智能制造在船舶建造领域运用分析

智能制造在船舶建造领域运用分析

郑铁刚

大连中远海运川崎船舶工程有限公司    辽宁省 大连市    116052

摘要：随着全球信息化水平不断提高，智能化造船在船舶建造中逐渐被广泛应用。大数据、云平台、工业机器人等智能化技术在船舶建造领域被大量采用，智能制造有效提高了船舶生产与制造的效率和质量。本文通过对智能化技术及其在船舶建造领域的应用进行了深入的分析，希望对我国的船舶智能制造的发展有积极影响。

关键词：智能制造；物联网技术；焊接机器人技术；

引言：船舶的智能化建造体系是基于各项先进的智能技术，对船舶的设计、生产、建造等阶段进行统一的管理，从而实现船舶的标准化、智能化生产。智能化技术在船舶建造领域的应用，为船舶建造企业节省了大量的人工成本，大大提高了船舶建造的质量，有利于推进我国船舶建造的智能化发展。

1船舶智能制造的特点

    船舶智能制造的智能化技术包括物联网技术、大数据、智能制造设备等。在应用的时候，生产设计人员一般应用现代化的设计软件及智能制造设备进行船舶的设计与生产，并对生产过程中的智能化与智能化设备进行测试，再通过D-MACS系统进行统一汇总，使船舶建造的各个部门有效进行沟通与合作，从而提升船舶建造的效率[1]。船舶的智能制造主要体现在智能设计、建造与管理。智能化设计是指数据信息的实时共享、整体设计的标准化以及三维建模的实时修改，应用大数据技术建立数据库，数据库的建立可以基于公司内部不同部门的数据共享也可以是与集团内船厂之间的数据共享。智能化管理包括对船舶设计、建造等各个环节的管理，利用物联网技术可以采集到船舶在各个阶段的实时数据信息，可以为领导层提供决策数据支持。智能化的制造是指在进行船舶钢板预处理、涂装、内业加工、组立及合拢建造的生产以及组装的过程中，应用工业机器人进行焊接、打磨、涂装等作业，并利用仿真系统控制生产流程，大幅度提高生产效率。

2物联网及大数据软件管理在船舶制造的应用

2.1物联网技术

    物联网技术可以将虚拟的世界与真实的世界联系在一起，然后利用传感技术以及设备，将各个物品连接到网络中，通过计算机可以观察到各个物品的运行情况。物联网技术在船舶的智能化建造中应用，主要是借助物联网技术对船舶建造的供应链进行智能管理，实现采购、物流、订单、仓储等各个方面的智能化管理，从而确保供应链管理的效率提升。物联网技术还能够与MES技术相互结合，建立车间生产的管理系统，这个系统可以实现生产模式的智能化，实时监测车间各个生产设备的运行情况及效率，使车间管理可视化、智能化。在船舶建造中应用物联网技术还可以根据实际船舶建造阶段，建立实时的能源管理系统，根据建造过程中负荷及能源消耗，对能源的利用加以管控，避免浪费，有效节约成本。同时，应用物联网技术还能够建设环境治理管理系统（如VOCS、RTO等），在船舶建造过程的污染排放及周围环境进行监测。

2.2大数据技术和云计算技术

    云计算与大数据技术在船舶建造领域应用可以构建云制造平台，并且通过对此平台进行高效的管理，为船舶建造收集、整理各项数据信息，确保信息的准确性和实时性，避免在船舶建造的过程中由于数据信息不准确而导致建造的失败。如果在船舶建造的过程中出现了故障，应用云制造平台可以分析出故障出现的原因以及位置，及时查找并解决。同时，云制造平台还可以实现人力资源、原材料以及设备等的整合与优化配置，能够提高各类资源的利用率，促进船舶建造各个系统的协调统一。

3智能制造设备在船舶建造过程中的应用

 3.1 高效深熔焊接系统（HIVAS）

一、现状：船舶的建造离不开焊接技术，当前我国的船舶焊接主要以手工焊接为主，机器人焊接逐步发展起来[2]。目前，国内普通焊接电源电压低、熔深浅、且高电压时电流不稳定，一般板厚大于16mm即需要开设坡口焊接，且反面需要碳刨，操作仍处于半自动化或人工化。

二、对比可实现目标：①高效深熔焊接系统突破国内焊接电源电压输出48V的技术上限，最终电源电压提升至65V;②实现了16-25mm板厚不开坡口情况下的双面熔透焊接；③根据板厚及焊接速度自动调节焊剂铺放量及在自动回收，并自动调节焊剂的干湿状态；④焊接路径自调节，无人员干预，实时跟踪率100%。⑤生产效率较国内普通埋弧焊接效率提升2-3倍。

三、国内外同类技术的发展态势和竞争关系

目前国内主要船厂应用的还是传统的、效率相对较低的传统埋弧焊接工艺，板厚16mm以上需要开设坡口，生产效率低。目前国外具备此项技术的也很少，日本OTC焊机具备相应成熟技术，但采购及后期维护成本较高，且后期维护周期较长，在技术上对国内船厂也有技术封锁。高效深熔焊接系统的技术研发，填补了国内技术空白，打破国外垄断地位，在包含造船以内的装备制造业具有极强的推广行。该项目现已验收合格，投入生产使用。

3.2 管舾车间小二线焊接流水线

该生产线于2020年5月投产使用，是国内首条小管智能化生产线，产能148根/日，主要用于船厂小径管的喷码、定长切割下料、坡口及与船用搭载法兰的半自动装配、自动焊接、管子在各工位间自动传输、形成焊接流水线。该流水线由切割机（含喷码机）、双端坡口机、法兰装配机、直管法兰双端焊接机器人、焊接系统配套除尘器、输送辊道及料架组成。该生产线为国内首创“机器人双工位焊接”设计，上下料的同时可进行焊接，最大强度降低了辅助作业等待时间，大幅度提升焊接效率。通过“加工数据应用软件”的开发，该智能流水线实现了管喷码自动化。管切割自动化、管开坡口自动化、法兰组队自动化、机器人焊接自动化以及焊后分类自动化。相比传统流水线效率提升60%。

3.3．钢板自由边打磨装置

现在多数船厂仍然使用手持式倒角机进行加工作业，无法保证加工精度，存在效率低下，人工耗时高等问题。钢板自由边智能处理系统通过自动换装加工头和对自动加工系统编程，可用于钢板的预处理，实现了传统钢板双面倒角自动加工，有效解决传统人工操作危险、难度大、智能化水平低等不足，实现智能自动化生产加工管理。该系统的特点：智能扫描、自动识别打磨路径、自动换刀、自动双面打磨、配有生产管理系统。钢板自由边智能处理系统对等离子切割后钢板的切割孔边缘处进行仿形铣削加工，使断面棱边形成圆角，以去除因等离子切割产生的尖角、塌边、熔豆、挂渣等缺陷，达到后续喷漆对切割断面的工艺要求。钢板自由边智能处理系统主要由龙门装置、工装平台、铣削系统、跟踪补偿系统、视觉扫描系统、NC转化软件、CNC控制系统、刀库系统及铁屑废渣收集系统组成，另外配置绩效流程可视化系统。该系统投产后，生产效率可提升约50%。

3.4船舶外板机器人除锈

    船舶在出坞及交付前需对外板表面进行除锈清洁，然后喷涂。现阶段外板除锈作业均由人工完成，且需搭设脚手或高架车配合作业，耗费工时、效率低且占用了生产资源。通过外板除锈机器人替代人工作业，已经逐渐被广泛应用。现已应用的除锈机器人都是通过爬壁的形式运动，而其工作的方式都是超高压水射流，采取此种方式对船体进行清理与除污。涂装机器人技术的应用不仅提高了除锈和喷漆的效率和质量，还能够避免人工作业的风险，确保船舶建造的安全性。涂装机器人一般包括涂装机器人设备、控制系统、自动喷枪、防爆吹扫系统等，在应用的时候机器人的手腕有2-3个自由度，十分灵活，适合在狭窄的空间内施工。与传统的涂装设备相比，涂装机器人能够减少30%-40%的喷枪数量，系统的维护成本能够大大降低。

3.5 智能仓库智能拣料系统

    在船舶制造的过程中，涉及的设备及舾装品数量庞大，其尺寸数据存在着较大的差异。且同种设备零件编号会同时应用在不同船型上，在入库时容易造成混淆。因此使用智能仓库智能拣料系统，可以实现设备零件的正确归类入库[3]。智能仓库智能拣料系统技术可以通过计算机的智能扫描功能，设备及舾装品在采购申请发行时就已经提前录入唯一的编码信息。货物到货后，计算机扫描系统对预先已经在数据库中登机完成的设备及舾装品进行编码扫描，从而将设备及舾装品的编码信息与数据库中已有信息进行比对，从而获得了该设备及舾装品的身份信息，再由机器人将该设备及舾装品自动拣取至智能仓库的指定位置，同时也完成了该设备及舾装品的入库流程。利用计算机技术进行零件编码的识别与感知，与人工进行识别相比出错率较低，识别的效率较高。计算机在对零件的特征进行识别的时候，还能够判断出零件的详细准确信息，实现对零件的智能抓取，并通过信息系统将零件准确地分类到具体的零件位置上。当智能识别出现问题的时系统会发出自动错误提示，并停止作业等待更正。

结论：智能制造在船厂的大范围应用，大幅的提升了船厂的生产效率，优化了生产流程，极大的提高了现代化船厂的智能化信息建设水平，对推进绿色造船、智能造船有着重要的意义。同时，在全球一体化竞争的今天，智能制造水平的提升，也使中国船厂在与国际对手的竞争中赢得了先机。

参考文献：

[1]毛俊皓,何宝,焦侬.船舶辅机智能化技术应用现状及发展趋势[J].船舶工程,2021,43(08):1-3+159.

[2]刘春阳.船舶驾驶自动化与航海智能化探究[J].船舶物资与市场,2021,29(05):65-66.

[3]初建树,曹凯,刘玉涛.智能船舶发展现状及问题研究[J].中国水运,2021(02):126-128.