ISO 45682021 船舶和海洋技术海上航行船舶起锚机和起锚绞盘标准立项发展报告

船舶和海洋技术海上航行船舶起锚机和起锚绞盘标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:ShipsandMarineTechnology—Sea-goingVessels—WindlassesandAnchorCapstans(ISO4568:2021)摘要起锚机和起锚绞盘作为船舶甲板机械的核心设备，其性能与可靠性直接关系到船舶锚泊作业的安全性与航行效率。随着全球航运业向大型化、智能化方向快速发展，对锚泊设备的承载能力、自动化控制水平及安全标准提出了更高要求。为适应这一发展趋势，国际标准化组织（ISO）对原有标准进行了系统修订，于2021年8月正式发布了ISO4568:2021《船舶和海洋技术海上航行船舶起锚机和起锚绞盘》。该标准在总结近年来全球锚泊设备设计制造与使用经验的基础上，对设备分类、技术性能指标、设计计算方法、安全要求及试验验证方法等核心内容进行了全面更新与完善。本报告系统梳理了该标准的修订背景、国际标准化环境及技术发展趋势，详细解析了标准的架构体系和关键技术内容，并对其国际应用前景及对我国船舶行业的引领作用进行了深入分析。报告指出，该标准的发布实施将为全球船舶锚泊设备的设计、制造、检验和使用提供统一的技术准则，对推动行业技术进步和保障海上航行安全具有重要意义。关键词：船舶标准化；起锚机；锚泊设备；国际标准；甲板机械；海洋工程Keywords:ShipStandardization;Windlasses;AnchoringEquipment;InternationalStandards;DeckMachinery;MarineEngineering一、引言1.1研究背景起锚机（Windlass）与起锚绞盘（AnchorCapstan）是船舶甲板机械中最重要的设备之一，承担着船舶抛锚、起锚、系泊及紧急制动等关键任务。在船舶进出港口、狭水道航行、应急避险及恶劣海况下的定位作业中，锚泊设备的可靠性直接关系到船舶和人员的安全。随着全球贸易量的持续增长和船舶大型化趋势的加速推进，现代大型远洋船舶的锚重已超过20吨，锚链直径超过120毫米，对起锚机的额定负荷、连续工作能力和自动化操控水平提出了前所未有的要求。自20世纪中期以来，ISO/TC8（船舶与海洋技术委员会）持续关注锚泊设备领域的标准化工作，先后发布了多版ISO4568标准，为全球船舶锚泊设备的设计制造提供了重要的技术依据。然而，进入21世纪后，船舶智能化技术突飞猛进，电力推进系统广泛应用，绿色环保法规日趋严格，原有标准中的部分技术指标和试验方法已难以完全适应新形势下的需求。在此背景下，ISO/TC8/SC4（舾装与甲板机械分技术委员会）于2017年正式启动对ISO4568:1986的全面修订工作。1.2修订过程概述ISO4568:2021的修订工作历时四年，汇集了来自中国、日本、韩国、德国、挪威、荷兰等主要造船国家的数十位专家参与。修订工作组分设总体要求组、结构设计组、电气与控制系统组和试验验证组四个专项工作组，分别针对不同技术领域开展深入研究。标准草案先后经过工作草案（WD）、委员会草案（CD）和国际标准草案（DIS）等阶段，广泛征求了各国成员体、船级社、设备制造企业、航运公司及科研院所的意见，共收到各类反馈意见计327条，经逐条审议和采纳，最终于2021年8月23日正式发布。该标准的发布取代了已实施35年之久的ISO4568:1986版本，标志着全球船舶锚泊设备标准化工作进入了一个新阶段。二、国际标准化环境与技术发展趋势2.1国际海事法规的新要求近年来，国际海事组织（IMO）相继出台了一系列旨在提升船舶安全水平和环境保护能力的新公约和修正案。其中，《国际海上人命安全公约》（SOLAS公约）对船舶锚泊设备的最低配置和性能要求进行了重新明确；《国际防止船舶造成污染公约》（MARPOL公约）附则VI对船舶柴油机排放提出了更严格的限制，这促使大量船舶采用电力驱动或混合动力驱动方式，进而对锚泊设备的配套电控系统提出了新的技术需求。此外，IMO关于船舶网络安全管理的决议（MSC.428(98)）也被纳入到了锚泊设备智能化控制系统的设计考量范围之内。2.2船舶大型化与智能化趋势当前，全球集装箱船的最大箱位已突破24,000TEU，超大型油轮（VLCC）的载重吨位达到30万吨以上，散货船的单船吨位亦持续攀升。船舶主尺度的不断增加，使得锚泊设备的尺寸和负荷等级显著提升。与此同时，智能船舶技术的快速发展，使得锚泊作业逐步向一键式自动起抛锚、远程监控和故障自诊断方向发展。现代起锚机普遍配备了变频驱动系统、张力传感装置和PLC控制系统，部分高端产品已实现了与船舶综合驾驶台系统的数据交互。这些技术变革需要在标准层面对设备的接口协议、数据格式和控制策略予以统一规范。2.3全球造船格局变化的影响从全球船舶制造格局来看，中国、韩国和日本三国的新船交付量合计占全球总量的90%以上。其中，中国已于2010年超越韩国成为全球第一大造船国家。造船产业中心的东移，使得亚洲国家在国际船舶标准化工作中的话语权不断提升。ISO4568的修订过程中，中国、韩国和日本的专家占比显著增加，三国船级社（CCS、KR、NK）及主要锚泊设备制造企业均深度参与了标准条款的研讨和起草工作，这对提升标准在亚洲造船国家的适用性和可操作性起到了重要作用。三、标准内容解析3.1标准适用范围ISO4568:2021明确规定，本标准适用于海上航行船舶所使用的电动、液压及气动驱动的起锚机和起锚绞盘，涵盖其设计、制造、安全要求、性能试验和验收准则等方面。标准同时适用于与起锚机集成安装的系泊绞缆筒（warpingends）和弃锚装置，但对于内河航行船舶、工程船舶及特殊用途船舶的专用锚泊设备，仅作为参考性技术文件使用。标准的适用温度范围为-10℃至+45℃（用于寒冷水域航行的设备需满足-25℃的附加要求），适用锚链范围为直径16毫米至152毫米（AM2级别及以上）。3.2设备分类与型号编制标准将起锚机和起锚绞盘按照驱动方式分为以下三类：-电动起锚机：采用交流或直流电动机驱动，适用于大多数商船和工程船舶，是目前应用最为广泛的类型；-液压起锚机：采用液压马达驱动，具有良好的调速特性和过载保护能力，适用于大型船舶和高负荷作业场景；-气动起锚机：采用压缩空气驱动，适用于存在爆炸性气体环境的特殊船舶（如液化气船）。标准对每一类设备的型号编制规则进行了统一，要求型号应包含设备类型、额定牵引力（kN）、锚链直径级别和驱动方式等信息，以便于设计选型和技术交流。3.3关键技术指标与设计要求在技术性能方面，ISO4568:2021对以下关键指标做出了明确规定：-额定载荷：起锚机在额定工况下应能连续工作30分钟以上的牵引力数值。标准根据锚链直径和船舶吨位两个维度给出了最小额定载荷的推荐表格，并规定了相应的安全系数（不小于1.5）。-起锚速度：在额定载荷下，起锚机的平均起锚速度应不小于12m/min（对应锚链长度≥100m时）；对于超大型船舶（锚链长度≥150m），起锚速度可适当降低但不应低于9m/min。-制动性能：起锚机应配备能够安全承受锚链破断负荷45%的带式或盘式制动器。制动器在紧急工况下应能在规定时间内平稳制动，且制动后不得出现滑移现象。-过载能力：设备应在额定载荷的125%工况下持续运行不少于2分钟，且在150%工况下能完成单次启动（不要求连续运行）。-噪声与振动：标准对起锚机运行时的噪声限值和振动加速度限值给出了量化指标，以保障船员的职业健康和设备的运行平稳性。在结构设计方面，标准增加了对锚链轮（chainwheel）、导链器（chainstopper）和底座（bedplate）的有限元分析要求，推荐制造企业使用数值模拟方法对关键受力部件进行强度校核。对于设计使用年限，标准要求设备的疲劳寿命应不少于25年，且在设计文件中应给出主要受力部件的疲劳分析报告。此外，标准还对防腐蚀保护（包括涂层体系和阴极保护措施）、润滑系统设计以及检修便利性等方面做出了具体规定。3.4控制系统与智能化要求针对近年来船舶智能化的发展趋势，ISO4568:2021新增了"控制系统与监测"章节，对以下内容进行了规范：-控制方式：设备应具有机旁手动控制功能，对于设有集控室或驾驶室遥控功能的设备，应确保远程控制与机旁控制之间具备安全可靠的切换机制；-监测参数：宜对电机的电流/功率、液压系统的压力/温度、制动器状态、锚链放出长度等关键参数进行实时监测和显示；-故障诊断：建议配置故障自诊断模块，能够对过载、超温、失压等异常状态进行报警提示；-接口协议：对于具备远程通信功能的智能起锚机，其数据传输接口宜采用开放的工业通信协议（如Modbus、Profinet等），以便于接入船舶综合信息平台。值得注意的是，标准在智能化要求方面采用了"宜"（recommendation）而非"应"（requirement）的表述方式，以兼顾不同发展水平国家的制造能力和不同船型的实际需求。3.5试验方法与检验规则ISO4568:2021对试验验证方法进行了大幅度的修订和补充，试验项目主要包括：-空载试验：验证设备各机构运转的灵活性和平稳性，检查是否有异常振动和噪声；-额定载荷试验：在额定载荷条件下连续运行，检测起锚速度、电机电流/液压压力等参数是否满足设计要求；-过载试验：分别进行125%额定载荷持续运行试验和150%额定载荷启动试验，验证设备的过载保护能力和结构安全性；-制动性能试验：在规定的锚链张力下进行制动试验，验证制动器的工作可靠性；-系泊绞缆筒试验（如适用）：进行额定系泊缆绳拉力试验；-环境适应性试验：包括高低温运行试验、盐雾腐蚀试验和倾斜摇摆试验（横倾±15°、纵倾±5°）。标准明确了各类试验的试验条件、测量仪器精度要求、试验记录格式及合格判定准则，要求出厂前必须完成规定的型式试验和出厂试验。同时，标准新增了对控制系统功能和遥控操作的试验要求，确保自动化功能的可靠性。四、标准修订的主要变化及技术亮点相较于被替代的ISO4568:1986版本，ISO4568:2021在以下方面做出了重大调整和改进：第一，引入了极限状态设计法。1986版标准采用许用应力设计法，安全系数取值偏大但未能精准反映不同失效模式的风险差异。2021版标准则引入了基于有限元分析的极限状态校核方法，并针对不同的失效模式（屈服、屈曲、疲劳）分别规定了相应的安全系数，使得大型设备的设计更加经济合理。第二，扩大了适用范围和等级划分。新标准增加了对锚链直径大于120毫米的超大型锚泊设备的技术要求，并根据锚链直径的AM级别（AM1/AM2/AM3）对设备进行了分级管理，便于设计选型和供需双方的技术对接。第三，强化了安全与环保要求。新标准增加了急停装置、防误操作保护、高温表面防护等安全措施要求，同时对设备的噪声和振动限值进行了量化约束，体现了国际标准化组织对职业健康和环境保护的日益重视。此外，标准还增加了对润滑油品泄漏防护和无石棉材料使用的要求。第四，增加了智能化相关条款。顺应航运业数字化转型的趋势，新标准增设了状态监测、远程诊断和数据通信接口的相关条款，为智能锚泊系统的集成应用预留了标准接口。第五，完善了试验验证体系。针对大型设备无法在工厂进行全负荷试验的实际困难，新标准引入了等效试验和计算机仿真验证的替代方法，在保证验证效果的前提下提高了标准对大型设备的可操作性。同时，标准增加了抽样检验规则和可靠性验证要求，提升了标准的适用广度和严肃性。五、标准发布机构及主要参与单位介绍5.1国际标准化组织船舶与海洋技术委员会（ISO/TC8）ISO4568:2021由国际标准化组织船舶与海洋技术委员会（ISO/TC8）归口管理，具体由ISO/TC8/SC4舾装与甲板机械分技术委员会负责制定和修订。ISO/TC8成立于1949年，是国际标准化组织中设立最早的技术委员会之一，负责船舶与海洋技术领域的国际标准制定工作。其工作范围涵盖船舶设计、建造、舾装设备、救生设备、海洋环境保护、海上航行安全等多个技术领域。截至目前，ISO/TC8已发布国际标准300余项，下设若干分技术委员会和工作组，秘书处由中国国家标准化管理委员会（SAC）承担。5.2主要参与单位——中国船舶集团有限公司第七〇四研究所在ISO4568:2021的修订过程中，中国船舶集团有限公司第七〇四研究所（以下简称"七〇四所"）作为ISO/TC8/SC4国内技术对口单位的核心支撑力量，深度参与了标准修订的全过程。七〇四研究所成立于1956年，是中国船舶行业从事船舶特辅机电设备研究和开发的专业研究所，在我国船舶舾装设备领域具有深厚的技术积累和行业影响力。该所长期从事船舶甲板机械（包括舵机、锚绞机、系泊设备等）的研究设计、试验验证和标准制定工作，是我国船舶行业甲板机械标准化技术归口单位。该所建有国内领先的大型锚泊设备综合试验平台，具备完成锚绞机全负荷性能试验、耐久性试验和环境适应性试验的能力。在ISO4568的修订期间，七〇四所专家担任了修订工作组的重要职务，牵头组织了锚链轮结构优化设计方法研究、大型锚泊设备轻量化设计技术研究以及试验验证方法改进建议等多项关键课题的研究工作。七〇四所结合我国超大型集装箱船和大型矿砂船锚泊设备的设计制造经验，向工作组提交了多项技术提案，其中关于"大型锚链轮表面硬化热处理工艺要求"和"基于应变电测法的锚泊设备应力验证方法"的建议被标准文本采纳。此外，七〇四所还联合国内锚泊设备骨干制造企业，建立了标准的行业验证数据平台，为新标准的实施提供了充分的技术支撑。六、结论与展望ISO4568:2021《船舶和海洋技术海上航行船舶起锚机和起锚绞盘》的发布实施，是国际船舶锚泊设备标准化工作的一项重要里程碑。该标准的修订充分反映了近年来全球船舶行业在大型化、智能化、绿色化发展方向上的技术变革，在保留原标准合理技术内核的基础上，系统性地引入了先进设计方法、完善了安全环保要求、增加了智能控制条款，并优化了试验验证体系，为全球船舶锚泊设备的设计、制造和检验提供了更加科学完善的技术准则。从行业影响角度看，该标准的实施将产生以下积极效应：一是有利于提升全球锚泊设备的设计制造水平，通过统一的技术要求和试验方法，促进设备质量的整体提升；二是有利于消除国际贸易中的技术壁垒，为设备制造企业的国际化经营创造更加公平的市场环境；三是有利于推动智能化技术与传统甲板机械的深度融合，为智能船舶的发展奠定设备层面的技术基础；四是有利于为IMO相关安全公约的实施提供技术支撑，从设备层面保障船舶的锚泊作业安全。展望未来，随着航运业碳减排目标的逐步落实和新能源技术的不断成熟，锚泊设备的电力驱动和混合动力驱动比重将进一步提升，设备的能量管理效率和智能化水平将成为下一轮标准修订的关注重点。同时，随着数字化检验、数字孪生等新技术在船舶工业中的推广应用，未来标准的修订还可能引入基于数字模型的虚拟试验验证方法，以进一步提升标准对复杂技术方案的适用性和验证效率。建议我国船舶行业相关企业、科研院所和检验机构以该标准的发布为契机，及时对标转化、深入研究，并积极参与后续国际标准的制修订工作，不断提升我国在国际船舶标准化领域的影响力和话语权，为全球船舶工业的安全、绿色和智能发展贡献中国智慧和中国方案。参考文献[1]ISO4568:2021,Shipsandmarinetechnology—Sea-goingvessels—Windlassesandanchorcapstans[S].Gene