วิศวกรรมต่อเรือ

นาวาสถาปัตยกรรม, วิศวกรรมต่อเรือ หรือ วิศวกรรมเรือ (อังกฤษ: Naval Architecture หรือ Naval Engineering) เป็นสาขาวิศวกรรมที่ทำงานเกี่ยวกับการออกแบบ, การก่อสร้าง, การบำรุงรักษา, และการดำเนินงานของเรือและโครงสร้างของเรือ[1][2]. เป็นศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับงานวิจัยระดับพื้นฐานและการประยุกต์, การออกแบบ, การพัฒนา, การประเมินแบบ, และการคำนวณในทุกช่วงอายุของยานพาหนะทางน้ำ หรือเรือ โดยมีกิจกรรมหลักต่างๆ ได้แก่ การออกแบบเบื้องต้น, การออกแบบรายละเอียด, การก่อสร้าง, การทดสอบ, ปฏิบัติการและการบำรุงรักษา, การนำขึ้นและปล่อยเรือลงน้ำ. การคำนวณเพื่อออกแบบเรือยังเป็นเรื่องจำเป็นสำหรับเรือที่กำลังจะเข้ารับการเปลี่ยนแปลง (ผ่านทางการดัดแปลง, การสร้างขึ้นมาใหม่, การปรับปรุงให้ทันสมัย​ ​หรือการซ่อมแซม). นาวาสถาปัตยกรรมยังเกี่ยวข้องกับการกำหนดกฎระเบียบด้านความปลอดภัยและการควบคุมความเสียหาย การอนุมัติ และการรับรองแบบเรือ เพื่อให้เป็นไปตามเงื่อนไขของกฎหมายและความจำเป็นอื่นๆ.

"ตาฮิเตียนปริ๊นเซส" ใน Tórshavn, หมู่เกาะแฟโร, สิงหาคม 2009

วิชาหลัก

คำว่า "เรือ" ในที่นี้มีความหมายครอบคลุมถึง ยานหรือพาหนะทางน้ำทุกชนิด ซึ่งยังรวมไปถึง เรือเหินน้ำ, เรือกึ่งเครื่องบินซึ่งลอยเหนือน้ำโดยอาศัยปรากฏการณ์ Wing-In-Ground (WIG) และเครื่องบินทะเล อีกด้วย ซึ่งแล้วแล้วแต่สามารถใช้เพื่อการขนส่งทางน้ำได้[3]. องค์ประกอบต่างๆ ในหลักวิชาของนาวาสถาปัตยกรรมมีดังนี้:

อุทกสถิตยศาสตร์

 

แบบลายเส้นเรือ, แสดงทรวดทรงของลำเรือ

อุทกสถิตยศาสตร์ เป็นวิชาที่พิจารณาสภาวะของเรือในขณะลอยอยู่นิ่งในน้ำและความสามารถในการคงสภาพนั้นไว้. วิชานี้จึงเกี่ยวกับการคำนวณเพื่อหาแรงลอยตัว (การแทนที่น้ำ) ตลอดจนคุณสมบัติทางอุทกสถิตยศาสตร์อื่นๆ เช่น ทริมของเรือ (ค่าบ่งชี้ความเอียงในแนวตามยาวของเรือ) เสถียรภาพ (ความสามารถทางการทรงตัวของเรือ ที่จะคืนกลับมาตั้งตรงได้ หลังจากถูกทำให้เอียงโดยคลื่นลม หรือสภาวะการบรรทุก).

อุทกพลศาสตร์

อุทกพลศาสตร์เป็นวิชาที่ว่าด้วยเกี่ยวข้องกับการไหลของน้ำที่อยู่รอบตัวเรือ และรูปทรงอื่นๆ เช่น ใบจักร หางเสือ หรือ อุโมงค์ทรัสเตอร์ (อังกฤษ: thruster tunnels). ความต้านทาน - การหาแรงต้านทานต่อการเคลื่อนที่ในน้ำ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นผลจากการไหลของน้ำรอบลำเรือ สำหรับใช้ในการคำนวณเพื่อกำหนดขนาดต้นกำลังของเรือ. การขับดัน - เพื่อเคลื่อนเรือผ่านน้ำโดยใช้ใบจักร, ทรัสเตอร์, เครื่องพ่นน้ำ, ใบเรือ ฯลฯ ประเภทของเครื่องยนต์ในเรือส่วนใหญ่จะเป็นแบบสันดาปภายใน แต่ก็มีเรือบางลำที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าโดยใช้พลังงานนิวเคลียร์หรือพลังงานแสงอาทิตย์. อาการเรือ - เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวของเรือในทะเลและการตอบสนองในคลื่นและลม. ความสามารถในการควบคุม (หันเลี้ยว) - เกี่ยวข้องกับการควบคุมและรักษาตำแหน่งและทิศทางของเรือ.

 

ดาดฟ้าของเรือบรรทุกน้ำมัน, มองไปทางท้ายเรือ.

โครงสร้าง

วิศวกรรมโครงสร้างเรือเกี่ยวข้องกับการเลือกวัสดุในการก่อสร้าง, การวิเคราะห์ความแข็งแรงโดยรวมและเฉพาะจุดบนเรือ, การสั่นสะเทือนของชิ้นส่วนโครงสร้างและการตอบสนองของโครงสร้างเรือยามเคลื่อนไหวในทะเล.

การจัดผัง

การจัดผังบนเรือตามการออกแบบเชิงแนวคิด, รูปแบบและการเข้าถึง, การป้องกันอัคคีภัย, การจัดสรรพื้นที่, สรีรศาสตร์และความจุ.

การก่อสร้าง

การก่อสร้าง หรือผลิต ขึ้นอยู่กับวัสดุที่เลือกใช้. เมื่อเหล็กกล้าหรืออะลูมิเนียมอัลลอยล์ถูกนำมาใช้ ก็จะเกี่ยวข้องกับการเชื่อมแผ่นและรูปพรรณหลังจากการกลิ้ง, การทำเครื่องหมาย, การตัดและการดัดตามแบบโครงสร้างหรือตัวต้นแบบ, ตามด้วยการสร้างและปล่อยลงน้ำ. เทคนิคการเชื่อมเข้าด้วยกันอื่น ๆ จะถูกใช้สำหรับวัสดุอื่น ๆ เช่น ไฟเบอร์กลาส.

ศาสตร์และศิลป์

 

เรือบรรทุกเครื่องบินยูเอสเอสคิตตี้ฮอว์กที่ฐานทัพเรือเพิร์ลฮาร์เบอร์

ในยุคโบราณ, สถาปัตยกรรมเรือเป็นงานเชิงศิลป์มากกว่าเชิงวิทยาศาสตร์. ความเหมาะสมของรูปทรงเรือถูกตัดสินโดยดูที่ลายเส้นของเรือบนกระดาษหรือมองจากเรือต้นแบบจำลอง. การมีรูปร่างที่ไม่น่าดูหรือมีการเปลี่ยนฉับพลันของลายเส้นก็จะถือว่าเป็นข้อบกพร่อง. สิ่งนี้รวมทั้งสายระโยงเรือ, การจัดดาดฟ้าเรือและแม้แต่เครื่องตกแต่ง. คำวิจารณ์ อย่าง เทอะทะ, แน่นไปหมด และสวยงาม ก็ยังมีใช้กันถึงปัจจุบัน. เรือที่ถูกยอมรับว่า 'ใช้ได้' หมายถึงมีลายเส้นที่ราบรื่นจากหน้าเรือไปท้ายเรือ, และยังเป็นรูปร่างที่ "ถูกต้อง"อีกด้วย. การกำหนดสิ่งที่ "ถูกต้อง" ในสถานการณ์เฉพาะต่างๆ ทั้งที่ยังไม่มีการวิเคราะห์ทางวิทยาศาสตร์มาสนับสนุนอย่างชัดเจน ก็สะท้อนถึงความเป็นศิลปะของสถาปัตยกรรมเรือ ที่มีมาจวบจนถึงในยุคปัจจุบัน

ในขณะที่การมีคอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูงซอฟแวร์พิเศษ และข้อมูลจากงานวิจัย และการทดสอบแบบจำลองต่างๆ ได้ช่วยให้นาวาสถาปนิกในปัจจุบัน

สามารถทำนายประสิทธิภาพการทำงานของยานพาหนะทางทะเล หรือเรือ ได้แม่นยำมากยิ่งขึ้น 

ไม่ว่าจะเป็นเรื่อง สเถียรภาพ, ความต้านทาน และการใช้กำลังงาน, การพัฒนาตัวเรือ, การวิเคราะห์โครงสร้าง, การสร้างแบบจำลองของน้ำที่พัดท่วมถึงดาดฟ้า, และการวิเคราะห์กระแทก. ข้อมูลต่างๆ จะถูกนำมาแบ่งปันร่วมกันอย่างสม่ำเสมอในการประชุมระหว่างประเทศที่ได้รับการสนับสนุนโดย Royal Institution of Naval Architects (RINA), Society of Naval Architects and Marine Engineers (SNAME) และสมาคมวิชาชีพที่เกี่ยวข้องอื่น ๆ.

นาวาสถาปนิก

 

เรือคอนเทนเนอร์ 'Cosco เซียะเหมิน' ออกจาก ปากน้ำ Burrard (ท่าเรือแวนคูเวอร์)

เนื่องจากความซับซ้อนของระบบต่างๆ ที่ต้องทำงานสอดคล้องกันในเรือแต่ละลำ, การออกแบบเรือจึงต้องใช้ความร่วมมือระหว่างหลายกลุ่มของบุคคลที่มีความรู้ความสามารถทางเทคนิคที่เป็นผู้เชี่ยวชาญในสาขาเฉพาะอย่าง โดยจะถูกประสานงานโดยหัวหน้านาวาสถาปนิก (นาวาสถาปนิก เป็นคำที่แปลตรงตามจากภาษาอังกฤษว่า Naval Architect ทั้งนี้ไม่ได้หมายถึงสถาปนิก แต่หมายถึงวิศวกรเฉพาะทาง และเพื่อหลีกเลี่ยงความสับสน บ้างจึงเรียกแทนว่า วิศวกรออกแบบเรือ หรือ วิศวกรต่อเรือ) .

นาวาสถาปนิกคือวิศวกรที่มีความรับผิดชอบในการออกแบบ, ก่อสร้าง, และ/หรือการซ่อมแซมเรือขนาดใหญ่, เรือเล็ก, เรือทางทะเลอื่น ๆ, และโครงสร้างนอกชายฝั่ง, ทั้งในเชิงพาณิชย์และการทหาร, รวมไปถึง:

• เรือสินค้า - เรือบรรทุกน้ำมัน, เรือบรรทุกก๊าซ, เรือบรรทุกสินค้าทั่วไป, เรือบรรทุกสินค้าเทกอง, เรือคอนเทนเนอร์
• เรือข้ามฟากสำหรับผู้โดยสาร/ยานพาหนะ, เรือใบ (อังกฤษ: cruise ships)
• เรือรบ - เรือฟริเกต, เรือทิ้งทุ่นระเบิด, เรือบรรทุกเครื่องบิน, เรือสะเทินน้ำสะเทินบก
• เรือดำน้ำและยานใต้น้ำ
• เรือทลายน้ำแข็ง (อังกฤษ: icebreakers)
• ยานความเร็วสูง - ยาน hovercraft, เรือหลายลำตัว, เรือ hydrofoil
• เรือใช้งานขนาดเล็ก - แพ, เรือประมง, เรือจัดการสมอ, เรือจัดทำแพลตฟอร์ม, เรือลากจูง, เรือนำทาง, เรือกู้ภัย
• เรือยอชท์, เรือกำลัง, และเรือสันทนาการอื่น ๆ
• แพลตฟอร์มนอกชายฝั่งและโครงสร้างการพัฒนาใต้ทะเล

บางส่วนของเรือเหล่านี้อยู่ในกลุ่มของเรือที่ใหญ่ที่สุด (เช่น supertankers), ที่ซับซ้อนที่สุด (เช่นเรือบรรทุกเครื่องบิน) และโครงสร้างเคลื่อนที่มูลค่าสูงที่ผลิตโดยมนุษย์. การใช้เรือมักจะเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการขนส่งวัตถุดิบและผลิตภัณฑ์ของโลก. วิศวกรรมที่ทันสมัยในขนาดที่ใหญ่นี้จะต้องเป็นกิจกรรมของทีมงานที่ดำเนินการโดยผู้เชี่ยวชาญในสาขาของแต่ละคน. นาวาสถาปนิกเป็นผู้บูรณาการกิจกรรมเหล่านี้ ซึ่งต้องการบุคลิกความเป็นผู้นำที่มีคุณภาพด้านการบริหารจัดการและความสามารถในการรวบรวมความต้องการที่มักจะขัดแย้งกันเองของข้อจำกัดการออกแบบต่าง ๆ ให้เหมาะสำหรับวัตถุประสงค์เฉพาะอย่างที่สุด.

นอกเหนือจากบทบาทความเป็นผู้นำนี้, นาวาสถาปนิกยังต้องมีหน้าที่ผู้เชี่ยวชาญในการสร้างความมั่นใจว่าได้ผลิตงานที่ออกแบบด้วยความปลอดภัย, ประหยัด, เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและมีค่าทางทะเล. ในการดำเนินงานทั้งหมดเหล่านี้, นาวาสถาปนิกจะต้องมีความเข้าใจในหลายสาขาของวิศวกรรมและต้องอยู่ในแถวหน้าของการใช้เทคโนโลยีระดับสูง. เขาหรือเธอยังจะต้องสามารถใช้บริการที่ได้รับจากนักวิทยาศาสตร์, ทนายความ, นักบัญชี, และนักธุรกิจในหลายรูปแบบ อย่างมีประสิทธิภาพ

นาวาสถาปนิกมักจะทำงานให้กับอู่ต่อเรือ, เจ้าของเรือ, บริษัทและที่ปรึกษาด้านการออกแบบ, ผู้ผลิตอุปกรณ์, สังคมระดับชั้น, หน่วยงานกำกับดูแล (กฎหมายทางเรือ), ทหารเรือ, และรัฐบาล.

อ้างอิง

1. American Society of Naval Engineers. Naval engineering brochure.
2. "Job Family Standard for Professional Work in the Engineering and Architecture Group, U.S. Office of Personnel Management, pp. 43–45" (PDF).