摘要：航运业作为全球贸易的重要支柱产业，船舶的建造与维护是航运业发展的关键环节。而船舶的建造离不开大量的钢材，其质量和利用率直接影响着船舶的性能和经济效益。提高船舶钢材的利用率不仅可以降低船舶建造成本，提高船舶运载能力，减少资源消耗，降低造船成本。因此，研究如何提高船舶钢材利用率具有重要的理论和实践意义。本文将探讨一系列方法，系统的策划合理的安排，从船舶制造环节提高材料利用率，降低生产成本，提高经济性效益。

关键词：船舶钢材；利用率；优化设计；创新工艺

一、提高船舶钢材利用率的价值

船舶钢材是船舶结构最主要的材料，船舶结构在航行海过程中受到很大的力学压力以及海洋环境腐蚀侵蚀等作用，所以它的质量与使用效能对船舶的安全性与经济性有着直接的影响。提高船舶钢材利用率意味着降低资源浪费、改善船舶性能、实现可持续发展。从船舶使用性能和操作性能综合衡量考虑，提高材料利用率的机制表现在以下几个方面。一是提高船舶钢材利用率可产生环保效益。船舶建造需要大量的钢材，二钢材从矿石挖掘、炼制、轧钢成型需要一系列工艺流程，造成很大的化境污染。船舶钢材的实际需用量与载重吨占比关系大约是油轮约为16%，散货船约为20%，集装箱船约为32%，化学品船约为38%。若能通过技术创新、管理优化等手段提高钢材的利用率，既能减少对于自然资源的依赖性，又能减少能源消耗、降低二氧化碳排放量，达到航行时环保的目的。二是提高船舶钢材利用率在航海经济中同样有重大意义。通过减少船舶建造及维修期间对钢材的需求量，可为航运企业减负增效。另外，船舶铁矿石，煤炭等原材料运输在航海经济中占据着重要地位，提高钢材利用率可以降低这些原材料消耗及运输成本，对于航海经济发展起到积极作用。三是提高船舶钢材利用率也可促进船舶可靠性与安全性。采用先进的设计手段，优化船舶结构，减少疲劳强度和浪涌船舶结构影响。在相同的强度情况下，用适合的节点或高强度材料，减少材料损耗，提高材料利用率。通过一系列技术创新及对船舶维护进行有效管理可以延长船舶结构材料使用寿命、降低结构损伤与失效、提高可靠性与安全性。避免船舶航行时面临多种复杂海洋环境及恶劣天气条件，对其结构材料苛刻的要求，从而对航行安全造成了一些隐患。四是提升船舶钢材利用率也包含着人文、文化等方面价值。帆船作为人类追求自由、探索未知的一种方式，代表着人类的勇敢和智慧。而船舶钢材是船舶建造过程中的基本材料，它承载了人类智慧与创意的结晶。提高钢材利用率能体现人类对于资源的尊重与珍惜、传达环境保护与可持续发展思想[1]。

二、船舶钢材利用率低的原因

船舶钢材利用率低，是一个与船舶设计、生产管理、过程控制息息相关的课题。当探究船舶钢材利用率低的原因时，不仅要考虑船舶结构本身的特点，还需要适应造船发展过程的特点和所处的历史阶段：第一，船舶设计和建造中的不合理，是导致钢材利用率低的主要原因之一。船舶设计和建造过程中，需要综合平衡考虑，如船舶的载重能力、结构强度、稳定性等。一些设计院所和造船厂可能会出设计理念和设计手段落后、思想保守，对船舶的设计和结构进行不必要的冗余，导致大量的钢材浪费。此外，缺乏高效、精确的工程设计方法和技术也是影响钢材利用率的因素之一。第二，船舶维护中的不合理因素也是导致钢材利用率低的原因之一。船舶的维护工作是确保船舶正常运行和延长船舶寿命的重要环节。然而，在维护过程中，一些船舶营运公司或船舶管理公司忽视了细节，导致钢材的损耗和浪费。例如，粗糙的维修操作、不合理的防锈措施和材料选择，都会导致钢材的过度消耗。第三，船舶行业的发展和变革也对钢材利用率造成了一定的冲击。随着船舶制造技术的不断进步和船舶设计理念的不断更新，一些传统的船舶建造方式和材料选择已经被逐渐改变。例如，新型船舶结构和材料的引入，使得船舶钢材的需求和使用方式发生变化。然而，在船舶行业中，一些传统的思维模式和制造方式仍然存在，导致了船舶钢材利用率低下的问题[2]。第四，供应链管理和市场需求也对船舶钢材利用率产生了一定的影响。船舶建造涉及到多个环节，包括钢材采购、储存、运输等。在供应链管理中，如供应不稳定、储存不当等，可能导致船舶钢材的浪费。市场需求的波动和不确定性也会影响到船舶建造和维护过程中对钢材的需求，进而影响钢材的利用率。

三、提高船舶钢材利用率的方法

（一）优化船舶结构设计

船舶作为人类最主要的交通工具，为改善船舶性能与效率，船舶结构设计优化已成为重要研究课题。优化船舶结构设计时提高船舶钢材利用率就是其中的重要方面之一。船舶结构设计涵盖了各方面内容，主要有船体，甲板，舱室以及船舱。对船舶结构设计进行优化，其目的就是在保证船舶安全与航行性能要求的同时，尽可能地降低材料用量并提高钢材利用率。提高船舶钢材利用率途径之一，就是利用先进结构设计软件。目前通常是三维设计设计结构设计，力学分析和船舶性能计算。除使用该软件外，在船舶结构设计上也可运用一些新颖的设计理念。优化结构模型，如利用轻量化设计原则尽，在满足结构性能的情况下减轻材料的使用，减轻船舶自重来实现钢材利用率。

设计人员在提高材料利用率时，结合三维设计软件，利用SigmaNest套料软件运行效率高的特点，从预套料、板规优化、余料管理等控制环节入手，保证了钢材一次利用率平均在90%～90.5%左右。具体表现在：一是开发零件分道技术，如何实现中组立零件分道、大小成型、T排、标准件零件分类套料，需研究零部件自动识别和自动分类技术，依据DAP设计新模式，在保证零件编码正确基础上，利用AutoCAD接口良好的扩展性，根据零件编码规则，开发了嵌入CAD中的船体工具箱，对SPD三维建模软件抽出的CAD零件图操作，实现了零件按所需要求自动分道，成功实现零件分道的技术开发，极大提高设计效率，为分道套料提供了保证。

（二）创新制造工艺

创新制造工艺是现代工业发展的重要驱动力之一。在船舶制造行业中，提高钢材利用率是一项重要而具有挑战性的任务。本文将探讨一些创新的制造工艺，以提高船舶钢材利用率。第一，工作人员可以考虑采用先进的数值模拟技术。通过使用计算机模拟软件，工作人员可以准确地预测和分析不同船舶零部件的受力情况。根据这些模拟结果，工作人员可以优化零件的设计，减少材料浪费，提高钢材利用率。例如，在船体结构设计方面，工作人员可以通过模拟计算，精确确定各个部位所需的厚度和形状，从而避免过度使用钢材。开展新的套料策略研究推广。将货舱区各区域组立命名统一化，并区分大、小成型，充分考虑板规、板缝位置，合理排板，减少订货规格。将货舱区按组立套料，并将组立内的大、小成型分开套料，降低了集配难度，减少了二次集配，提升了生产效率。为充分利用边角料，扩大材料的利用范围，将分段内的小零件单独挑出，小零件集中套料并由车间使用边角料自行下料，此项改进约节省材料30余吨。通过各类优化措施，首制船利用率接近91%，比任务目标提升了0.5个百分点，节省材料近百余吨。采用先进的制造工艺也是提高钢材利用率的关键。传统的船舶制造工艺中，常需采用焊接等方法将零部件连接在一起。然而，这种连接方式会带来一定的材料损耗和浪费。因此，工作人员可以尝试使用3D打印技术。通过3D打印，工作人员可以将船舶的零部件直接制造出来，避免了传统制造工艺中的材料浪费。此外，3D打印还能够实现复杂形状的制造，提高船舶结构的刚性和强度，进一步提高钢材的利用率。

（三）采取专用切割方法

要实现船舶钢材的充分利用，采取专用切割方法无疑是一种非常有效的途径。专用切割方法是指根据船舶设计的需求，针对不同部位的钢材进行精确的切割和优化，以满足船舶结构的各项要求。第一，专用切割方法可以通过精确计算和规划，将钢材的浪费降到最低。船舶结构中存在着各种不同形状和尺寸的构件，而传统的切割方法往往会造成较大的浪费，导致钢材的利用率下降。而采用专用切割方法可以根据每个构件的尺寸、角度和曲率等特征进行精准切割，将浪费减少到最低限度。第二，专用切割方法能够提高船舶结构的强度和稳定性。船舶的结构需要承受海上恶劣环境下的巨大压力和载荷，因此结构的强度和稳定性非常重要。专用切割方法可以针对船舶不同部位的受力情况进行切割和优化，以提高钢材的强度和稳定性，确保船舶在海上的安全运行。第三，专用切割方法还能够提升船舶的性能和效益。

采用专用切割方法可以根据船舶的设计要求，精确地切割出符合流体力学要求的船体形状，提高船舶的航行性能和效益。

结束语

满足T型材流水线生产线要求，需对T型材零件进行流水线与非流水线加工流向的分离，并对流水线T型材进行打包处理，将同一腹板同一面板的T型材打包成一个打包号，推敲各个技术细节，开发了T型材零件自动打包编码程序，编制了T排设计指导书。推行结构标准肘板、补板设计，将货舱区域的小零件设立为标准件。通过软件二次开发利用SPD零件内码，实现了补板和肘板自动区分。对零件外形和规格分类判断和统计排序，相同类型的零件达到一定数量后可设定为标准件，并按一定的规则进行统一编号，编制成新旧编码的对应清单，对原相关零件按新标准号统一编码，车间根据标准件下料清单，选用边角余料找到对应型号的指令进行切割下料，小件批量下料切割提高生产效率，集中统一管理，在分段建造过程中根据分段集配清单领料。三是设计出图模式优化，配合新套料策略，实施了新的出图模式，零件不仅按原来坡口机零件、高精门、外板单独分离套料，通过对同单元按组立分类分道，按大、小成型套料，非大小成型阶段零件与大成型零件合套，各组立的大小成型零件原则上不跨套，一个分段批次的钢板数切图册中建立了多个中组力的套料分册；同一组立分段又包括大成型、小成型套料图册，从而生成各组立的材料托盘，材料托盘流向清晰，方便车间材料分道申请和配送。标准小件集中下料，加大边角余料消耗，通过船体肘板、补板标准化程序的开发和应用，制定肘板标准化工艺流程，某项目实现了全船货舱区肘板零件外型自动比对、面积自动计算、自动编号，扩大了船体零件标准化工作，既保障了分段大小成型阶段零件的快速切割和理料，同时又缩短了分段切割周期，有效提升了生产物量，共在某散货船等6条船货舱区分段肘板、补板等小零件由车间自行集中套料，零件重量197吨，利用各项目产生的边角余料约271吨，及时有效消耗边角余料，利用率显著提高。

提高船舶钢材的利用率是船舶工业可持续发展的重要举措。通过优化设计、创新工艺和智能化管理，可以实现船舶建造过程中钢材利用率的最大化。在实践中，还应加强相关技术的研发与应用，不断完善相关设计标准，提高企业和设计人员的意识和素质。充分利用先进的设计理念和强有力工具，船舶钢材的利用率将得到进一步提高，为船舶行业高质量发展撑起一片天。

参考文献

[1]刘晓勇，陈洁明，房坤，等.材料前沿测试表征技术及其在船舶材料领域的应用展望[J].材料开发与应用，2022，37（06）：1-11+101.

[2]刘嘉松，徐海龙，林家根.常用渗透标准对工件表面要求的简析和验证[J].广船科技，2022，42（04）：72-73.

[3]仇潞.船舶材料抗盐水腐蚀特性中的温度参数影响[J].舰船科学技术，2022，44（17）：64-67.