تصميم السفن: التطور من أجل الكفاءة والامتثال

بقلم كين فيتزجيرالد ، المدير ، غلوستن • 1 ربيع الأول 1441

النماذج الرقمية المفصلة تقريبية ومباشرة بشكل متزايد نتائج مدمجة. الائتمان: Glosten

إن الوقود البديل مثل الهيدروجين السائل يتم خدمته بالفعل عن طريق سلاسل الإمداد الحالية. الائتمان: Glosten

يتأثر تطور التصميم البحري بشكل متزايد بثلاثة محركات: أدوات التصميم ثلاثية الأبعاد الجديدة ، التعقيد المتزايد لأنظمة الطاقة ، والوصول الجديد إلى طرق الشحن في خطوط العرض العليا. بينما تعد أدوات التصميم الرقمي الجديدة بمثابة تقدم طبيعي لعصر المعلومات الحالي ، إلا أن متطلبات طاقة الدفع الجديدة وطرق الشحن القطبية تمثل ردود فعل على تراث العصر الصناعي المتراجع .

سير عمل التصميم ثلاثي الأبعاد
صرح أحد المهندسين البحريين الشباب مؤخرًا بأن لدينا قدرة عادلة على التنبؤ بتطوير أدوات جديدة في الصناعة البحرية لأن صناعتنا تبدو متأخرة دائمًا عن الآخرين. كانت تتحدث عن التحول المستمر لبرامج التصميم ثلاثية الأبعاد من النمذجة الرقمية لحزم إنتاج أحواض بناء السفن النهائية إلى الجهود السابقة في مراحل الجدوى ومفهوم تصميم السفينة.

نجد أنفسنا نخرج من المراهقة المحرجة للنمذجة ثلاثية الأبعاد. حتى وقت قريب ، تم تصميم السفن من قبل المهندسين المعماريين البحريين في إطار مجموعة قديمة من وجهات النظر القياسية ثنائية الأبعاد ومن ثم تحويلها من قبل المصممين البحريين إلى نماذج رقمية من النظم والهيكل مع مستويات لا تصدق من التفاصيل. وصلت هذه المهارات ثلاثية الأبعاد الجديدة مع أحدث المصممين باستخدام الأدوات التي تم تطويرها للقطاعات الرقمية والفنون والسيارات والفضاء والهندسة المعمارية. لقد كان تكييف هذه الأدوات من قبل المهندسين البحريين الذين يعملون في المراحل المبكرة من جدوى التصميم سريعًا بشكل مذهل عند قياسه بمئات السنين من طرق العرض القياسية ثنائية الأبعاد في حزم رسم الورق.

يتم اشتقاق الرسومات ثنائية الأبعاد للمراجعة التنظيمية من النماذج ثلاثية الأبعاد ؛ كتيب الرسومات المطبوعة كبير التنسيق يفسح المجال للغزل والمقدمة. في حين أنه من الصعب التخلي عن تجربة تحديد صفحات ترتيب عام من يد إلى يد ، إلا أن هناك مزايا جديدة بوضوح في كفاءة سير العمل في التصميم والتعاون في الوقت الفعلي والتخلص من المخاطرة بقرارات التصميم المبكرة وتسهيل التفاعل مع الروبوتات طرق التصنيع.

الطاقة الخضراء
يتزامن وصول الطاقة المنخفضة الكربون في الصناعة البحرية مع الاتجاه السابق لزيادة التعقيد في خيارات الدفع بالديزل والكهرباء والواجهات البينية. أصبحت الواجهات التقليدية المحددة جيدًا بين نظام الدفع وبقية الوعاء أنظمة متكاملة دفعت إلى مستويات من التعقيد لم يكن من الممكن تصورها سابقًا. تم اعتماد اعتماد هذه الأنظمة المعقدة من قبل العديد من المتطلبات بما في ذلك انخفاض التعامل مع الجرار ، وتحديد المواقع الديناميكي ، وكفاءة الوقود التنافسية ، وزيادة السلامة في رموز التصميم.

كان ذروة عصر الديزل والكهرباء الحالي فترة من الدروس الصعبة في تكامل النظم. بدون التحسين على مستوى الأنظمة والتحكم في السطح البيني ، تصبح مشاريع السفن التي تحتوي على أنظمة كهربائية وبيانات متعددة متصلة ببعضها البعض من جيش من البائعين المهترئين ساحات قتال مكسورة. لم يكن الكثير من المالكين وأحواض بناء السفن والمصممين والبائعين مستعدين لهذا العصر الجديد من تعقيد الأنظمة أثناء العمل في نموذج تجاري لبناء السفن من وقت أبسط. وقد ولد هذا الانضباط الفرعي الجديد للهندسة البحرية. تتمثل مهمة مصممي الأنظمة الكهربائية البحرية في تحسين النظام الكهربائي والتحكم بأكمله لتطوير متطلبات واجهة واضحة.

لقد أضافت المبادرات الجديدة لتخفيض الكربون وتحسين الكفاءة مزيدًا من التعقيد إلى أنظمة المستقبل القريب وأدت إلى مجال ازدهار مفاهيم الطاقة المتجددة. تتضمن التوقعات الخاصة بتوليد الطاقة البحرية مجموعة واسعة من الخيارات تتراوح بين الهيدروكربونات والكهرباء المتجددة والهيدروجين والأمونيا والرياح. يحتوي كل خيار من هذه الخيارات على مجموعة مخيفة من الأنظمة والتوصيلات الجديدة لعناصر التحكم والإنذارات والأتمتة التي ستحتاج إلى التحسين.

الشحن القطبي
تؤدي زيادة الوصول إلى طرق الشحن في القطب الشمالي إلى إلقاء الضوء على الحاجة إلى أدوات ملاحية جديدة وبنية تحتية وتصميمات سفن لسد الثغرات التشغيلية وتلبية المتطلبات البيئية. يتم تجميد الطرق الحالية للتنبؤ بالجليد وتخطيط الرحلة في نظام جليل مخصص لعدد محدود من السفن النشطة في المياه المتأثرة بالثلج. ستكون هناك حاجة إلى أساليب متقدمة وتقنيات جديدة للتطبيق التجاري على نطاق واسع في الطرق الشمالية الجديدة. سوف تتطلب اللوائح البيئية القطبية الجديدة جنبًا إلى جنب مع المتطلبات الحالية قدرة هندسية وموردية إضافية مع زيادة النشاط البحري في المياه القطبية.

إن تطوير أدوات جديدة للملاحة الجليدية هو التزام استثمار وليس تحديًا تقنيًا. الائتمان: Glosten

تضيف عمليات السفن في المياه المغطاة بالثلوج وبالقرب منها أعباء يومية جديدة لأطقم السفن العاملة في خطوط العرض العليا. تركز العديد من هذه المتطلبات الجديدة على تقدير ظروف الجليد في الوقت الحقيقي وفي المستقبل القريب في مناطق العمليات المباشرة وعلى طول الطرق الملاحية. بعبارات أبسط ، يمكن اعتبار الملاحة الجليدية ملاحة ساحلية ذات خط ساحلي دائم التغير ومتحرك دائمًا. في عصر تم فيه تخفيف معظم المخاطر من خلال المعلومات الرقمية ، لا تزال الممارسة الخالدة لليقظة الاحتياطية هي الأداة الأساسية للملاحة الجليدية. إن تنبؤات الجليد الخاصة بالموقع والتي تغطي بيئة الوعاء المباشر على مدار فاصل من ساعات إلى أيام أصبحت في متناول اليد حاليًا من خلال الجمع بين بيانات metocean في الوقت الفعلي ونماذج رقمية عالية الدقة. يمثل الاعتماد التجاري لهذه الأدوات من خلال التطوير والتعبئة تحديًا كبيرًا لمقدمي خدمات تخطيط الرحلات الجوية وتخطيط الرحلات.

يمثل البحث والإنقاذ (SAR) والإنقاذ والاستجابة للانسكاب في المياه القطبية فجوة أخرى لإدارة المخاطر للشحن في خطوط العرض العالية. هناك حاجة إلى أساليب جديدة وممارسات موحدة للرصد والاستجابة لإدارة مخاطر الإصابات البحرية وتطبيع الشروط التجارية لعمليات المياه القطبية.

سيتم تنفيذ المتطلبات البيئية الجديدة وغير المألوفة للسفن العاملة في المياه القطبية بشكل متزايد في حزم تصميم المباني الجديدة وتعديلها لتزويد السفن بمرونة للعمل في خطوط العرض العليا. التصاميم والعلاجات للحد من الضوضاء المشعة تحت الماء قيد الدراسة بالفعل في الموانئ الحالية وممرات الشحن عالية التركيز. ستحتاج السفن المخصصة للطرق والعمليات القطبية إلى مستويات جديدة من التصميم المتخصص لتقليل تأثيرات ضوضاء السفينة في الموائل القطبية للثدييات البحرية المحمية. وبالمثل ، ينبغي أن يتوقع أن توفر الأنظمة والهندسة الجديدة الامتثال لخفض انبعاثات السفن. تعتبر مناطق التفريغ الصفري محركًا حاليًا لأنظمة العلاج هذه. تعد أدوات التحكم في انبعاثات الكربون الأسود للمحرك الرئيسي والأنظمة المساعدة مجالًا آخر محتمل للتطور الهندسي في تصميم السفن ذات خطوط العرض العالية.

طرق جديدة ، مسؤوليات جديدة
إنها طبيعة المصممين والمهندسين والبنائين أن يروا أنفسهم كمبتكرين يجلبون حلولًا جديدة مثيرة ومثيرة لقطاعات التكنولوجيا لديهم ؛ تعمل الأدوات الرقمية على تغيير التصميم البحري تمامًا كما عطل المروحة عجلة المضرب. في حين أن هذه الاتجاهات مثيرة وإيجابية تعتمد على المسار الأسي للقفزات التقنية السابقة ، إلا أننا نواجه أيضًا تحديات جديدة تأتي مع تقدم العمر في كل شيء. في عام 2019 ، هذه هي تحديات الحفاظ على الصحة البيئية والتكيف مع التغييرات غير المقصودة من نمط حياتنا الصناعية السابقة.

عن المؤلف

كين فيتزجيرالد هو مدير رئيسي في Glosten ، وهي شركة استشارية وتصميم بحري متكاملة الخدمات ومقرها سياتل ، واشنطن. يتمتع Ken بخبرة 30 عامًا تقريبًا من الخبرة البحرية الدولية ، مع خبرة واسعة في الهندسة والتصميم ، وعمل مسح ميداني واسع ، وتجربة خارجية. وهو يدعم عمل الشركة في علوم المحيطات ، والمسوحات الجيوفيزيائية ، والطاقة المتجددة البحرية ، وتصميم المرسى ، والخدمات اللوجستية البحرية. قبل انضمامه إلى Glosten ، عمل كين كواحد من أخصائيي علم المحيطات وفني بحري لتصنيع ونشر المنصات الأوقيانوغرافية الشاطئية ، والمراسي البحرية ، وأنظمة القطر.

كين فيتزجيرالد. الائتمان: Glosten