船舶甲板机械领域国际国内标准化综合研究

陈 琳，杨龙霞

（上海船舶设备研究所，上海 200031）

0 引言

船舶甲板机械技术发展随着后经济危机下全球航运进入寒冬期而放缓，以散货船、原油船和集装箱船3大主力船型为代表的大宗货物运输类船舶的建造量下滑，而海洋工程船舶、海工作业辅助船、海洋科考船等具有高附加值、跨领域研发的船型需求量逐渐攀升。上述船型中有许多特殊作业功能均需要依靠甲板机械来实现，如海洋工程船用吊机、绞车、锚泊定位装置等。同时，控制技术的研究成果在甲板机械设备上不断得到应用，如自动化技术、机电一体化技术、电液比例控制技术等，持续推动甲板机械设备向着高性能、高技术含量、高可靠性的方向发展。

2018年1月，工信部等8个部门联合发布的《海洋工程装备制造业持续健康行动计划（2017—2020年）》中明确将船舶配套产品培育作为六项重点任务之一，即“大力培育核心优势配套产品，突破瓶颈补齐短板。通过自主研发、引进专利、合资合作、并购参股等多种形式，重点发展锚绞系统、深水起重设备、收放及拖曳系统等甲板机械领域设备及系统”。因此，该专业领域主要以舵机、锚机、绞车、起重机、起货机、克令吊和海上补给装置等为标准化研究对象。

1 国内外甲板机械专业领域技术及产业现状

欧洲是现代航运业和造船业的发源地，20世纪90年代的欧洲曾是世界上最大的甲板机械供应国，甲板机械的高附加值，使其在船舶行业进入寒冬期时，依然在欧洲的造船工业中占有一席之地。20世纪初，随着造船中心的东移和东亚各国对造船行业的政策性扶持，日本、韩国和中国的船舶舾装与甲板机械领域的技术发展充分利用后发优势，以“引进—吸收—再创新”为主要发展路径，先后实现了产业的发展提升和技术的自主性转化，逐渐成为能够与欧洲船用设备企业媲美的甲板机械供应商。

甲板机械按所用动力可分为气动、电动、液压等。气动甲板机械无需回气管路，系统简单、无污染，但因内部漏泄多而导致效率较低，仅适用于吊艇机、舷梯升降机等小功率甲板机械。液压传动的优点很多，因此现代船舶上的甲板机械大多采用液压传动与电动传动的形式，并逐渐向电动-液动驱动式、封闭式、自动化、遥控化方向发展。

1.1 国外甲板机械技术及产业现状研究

国外船舶甲板机械设备生产主要分布在东亚和欧洲。东亚地区中日本和韩国是主要甲板机械设备的生产国，欧洲国家中德国、丹麦和芬兰等国的甲板机械设备生产能力较强。目前，国外船舶舵机的生产主要以日本和欧洲国家为主，各个企业的主要产品及优势技术有：德国Hatlapa公司生产的往复式舵机（包含Teleram型、HDT型和Telewin型3种型式）及回转式舵机；英国R-R公司主要生产回转式舵机，其优势产品有适用于中小型船舶的“Tenfiord SR型”舵机和升级版“Tenfiord Frydenbö SV型”舵机、“Brown Brothers海军型”舵机等；往复式舵机中的优势产品有适用于护卫舰、驱逐舰的“Brown Brothers柱塞式”舵机、“Brown Brothers活塞式”舵机等。日本Kawasaki株式会社主要生产大型舵机、小型舵机和活塞式舵机等。他们在船舶舵机技术方面引领着世界潮流，其产品被世界上80%以上的船舶采用。

国外生产锚泊机械的企业与舵机生产领域一样，主要集中在日本和欧洲国家。德国Hatlapa公司的锚泊机械产品有液压和电动2种驱动型式，其中液压驱动有高压液压系统驱动和低压液压系统驱动，电动驱动有变极电动机驱动和变频电动机驱动。英国R-R公司的锚机产品，驱动系统有液压驱动高压系统、液压驱动低压系统和电动驱动系统3种，其中军舰用电动锚机，可满足军舰承受冲击力的要求，具有设计紧凑，噪音、震动低的特点。挪威TTS公司的子公司TTS Kocks（原德国Kocks）开发的绞车有3种类型：CSH型绞车（集中液压系统型）、CEH型绞车（集中电动液压系统型）和E型绞车（全电动系统、包括三速变极型和变频型）。还有新加坡MacGREGOR Plimsoll公司的产品有液压驱动和电动型式2种型式。其所有必需的配线系统、动力单元和控制系统均采用一体化、模块化的设计，可以整机交货。

目前国外生产船用吊机的企业主要集中在欧洲。瑞典MacGREGOR公司现有的船用吊机产品按用途分可为通用吊机、散货吊机、铺管吊机、集装箱吊机、重型吊机等5种，有GP、GL、GLB、GLBE、GLE、GLH、GLHE、HH、K4（四绳抓斗吊机、重型抓斗吊机）和LC等多种型式，各型船用吊机均为电动液压驱动。挪威TTS公司拥有船用吊机、船用甲板机械、船用通道设备、滚装设备、船厂生产线设备和码头设备等产品，生产的货物吊机分有CCL、CCS和GPC等3种型式，采用模块化结构设计方式。此外还有德国Liebherr、丹麦Acta A/S、荷兰 Huisman-Itrec、挪威 Hydramarine、奥地利Palfinger等公司。

从以上船舶甲板机械主要制造企业新技术和新产品的发展情况可以看出，甲板机械的共同发展趋势如下：首先，船舶大型化迫使甲板机械也向着大型化的趋势发展；其次，信息化和网络化的发展也推动了甲板机械向着数字化、网络化、智能化方向的发展；最后，传统液压驱动的方式存在着漏油、不环保等缺点，随着国际海事组织对环保要求的提高，也推动了甲板机械的驱动形式向着多样化的趋势发展。

1.2 国内甲板机械技术及产业现状研究

2014年—2016年，我国船舶制造业三大造船指标均大幅下降。受低油价和手持订单难以交付等问题的影响，全球海工市场的发展持续低迷。在全球船舶市场低迷的情况下，我国甲板机械设备的产量也逐年下降。2017年，得益于国际航运市场触底反弹，新船市场开始活跃，新承接船舶订单量3 683.5 t，比上年增长 45.8%，其中出口船订单3 100.1万载重吨，占新承接船舶订单总量的84.2%。另一方面，全球油价持续回升，全球海工市场也开始止跌回升，成交金额也自2012年来首次出现回弹。2017年锚链的产量回升，也可见船舶市场反弹迹象。2014年—2017年，我国主要船用甲板机械设备产量情况如表1所示。

目前，国内甲板机械主要生产企业为武汉船用机械有限责任公司、南京中船绿洲机器有限公司、江苏亚星锚链股份有限公司、上海船舶设备研究所、中船华南船舶机械有限公司等，国有企业通过早期的技术引进和转化，成为国内占有较高市场份额的、实力领先的甲板机械研制企业。

2011年至今，我国对甲板机械给予了持续的科研资金投入，取得了丰硕成果，完成了拥有自主知识产权的锚绞机、拖缆机、吊机、舵机等系列化设计。自主品牌产品谱系逐步完善，部分产品打破了国外品牌对主流市场的垄断，实现了批量化装船。舵机方面，2016年，中船绿洲新型转叶式舵机研发成功，成为国际上第二个研制出球形转叶式舵机的企业；2017年武汉船机研制出世界首制最大扭矩舵机，并通过了挪威船级社船检和船东会检，该机最大工作扭矩为9 810 kN·m，采用4套动力系统，配套于承载能力达2万标准箱的集装箱船。

锚绞机方面，我国现已完成了7万吨级、11万吨级、18万吨级、4 250 TEU、30万吨级、38万吨级6个系列船型的锚绞机标准化、模块化、系列化产品开发，年配套约40艘船。2017年武汉船机为40万载重吨矿砂船配套的锚绞机通过挪威船级社、中国船级社船检和会检，该锚绞机包含2台K122U3起锚机和10台315 KN系泊绞车。

吊机方面，已形成了船用30 t～55 t系列吊机产品，并实现了批量化装船。船用吊机的发展也带动了海工吊机的发展，形成了小型伸缩吊、特种海工吊等产品全方位发展的格局，自主设计开发了 800吨级桅杆式特种作业吊机和50吨级API-2C/E型海工吊机。其中，50吨级API-2C/E型海工吊机已完成样机研制，并取得船级社产品证书和API-2C会标认证。2017年南京中船绿洲建造的2台国内最大克令吊，重达450 t，是目前国内最大的多功能船用货物吊机。

2 甲板机械领域标准化现状及发展趋势

2.1 国外甲板机械领域规范与标准研究

根据国际海事组织（International Maritime Organization，IMO）目标型船舶建造标准（GBS），标准框架主要分为5个层级：第一层级为船舶安全与环保的总体目标；第二层级为功能性要求，涵盖船舶设计、建造、营运和拆船等4个领域；第三层级为验证准则，包括验证过程和信息文件等要求；第四层级是由IMO、船级社和国家主管部门制定的详细要求，该要求应符合第一层目标和第二层的功能性要求；第五层级为工业标准层级，应符合第四层级的技术程序、导则要求。其中，前三层级为总体性和原则性要求，第四层级、五层级为具备可操作性和执行性的详细要求。

根据GBS的划分，各主要船级社均依据各自的入级规范对甲板机械产品进行检验认证。为满足IMO新的公约规则要求，各船级社的规范也会定期修订、更新。各船级社规范对IMO公约规则的理解和执行度存在一定差异，各自关注重点各有不同，其中涉及甲板机械的内容见表2。

船舶建造及运营的全球化特点，使得标准国际话语权的争夺与产业竞争息息相关。日韩等造船强国依托政策与产业的支持，在国际标准制修订中积极提出标准项目，主动争夺标准制修订的话语权。根据国际航运界对各类船舶设备的关注热点和产品规范需要，IMO已制定/更新了多项重大要求；国际船级社协会（International Association of Classification Societies，IACS）根据IMO公约规范的新要求开展了多项规范的更新和制定；国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）则对相关技术领域的国际标准进行了及时跟进。

目前，在国际标准方面，甲板机械领域国际标准主要由国际标准化组织/船舶与海洋技术委员会（ISO/TC8）下的舾装与甲板机械分委会（SC4）负责。此外，海上安全分委会（SC1）也开展了降放装置和部分人命安全相关绞车的国际标准研制。截至2018年12月，甲板机械领域现行有效的国际标准共21项，见表3。

表3 甲板机械领域现行有效国际标准清单

续表3

2.2 我国甲板机械规范与标准研究

甲板机械是迄今为止我国船舶行业中国际标准化工作成果最丰富、成效最显著的领域之一。近年来，我国甲板机械行业利用国际标准化技术机构秘书处平台，积极参与国际标准制修订工作，已发布和在研的项目数持续增加。截至2018年12月，我国主导制定的甲板机械领域国际标准共有18项（见表3），在研标准6项（见表4）。

表3 甲板机械领域我国主导制定在研国际标准清单

在国内标准方面，经过2016年—2017年推荐性标准的清理复审，目前甲板机械领域现行有效的国家标准9项，行业标准31项，见表5。主要由全国船用机械标准化技术委员会（SAC/TC137）及甲板机械和机舱辅机分技术委员会（SAC/TC137/SC2）负责归口管理。

表5 甲板机械领域国家标准及行业标准清单

续表5

2.3 甲板机械领域新公约动态

目前 IMO规则更新频繁，各大船级社规范众多，且各有差异，需根据IACS统一要求，不断地更新以满足IMO要求。国际标准化组织针对舾装领域每年都在开展不同功能要求的国际标准研制。2018年，针对甲板机械领域的公约更新动态如下。

1）IACS PT54在UR A1、A2 Rec.10中对锚泊系泊和拖带设备要求进行了修订，明确了正常、其他拖带定义、腐蚀余量、有限元计算衡准、安全工作载荷（SWL）标示等，相关文件已于2018年7月1日开始实施[1]。国际独立油轮船东协会（INTERTANKO）对UR A1中的锚泊要求提出了意见，IACS GPG（综合政策委员会）要求IACS对锚泊设备损坏原因中的环境因素开展进一步的试验研究。

2）PM9901在UR A3中针对锚机的设计与试验增补了锚机过速和过载的要求，且明确针对额定功率100 kW及以上的齿轮箱需要船级社认可，而不是仅持有制造厂证明文件[2]。

3）IMO船舶系统与设备分委会（SSE）成立了工作组，讨论并制定了关于起重设备的《海上人命安全公约（SOLAS）》修正案草案，研究考虑了进一步制定船用起重机设备和绞车相关指南的工作建议。SOLAS修正案草案包括船用起重设备和绞车相关指南的工作建议、规则的适用范围、目标及功能性要求。会议认为锚操作绞车将与船用起重机可一起在规则的Ⅱ-1章中体现。船用起重机设备要求适用的最小安全工作负荷尚未达成一致意见（我国支持1 000 kg），功能对现有船舶适用范围要的求主要是在操作和维护方面[3]。

4）IMO船舶设计与建造分委会（SDC）在第5次会议上成立了安全系泊操作工作组，对 SOLASⅡ-1/3-8和相关的指南（MSC/Circ.1175）进行了修订，并提出制定新的适用于所有船舶安全系泊的操作指南[4]。

3 结论

近年来，我国愈发重视船舶配套设备技术的研发与创新，全面开展了一系列研究与探索，取得了一系列丰硕的成果，具有自主知识产权的甲板机械产品的应用也愈加广泛。随着研究工作的进一步深入，传统的甲板机械与逐渐大型化、数字化、网络化、智能化、驱动方式多元化的甲板机械设备之间的技术差异越来越明显，技术和产业的发展也对标准提出了新的要求。

船舶甲板机械标准化工作任重道远。为了完善我国船舶甲板机械的标准体系，协同开展科研创新产业化应用，针对现有的船舶甲板机械标准存在的不足，建议从以下几个方面推进船舶甲板机械标准化的工作：1）开展低温传动、智能控制等特种甲板机械关键技术的标准研究，支撑极地航行船舶露天甲板作业；2）开展具有恒张力、主动波浪补偿功能的超大型特种锚机绞车的标准研究，支撑我国海工装备配套设备国产化；3）开展甲板机械数据化的标准研究，支撑船舶配套产品智能化。