Pošalji dalje

Modularni dizajn brodova i projekt Sigma (I. dio)

Sve popularniji prilagodljivi pristup projektiranju i gradnji brodova, pa i ratnih, iznimno se dobro očituje u projektu nizozemske tvrtke Damen. No, ima i drugih zanimljivih primjera, kojima je posvećen ovaj dio teksta…

Njemačka fregata "Sachsen" istoimene klase ispaljuje na vježbi PZO projektil SM-2. Izgrađena je u brodogradilištu Blohm & Voss, koje je modularnim fregatama i korvetama MEKO postiglo svjetski uspjeh (Foto: Bundeswehr)

Na današnjem se međunarodnom brodograđevnom tržištu uspjeh često temelji na ponudi: s jedne strane konkurentnih cijena, a s druge datuma isporuke plovila. U zadnja tri desetljeća naručitelji vrše na projektante i brodograditelje stalan pritisak u svrhu poboljšanja brodograđevnih učinaka, skraćenja vremena, kao i smanjenja troškova izgradnje. Fokus je stoga ispočetka bio na smanjenju troškova procesa vezanih za preradu čelika, gdje još uvijek ima prostora za poboljšanje u pripremi oblikovnih rješenja u proizvodnji konstrukcija. Međutim, kako se prostor za daljnja poboljšanja tehnologije proizvodnje i sklapanja brodske strukture ipak smanjuje, brodograđevna industrija sve više istražuje i druge mogućnosti uštede vremena i novca. Riječ je prije svega o uređajima i opremi koji su, kao obično, druga po veličini troškovna stavka na svakom plovilu. Upravo oni nude mogućnost značajnog poboljšanja cjelokupnog brodograđevnog procesa.

Prebacivanje na standardne opremne jedinice osmišljeno u sklopu američkog programa ATC iz devedesetih godina utjecalo je na proizvodnju desantnih brodova klase San Antonio. Na fotografiji je USS "Anchorage" (Foto: U.S. Navy)

Opće smjernice
Dok je napredno opremanje – predopremanje (opremanje sekcija plovila prije montaže) problematično za neka brodogradilišta i tipove brodova, modularizacija i standardizacija smatraju se područjima u kojima je još uvijek moguć značajan napredak. Prije razmatranja specifičnih primjena za brodove, bitno je prisjetiti se značenja pojma modularnosti prema Boozu i Allenu (1968.), koje citiraju Spero i ostali (1971.). Dakle, brod je izgrađen od modula ili jediničnih elemenata. Uobičajeno ima sve glavne dimenzije usklađene s prethodno propisanom serijom dimenzija, a moduli se mogu lako povezati ili odvojiti, kao cjelovita jedinica, od drugih komponenti, jedinica ili viših sklopova. Takav je opći pristup dotad bio testiran i dokazan u različitim industrijskim granama, npr. zrakoplovnoj i automobilskoj, odnosno u proizvodnji uređaja.
Moduli se mogu paralelno graditi i testirati na prostoru graditelja modula. Takav način skraćuje ukupan rok izgradnje i smanjuje rizik pri integraciji različitih sustava, što znači i niže troškove za cijelo plovilo.
Opći ciljevi modularnog koncepta razvoja i gradnje plovila su sljedeći: smanjeni troškovi i kraće vrijeme projektiranja i izgradnje, veća fleksibilnost za buduće modernizacije u životnom ciklusu broda (privremena modernizacija namijenjena određenim zadaćama i misijama ili opća modernizacija), kraća i jeftinija razdoblja te smanjeni troškovi održavanja.
Međutim, modularizacija ima i svoju cijenu, tj. veće početno ulaganje u razvoj i projektiranje, manju slobodu oblikovnog rješenja (što bi moglo usporiti tehnološki napredak), veću masu plovila i povećan zahtjev za prostor.
Nadalje, stvaranje sve većih standardnih modula i preusmjeravanje faze opremanja u radionice (u brodogradilištima ili u kooperantskim halama) često ne prolazi bez poteškoća. Optimalna napredna razina opremanja ovisi o vrsti broda i infrastrukturi brodogradilišta. Međutim, modularnost i standardizacija na jediničnoj razini uobičajeno se prakticiraju u brodogradilištima svjetske klase.

USS "Minnesota" u konstrukciji u brodogradilištu Newport News. Filozofija dizajna podmornica klase Virginia naglašava trostruku modularnost: u gradnji, tehnologiji i operativnom djelovanju (Foto: U.S. Navy)

Prve primjene
Među prve primijenjene module u brodogradnji spadaju modularne brodske kabine / kupaonice. Japansko brodogradilište IHI (Ishikawajima-Harima Heavy Industries) opisalo je krajem sedamdesetih godina ranu implementaciju standardnih komponenti i modula u brodograđevnom procesu, što je dovelo do brojnih patenata. U idućem desetljeću, 1986. godine, u američkom brodogradilištu Avondale Shipyards uvodi se u suradnji s IHI-jem modularni koncept gradnje. U Europi, njemačko brodogradilište HDW (Howaldtswerke-Deutsche Werft GmbH) uvodi 1997. zanimljivu standardizaciju unutar konzorcija EUROYARDS. Naime, s obzirom na to da su tržište brodskih sporih dvotaktnih dizelskih glavnih motora dijelila samo dva glavna dobavljača, njihove zajedničke rasprave s brodogradilištima i klasifikacijskim društvima rezultirale su usklađivanjem sučelja temelja motora. To je omogućilo razvoj same metalne strukture motora, ali konačna je odluka o izboru glavnog pogonskog motora ipak bila prebačena u iduće razdoblje. Sličnu je usklađenost za četverotaktne motore bilo nemoguće postići zbog mnoštva potencijalnih dobavljača. Moduli za rashladnu vodu i razdjelne stanice spominju se kao standardi kod HDW-a.

Značajan potencijal
Unatoč potencijalnim nedostacima, modularizaciju sve više koriste uspješna brodogradilišta i ratne mornarice, što ukazuje na to da još uvijek postoji značajan potencijal za poboljšanja i napredak vezano uz modularni pristup u dizajnu i ostalim aktivnostima. Ipak, rascjepkanost tržišta dobavljača za mnoge proizvode na području opreme i alata, zajedno sa slabom pozicijom kupaca (brodogradilišta ili brodovlasnici, uz eventualnu iznimku velikih ratnih mornarica), sprečava brz napredak u tom pogledu. Osim toga, uobičajeni sveučilišni programi ne osposobljavaju mlade inženjere u području modularnog dizajna. Potrebno je, dakle, koristiti druge izvore vezano uz primjenu modularizacije, npr. klasifikacijska društva, stručne publikacije (časopisi, knjige itd.).
Što se tiče ratnih brodova, opći trend smanjenja njihova broja, kao i činjenica da u operativnom vijeku moraju izvršavati ili biti sposobni izvršavati sve veći i raznolikiji broj misija, glavni je motiv za modularni dizajn. Upravo stoga mornarički programi nabave širom svijeta koriste modularni dizajn i operativnu filozofiju.

Modul za protuminsko ratovanje kakav se stavlja u danske ophodne brodove klase Flyvefisken prema konceptu Standard Flex (STANFLEX) 300. Fotografija je snimljena 2007. u mornaričkoj bazi Korsoer u Danskoj prilikom posjeta tadašnjeg američkog državnog tajnika za mornaricu Donalda C. Wintera (Foto: U.S. Navy)

Američki počeci
Prvi put u povijesti američke vojne brodogradnje, tvrtka J. J. Henry razmatrala je 1971. izvodljivost i prednosti modularne gradnje brodskih nadgrađa za državnu pomorsku upravu (Maritime Administration – MARAD). Ipak, koncepti proizišli iz studije nikad nisu zaživjeli u praksi. Uprava za mornaričke sustave (Naval Sea Systems Command – NAVSEA) američke mornarice tek je 1992. započela inicijativu poznatu kao pristupačnost kroz istovjetnost (Affordability Through Commonality – ATC). Cilj je bio razviti potrebne strategije, standarde, dizajn, specifikacije i postupke za smanjenje troškova kroz modularizaciju opreme, njezinu standardizaciju te pojednostavnjenje procesa razvoja, projektiranja i gradnje brodova. Program ATC bio je usmjeren u prvom redu na modularnost trupa, strojarske i elektroničke opreme i sustava. Prema njemu, moduli koji se sastoje od standardnih komponenti prikupljaju se i povezuju u radionici, čak i izvan brodogradilišta. Modul bi u idealnom slučaju trebao biti primjenjiv na nekoliko vrsta brodova unutar flote kako bi se povećala standardizacija opreme. Standardizacija se, međutim, pokazala sve težom, polazeći od jediničnih prema zonskim modulima i cijelom sustavu. U praksi su ispitani standardni modul požarne pumpe, modul za desalinizaciju reverznom osmozom i modularni sanitarni prostor za posadu. S vremenom se pokazalo kako je to prebacivanje na standardne opremne jedinice utjecalo na proizvodnju desantnih brodova klase San Antonio (LPD 17).

Smart i Virginia
Američka mornarica uvela je 1997. sustav SMART (Shipboard Modular Arrangement Reconfiguration Technology), metodologiju montaže opreme u brodske prostore s ciljem osiguranja fleksibilnosti i smanjenja troškova. Srce te tehnologije čini tračni sustav, sličan onom koji koristi zrakoplovna industrija, koji omogućuje pričvršćivanje opreme na palubu, pregrade ili stropne površine. SMART uključuje sustav tračnica, modularne sustave za električnu energiju i rasvjetu te modularne radne stanice.
Zanimljiv je primjer iz SAD-a, kad su početkom devedesetih tvrtka Electrical Boat (dio grupe General Dynamics) i ratna mornarica započele razvoj nove generacije napadnih podmornica. Temeljni zahtjev za novu klasu podmornica Virginia očitovao se u financijskoj pristupačnosti u odnosu na prethodne iz klase Seawolf. No, inzistiralo se i na dizajnu i proizvodnom procesu koji moraju biti dovoljno fleksibilni kako bi se prilagodili zadaćama i misijama koje se u početku gradnje nisu mogle u potpunosti predvidjeti. Mornarica i Electrical Boat usredotočili su se zato na integrirane proizvodne timove, koncepte simultanog inženjerstva te modularnog dizajna i gradnje. Filozofija dizajna naglašava trostruku modularnost: u gradnji, tehnologiji i operativnom djelovanju.

Abeking & Rasmussen nastavio je razvijati modularni SWATH pod imenom SWATH@A&R, a rezultat toga je i ophodni čamac klase Skrunda (Foto: Riga Shpyard)

Njemačka iskustva
Prvi, usto i jedan od poznatijih primjera modularnosti u europskoj vojnoj brodogradnji, dolazi iz njemačke brodograđevne tvrtke Blohm & Voss, i to pod nazivom MEKO (Mehrzweck-Kombination, višenamjenska kombinacija). U patentiranom MEKO konceptu sve su komponente potrebne za rad određenog sustava smještene u jednom modulu, a moduli su preko standardnih sučelja spojeni na napajanje, sustav grijanja, ventilacije i klimatizacije te podatkovnu mrežu. Do danas je izgrađeno više od 50 MEKO fregata i korveta. Njemačko brodogradilište Abeking & Rasmussen (A&R) razvilo je koncept modularne platforme MOPCO (Modular Platform Concept) koji se temelji na iskustvu proizišlom iz programa zamjene njemačkih plovila namijenjenih protuminskom djelovanju tijekom osamdesetih godina. Koncept obuhvaća strogu modularizaciju svih sustava i opreme koji su integrirani u unaprijeđeni dizajn zajedničke platforme.
U okviru preliminarnih studija koncepta Minolovac 2000 (Minenjagd 2000 – MJ2000), njemački konzorcij koji uključuje brodogradilišta Abeking & Rasmussen i Lürssen Werft razvio je katamaransku SWATH (Small-Waterplane-Area Twin Hull) platformu koja podrazumijeva elastično temeljene module protiv šoka. Riječ je o šoku koji trpe konstrukcija i njezini konstrukcijski elementi te oprema zbog udara eksplozivnog odnosno bojnog sredstva u blizini plovila, a koji se prenosi vodom ili zrakom (medijem u okruženju) na spomenuto plovilo. Kompletno nadgrađe sa smještajnim jedinicama i zapovjednim mostom čini jedan modul, a razvijen je i modul za lansiranje i povratak dronova. Iako prijedlog koncepta MJ2000 nije privukao kupce i ulagače, Abeking & Rasmussen nastavio je razvijati modularni SWATH pod imenom SWATH@A&R. Spomenuta platforma, također katamaran, sadrži samo najnužniju opremu, npr. uređaje za manevriranje, električno pogonjenu propulziju, spremnike goriva i balasta. Osnovna platforma strukturno je samodostatna i nosi module koji ne pridonose općoj strukturnoj čvrstoći plovila i sami su po sebi strukturno samodostatni. Zapovjedni most i strojarnica dodaju se kao osnovni moduli. Središnji modul nosi operativno središte i smještajne jedinice, kuhinju i dodatnu opremu za rad kao što su električni transformatori. Krmeni modul može se zamijeniti za pojedinačne zadaće i misije te sadržavati naoružanje, kao i sustave za lansiranje i povratak za ronilice ili brodice.

Danski modularni dizajn Standard Flex stvorio je i odobalna ophodna plovila klase Thetis. Jedan od četiriju brodova u klasi je HDMS "Vaedderen" (Foto: U.S. Navy)

Iz Danske u Francusku i Italiju
Koncept Standard Flex (STANFLEX) 300, poznat po ophodnim brodovima klase Flyvefisken izgrađenim u danskom brodogradilištu Danyard A/S, označuje višenamjenska plovila temeljena na standardiziranom trupu s kontejneriziranim sustavima i opremom koja plovilima omogućuje brzu promjenu uloge. Mogu služiti za nadzor, površinsku borbu, protupodmorničko ratovanje, protuminsko djelovanje odnosno lov mina ili zadaće nadzora onečišćenja. Ta su vlaknima ojačana plastična plovila osmislili danska mornarica i Naval Team Denmark (projektna skupina koju čine Danyard i subjekti nordijske obrambene industrije). Danyard je od 1987. do 1996. godine izgradio ukupno 14 takvih brodova. Načelo koncepta STANFLEX 300 prilagođeno je za tri puno veća odobalna ophodna plovila klase Thetis (veći STANFLEX 3000) i fleksibilne brodove za potporu klase Absalon koje nazivaju hibridima fregate i transportnog broda.
Početkom tisućljeća francuska mornarica razvila je u suradnji s talijanskom koncept višenamjenskih fregata FREMM (Frégate Européenne Multi-Mission). Do 2021. bit će ukupno izgrađeno osam takvih fregata za Francusku, deset za Italiju, a Maroko i Egipat već su uveli po jednu u sastav svojih mornarica. Nakon uspjeha danskog Standard Flex pristupa, dizajn fregata FREMM slijedio je modularni pristup dizajnu broda kako bi se osigurala željena fleksibilnost i financijska isplativost. Konceptom je predviđena standardna platforma s instaliranom opremom koju dijele sve operativne funkcije. Taj koncept nazvan plug & play olakšava održavanje sustava, kao i razvoj i implementaciju novih inačica postojećih sustava (više o programu FREMM pročitajte u tekstu Ključevi uspjeha, HV br. 519 od 9. veljače 2017., op. ur.).

Projekt poznatih fregata FREMM karakterizira modularni pristup. Na fotografiji je talijanski brod "Carlo Margottini" (Foto: DCNS)

Trupovi na lageru
Izraz modularna vojna brodogradnja dobro se može objasniti projektom SIGMA nizozemske tvrtke Damen Schelde Naval Shipbuilding (DSNS), koja je dio grupacije Damen. Filozofija SIGMA-e (Ship Integrated Geometrical Modularity Approach) definirana je skupom geometrijskih parametara koji se primjenjuju u cijeloj proizvodnoj obitelji, čime se osigurava ponavljanje istovjetnih jedinica, i u dimenzioniranju brodskih prostora, i u rasporedu brodskih i oružnih sustava. Nadalje, trup je modularnog oblika. Uz nekoliko inačica pramca i krme, u cijeloj proizvodnoj obitelji mogu biti oblikovani i izvedeni svi oblici brodskih trupova.
Damenov fokus na standardizaciju nedvojbeno je jedna od temeljnih korporativnih vrijednosti. Modularni koncept gradnje bio je jedna od prvih inicijativa koje su uvedene 1969., nakon pažljivog razmatranja informacija dobivenih od korisnika. Prije četiri desetljeća koncept standardizacije bio je posve nov u brodograđevnoj industriji, a danas upravo po njemu Damen želi biti prepoznatljiv u svijetu. U svakoj od brodograđevnih tržišnih niša: od tegljača do jahti, Damen je razvio tzv. standardni raspon plovila. Iako su ta plovila temeljena na standardnom dizajnu, mogu se opremiti velikim brojem različite opreme kako bi se zadovoljili specifični zahtjevi kupaca.
Prema navodima proizvođača, prednosti Damenove standardizacije cjelokupnog oblikovnog rješenja plovila očituju se, među ostalim, u brzom odgovoru na zahtjeve kupaca, konkurentnoj cijeni, dokazanoj i ispitanoj tehnologiji, kontinuiranom razvoju proizvoda, zamjenjivosti brodova, posade i rezervnih dijelova, nižim troškovima održavanja, zajamčenim performansama i kratkom vremenu isporuke zbog znatnih zaliha trupova.
Upravo je zadnja navedena značajka, kratko vrijeme isporuke plovila, izravna prednost standardizacije. Damen na vlastitu inicijativu i trošak gradi široku paletu standardnih modula koje smatra svojim zalihama te ih može brzo i učinkovito isporučiti. Plovila se grade u njegovim brodogradilištima i partnerskim proizvodnim pogonima širom svijeta, kako bi bila što bliže kupcima.
(nastavak u idućem broju)

Maja PTIĆ GRŽELJ

Slični članci

Kineski nosači

Kad je prije nešto više od dva mjeseca u brodogradilištu Dalian porinut Type 001A, prvi nosač u je…