Σχεδιασμός πλοίου: εξέλιξη για αποδοτικότητα, συμμόρφωση

Με τον Ken FitzGerald, Principal, Glosten29 Οκτωβρίου 2019

Η εξέλιξη του θαλάσσιου σχεδιασμού επηρεάζεται όλο και περισσότερο από τρεις οδηγούς: νέα τρισδιάστατα εργαλεία σχεδιασμού, αυξανόμενη πολυπλοκότητα των συστημάτων ισχύος και νέα πρόσβαση σε μεγάλες αποστάσεις. Ενώ τα νέα εργαλεία ψηφιακού σχεδιασμού είναι μια φυσική εξέλιξη της τρέχουσας εποχής της πληροφορίας, οι νέες απαιτήσεις ενέργειας πρόωσης και οι πολικές ναυτιλιακές οδοί είναι αντιδράσεις στην κληρονομιά της απαρχαιωμένης βιομηχανικής εποχής .

Τρισδιάστατες ροές εργασίας σχεδίασης
Ένας νεαρός ναυτικός αρχιτέκτονας δήλωσε πρόσφατα ότι έχουμε μια δίκαιη ικανότητα να προβλέψουμε την ανάπτυξη νέων εργαλείων στη ναυτιλιακή βιομηχανία, επειδή η βιομηχανία μας φαίνεται να παραμένει πάντα πίσω από άλλους. Μιλούσε για τη σταθερή στροφή του τρισδιάστατου λογισμικού σχεδιασμού από την ψηφιακή μοντελοποίηση των τελικών πακέτων παραγωγής ναυπηγείων σε προηγούμενες προσπάθειες στις φάσεις σκοπιμότητας και σχεδιασμού του σκάφους.

Βρισκόμαστε αναδυόμενοι από την αμήχανη εφηβεία της 3D μοντελοποίησης. Μέχρι πρόσφατα, τα πλοία σχεδιάστηκαν από ναυτικούς αρχιτέκτονες κάτω από ένα αρχαίο σύνολο τυπικών δισδιάστατων απόψεων και στη συνέχεια μετατράπηκαν από ναυτικούς σχεδιαστές σε ψηφιακά μοντέλα συστημάτων και δομής με απίστευτα επίπεδα λεπτομέρειας. Αυτές οι νέες 3D δεξιότητες έφθασαν με τους νεότερους σχεδιαστές χρησιμοποιώντας εργαλεία που αναπτύχθηκαν για τους τομείς των ψηφιακών τεχνών, της αυτοκινητοβιομηχανίας, της αεροδιαστημικής και της αρχιτεκτονικής. Η προσαρμογή αυτών των εργαλείων από ναυτικούς αρχιτέκτονες που εργάζονται στις πρώτες φάσεις σχεδιαστικής σκοπιμότητας ήταν εκπληκτικά γρήγορη όταν μετρήθηκε έναντι εκατοντάδων ετών τυπικών δισδιάστατων απόψεων σε συσκευασίες χαρτιού.

2D σχέδια για κανονιστική αναθεώρηση προέρχονται όλο και περισσότερο από τρισδιάστατα μοντέλα. το εκτυπωμένο φυλλάδιο μεγάλου μεγέθους των σχεδίων δίνει τη θέση του στην περιστρεφόμενη επιφάνεια. Παρόλο που είναι δύσκολο να εγκαταλείψουμε την εμπειρία από το χέρι στο χέρι, υπάρχουν σαφώς νέα οφέλη στην αποτελεσματικότητα της ροής εργασιών στο σχεδιασμό, τη συνεργασία σε πραγματικό χρόνο, την αποσυμφόρηση των αρχικών σχεδιαστικών αποφάσεων και τη διευκόλυνση της διεπαφής με τα ρομποτικά μεθόδους κατασκευής.

Πράσινη δύναμη
Η άφιξη της χαμηλής εκπομπής διοξειδίου του άνθρακα στη ναυτιλιακή βιομηχανία συμπίπτει με μια παλαιότερη τάση αυξανόμενης πολυπλοκότητας στις επιλογές ηλεκτροκινητήρων, διασυνδέσεων και διασυνδέσεων. Οι παραδοσιακές και σαφώς καθορισμένες διεπαφές μεταξύ του συστήματος πρόωσης και του υπόλοιπου σκάφους έχουν γίνει ολοκληρωμένα συστήματα που ωθούνται σε επίπεδα πολυπλοκότητας που ήταν προηγουμένως αδιανόητα. Η υιοθέτηση αυτών των σύνθετων συστημάτων προωθήθηκε από πολλές απαιτήσεις, όπως μειωμένο χειρισμό ρυμουλκών, δυναμική τοποθέτηση, ανταγωνιστική απόδοση καυσίμου και αυξημένη ασφάλεια στους κώδικες σχεδίασης.

Το ύψος της τρέχουσας ντίζελ-ηλεκτρικής εποχής ήταν μια περίοδο σκληρών μαθημάτων στην ολοκλήρωση συστημάτων. Χωρίς βελτιστοποίηση σε επίπεδο συστημάτων και έλεγχο διασυνδέσεων, τα σκάφη προβάλλονται με πολλαπλά διασυνδεδεμένα ηλεκτρικά και συστήματα δεδομένων από έναν στρατό των πωλητών με πλαϊνά τμήματα, που καταστρέφονται σε πεδία μάχης. Πολλοί ιδιοκτήτες, ναυπηγεία, σχεδιαστές και πωλητές ήταν απροετοίμαστοι για αυτή τη νέα εποχή της πολυπλοκότητας των συστημάτων ενώ λειτουργούσαν σε ένα εμπορικό ναυπηγικό μοντέλο από έναν απλούστερο χρόνο. Αυτό έχει δημιουργήσει μια νέα υπο-πειθαρχία της ναυτικής μηχανικής. Οι σχεδιαστές θαλάσσιων ηλεκτρικών συστημάτων επιφορτίζονται με τη βελτιστοποίηση ολόκληρου του ηλεκτρικού συστήματος και του συστήματος ελέγχου για την ανάπτυξη σαφών απαιτήσεων διεπαφής.

Νέες πρωτοβουλίες για τη μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα και τη βελτίωση της αποδοτικότητας έχουν προσθέσει ακόμα μεγαλύτερη πολυπλοκότητα στα συστήματα του εγγύς μέλλοντος και έχουν οδηγήσει σε ένα άνυδρο πεδίο των εννοιών των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Οι προοπτικές του θαλάσσιου τοπίου παραγωγής ενέργειας περιλαμβάνουν ένα ευρύ σύνολο επιλογών που κυμαίνονται μεταξύ υδρογονανθράκων, ανανεώσιμης ηλεκτρικής ενέργειας, υδρογόνου, αμμωνίας και αιολικής ενέργειας. Κάθε μία από αυτές τις επιλογές φέρνει ένα εκφοβιστικό σύνολο νέων συστημάτων και διασυνδέσεων για ελέγχους, συναγερμούς και αυτοματοποίηση που θα πρέπει να βελτιστοποιηθούν.

Πολική ναυτιλία
Η αυξημένη πρόσβαση στις θαλάσσιες αρκτικές γραμμές φωτίζει την ανάγκη για νέα εργαλεία πλοήγησης, υποδομές και σχέδια πλοίων για να κλείσουν τα λειτουργικά κενά και να πληρούν τις περιβαλλοντικές απαιτήσεις. Οι τρέχουσες μέθοδοι πρόβλεψης του πάγου και ο σχεδιασμός του ταξιδιού καταψύχονται σε ένα σεβαστό σύστημα το οποίο προοριζόταν για περιορισμένο αριθμό σκαφών που δραστηριοποιούνται σε ύδατα που έχουν προσβληθεί από πάγο. Προηγμένες μέθοδοι και νέες τεχνολογίες θα απαιτηθούν για ευρεία εμπορική εφαρμογή σε νέες βόρειες διαδρομές. Οι νέοι Polar περιβαλλοντικοί κανονισμοί μαζί με τις υπάρχουσες απαιτήσεις θα απαιτήσουν πρόσθετη ικανότητα μηχανικής και πωλητή καθώς η θαλάσσια δραστηριότητα στα ύδατα των Πολών αυξάνεται.

Η ανάπτυξη νέων εργαλείων πλοήγησης για πάγο είναι μια επενδυτική δέσμευση και όχι μια τεχνική πρόκληση. Πιστωτικό: Glosten

Οι πτητικές λειτουργίες στα ύδατα που καλύπτονται από πάγο και κοντά στα νερά προσθέτουν νέα καθημερινά βάρη στα σκάφη που λειτουργούν σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη. Πολλές από αυτές τις νέες απαιτήσεις επικεντρώνονται στην εκτίμηση των συνθηκών πάγου σε πραγματικό χρόνο και κοντά στο μέλλον στους άμεσους τομείς δραστηριοτήτων και κατά μήκος των οδών πλοήγησης. Με απλά λόγια, η πλοήγηση με πάγο μπορεί να θεωρηθεί ως παράκτια πλοήγηση με μια συνεχώς μεταβαλλόμενη και συνεχώς μετακινούμενη ακτογραμμή. Σε μια εποχή κατά την οποία οι περισσότεροι κίνδυνοι έχουν μετριαστεί από ψηφιακές πληροφορίες, η διαχρονική πρακτική της επαγρύπνησης των ραδιοφωνικών σταθμών εξακολουθεί να είναι το κύριο εργαλείο για την πλοήγηση με πάγο. Οι προβλέψεις για τον πάγο που αφορούν το άμεσο περιβάλλον του σκάφους σε διάστημα μεταξύ ωρών και ημερών βρίσκονται επί του παρόντος σε τεχνική κλίμακα, συνδυάζοντας δεδομένα metocean σε πραγματικό χρόνο με ψηφιακά μοντέλα υψηλής ευκρίνειας. Η εμπορική υιοθέτηση αυτών των εργαλείων με περαιτέρω ανάπτυξη και συσκευασία είναι μια πρόκληση που αναδύεται για τους δρομολογητές ενεργού καιρού και τους παρόχους υπηρεσιών προγραμματισμού ταξιδίου.

Η αναζήτηση και η διάσωση (SAR), η διάσωση και η απόρριψη στα ύδατα πολικών είναι ένα άλλο κενό διαχείρισης κινδύνου για τη ναυσιπλοΐα σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη. Απαιτούνται νέες μέθοδοι και τυποποιημένες πρακτικές παρακολούθησης και απόκρισης για τη διαχείριση των κινδύνων από θαλάσσια ατυχήματα και την ομαλοποίηση των εμπορικών όρων για τις πολικές υδάτινες επιχειρήσεις.

Νέες και άγνωστες περιβαλλοντικές απαιτήσεις για σκάφη που λειτουργούν σε πολικά ύδατα θα εφαρμοστούν όλο και περισσότερο σε πακέτα σχεδιασμού νέων και τροποποιήσεων για να παρέχουν στα σκάφη την ευελιξία για εργασία σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη. Τα σχέδια και οι επεξεργασίες για τη μείωση του υποβρυχίου ακτινοβολούμενου θορύβου έχουν ήδη εξεταστεί για τα υπάρχοντα λιμάνια και τους διαδρόμους ναυτιλίας υψηλής συγκέντρωσης. Τα σκάφη που προορίζονται για δρομολόγια και πτήσεις πολικών θα χρειαστούν νέα επίπεδα εξειδικευμένου σχεδιασμού για την ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων του θορύβου των σκαφών στα αρκτικότερα ενδιαιτήματα προστατευόμενων θαλάσσιων θηλαστικών. Ομοίως, αναμένεται ότι τα νέα συστήματα και η μηχανική θα παρέχουν συμμόρφωση για μειωμένες εκπομπές σκαφών. Οι ζώνες εκκένωσης με μηδέν είναι ένας υπάρχων οδηγός τέτοιων συστημάτων επεξεργασίας. Οι έλεγχοι εκπομπών μαύρου άνθρακα για τους κύριους κινητήρες και τα βοηθητικά συστήματα είναι ένας άλλος πιθανός τομέας για την εξέλιξη της μηχανικής σε σχεδιασμό πλοίων μεγάλου γεωγραφικού πλάτους.

Νέες μέθοδοι, νέες ευθύνες
Είναι η φύση των σχεδιαστών, των μηχανικών και των κατασκευαστών να θεωρούν τους εαυτούς τους ως καινοτόμους, οι οποίοι φέρνουν σε τροχιά και συναρπαστικές νέες λύσεις στους τομείς της τεχνολογίας τους. τα ψηφιακά εργαλεία αλλάζουν τη ναυτιλιακή σχεδίαση ακριβώς όπως η έλικα διακόπτει τον τροχό του πτερυγίου. Παρόλο που αυτές είναι συναρπαστικές και θετικές τάσεις βασισμένες στην εκθετική τροχιά προηγούμενων τεχνολογικών άλματα, έχουμε και νέες προκλήσεις που έρχονται με τη γήρανση όλων των πραγμάτων. Το 2019, αυτές είναι οι προκλήσεις της διατήρησης της περιβαλλοντικής υγείας και της προσαρμογής σε ακούσιες αλλαγές από τον προηγούμενο βιομηχανικό μας τρόπο ζωής.

Σχετικά με τον Συγγραφέα

Ο Ken FitzGerald είναι Διευθυντής της Glosten, μιας πλήρους υπηρεσίας θαλάσσιας διαβούλευσης και σχεδιαστικής εταιρείας με έδρα το Σιάτλ της Ουάσινγκτον. Ο Ken έχει σχεδόν 30 χρόνια διεθνούς θαλάσσιας εμπειρίας, με ευρεία τεχνογνωσία στον τομέα της μηχανικής και του σχεδιασμού, εκτεταμένες εργασίες επιτόπιας έρευνας και εξωραϊσμική εμπειρία. Υποστηρίζει το έργο της εταιρείας στην επιστήμη των ωκεανών, γεωφυσικές έρευνες, υπεράκτιες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, σχεδιασμό αγκυροβόλησης και θαλάσσια εφοδιαστική. Πριν από την είσοδό του στο Glosten, ο Ken εργάστηκε ως ωκεανογράφος και τεχνικός ναυτιλίας για την κατασκευή και την ανάπτυξη παράκτιων ωκεανογραφικών πλατφορμών, αγκυροβολίων ανοικτής θάλασσας και συρόμενων συστημάτων.

Ken FitzGerald. Πιστωτικό: Glosten

Κατηγορίες: μηχανικός πλοίων, Ναυπηγική, Ναυτική αρχιτεκτονική