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船舶优化设计范文1
【关键词】 船舶消防水系统 消火栓间距 优化
对于船舶消防水系统而言，水的获取相对容易（主要使用海水），可是称得上是海上消防最廉价的材料。水的灭火原理就是冷却，当水与火接触时就会长生大量的水蒸气，水蒸气可以阻止氧气与火源的继续接触，从而抑制火的蔓延；而且强大的水柱会产生较大的机械压力，对易燃物体的燃烧部分起到驱散与扑灭的作用；水还可以进一步的渗透到易燃物的内部，以限制火源的继续蔓延。消防水系统，是船舶消防制度中严格规定的必备系统。其工作原理是通过消防水系统中的消防泵从海底阀泵入舷外水，然后经消防总管分入各个支管，输送到系统中的每个消火栓等出水端以供灭火所需。
1 船舶消防水系统的概述
船舶消防水系统主要由消防泵、系统管网、消火栓、消防水带、水枪和国际通岸接头等组成。消防水泵是消防水系统的主要给水升压设备，是整个消防水系统的核心所在。从其工作原理来讲，与其他用途的水泵没有什么本质的区别，只是消防水泵是专门用于消防水系统的标准设备。系统管网，就是水从消防泵输送至各个消火栓的管道网，主要由消防总管与各支管组成。根据水的输送距离长短和输送方向的集散程度，管道上一般还会设置各种附件、管件、组件等简单的设备。消火栓即消防水系统的出水终端，由快捷接头和截止阀组成。消防水带的制作材料一般有棉织涂胶、尼龙涂胶和麻织三种。水枪就是为了改变水流形式和获取射程而设计的工具，可分为水雾/水柱型、水柱型和喷雾型三种。国际通岸接头一般有两部分组成，一端为适合于与本船舶消火栓和消防水带连结的快速接头，另一端是标准法兰接头，两个接头组合工作，而且国际通岸接头在不用时应放于规定位置，以便于随时可取。
2 消火栓间距
消火栓的间距主要包括消火栓的规格及在相关规定下规格的选取，还包括消火栓的射程等数据，只有结合以上两点才能更好的做到消火栓的有效优化。
2.1 消火栓水枪的口径确定
消火栓的标准规格一般可以分为、与三种。
根据相关规定，在外部场所和机器处所，水枪尺寸应该是在满足规定要求压力之下的水柱中，并能从最小的水泵获得较大限度出水量，但是规定水枪规格应尽量控制在19mm以下，根据这一规定选取使用19mm的水枪并不违反规格要求。
2.2 消火栓水枪的最大射程
消火栓的水枪在喷水时，在全部消火栓处应维持的的最低压力如表1所示。
船舶优化设计范文2
关键词：混合式教学；船舶分油机；信息化教学设计
中图分类号：G434 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2016）24-0030-03
一、引言
2011年《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020 年）》以来，随着互联网的飞速发展，我国愈加重视教育信息化工作。在传统教学模式中，教师是教学活动的主体，是知识的传授者，而学生则处于被动接受老师灌输知识的地位。这种教学模式忽视了学生的认知主体作用，不利于培养学生的创新思维和创新能力。混合式教学的概念最早由国外的培训机构提出，指的是网络线上与线下的混合，通过引进面对面教学来改进E-Learning教学的不足。随后，混合式教学模式被引入到高校教育领域，并得到高度关注。
本文主要探讨在高职《船舶柴油机》课程教学实施过程中，以“船舶分油机”这一教学单元为例，使用信息化手段，进行一系列教学活动，更好地将理论知识与实际操作紧密结合，融“教、学、做”为一体，充分挖掘学生的创新潜能，培养和提高学生的职业素质，强化学生自主学习和创新能力的培养。
二、信息化教学分析
1.内容分析
课程：船舶分油机是《船舶柴油机》课程的重要内容，也是学生学习的难点之一。依据国际海事组织2010年在马尼拉修正的《1978年海员培训、发证和值班标准国际公约》（International Convention on Standards of Training、Certification and Watch-keeping for Seafarers ，简称“STCW公约”）、课程标准等要求，确定了本项目的教学内容。
教材：选用“十二五”职业教育国家规划教材。
学时：2学时。
2.学情分析
授课对象：高职水上运输类轮机工程技术专业二年级学生。通过对2012级学生该课程学习效果的调查与分析，发现他们有想法、有创新，渴望成功，网络、智能终端使用熟练，之前已经学习了分油机的结构和工作原理，为定期维护的学习提供了理论支持。
3.教学目标
依据人才培养方案要求，结合当前学情分析，将知识目标、技能目标、素质目标的培养融入教学过程当中。
知识目标：深化理解分油机的结构和工作原理；充分掌握分油机拆装步骤与维护保养方法。
技能目标：熟练完成分油机的拆装；掌握疏通、清洁、检查、更换等常规维护技能。
素质目标：提高安全意识；规范操作行为；加强合作精神。
4.教学重、难点
教学重点：掌握分油机的正确拆装。
教学难点：掌握分油机的维护方法。
5.教学策略
由于分油机是高精度的、由众多零部件互相嵌套并高速回转的设备，内部结构相当复杂，而且价格昂贵，对维护保养的要求极高，传统的教学模式，学生难以获得直观认识，费时费力费财，非常适合采用信息化手段教学来呈现。
为此，采用线上线下、虚实结合的混合式教学理念，依托课程教学平台以及具有自主知识产权的三维虚拟拆装系统和教学资源库等教学资源，把教学过程分为以下几个阶段（具体如图1所示）：
三、信息化教学实施过程
1.课前准备――激发学生学习兴趣，培养自主学习的能力
课前，学生登录课程教学平台，选择教学单元，动手操作Flas，回顾上节课的内容――分油机的结构、工作原理等相关知识点，然后领取任务单，明确本次课的学习目标、重难点，自主学习微视频（教师录制）等相关资源，初步了解船舶分油机定期维护的流程，完成课前测试。老师根据统计分析，不仅可以了解学生对基础知识的掌握情况，还可以按层次和个体差异进行分组，实现学生间的优势互补，为课中学习的分组合作做准备。
2.课中学习――突出学生主体地位，发挥教师引导作用，帮助学生探究新知
环节1：情境创设
老师结合自己在远洋船舶上的工作经历，引导学生思考：为什么要对分油机进行拆装维护呢？结合企业工程师的情境解读――依据SOLAS国际公约和船舶设备维护保养计划的要求，强调了职业船员对分油机应具备的能力与责任，让学生明白了远洋船舶分油机拆装维护的重要性。
环节2：知识学习
在教学平台上，学生结合分油机拆装步骤的排序游戏，画出分油机定期维护的拆装流程图，在趣味的学习中，熟悉了拆装维护流程；通过观看微视频（企业工程师参与录制），学习常规的维护方法；接着，老师与学生共同讨论，共同总结出拆装的注意事项和常规的维护方法。
环节3：仿真演练
如何高效地完成分油机的正确拆装呢？启动仿真软件，进入虚拟拆装环境。老师先演示讲解，然后学生对照演示开展虚拟拆装练习，观看一步，操作一步，如果出现错误操作，软件将自动提示及时更正，犹如给每名学生配备了一位专业老师手把手地指导，解决了过去教学中因缺乏及时纠正而使学生容易学到错误操作的问题。
软件设计均按照分油机拆装规范制定，从专用工具的选择到专用工具的使用，从拆装位置到拆装顺序，从关键零件的标记定位到精密零件的摆放与保护，学生充分领会了分油机拆装的四大注意事项。
学生反复练习，完成虚拟拆装考核；在愉快的仿真练习中逐渐掌握了分油机的正确拆装步骤，突破了教学重点，并为后面的维护保养做好了准备。
环节4：实践操作
本环节在实训场所完成。按照实际工作岗位要求，进入该场所之前，学生先在教学平台上学习安全注意事项，然后佩戴安全帽和防护手套，老师在操作现场再次对学生进行安全教育。Y合任务单要求，各小组在组长的指挥协调下，分工配合，团结合作依次完成拆装前的工具准备、拆卸、维护保养与装复等步骤。
在维护保养过程中，学生对泄水孔、排渣孔等细小通道要逐一清通，不能有脏堵；对分离盘片、分离盘架等易脏污部件要先浸泡再清洗；对活动底盘、立轴等高速运动件要仔细检查是否有异常磨损和裂纹；对易老化的密封圈、塑料堵头等要及时更换。
如有疑问，可以随时查看微视频、查阅英文说明书或小组讨论，自主寻求解决之道；老师巡回指导，实时记录典型操作行为，并上传课程平台，同时确保实践操作安全。
通过实践操作让学生深刻掌握分油机的拆装及维护方法，充分领会定期维护、预防为主的重要性，有效解决了教学中的难点，提升了学生对船员职业的认同感。
环节5：总结评价
实践操作完毕，各小组上传任务单，进入总结评价环节。老师根据巡回检查情况和任务单的完成情况进行综合点评和评分，并对分油机的拆装要点及维护方法进行总结。课后，学生结合自己对本项目的掌握情况，在教学平台上及时进行自我评价。
3.课后拓展――培养学生交流能力，提升个人综合素养
课后，学生在教学平台上，观看学习老师上传的典型视频，并针对学习上的困惑，在交流空间进行讨论，并提交学习心得；点击查看多元评价成绩，了解自己对本任务的掌握情况；链接轮机工程技术专业教学资源库，进一步扩大学习范围。同时，预习下节课的学习内容。
四、信息化教学效果
针对“船舶分油机”这一教学单元，进行了信息化教学效果调查。调查对象为授课教师和学生，调查内容主要有： 对信息化教学的认识和感悟；对小组协作学习的认同和建议；在教学实施中，学生课前学习的主动性和课中学习的创造性等表现；以及对解决问题的能力、对内容掌握的程度、团队情感体验的情况、信息化教学的效果等。 从调查问卷收集整理后的数据分析可以看出，“船舶分油机”单元的信息化教学取得十分显著的效果。
1.认同感
95%的调查对象都表示喜欢信息化教学的教学方式和氛围。在学习过程中，不仅可以更好地提高自己的动手操作能力，而且在得到组员和教师承认时，会有较大的满足感和愉悦感，增强了学习的兴趣和信心。
2.主观能动性
学生学习的主观能动性较信息化教学活动实施前有显著提高，学生在自主学习的过程中，基本上能够积极主动地参与到课前准备、课中实施、课后拓展等各环节。
3.团队合作
在实践操作环节，团队合作的过程能够培养学生的集体观念和团队意识，小组长在教学开展中发挥了较大的协调与领导作用，学生相互之间也增强了合作的责任感。同时，这种教学形式还有助于师生之间、同学之间沟通，协作能力提升明显，教师也能做到因材施教。
4.创造性思维
在信息化教学实施过程中形成了一种热烈切磋讨论的气氛，将学生的思维引向深化，在碰撞中产生智慧的火花，在一定情境下，引起了联想与想象，从而产生超越传统课堂教学的创造性思维。
综上所述，信息化教学在“分油机”单元教学中取得了较好的成效，学生对“分油机”相关的知识和各项操作技能等都得到了不同程度的提高，对知识的掌握更加全面系统，很大程度上提高了学生的职业素养，为今后走上工作岗位打下了扎实的基础。
五、结束语
在互联网+时代背景下，信息化教学在高职教育教学中将会发挥不可替代的作用，它改变着以往传统课堂教学中过于注重知识灌输的倾向，调动了学习积极性，提高了学生课堂活动的参与度。信息化教学的实施，授之自主学习的方法，使课堂信息量充足、生动活泼，使学生能够更好地理解并掌握学习的知识和技能，培养了学生的职业素养，使其更加注重团队合作，成为综合素质较高的专门人才。真正体现了教是为了不教，学是为了创造的教学理念。
参考文献：
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[4]娄洁.关于高职工科专业课实施信息化教学设计的探索[J].吉林工程技术师范学院学报，2015，31（1）：81-83.
船舶优化设计范文3
大会在CYBERNET公司MBD事业部总经理毛力奋先生的致辞下拉开序幕，CYBERNET MBD事业部销售经理康友树向大家介绍CYBERNET的CAE整体解决方案。来自比利时Noesis公司市场销售总监Luc Meulewaeter先生就“仿真及设计优化的前景展望”为主题进行发言， 他指出“中国的制造业正在蓬勃发展，研发力量正在飞速提升，仿真已成为研发过程中必不可少的步骤，而OPTIMUS作为一款多学科集成优化软件，能基于实验数据和仿真流程实现多学科协同优化设计”。他强调中国未来5年在研发道路上面临的机遇与挑战将超过过去的半个世纪。
稍后，Noesis中国市场开发总监蒋技赟先生为大家展示在刚刚结束的OPTIMUS全球用户会上的最新国际应用案例，涉及航空航天，汽车，医疗产品，电子等领域。
在中国，OPTIMUS优化技术也得到了广泛应用。例如，在国内汽车行业里，优化技术在汽车性能开发过程中起着至关重要的作用，来自中国汽车研究中心的谢书港先生在大会上说，CAE优化技术在汽车性能开发中起着指导作用，不仅能建立设计目标，还能发现设计不足并进行优化及改进。
目前，汽车低油耗已成为消费者选购汽车的一个重要指标，因此如何降低油耗成为整车厂迫切需要考虑的问题。中国两大著名的整车厂奇瑞汽车和吉利汽车分别就此问题发表了意见。来自吉利汽车研发中心的彭鸿先生以减轻车身质量为例，通过OPTIMUS软件的优化设计实现车身减重3.14%，达到降低油耗的要求。而来自奇瑞汽车研发中心的瞿元先生则认为改善空气动力性能是降低油耗最好的方法，利用OPTIMUS的优化算法能有效的缩短开发周期，提高改进的效率。
除了整车优化，OPTIMUS还能应用于汽车零部件的优化开发。中国一汽无锡油泵油嘴研究所的王胜利先生演示了OPTIMUS在解决高压共轨燃油喷射系统中， 喷油器针阀动态响应的问题上，对提高响应速度的作用。上海交通大学密西根学院的李冕教授致力于研究发动机系统的优化设计，通过优化轴承性能实现发动机系统的改进。
船舶优化设计范文4
关键词：机械结构；结构优化；优化设计
中图分类号：C35文献标识码： A
一、机械结构动态优化设计的应用概况
在机械结构动态优化设计理论中，其根本思想是按照产品功能的要求来对产品结构进行设计，或者根据机械结构需要改进的部分进行动力学建模，并做动态性分析，然后根据产品在动态性上的要求或预定的动态设计目标，进行结构的修改、再设计，以满足机械结构在动态性上的设计要求。
目前，机械结构动态优化设计已经在我国的机械行业中被广泛应用，其在汽车、航空航天、船舶行业、建筑机械等行业中均取得了重大的成果。在汽车行业中，随着社会的发展和人们需求的更新，汽车行业已经实现了客车车身轻量化的优化设计、汽车车身形态仿生的优化设计、汽车车身安全性的优化设计以及面向行人下肢碰撞保护的优化设计等目标。在航空航天行业，其作为国家科学技术综合水平和实力的体现，机械结构动态优化设计在航空航天行业得到了高度的重视，并应用到航空航天技术中每一产品的设计上。在船舶行业，我国经过自主创新研究，对潜艇外部液压舱、油船剖面、潜艇结构等方面的优化设计进行了研究，旨在提高船舶行业各研究对象的性能。与此同时，结构动态优化设计在高速公路沥青混凝土路面结构、液压缩管机模具、双层组合套管、基床结构等很多方面的优化设计上也发挥着重要的作用，并产生了巨大的经济效益和社会效益。
二、优化策略与流程
1.优化策略结构进行优化设计
根据设计变量的类型和求解难易程度，可分为尺寸优化、形状优化和拓扑优化三个层次，每个层次对应不同的设计阶段。为了实现结构设计自动化，对产品进行优化设计时：首先，根据产品功能要求建立优化目标函数，将刚度、强度等约束条件参数化，利用拓扑优化方法计算冗余材料所在单元（即要杀死的单元），并进行冗余材料边界单元和节点的遍历搜索，结合实际生产资源情况建立边界关键点，对原模型进行参数化变形设计，得到拓扑优化后的模型；然后，根据结构力学特性要求对其进行边界形状优化和尺寸参数的优化，并通过参数化驱动实现模型的更新，最终得到满足刚、强度要求的CAD模型。
2.三级优化流程
在参数优化三级优化设计过程中，拓扑优化阶段主要通过变密度法求解密度较小的单元，自动生成拓扑优化后的概念模型。形状优化阶段首先针对前期优化结果模型进行微小单元的去除，充分利用曲线拟合技术构建密度较小的冗余单元边界关键点组成的轮廓，并根据零部件生产资源情况进行边界形状的修正，通过参数化变形设计技术对原模型进行布尔减操作，得到拓扑优化后的CAD模型，将其导入CAE系统，然后通过形状优化的数学模型寻找结构的最佳边界形状或者内部几何形状，以改善其力学特性。尺寸优化阶段根据结构的受力情况确定设计变量及其变化范围，建立目标函数，然后通过遗传算法迭代求解较优的参数方案，从中选取最优方案参数来驱动模型，生成优化结果模型。方法流程如图1所示。
三、机械结构优化分析
1.机械结构的拓扑优化
过去一般机械结构优化设计主要集中在结构参数的优化和设计，而对于机械零部件的拓扑结构很少涉及。但是，随着人们对机械产品设计创新意识的提高，特别是机械产品概念设计的提出和应用，人们对结构优化设计提出了更高的要求――机械产品的结构拓扑优化设计。1985年，M.P.Bendsoe和N.Kikuchi将均匀化方法应用于连续体的结构拓扑优化，推动了连续体结构的拓扑优化发展。同时，连续体结构的拓扑优化已经从平面问题扩展到板壳和三维连续体问题。另外，一些新的方法，如生物生长模拟法、密度法、泡泡法等，被提出并得到应用。目前，结构拓扑优化方法也已被工业界所接受，例如Ford公司等正在加快研究步伐，推出了一些应用的实例。机械结构拓扑优化将把结构优化推到一个新的、更高的产品设计层次。
2.机械结构的形状优化
在机械零部件中，连续体结构非常多，形状比较复杂，结构分析存在一定的难度，而结构形状对机械零部件的性能影响很大。因此，机械零部件的结构形状优化可以大大提高其性能。20世纪80年代开始，机械行业开始兴起结构形状优化的研究，Haftka、Ding和Hassani进行了综述，国内外出现了许多该方面的研究成果，伊莉、钱惠林、林桥等研究了压力容器部分的结构形状优化设计；陈汝训、张东旭等研究了航空器部分零部件的结构形状优化；Schwarz研究了对应于弹塑性结构响应的拓扑与形状优化；等等。灵敏度分析是结构形状优化的关键之一，程耿东和Haftka同时提出了半解析法，并被普遍采用。机械结构的形状优化也是提高零部件机械性能的重要方法之一。
3.智能优化算法和仿生优化
算法优化算法的研究一直是优化设计的重要研究领域，特别是机械结构优化设计中一般零部件的结构分析非常复杂，有限元分析需要很长的计算时间，优化迭代次数很多。因此，机械结构优化设计对优化算法要求很高，主要要求优化算法具有强收敛性、高可靠性、强稳定性等，研究人员不断地进行优化算法的发展和改进。目前，数学规划法中一些算法（如SQP等）比较适合结构优化设计问题的求解，优化准则法也是一种有效的算法，国内也开发了一些优化设计软件包，例如大连理工大学的结构优化程序系统DDDU、华中科技大学（原华中理工大学）的优化方法程序库OPB―2等。由于现代学科之间的大量交叉，特别是人工智能、神经网络、模糊数学、不确定数学、基因遗传等理论和方法的引入，为优化算法的发展提供了新的发展空间，例如遗传算法、基于神经网络的算法、蚂蚁算法、模拟退火法等等。这些新的算法已经成功应用于优化问题的求解，用于结构优化问题的求解目前正处于研究阶段。这些算法具有很好的特性，经过研究人员的努力，一定能够在机械结构优化设计中得到推广和应用。
四、机械结构优化的发展展望
结构优化设计随着最优化方法的不断发展和改善，已逐渐得以发展。近些年来，在结构优化算法方面，结构优化设计趋向于采用接近实际的复杂结构模型模拟大型结构系统，由于设计变量数目大，研究新的有效的准则优化方法受到重视，但仍有如何去解决针对各种特殊的结构优化问题建立相应的公式，解决解析推导和数值计算的实现问题；再是使用大型系统的分解优化方法，对于大型结构优化，可以按子结构分解或者进行多级分解优化，对于多学科的复杂系统可以按学科分解优化。分解算法的关键在于建立各个子问题之间的稿合关系，比如通过使用最优解对参数的灵敏度和采用线性分解等法建立起稿合关系，使得子问题的解相容，从而保证迭代收敛，问题是如何保证一定能求解。并行计算技术引入结构优化设计是一个较新的方向。像遗传算法，人工神经网络的方法，在近十年来被引入结构优化设计并发展很快。它们对离散与连续混合变量的全局优化，对发展结构近似重分析的专家系统有其独到之处。现在的问题是怎样提高优化质量、精度、加快收敛，增加方法的通用性。
拓扑优化、材料优化和形状优化的集成在机械结构和部件设计中具有重要的实用价值，是近年来出现的并行设计的重要组成部分，仍将是下一步研究工作的重点。拓扑优化能够为结构的方案设计提供科学的依据，使复杂结构和部件在概念设计阶段即可灵活地、理性地优选方案，有望用于大型实际结构优化设计求解。但是要处理庞大的有限元和优化模型计算量增大，应力约束处理、对“多孔状”材料分布圆整化，单元消失可能会对计算模型造成病态等问题。动态特性优化是机械系统和结构设计应用研究的一个重要方向f}P-zo。特征向量、动力响应量的灵敏度分析、高度密集频率的动力学问题的分析和优化设计，大型动力优化问题的建模和求解方法，非线性分析在优化中的应用，使优化技术的作用从对设计方案的优化延伸到加工工艺过程的优化，仍是极富有研究和应用价值。
综上所述，未来，机械行业产品结构的设计、动态化的优化设计和技术的运用，还需要不断分析与探讨.只有不断完善技术力量，才能更好地跟随科技的变化而不断地进步。
参考文献：
[1]王丽敏,计小辈,李颖芝.机械结构优化设计应用与趋势研究[J].邢台职业技术学院学报,2008,03:46-48.
船舶优化设计范文5
【关键词】节能减排；船舶性能；减阻降耗；经济航速
社会经济的不断发展给交通运输行业带来巨大的考验，车辆、船舶等交通运输加剧了 的排放，其在一定程度上影响了人们的身心健康以及社会经济的健康可持续发展，其中被认为是最清洁、最环保的船舶运输行业也不能幸免。因此，研究船舶运输行业的节能减排具有十分重要的现实意义。
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）
[2]赵春生.船舶柴油机节能减排技术的研究与应用[J].黑龙江科技信息，2014（36）
船舶优化设计范文6
1.1 绿色航运的内涵
绿色航运将节能和环保意识、概念及行动贯彻至船舶涉及的所有业务链，即船舶生命周期中的每个环节（如图1），以最大限度减少对环境的污染及对不可再生资源的消耗。在开展绿色航运经营的过程中，不仅要注意将经济效益与环境效益结合起来，而且要使航运效益与环境效益相互协调，实现可持续发展。[1]
图1 绿色航运产业链
1.2 实施绿色航运的必要性
近年来，随着航运业的飞速发展，船舶及其相关作业活动对环境的污染日益严重。根据国际独立油船所有人协会的研究报告，目前航运业每年消耗燃油20亿桶，排放CO2超过12亿t，约占全球CO2排放总量的6%。据预测，2020年全球航运业燃油需求将达4亿t，温室气体排放量将在目前基础上增加75%。与此同时，船舶污染事故频频发生。据统计，全世界每年因船舶事故排入海洋的石油污染物达160万t，其中，油船通过排放压舱水和洗舱水排放石油污染物110万t，因油船事故造成的石油污染物排放量为50万t。
1.2.1 航运业燃油消耗情况
国际海事组织研究表明，船用燃油质量、船舶优化设计水平、船舶航速及装载率、船龄、海况等通过作用于船舶燃油消耗间接影响航运业CO2排放。要降低航运业碳排放，实现绿色航运，关注航运业的燃油消耗十分重要。
航运业燃油需求量较大，2009年世界残渣型燃油需求量约4.5亿t，其中船舶残渣型燃油（重油）需求量达1.4亿t，约占需求总量的31%。1990―2007年航运业燃油消耗持续攀升，2007年以后稍有回落，2010年航运业耗油量比1990年增长约74.4%。如图2所示，集装箱船耗油量最大，干散货船位居其次。随着国际金融危机对全球经济的影响逐渐减弱，国际海运量增加，预计2020年世界残渣型燃油需求量将达3.3亿t，船舶对残渣型燃油的需求量将增至1.9亿t；2020年船舶耗油量将比2010年增加万t，占耗油总量的比例也将从30%提高到60%左右。
数据来源：德鲁里航运咨询公司
图2 2010年航运业各类船舶燃油消耗情况
1.2.2 航运业碳排放情况
航运业承担全球近80%的贸易运量，具有运量大、货种多的特点，其温室气体排放量逐年增加，是导致气候变暖和环境污染的主要产业之一。如图3所示：1990―2002年，航运业CO2排放量增长28%；随着国际贸易发展和海运量增长，全球航运业CO2排放量持续攀升，2005年CO2排放量达到9.55亿t，2007年达到10.46亿t，约占全球CO2排放总量的3.3%。受国际金融危机及低碳经济热潮的影响，自2007年航运业CO2排放量达到最高点后，2008年以后CO2排放量稍有下降；尽管如此，1990―2010年航运业CO2排放量的增长率高达74.9%。
图3 1990―2010年航运业CO2排放量
2 绿色航运背景下我国航运业面临的挑战
2.1 技术层面
2.1.1 造船业受到抑制
相对造船业发达的国家，我国无论在船舶建造还是船舶经营方面均处在比较落后的制造模式阶段，国外先进船厂的生产效率是我国船厂的5～7倍。例如：我国船厂的年造船数量和造船生产率分别是日本的1/5和1/10；我国造船业规模化发展不足，船厂年均产量仅为韩国船厂年均产量的1/20。
当前国际海事组织提出涉及25个领域的绿色减排技术，虽然绿色减排技术要到2015年以后才逐步进入成熟阶段，但其中大部分技术目前已被国外船厂应用。欧美国家、日本和韩国在绿色动力技术、绿色材料和绿色标准等方面的发展势头强劲。自2012年开始，我国船舶工业的年人均造船吨位、年人均产值和生产效率等指标日趋下滑，“低成本+低效率”生产策略的弊端日益突出，焊接组装的生产模式已难以为继。相比之下：韩国STX集团在几年前便宣布该公司开发的船舶节能成套技术已准备接受订单，这项被称为“绿色之梦”技术的一大亮点在于船舶推进系统能大幅减少船舶在航行过程中的CO2排放量，并最多可节省50%的燃油费用；以日本邮船为代表的日本船厂推出“超级生态概念船”，预计到2030年新型船舶可减少CO2排放量约70%，到2050年将采用氢气取代液化天然气作为船用燃料，从而实现CO2零排放船舶的宏伟计划。
2.1.2 大量船舶面临淘汰
绿色航运的发展对航运业碳排放和船舶能源效率提出越来越高的要求，为此，航运业需要制定相应减排标准，并在船舶优化设计、燃油选择、营运管理等方面作出严格规定。随着船舶使用年限的增加，船舶机器设备逐渐老化，会出现锅炉等设备换热效率降低、主副机不完全燃烧等问题，导致船舶航行阻力加大，船舶燃油效率降低，从而造成CO2排放量增加。[2]
目前，我国营运船舶普遍存在燃油系统效率不高、航速较快、船龄偏大、船舶设计不合理等问题，导致我国航运业能源利用效率低下和CO2排放量较大，不符合绿色航运发展要求。随着船舶能效设计指数标准以及部分国家碳排放相关法律的出台，我国大量船舶将因难以达到规定标准而被划入强制淘汰或优化的船型队伍中，从而面临退出营运市场的危险。
2.2 营运层面
2.2.1 操作及管理更加复杂
航运企业在营运过程中可以采取气象导航侦测、调整航线、提高船舶装载率和装卸效率、合理安排船舶进出港及在港停留时间等措施来实现节能减排，这给船舶营运操作和管理提出一定要求。例如：船舶速度控制涉及港口、货主、船舶租赁人等多个方面，航运企业必须按照船舶租赁人或货主的要求在指定时间内到达港口；缩短船舶待港时间也需要船舶所有人或船舶租赁人与港口相互配合调整。
航运企业开展绿色航运，一方面要保证船舶和货物安全，以满足客户需求，另一方面要严格控制燃油消耗及CO2排放，这使航运企业在营运、操作和管理等方面面临诸多挑战。我国航运企业在营运、操作和管理等方面的节能减排意识较弱，并且其营运管理能力与节能减排要求存在较大差距；此外，实施绿色航运过程中的成本控制也是航运企业面临的巨大挑战，关系其在业内的竞争力和可持续发展。
2.2.2 营运成本结构变化
航运企业的营运成本包括船员工资以及燃油、船舶折旧和港口使用等费用，其中，燃油和人工成本是航运企业的主要成本，占营运总成本的比例较高。例如，中远集装箱运输有限公司2010年度可持续发展报告显示，该公司燃油费用占营运成本的23.1%，若油价上涨10%，公司营运成本将增加约2.3%。在燃油价格居高不下的背景下，由于我国航运企业技术相对落后，在营运管理方面存在诸多缺陷，导致燃油成本居高不下，人力成本持续上涨，从而使营运总成本增加。
2.3 市场层面
由于我国数量众多的小型航运企业难以发挥规模经济效益，抵御市场风险的能力较弱，导致市场同质无序化竞争加剧。在发展绿色航运背景下，航运市场竞争主要体现为技术、资金来源、成本控制、经营管理等方面的竞争，无形中为小型航运企业进入绿色航运领域设置了壁垒。一些小型航运企业因难以承担过高的减排成本而退出市场；一些企业因为技术落后，达不到减排要求而被迫暂停营运；一些企业采取兼并方式抱团取暖，利用各自在技术、资金及营运管理等方面的优势，共同面对低碳经济提出的要求，从而推动航运企业走向寡头垄断经营模式，严重压缩中小航运企业生存空间。[3]
3 我国航运业应对绿色航运浪潮的策略
3.1 加快技术研发和创新
航运技术是绿色航运发展的支撑力量，航运业绿色化包括船舶绿色化，航运活动机械化、自动化和信息化以及航运材料的可重用性和可降解性等，都是未来发展的趋势。强化船舶优化设计技术研发和创新是提高我国航运业水平的关键因素。针对我国大型船舶配套设备和关键零部件生产能力不足、新能源技术水平较低等问题，我国航运业界应努力加快技术研发和创新，推进新一代节能环保型船舶投入营运，为航运业可持续发展提供强有力的技术支撑。
3.2 加强成本控制
实施绿色航运可能导致航运企业技术和人工等成本增加，鉴于我国航运企业融资较为困难，加强成本控制可以避免航运企业面临资金短缺的困难。为此，可以从以下方面入手加强成本控制：（1）实施科学预算，并制定成本标准，使成本控制在合理范围之内；（2）兼顾企业眼前利益和长远利益，平衡单艘船舶与整个船队之间的成本控制；（3）在船舶同等技术水平下，尽量选用国产设备；（4）在船舶日常营运期间，采取控制航速、选择航线、使用岸电等多种措施，实现燃油消耗最少，满足绿色航运的要求。
3.3 加强航运企业联合
我国发展绿色航运面临的巨大挑战在于资金不足、技术落后及成本上涨。要解决行业困境，仅凭单个航运企业的力量寸步难行，建立航运企业战略联盟、采取合作共赢的模式是实施绿色航运的必然要求。航运企业相互联合不仅有利于缓解短时期内融资困难，而且有利于避免行业内同质无序化竞争，提高服务水平，节约资源，实现共同发展。
4 结束语
我国发展绿色航运任重而道远：一方面，多数航运企业的绿色航运意识薄弱，只有少数大型航运企业能够真正实施绿色航运；另一方面，绿色航运相关法律制度有待完善，航运技术有待提高。尽管如此，相信随着我国相关法律逐渐完善、绿色技术水平逐渐提高以及绿色理念逐渐增强，我国航运业竞争力将越来越强。
参考文献：
[1] 冯春宾，徐志刚.我国绿色航运现状分析[J].中国港口，2011（6）：52-53.
[2] 田靖.绿色、低碳引领航运新革命[J].航海技术，2011（4）：73-75.
