船舶制造中機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用分析

杜學(xué)明

摘 要：伴隨時(shí)代的快速發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用已漸漸從汽車行業(yè)向船舶制造業(yè)、服務(wù)業(yè)等領(lǐng)域滲透。對船舶制造業(yè)來說，船舶制造過程為機(jī)器人技術(shù)提供了若干應(yīng)用場景，比如：焊接、運(yùn)輸、涂裝等等;然而，在當(dāng)前的船舶制造中并未很好地應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)，大大阻礙了船舶制造智能化的進(jìn)程。基于此，本文就機(jī)器人技術(shù)在船舶制造中的應(yīng)用進(jìn)行深入地分析。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人;船舶制造;應(yīng)用

1? 引言

最近幾年，國內(nèi)的勞動(dòng)力成本不斷增加，“人口紅利”已不復(fù)存在，船舶制造企業(yè)在人工成本層面不再具有任何優(yōu)勢;更有甚者，船舶制造具有“臟、苦、危、累”的特征，對工人的吸引力比較低。目前，國內(nèi)船舶制造行業(yè)正面對著“民工荒”的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，亟待機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用，以有效化解“民工荒”的困境。

2? 中國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示：2019年，國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人的銷售總量超過14萬臺(tái)，較2018年降低8.6%。其中，自主品牌的銷售總量大約為4.5萬臺(tái)，較2018年增加0.8%;外資品牌的銷售總量大約為9.9萬臺(tái)，較2018年降低12.2%。相較于2018年，自主品牌的銷售數(shù)量即使增幅比較小，然而仍然維持著增長態(tài)勢;外資品牌的銷售總量出現(xiàn)了較大幅度的下滑。即使現(xiàn)階段外資品牌依然占據(jù)著我們國家工業(yè)機(jī)器人的主要市場，然而最近幾年時(shí)間內(nèi)，伴隨國家對機(jī)器人領(lǐng)域的高度重視，國內(nèi)機(jī)器人行業(yè)迅猛發(fā)展，自主品牌在市場中所占的比重逐年遞增，且與外資品牌間的差距正在不斷變小。

3? 船舶制造中機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用

3.1 焊接機(jī)器人在船舶制造中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，焊接機(jī)器人在船舶制造中的應(yīng)用通常首先是在底座上固定好焊接機(jī)器人，接著根據(jù)焊槍的具體位置實(shí)施焊接，主要運(yùn)用在直線形與環(huán)形的焊縫上，但是在三維曲線、拐角形以及曲面形焊縫中的應(yīng)用相對偏少。對于復(fù)雜柔性焊接制造系統(tǒng)，國外已進(jìn)行大量的研究，且取得了很多成果。比如：日本為了能夠加強(qiáng)自身船舶制造業(yè)的全球競爭性，設(shè)計(jì)出集信息、創(chuàng)新以及物聯(lián)網(wǎng)等于一體的“i-Shipping”理論架構(gòu)。2012年，三菱重工成功開發(fā)出自動(dòng)離線引導(dǎo)系統(tǒng)“3D-CAD MATES”，同時(shí)將其運(yùn)用于船舶制造過程，可用船型主要涉及LPG、VLCC以及LNG等等，可以達(dá)到槽型四周部件的自動(dòng)化焊接。2018年，韓國現(xiàn)代重工在自動(dòng)化、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的前提下，成功研制出雙曲面彎板加工機(jī)器人系統(tǒng)，應(yīng)用六軸多關(guān)節(jié)機(jī)器人與高頻電流感應(yīng)加熱系統(tǒng)，此系統(tǒng)能夠自行反映加熱軌跡，可以完成3D曲面成形的自動(dòng)加工，有效化解了標(biāo)準(zhǔn)化彎板加工流程的問題。

3.2 水下機(jī)器人在船舶制造中的應(yīng)用

船體四周存在的各類附著物，不僅使得船舶自身的重量有大幅增加，而且還導(dǎo)致油耗的不斷增長。水下機(jī)器人在船舶中的應(yīng)用，可以有效解決傳統(tǒng)機(jī)器人速度慢、適應(yīng)力差等各類問題，配合使用旋轉(zhuǎn)固定的小鋼刷，可以更高效率的清除船舶底部的附著物，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)船體清刷的目標(biāo)。

水下機(jī)器人，主要是由機(jī)械本體、控制系統(tǒng)和清刷作業(yè)設(shè)備三個(gè)部分組成。其具體工作機(jī)理如下：將可以自由移動(dòng)的小車擺放于船舶甲板上，其可以使得水下機(jī)器人自行在船體的外表進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)，有效規(guī)避了機(jī)器人永遠(yuǎn)吸力造成的上下運(yùn)動(dòng)受阻的現(xiàn)象，同時(shí)運(yùn)輸效率相對較高。小車上不僅裝有控制柜與CRT顯示器，而且還具有相應(yīng)的動(dòng)力源及卷揚(yáng)設(shè)備。通過水下機(jī)器人帶有的攝像機(jī)，顯示器可以及時(shí)展現(xiàn)機(jī)器人的實(shí)際工作環(huán)境和狀況，確保操作人員可以第一時(shí)間掌握水下機(jī)器人的具體狀況。伴隨水下機(jī)器人不斷地進(jìn)行上下移動(dòng)，卷揚(yáng)設(shè)備可以根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)性收放保護(hù)纜繩，同時(shí)向水下機(jī)器人輸送動(dòng)力與控制電纜;動(dòng)力源可以把動(dòng)力來源運(yùn)送給水下機(jī)器人用以移動(dòng)及清刷。在水下機(jī)器人爬上船體以后，首先進(jìn)行從上到下的移動(dòng)，在抵達(dá)船舶低端以后，水下機(jī)器人再旋轉(zhuǎn)180°，接著再進(jìn)行從下到上的移動(dòng)，主要經(jīng)過2條履帶，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人轉(zhuǎn)變的運(yùn)動(dòng)，清洗刷是水下機(jī)器人必不可少的作業(yè)設(shè)備，其通過單相電容將異步電機(jī)帶動(dòng)，分別帶動(dòng)2個(gè)鋼絲刷，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，水下機(jī)器人邊移動(dòng)、邊清刷，重復(fù)循環(huán)，直至完成船舶船體的清刷工作。

3.3 涂裝機(jī)器人在船舶制造中的應(yīng)用

如果要想成功實(shí)現(xiàn)涂裝機(jī)器人在船舶制造中的高效應(yīng)用，必須應(yīng)確定其用途，船舶涂裝作業(yè)主要涉及船塢涂裝、總段和分段涂裝等等，此便需要確定機(jī)器人應(yīng)用的具體類型，同時(shí)還有明確對應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)和環(huán)境要求。現(xiàn)階段，已普及應(yīng)用的船舶涂裝機(jī)器人大多數(shù)都是爬壁機(jī)器人，具備體積偏小、方便靈活以及設(shè)施簡單等眾多特征。除此以外，采取多軸機(jī)械臂模式的噴涂機(jī)器人同樣是未來的主要研究方向，其獨(dú)有的技術(shù)完善性以及便利性有著極其廣闊的研究前景。機(jī)器人應(yīng)當(dāng)可以適用于大曲面或者大平面的船舶涂裝，并且在針對船體結(jié)構(gòu)艙室與分段結(jié)構(gòu)面實(shí)施涂裝作業(yè)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)具備更加強(qiáng)的空間機(jī)動(dòng)力以及智能化程度。所以，未來需要研發(fā)出功能更加多樣化的機(jī)器人，以更加好的滿足各式各樣的任務(wù)要求;經(jīng)由搭載模塊化的零件，確保機(jī)器人同時(shí)具備船舶清潔以及噴涂的能力，符合各項(xiàng)作業(yè)需求。為了達(dá)到機(jī)器人作業(yè)設(shè)備及系統(tǒng)的集成化，應(yīng)開發(fā)出相應(yīng)的集成控制軟件，主要包含工藝狀態(tài)在線顯示、機(jī)器人軌跡離線編程規(guī)劃、手動(dòng)示教以及工藝數(shù)據(jù)庫等等。基于離線規(guī)劃和仿真編程軟件的功能，更好地完成噴頭噴涂的操作控制以及機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制，在及時(shí)追蹤噴涂部件的過程中，以噴涂面為基準(zhǔn)對噴槍的角度以及方向進(jìn)行調(diào)整。

4? 船舶制造中機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展趨勢

近幾年內(nèi)，全球船舶制造業(yè)進(jìn)入到結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的“加速期”;并且制造業(yè)正在向著智能化、網(wǎng)絡(luò)化以及數(shù)字化的方向不斷發(fā)展。除此以外，近年來勞動(dòng)力成本不斷增加，因此船舶制造企業(yè)不得不將“目光”轉(zhuǎn)向于日益興起的機(jī)器人技術(shù)。現(xiàn)階段，我們國家的部分船舶制造企業(yè)已經(jīng)將機(jī)器人應(yīng)用于焊接、涂裝等環(huán)節(jié)。將來，必定會(huì)有更多的機(jī)器人被運(yùn)用于船舶制造的裝配、焊接、檢驗(yàn)和噴涂等工序中。隨著新一輪產(chǎn)業(yè)革命和技術(shù)變革的迅速蔓延，智能化、自動(dòng)化、集成化以及精細(xì)化等是未來船舶制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢。

伴隨人工智能、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)以及物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)與機(jī)器人技術(shù)的深度結(jié)合，機(jī)器人技術(shù)必定會(huì)迎來巨大的創(chuàng)新。在“中國制造2025”、“工業(yè)4.0”等國家戰(zhàn)略的支撐下，應(yīng)不斷加大機(jī)器人的普及和應(yīng)用力度，從而增強(qiáng)船舶制造的自動(dòng)化水平。

5? 結(jié)論

綜上所述，近年來船舶制造業(yè)深受各類問題的影響，比如工作負(fù)擔(dān)大、工作環(huán)境差、制造偏差大、工作效率低以及人才外流等等，進(jìn)而導(dǎo)致船舶制造業(yè)難以取得明顯的發(fā)展。但是，將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于船舶制造環(huán)節(jié)，不但在很大程度上降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且還有效改善了船舶制造的流程。如此，既有利于加強(qiáng)船舶制造的效率和質(zhì)量，又有利于降低制造成本、確保按期完工，進(jìn)而增強(qiáng)船舶制造企業(yè)的綜合競爭力。

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