Судостроение и новые технологии – приоритеты 2024 года

Интересные данные для ответа на этот вопрос дают материалы недавнего исследования, проведенного специалистами австрийской компании StartUs Insights на основе анализа особенностей свыше 1 600 наиболее ярких судостроительных стартапов, а также проектов модернизации уже действующих верфей, реализация которых уже начата или начнется в текущем году. Примечательно, что предпринятые изыскания проводились с помощью искусственного интеллекта, а выборка осуществлялась из базы, включающей почти 3,8 млн проектов. 

В результате удалось получить удельный вес каждого из основных элементов, определяющих своеобразный технологический "портрет" того или иного предприятия в области мирового судостроения:

А теперь представляется целесообразным рассмотреть особенности каждой из этих составляющих более подробно...

Продвинутая робототехника

Как следует из приведенной статистики, в первую очередь корабелы мира интенсифицируют применение автоматических систем и устройств для выполнения все более широкого спектра профильных работ – от уже привычных очистки корпуса, раскроя металлических листов, сварки и окраски, до монтажа оборудования, контроля герметичности стыков и общего состояния корпуса в особо труднодоступных местах.

Заметим, что основными причинами подобного внимания к развитию данного технологического сегмента является не только (и не столько) забота о безопасности судостроителей в зонах повышенного риска, но и дефицит квалифицированных (и не слишком) рабочих кадров, который предполагается компенсировать за счет активного использования роботов. 

К тому же роботы (в отличие от обычных живых корабелов) не нуждаются в отдыхе, не склонны требовать прибавок к заработной плате и устраивать забастовки – например подобные тем, которые в течение последних двух лет столь поспособствовали существенному ослаблению позиций южнокорейского судостроения на мировом рынке. 

Как следствие, официальный Сеул вынужден был даже смягчить миграционное законодательство в пользу иностранных работников судостроительных специальностей. Впрочем, это не спасло даже крупнейшие верфи страны от необходимости экстренного рекрутинга за рубежом для соблюдения сроков исполнения уже заключенных контрактов и вполне ожидаемого оттока заказов на новострой в Китай.

Среди стратегических аспектов роботизации судостроительного производства стоит отметить ускорение перехода от полуавтономных и дистанционно управляемых специализированных аппаратов к их дистанционно контролируемым и полностью автономным аналогам – как программируемым, так и с использованием собственного искусственного интеллекта. 

На уровне же тактических решений основные усилия конструкторской мысли в настоящее время концентрируются на создании все более подвижных и преимущественно малоразмерных производственных роботов, а также на совершенствовании систем их статической и/или динамической фиксации на поверхности судовых корпусов и надстроек – например, посредством магнитных и вакуумных систем крепления.

Новострой – "зеленый" флот

Трудное, но все же единогласное решение Международной морской организации (IMO) по ужесточению правил экологической безопасности судов оказало на мировой рынок судового новостроя самое решительное влияние. Ведущие грузо- и судовладельцы, которые в преддверии знакового заседания IMO от 7 июля 2023г предпочитали выдерживать паузу с вынесением окончательных инвестиционных решений, гибко скорректировали свои судостроительные программы в пользу судов с двухтопливными (или хотя бы с "готовыми" к использованию альтернативных видов топлива) пропульсивными комплексами.

Сразу скажем, что такие суда обойдутся заказчикам чувствительно дороже традиционных, поскольку их конечная цена будет формироваться не только с учетом необходимости разработки как новых видов топлива и адаптацию под них судовых силовых установок, но и создания соответствующих бункеровочных комплексов – как стационарных, так и плавучих. К тому же, обратной стороной повышенной "экологичности" топлива почти неизбежно становится снижение его энергонасыщенности и энергоэффективности.

И, тем не менее, крупнейшие судовые операторы все же решились на дополнительные расходы по оперативному "озеленению" своих флотов (которые вряд ли смогут позволить себе более скромные компании) поскольку на кону появилась реальная возможность очередного передела глобального рынка морских перевозок. В соответствии с "дорожной картой" IMO по внедрению новых экологических стандартов, основными этапами этого увлекательного процесса последовательно станут 2030-й и 2040-й годы, а полное закрытие этого уникального в новейшей истории окна возможностей ожидается уже к 2050 году. 

Таким образом, недавно сошедшие и сходящие со стапелей в наши дни суда "доэкологической" эпохи еще успеют отработать инвестированные в их сооружение средства. Однако портфель перспективного новостроя просто обречен неуклонно "зеленеть" с каждым годом – к безусловной выгоде верфей, которые своевременно успеют освоить все тонкости создания "чистого" транспортного флота и смогут укрепить свои позиции на рынке за счет вытеснения с него менее готовых к переменам коллег-конкурентов.

Иммерсивные технологии

Практика достижения т.н. "расширенная реальности" за счет комплексного использования реальностей виртуальной (VR) и дополненной (AR) давно уже вышло из первоначально заданных массовым потребителем рамок спецэффектов в кино и видеоиграх. К настоящему времени она в той или иной степени применяется практически во всех областях промышленного производства, однако в современных рыночных условиях ее использование для судостроения приобретает особое значение.

Дело в том, что современные гражданские суда (не говоря уже о еще более технологоемких боевых кораблях) представляют собой настолько крупные и сложные в техническом отношении объекты, что даже их концептуализация, проектирование и строительство по традиционной схеме "конструкторское бюро – стапель" с использованием только лишь двумерных (плоских) чертежей неизбежно ведет к затягиванию сроков сдачи готового судна при общем удорожании заказа, со столь же неизбежным снижением качества работ.
 

С учетом же необходимости обучения экипажа и обслуживания судового оборудования в процессе дальнейшей эксплуатации, проблема расширения (причем существенного) производственной реальности становится еще более острой. Логичными вариантами ее решения представляется не только перенос всей конструкторской документации в 3D-пространство, но и создание максимально полноценных виртуальных моделей судов, их отдельных отсеков, агрегатов и т.д. 

Параллельно с максимально полной цифровизацией производственных процессов непосредственно на самой верфи, разрабатываются иммерсивные формы и методы повышения эффективности взаимодействия предприятия с поставщиками. Очевидная цель – обеспечить планомерное выполнение уже заключенных контрактов с учетом кризисных явлений в мировой экономике и формирование базы поставок необходимых комплектующих для перспективных заказов. 

Но и это еще не все – на очереди создание 3D-аватаров будущих пользователей всей этой техники, с одновременным моделированием различных вариантов их поведения в различных (включая стрессовые) ситуациях. Таким образом, еще на этапе строительства судна его создатели получают возможность с должной степенью точности оценить его эксплуатационные риски – в том числе с учетом печально известного "человеческого" фактора из-за которого в подавляющем большинстве случаев как раз и возникают нештатные (а то и аварийные) ситуации. 

Аддитивное производство

На фоне достаточно широкого применения 3D-технологий (проектирование, конструирование, распечатка, сборка) в автомобилестроении, создании строительных конструкций и т. п., западные отраслевые эксперты отмечают ограниченность их возможностей для судостроения. 

Это в первую очередь связывается с особо жесткими требованиями, которые предъявляются к прочности как отдельных деталей, так и их соединений, а также к возможности противостоять коррозии и динамическим нагрузкам при нахождении судна в плавании. 

В результате до последнего времени аддитивные технологии главным образом применялись при изготовлении сравнительно небольших судов преимущественно из пластика и различных композитных материалов, а их использование для создания крупных комплектующих и деталей судового оборудования (например, винтов и других компонентов пропульсивных систем) в основном носили опытный характер.

С целью устранения подобных ограничений, ведущие зарубежные судостроительные предприятия активизировали работы по совершенствованию возможностей применения в ходе аддитивного производства дуговой сварки, а также технологий так называемого "синтеза на подложке", в ходе которого та или иная деталь формируется послойно из специального порошка посредством термического связывания – спекания или сплавления.

Предполагается, что комплексное использование этих методов наряду с традиционной 3D-распечаткой позволит существенно расширить ассортимент выпускаемой судостроительной продукции, в том числе – и крупногабаритной.

Искусственный интеллект и кибербезопасность 

В современном и (тем более) в перспективном судостроении связанные с этими понятиями технологии приобретают особое значение и еще более крепкую взаимосвязь. Это обусловлено необходимостью оценки все большего массива исходных данных, закладываемых при создании концепции и последующего конструирования судна – от сугубо технико-технологических параметров, до эксплуатационных характеристик в различных условиях и режимах использования.

Все возрастающую ценность при этом приобретает предикативная (прогностическая) аналитика, позволяющая еще на проектной с достаточной степенью точности моделировать изменение состояния судна в целом и отдельных его агрегатов в процессе будущей эксплуатации. Помимо возможности заблаговременного (еще до резки металла) устранения потенциальных рисков, это также существенно облегчает определение основных направлений подготовки береговых специалистов и членов экипажа по корректному обслуживанию находящихся в их заведовании технических средств.

Однако чем больше данных (причем исключительно в цифровом формате) вовлекается в процесс создания судна, тем более чувствительными становятся проблемы, связанные с их надежным хранением и недопущением утечек особо важной информации, которая может составлять ценный "секрет" не только корпоративного, но и государственного уровня. Одновременно обостряются и вопросы обеспечения безопасности самих производственных процессов на современной цифровой верфи, деятельность которой может быть нарушена как в результате технического/программного сбоя, так и хакерской атаки. 

Таким образом, наряду с дальнейшей тотальной цифровизацией работы судостроительной промышленности в целом, возникает настоятельная необходимость параллельного развития систем компьютерной безопасности нового уровня и подготовки соответствующих специалистов с максимально полным учетом отраслевой специфики.

Оптимизация конструкции и передовые материалы

Тенденции глобального рынка судостроения свидетельствуют о поступательном увеличении размеров как транспортного, так и пассажирского флота. Наряду с ростом габаритов судов приобретает все большую актуальность рациональное использование их внутреннего и палубного пространства – особенно с учетом все более широкого использования пропульсивных комплексов на нетрадиционном топливе, а также альтернативных движителей (от уже ставших привычными роторных и крыловидных парусов до более экзотичных воздушных змеев и пр.)

Значительный вклад в решение данной проблемы вносит модульное размещение судового оборудования (включая элементы двигательных систем), а также монтаж отдельных видов бортовой аппаратуры в стандартных 20-фт. контейнерах. Еще одним перспективным направлением является массированное использование солнечных батарей, с размещением их не только на мачтах и надстройке, но и на крышках палубных люков (для балкеров) и других обширных палубных конструкциях.

Что же касается собственно материалов для создания современных судов, то наряду с традиционной сталью (которая, кстати, постоянно дорожает) все более широко применяются алюминий, углеродные и иные композиты. Помимо увеличения сопротивляемости коррозии и износостойкости (со значительной экономии на лакокрасочных и иных покрытиях), это позволяет существенно облегчить судно, обеспечив его большую полезную загрузку и создает объективные предпосылки для снижения расхода топлива на поддержание плановой маршевой скорости. 

Интернет вещей

Несмотря на наиболее скромную (пока?) долю вовлечения в реализацию современных судостроительных проектов, именно на данную технологию возлагается серьезная ответственность за создание наиболее полной цифровой картины производства в целом и эффективного управления информационными потоками, объединяющими его отдельные участки.

Благодаря интернету вещей становится возможным всеобъемлющее агрегирование и систематизация самых разнообразных данных по всем производственным процессам, а также их визуализация в удобном для контроля и управления виде, а также обеспечение безопасности корабелов в зонах повышенного риска.

Итак, новейшие технологии не только все настойчивее заявляют о себе в судостроении, но и пользуются явным одобрением Рынка. От осознания этой простой истины остается лишь один шаг – к возможно более широкому применению их в повседневной производственной деятельности...

...и (чтобы не отстать от остального мира) пора нам, наверное, этот шаг сделать.

Читайте также: Цифровая верфь - взгляд с другой стороны

                        Судостроение по-новому: приказано позеленеть

                        Новые технологии для судостроения - семь супер-разработок 
                        Роботы в судостроении: пример Южной Кореи