機(jī)器人造船：未來(lái)已來(lái)

盡管船企在改進(jìn)現(xiàn)有工作流程方面較為保守，但仍有許多企業(yè)實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)。

造船業(yè)不斷變化的需求似乎導(dǎo)致了船企難以采用自動(dòng)化生產(chǎn)線。不過(guò)，知名荷蘭工業(yè)機(jī)器人公司Kranendonk的解決方案卻證明，情況或許并非如此。

提及汽車行業(yè)，人們腦海中往往會(huì)浮現(xiàn)這樣的場(chǎng)景：旋轉(zhuǎn)的機(jī)器人手臂正焊接著流水線上不斷移動(dòng)的汽車車身。無(wú)疑，這種大規(guī)模的自動(dòng)化生產(chǎn)并非新鮮事物，且成就了汽車半個(gè)世紀(jì)以來(lái)的運(yùn)輸工具霸主地位。

然而，提及造船業(yè)，人們想到的恐怕是另一番景象：數(shù)百名工人圍繞著一個(gè)鋼鐵龐然大物，每個(gè)人都承擔(dān)著復(fù)雜且獨(dú)特的任務(wù)以建造完工整艘船舶。無(wú)疑，沒(méi)人會(huì)認(rèn)為這樣浩大的工程可以僅由手工完成。

當(dāng)然，汽車和船舶的體積差異巨大，尤其是與大型商船相比。盡管如此，造船業(yè)和汽車工業(yè)仍有不少相似之處：都是制造業(yè)，均為流程化生產(chǎn)，最重要的是，兩個(gè)行業(yè)都致力于提高生產(chǎn)效率。

有鑒于此，造船業(yè)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)著實(shí)令人驚訝，況且這一行業(yè)往往會(huì)應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)。然而，對(duì)船企的生產(chǎn)狀況進(jìn)行分析后，上述問(wèn)題便不再難以理解：通常而言，建造每艘船舶都需要大量的非重復(fù)性工作。雖然理論上機(jī)器人也可以承擔(dān)不同的工作——因?yàn)樗鼈兛梢员恢匦戮幊獭裘宽?xiàng)作業(yè)都需要手動(dòng)調(diào)整參數(shù)，則機(jī)器人在提高效率方面并無(wú)優(yōu)勢(shì)，這正是導(dǎo)致其未被廣泛使用的主要原因。因此，對(duì)大多數(shù)船企而言，工人或至少是機(jī)器操作員仍然是造船的主要生產(chǎn)力。

機(jī)器人性能

隨著造船業(yè)不斷推進(jìn)生產(chǎn)自動(dòng)化，純體力勞動(dòng)可能不再必要。雖然某些非常具體工作仍然只能由工人來(lái)完成，但部分常規(guī)工作如鋼板的焊接、切割及打磨等，完全可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，從而不僅為船企節(jié)省廠大量成本并縮短工時(shí)，更能替代工人從事危險(xiǎn)性工作。舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)大多數(shù)造船項(xiàng)目而言，拼板焊接和分段焊接都是非常重要且耗時(shí)的工作，在這方面機(jī)器人大有用武之地。

Kranendonk公司的總部位于荷蘭海爾德蘭省的泰爾（Tiel），并在新加坡、中國(guó)、日本和美國(guó)設(shè)有銷售或服務(wù)辦事處。作為自動(dòng)化生產(chǎn)解決方案提供商和設(shè)備制造商，該公司一直致力于非重復(fù)性自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)，早期曾與鋼鐵行業(yè)合作，此后于1986年開始與船企合作。

Kranendonk公司在造船領(lǐng)域的解決方案是：從船舶三維CAD模型導(dǎo)入數(shù)據(jù)，據(jù)此自動(dòng)為機(jī)器人生成焊接/切割任務(wù)并制定作業(yè)程序，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的全自動(dòng)化。這一方案主要基于該公司的RinasWeld軟件，該軟件不僅能與AVEVA、ShipConstructor、Catia、Intergraph 等軟件兼容，還能夠識(shí)別以“.STEP”“.IGES”“.ATX”“.IFC”為后綴的文件；能自動(dòng)生成機(jī)器人焊接路徑，并突出顯示無(wú)法焊接的焊縫。其最新版本的功能包括：機(jī)器人路徑的數(shù)字視覺(jué)模擬、報(bào)告錯(cuò)誤、隔夜生成程序，并能在同一工件上為多達(dá)8臺(tái)機(jī)器人分配工作，可由平板電腦來(lái)操控，通過(guò)軟件進(jìn)一步提升了智能化、集成化的水平。

在RinasWeld軟件的基礎(chǔ)上，Kranendonk能幫助船企實(shí)現(xiàn)多種流程的自動(dòng)化。該公司的Justin Geraerds表示：“我們的所有產(chǎn)品都源自于客戶的特殊需求。多年來(lái)其典型產(chǎn)品包括切割設(shè)備、數(shù)控銑床乃至全球最大的龍門焊機(jī)等，他們要求我們?yōu)槠渖a(chǎn)過(guò)程中遇到的挑戰(zhàn)尋找解決方案?！?/p>

為滿足船企的多種需求，該公司可提供六種主打產(chǎn)品：采用了機(jī)器人等離子切割機(jī)的切割設(shè)備；鋼結(jié)構(gòu)邊緣預(yù)處理系統(tǒng)，可幫助船企滿足國(guó)際海事組織（IMO）的《涂層性能標(biāo)準(zhǔn)》（PSPC）的要求；龍門焊機(jī)，用于焊接小型板材和艙壁等；船板龍門焊機(jī)，用于在工人無(wú)法進(jìn)入的空間施工；雙殼體/分段龍門焊機(jī)，可以焊接大面積區(qū)域，如船底的雙殼體區(qū)域；機(jī)器人管道焊機(jī)，與傳統(tǒng)設(shè)備不同的是，該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)法蘭自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)，且在彎板前即可焊接，從而大大縮短了施工時(shí)間。

隨著船舶主尺度的不斷增加——如于去年交付、長(zhǎng)400米的192700載重噸全球最大集裝箱船 “MOL Triumph”號(hào)——Kranendonk一直致力于確保其產(chǎn)品易于焊接超大型分段及船板。與此同時(shí)，船舶的大型化也使得自動(dòng)化生產(chǎn)的巨大優(yōu)勢(shì)更加凸顯。舉例來(lái)說(shuō)，該公司的雙殼體/分段龍門焊機(jī)最大可焊接24米×16米×7米的雙殼體分段，但其最小型的機(jī)器人也能在700毫米×700毫米的空間內(nèi)作業(yè)——對(duì)工人而言這樣狹小空間的施工難度極大。

產(chǎn)品適用性

每家船企都有其自身的特點(diǎn)。對(duì)于Kranendonk而言，這意味著其產(chǎn)品必須具有很強(qiáng)的適用性，能夠安裝在具有不同高度、寬度和長(zhǎng)度的空間內(nèi)。根據(jù)船企的生產(chǎn)需要，該公司能夠靈活調(diào)整機(jī)器人的數(shù)量，采用尺度不同的龍門架，并將其產(chǎn)品集成到船企現(xiàn)有的生產(chǎn)線中。不過(guò)，盡管Kranendonk能夠?qū)ζ洚a(chǎn)品進(jìn)行調(diào)整，但船企還需據(jù)其設(shè)備自行調(diào)整工作流程。

對(duì)此，Justin Geraerds表示，規(guī)劃整個(gè)造船項(xiàng)目的工作流程至關(guān)重要。技術(shù)人員能夠迅速出計(jì)算機(jī)器人的工作周期，從而制定完美的工作計(jì)劃，但如果其他工序無(wú)法跟上節(jié)奏，自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)就無(wú)法得以全面發(fā)揮。因此，該公司在客戶造船項(xiàng)目的早期階段就會(huì)介入，與其一起進(jìn)行可行性分析。據(jù)他介紹，前期準(zhǔn)備工作可能在機(jī)器人交付使用前幾年就已經(jīng)展開，因?yàn)樾枰龅牟粌H是安裝機(jī)器人，更包括打造一個(gè)全新的思維模式以規(guī)劃整個(gè)項(xiàng)目流程。這意味著，該公司不僅要生產(chǎn)機(jī)器人，還要設(shè)計(jì)機(jī)器人并開展相關(guān)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)。

市場(chǎng)需求

盡管船企在大幅改進(jìn)現(xiàn)有工作流程方面較為保守，但仍有許多知名企業(yè)通過(guò)與Kranendonk合作，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)。其中一家便是以建造散貨船和大型集裝箱船而聞名的今治造船，該集團(tuán)采用了3臺(tái)跨度為13米—15.5米的船板龍門焊機(jī)，每臺(tái)焊機(jī)使用了4個(gè)機(jī)器人。歐洲的船企芬坎蒂尼集團(tuán)也采用了類似的設(shè)備。

3年來(lái)，還有一家日本船企安裝了3臺(tái)雙殼體龍門焊機(jī)。其中兩臺(tái)焊機(jī)分別使用8個(gè)機(jī)器人，機(jī)器人均勻分布在4個(gè)雙橫梁龍門架上；另一臺(tái)焊機(jī)使用4個(gè)機(jī)器人，均勻分布在兩個(gè)雙橫梁龍門架上。Kranendonk的另一個(gè)客戶費(fèi)城船廠（前身為阿科爾費(fèi)城船廠）則對(duì)其原有的雙殼體龍門焊機(jī)進(jìn)行了升級(jí)，增加了2個(gè)機(jī)器人，并采用了新版本的RinasWeld軟件。

不久前，Kranendonk在一家新加坡大型船企安裝了兩套鋼結(jié)構(gòu)邊緣預(yù)處理系統(tǒng)、兩套船板龍門焊機(jī)。目前，該公司正在其位于泰爾的工廠為該船企生產(chǎn)迄今為止最大的造船機(jī)器人。由于使用了4個(gè)龍門架及12個(gè)焊接機(jī)器人，這一造船機(jī)器人能夠焊接寬24米、高7米且長(zhǎng)度幾乎不受限制的分段。此外，另一家新加坡船企吉寶新滿利也采用了該公司的管道焊接機(jī)器人。

談及未來(lái)，Justin Geraerds表示，下一步，該公司將把機(jī)器人裝配技術(shù)與智能相機(jī)（一種高度集成化的微小型機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，將圖像采集、處理與通信功能集成于單一相機(jī)內(nèi)）相結(jié)合，以取代勞動(dòng)密集的手動(dòng)裝配和定位焊工作。然而，這意味著一種新的造船方式，將是一個(gè)長(zhǎng)期發(fā)展的過(guò)程。

Kranendonk希望，憑借其泰爾工廠60名工程師的力量，推進(jìn)造船業(yè)非重復(fù)自動(dòng)化生產(chǎn)線的研發(fā)，最終實(shí)現(xiàn)“端到端”（End-to-End）的自動(dòng)化生產(chǎn)。毋庸置疑的是，數(shù)字設(shè)計(jì)工具與機(jī)器人生產(chǎn)線的融合，必將為造船業(yè)提供更加高效、經(jīng)濟(jì)、安全的生產(chǎn)方式。