Современные технологии в судостроении: вызовы и инновации в области судовых инженерных решений

Актуальность исследования

Актуальность исследования обусловлена несколькими ключевыми факторами. Во-первых, глобализация экономики и увеличение объемов международной торговли способствуют росту спроса на морские перевозки, что, в свою очередь, требует увеличения числа судов, а также повышения их эффективности и безопасности. Это создает потребность в новых инженерных и технологических решениях, направленных на улучшение характеристик судов, сокращение их эксплуатационных расходов и минимизацию воздействия на окружающую среду.

Во-вторых, стремление к сокращению воздействия на окружающую среду и выполнение международных экологических стандартов приводит к необходимости разработки и внедрения инновационных технологий. Это включает в себя использование альтернативных видов топлива, таких как СПГ (сжиженный природный газ) и водород, а также разработку систем очистки выхлопных газов и балластных вод.

Третий фактор – это постоянное увеличение требований к безопасности и комфорту морских перевозок. Разработка авангардных навигационных систем, усовершенствованных систем управления судном и автоматизации, а также использование новых материалов и конструкций позволяют повысить безопасность плавания и обеспечить лучшие условия для экипажа и пассажиров.

Наконец, прогресс в области цифровых технологий и больших данных открывает новые возможности для судостроения. Применение искусственного интеллекта, машинного обучения и интернета вещей в процессах проектирования, строительства и эксплуатации судов позволяет оптимизировать их работу, снижать риски и улучшать обслуживание.

Цель исследования

Цель исследования направлена на рассмотрение влияния новых технологий на проектирование, строительство и обслуживание судов, а также на исследование вызовов, с которыми сталкиваются судовые инженеры в современном мире.

Материалы и методы исследования

Изучением вопросов, посвященных современным технологиям в судостроении, занимались такие ученые, как Ю.Н. Мясников, Н.С. Сенюшкин, К.А. Телегина, К.М. Резникова и другие.

Методами исследования являются: метод теоретического анализа, метод сравнительного анализа.

Результаты исследования

Современные технологии в судостроении охватывают широкий спектр инноваций, направленных на улучшение эффективности, безопасности и экологичности судов. Одним из ключевых аспектов является технология судостроения, которая изучает процессы создания судов, их взаимосвязь и развитие. Технология судостроения опирается на фундаментальные и прикладные науки, такие как математика, физика, химия, проектирование судов, теория корабля и другие.

Среди современных направлений в технологии судостроения выделяются:

1. Разработка и совершенствование методов постройки судов, включая модульный подход, позволяющий собирать суда из унифицированных элементов-модулей.
2. Применение математических методов и компьютерных технологий для технологической подготовки и управления процессами.
3. Механизация и автоматизация производственных процессов с использованием промышленных роботов и роботизированных комплексов.
4. Разработка новых технологических процессов, включая применение лазеров, плазменной обработки, новых материалов и высокопроизводительного оборудования.
5. Упор на экономию ресурсов и создание безопасных и экологически чистых процессов постройки судов [1, c. 1160].

Важной составляющей судостроения является технологическая документация, организация которой сталкивается с вызовами из-за сложности производства и разнообразия судов. Существует множество технологических документов, на каждый конструкторский документ приходится до 10 технологических, что усложняет учет и контроль. Одним из направлений совершенствования является внедрение отраслевых стандартов системы технологической документации, направленных на сокращение затрат и сроков постройки судов. Стандарты устанавливают правила разработки и оформления документов, учитывая унификацию методов проектирования и постройки, а также автоматизацию технологического проектирования. Таким образом, современные технологии в судостроении акцентируют внимание на интеграции новейших научных разработок, автоматизации процессов и оптимизации технологической документации, что способствует повышению эффективности и снижению воздействия на окружающую среду.

В современной судостроительной отрасли происходит активное внедрение новейших технологий, которые затрагивают не только оборудование, но и процессы производства. Важной тенденцией является переход лидерства в инновациях от военного к гражданскому флоту, что объясняется рядом факторов [2, c. 120].

Гражданский транспортный флот сегодня опережает военный по нескольким ключевым параметрам: автоматизации, надежности, экологичности, безопасности и экономичности использования топлива. Эти изменения подталкиваются стремлением сократить эксплуатационные расходы в условиях жесткой конкуренции и повышенных требований к экологической безопасности. Внедрение новых диагностических систем и оборудования на основе инновационных физических принципов позволяет поддерживать судовые технические средства в исправном состоянии, оптимизировать расход топлива и тем самым снижать эксплуатационные затраты, значительная часть которых связана с топливом.

Отраслевые лидеры, такие как английский Ллойд, отметили эти тенденции и адаптировали свои правила проектирования для военных судов, вдохновляясь успехами в гражданском судостроении. Например, французский «Мистраль» разработан согласно правилам «Бюро Веритас». В результате, ведущие морские державы, включая США, Германию, Францию, Италию и Норвегию, опираясь на достижения в гражданском секторе, разработали и внедрили правила для проектирования надводных боевых кораблей и неатомных подводных лодок.

Таким образом, гражданский флот играет решающую роль в развитии судостроительной индустрии, демонстрируя примеры успешного применения новейших технологий, которые впоследствии находят свое применение и в военном секторе [3, c. 51].

Российская судостроительная индустрия демонстрирует значительные перспективы для развития и повышения производственных результатов. Однако ее потенциал ограничивается рядом критических факторов. В частности, финансирование отечественных верфей остается менее доступным по сравнению с их международными конкурентами, что усугубляется высокими налогами и таможенными пошлинами.

Инновации, применяемые в процессе судостроения, включают:

1. Использование композитных материалов. Вместо традиционных стальных конструкций, суда могут быть построены с использованием композитных материалов, таких как углепластик или стеклопластик. Эти материалы обладают лучшими свойствами веса и прочности, что позволяет снизить вес судна и улучшить его энергоэффективность.
2. Автоматизация и роботизация. Современные суда все больше оснащаются автоматизированными системами управления и роботизированными решениями для управления различными процессами на борту судна, что увеличивает безопасность и снижает необходимость в человеческом вмешательстве.
3. Использование LNG (сжиженный природный газ) в качестве топлива. Вместо традиционных нефтяных топлив суда могут использовать LNG, что снижает выбросы загрязняющих веществ и уменьшает экологическую нагрузку.

Кроме того, можно выделить следующие элементы, которые актуальны в настоящее время при постройке новых современных судов:

1. Becker Mewis Duct (BMD) – это новое гидродинамическое энергосберегающее устройство (ESD) для полноразмерных и тихоходных судов, таких как танкеры и сухогрузы;
2. Двухтопливный двухтактный двигатель, созданный с использованием новейших технологий;
3. Propeller Boss Cap Fins (PBSF) – энергосберегающее устройство, устанавливаемое на ступицу гребного винта судна. Снижает расход топлива до 5%.

К тому же, значительный износ основных фондов, применение устаревших технологий и проектных решений, а также дефицит квалифицированных специалистов замедляют темпы развития отрасли. Ситуацию усугубляет сильная ориентация на военное судостроение, что ограничивает возможности в гражданском сегменте из-за недостатка разработанных логистических решений [4, c. 57].

Тем не менее, учитывая указанные проблемы и возможные пути их решения, российские судостроительные предприятия привлекают внимание различных заинтересованных сторон. К ним относятся участники отрасли, заказчики, поставщики комплектующих и оборудования, а также отечественные и международные инвесторы. Повышенный интерес подкрепляется потенциалом отрасли к инновациям и модернизации, что может привести к ее значительному росту и укреплению позиций на мировом рынке.

В современных морских перевозках передовые судоходные компании активно внедряют системы непрерывного мониторинга судового оборудования. Этот процесс включает в себя детальный анализ рабочих параметров оборудования и их сопоставление с заранее определенными эталонными значениями, зафиксированными в так называемом энергетическом паспорте судна. Этот документ формируется на основе данных, полученных во время приемочных и ходовых испытаний и отражает ключевые характеристики.

Для обеспечения эффективности и надежности механизмов, судовые компании регулярно собирают данные о работе главных и вспомогательных двигателей, расходе топлива, состоянии винтов и корпуса судна, а также о выбросах вредных веществ. Особенное внимание уделяется индикации двигателей под нагрузкой, что позволяет своевременно выявлять необходимость технического обслуживания или регулировки.

Кроме того, каждые пять лет проводится полный энергетический и экологический аудит судна, в ходе которого анализируются полученные параметры в сравнении с данными из энергетического паспорта. Это позволяет выявить возможности для повышения энергоэффективности и уменьшения экологического воздействия, обеспечивая при этом соблюдение международных норм и стандартов [5, c. 58].

Выводы

В России, стране с обширными морскими границами, судостроительная отрасль играет ключевую роль. Эта отрасль не только способствует работе водного транспорта и укреплению внешнеэкономических отношений, но также вносит вклад в достижение международных целей страны. Кроме того, судостроение имеет важное значение для оборонной способности и экономической стабильности России. Эффективное развитие судостроения напрямую влияет на многие аспекты национальной безопасности и экономического процветания. Применение цифровых технологий, таких как искусственный интеллект, большие данные и Интернет вещей, позволяет улучшить процессы проектирования, строительства и эксплуатации судов. Автоматизация навигации и управления судами повышает их безопасность и эффективность, минимизируя риск человеческих ошибок.

1. Игнатьева Н.А. Современное состояние и перспективы развития судостроения в Российской Федерации // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 4-6. – С. 1159-1162.
2. Мясников Ю.Н., Никитин В.С., Равин А.А., Хруцкий О.В. Методы прогнозирования технического состояния судового энергетического оборудования. // Труды Крыловского государственного научного центра. – 2018. – № 4(386). – С. 117-132.
3. Мясников Ю.Н. Эксплуатация флота по фактическому техническому состоянию – задача сегодняшнего дня // Судостроение. – 2015. – № 2. – С. 49-52.
4. Резникова К.М., Максимов В.Е., Попов Д.А. Судостроение 4.0: современные технологии и перспективы концепции // Интернет-журнал «Отходы и ресурсы». – 2021. – № 1. – С. 56-69.
5. Сенюшкин Н.С. Концепция развития современного судостроения / Н.С. Сенюшкин, К.А. Телегина // Молодой ученый. – 2019. – № 4 (27). – Т. 1. – С. 56-59.