例可以达到最小化水阻的效果。此外，船舶结构的内部布局涉及同样对绿色制造具有重要影响。现代船舶设计趋向需要根据船舶的载货量和航程合理布局，以确保货物的均匀分布，避免不必要的重心偏移[8]。例如，散货船的货舱容积通常为60，000立方米至180，000立方米之间，载货量设计需要根据运输需求精确计算，在不增加额外重量的前提下增加船舶的载货能力。

结论

新形势下，船舶结构设计中的绿色制造工艺将成为推动船舶行业可持续发展的核心驱动力。通过优化船舶形状、尺寸、结构配置等设计环节，可以有效降低能耗、减少排放、提高资源利用效率。此外，绿色制造工艺在焊接、涂装、材料选用等方面的应用，进一步推动船舶生产过程中的环保和节能水平。随着国际环保法规的日益严格以及绿色航运需求的不断提升，未来船舶结构设计将更加注重低碳、绿色化发展，绿色制造技术的不断创新和应用将为船舶行业的可持续发展提供强大支持。

参考文献

[1]徐清峰，刘刚.新一代船舶结构设计与智能制造技术融合应用研究[J].全体育，2022（21）：287-288.

[2]孙柏松.船舶结构设计中生产工艺性问题分析[J].船舶物资与市场，2023，31（4）：60-62.

[3]韩新华.绿色制造技术在船舶结构设计中的运用[J].船舶物资与市场，2023，31（8）：25-27.

[4]陈艳君.绿色制造工艺在船舶结构设计中的应用[J].科海故事博览，2021（36）：53-54.

[5]杨喜顺.绿色制造工艺在船舶结构中的应用[J].船舶物资与市场，2023，31（06）：49-51.

[6]柴建华.船舶结构设计中的绿色制造工艺探索[J].船舶物资与市场，2022，30（09）：36-38.

[7]张潇.船舶结构设计中绿色制造工艺的应用[J].船舶物资与市场，2021，（01）：61-62.

[8]迟宝朋，吕延鹏.绿色制造工艺在船舶结构设计中的应用[J].船舶物资与市场，2021，（01）：73-74.