本文摘要：隨著全球智能制造技術(shù)發(fā)展，各國(guó)加速布局制造業(yè)，國(guó)際制造業(yè)格局面臨重大調(diào)整。 在船舶制造業(yè)對(duì)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化技術(shù)應(yīng)用提出新要求的關(guān)鍵時(shí)期，江南造船(集團(tuán))有限責(zé)任公司創(chuàng)新研制出吊馬智能制造單元，獲得2020年上海市產(chǎn)業(yè)青年創(chuàng)新大賽金獎(jiǎng)，譜寫了
隨著全球智能制造技術(shù)發(fā)展，各國(guó)加速布局制造業(yè)，國(guó)際制造業(yè)格局面臨重大調(diào)整。 在船舶制造業(yè)對(duì)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化技術(shù)應(yīng)用提出新要求的關(guān)鍵時(shí)期，江南造船(集團(tuán))有限責(zé)任公司創(chuàng)新研制出吊馬智能制造單元，獲得2020年上海市產(chǎn)業(yè)青年創(chuàng)新大賽金獎(jiǎng)，譜寫了船舶智能制造新篇章。
當(dāng)前，快速發(fā)展的智能制造技術(shù)正加速重構(gòu)全球制造業(yè)格局，中國(guó)制造業(yè)面臨巨大壓力。 作為制造業(yè)的重要組成部分，船舶制造是典型的離散型生產(chǎn)，其工藝流程復(fù)雜，建造周期相對(duì)較長(zhǎng)，具有單件小批量生產(chǎn)、中間產(chǎn)品種類非標(biāo)件數(shù)量多、物理尺寸差異大、作業(yè)環(huán)境相對(duì)惡劣等特征，對(duì)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化技術(shù)應(yīng)用提出了特殊要求。
在國(guó)內(nèi)外船舶制造行業(yè)中，大型船舶建造通常采用分段建造工藝，船用吊馬廣泛應(yīng)用于船舶制造的各個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，是船舶建造過(guò)程中必備的工裝件。 它安裝在船舶分段或總段上，是用于船舶分段和總段起重、吊運(yùn)、移位、翻身及搭載等吊裝作業(yè)的受力構(gòu)件。 我國(guó)有近百家造船廠，吊馬年需求總量巨大，吊馬制造效率直接影響船舶產(chǎn)品交付周期，制造質(zhì)量直接決定吊裝作業(yè)的安全可靠性，所以迫切需要加強(qiáng)智能制造技術(shù)研究，加速吊馬的制造效率和質(zhì)量。 江南造船(集團(tuán))有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱“江南造船”)創(chuàng)新研制出吊馬智能制造單元，以適應(yīng)船舶行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的要求。
行業(yè)發(fā)展新需求
我國(guó)船舶行業(yè)智能制造整體水平還處于起步與探索階段，裝備與系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化水平，制造技術(shù)與信息技術(shù)的融合與集成程度，智能制造技術(shù)儲(chǔ)備，生產(chǎn)組織和管理水平等方面還存在不足，尚未建立適應(yīng)智能制造發(fā)展要求的業(yè)務(wù)模式和管理體系。 在吊馬應(yīng)用過(guò)程中，亦需要不斷開拓思路，全面推進(jìn)智能制造。
研制吊馬智能制造單元可謂降低生產(chǎn)成本、提升生產(chǎn)效率的迫切需要。 提高效率、提升質(zhì)量、降低成本，是企業(yè)生存和發(fā)展不變的主題，是在激烈競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中取勝的必要途徑。 當(dāng)前世界航運(yùn)市場(chǎng)低迷，造船企業(yè)接單難、盈利低、生存壓力大，更應(yīng)該通過(guò)多方面的技術(shù)創(chuàng)新和突破來(lái)降低設(shè)計(jì)、制造成本，提高生產(chǎn)制造效率。
吊馬智能制造單元提供了實(shí)現(xiàn)吊馬快速生產(chǎn)、提升焊接質(zhì)量的優(yōu)質(zhì)解決方案。 在船舶建造中，必須有效控制吊馬焊接質(zhì)量，傳統(tǒng)吊馬生產(chǎn)方式使用人工裝配焊接，導(dǎo)致焊接質(zhì)量不穩(wěn)定、生產(chǎn)效率低，亟需采取新方法和手段實(shí)現(xiàn)低成本、高效率吊馬生產(chǎn)制造。 目前大多數(shù)船廠都積極發(fā)展智能制造，但是在吊馬機(jī)器人焊接方面，尚停留在引入焊接機(jī)器人的階段，未能形成流水化作業(yè)，裝配工位依舊采用手工裝配方式，需要人工進(jìn)行吊運(yùn)上料，智能化程度較低，且整套設(shè)備成本高昂，后期自主可升級(jí)性較低。 因此，亟需實(shí)現(xiàn)吊馬智能流水化作業(yè)、快速生產(chǎn)、高質(zhì)量焊接。
吊馬智能制造單元研制是一個(gè)“從無(wú)到有”“從有到好”的創(chuàng)造過(guò)程，其根據(jù)江南造船在建產(chǎn)品、場(chǎng)地條件、生產(chǎn)流程的實(shí)際特點(diǎn)，自主研發(fā)設(shè)計(jì)裝置，有利于推進(jìn)船廠標(biāo)準(zhǔn)化、智能化制造升級(jí)，同時(shí)提升單元設(shè)計(jì)、智能化設(shè)備研發(fā)方面的水平和能力，為船舶行業(yè)提供智能制造解決方案，促進(jìn)船舶制造業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展。
智能無(wú)人化作業(yè)
針對(duì)吊馬傳統(tǒng)作業(yè)任務(wù)重、環(huán)境差、效率低、質(zhì)量不穩(wěn)定等痛點(diǎn)，吊馬智能制造單元?jiǎng)?chuàng)新性地在船舶行業(yè)內(nèi)集成了機(jī)器人視覺(jué)識(shí)別、智能抓取、智能焊接技術(shù)，研制出裝配、搬運(yùn)、焊接三大系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了搬運(yùn)、緩存、焊接、打磨及下料等工序的無(wú)人化作業(yè)。
裝配系統(tǒng)采用人工裝配方案，裝配場(chǎng)地設(shè)有兩個(gè)裝配工位，每個(gè)工位設(shè)置兩個(gè)裝配工藝裝備，該裝備可通過(guò)平轉(zhuǎn)變位機(jī)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)工裝在裝配工位和抓取工位之間的切換。 人工裝配完成后，裝配工藝裝備將自動(dòng)翻轉(zhuǎn)工件并將其旋轉(zhuǎn)至搬運(yùn)機(jī)器人抓取工位。 由機(jī)器人抓取放置到緩沖定位裝置上，緩沖定位裝置采用方便可調(diào)的定位結(jié)構(gòu)，可適應(yīng)所有類型吊馬的臨時(shí)放置。 人工裝配工位與機(jī)器人抓取工位分離開，以保證人員安全。
搬運(yùn)系統(tǒng)的搬運(yùn)機(jī)器人將人工裝配后的吊馬從裝配工藝裝備(或吊馬緩沖區(qū))上抓取搬運(yùn)并放置到焊接變位機(jī)夾緊裝置(或吊馬緩沖區(qū))上，焊接機(jī)器人對(duì)吊馬焊接完成后由搬運(yùn)機(jī)器人將吊馬抓取搬運(yùn)至下料托盤中。 搬運(yùn)機(jī)器人集成打磨裝置在焊接間歇過(guò)程完成焊渣清理，不影響焊接生產(chǎn)節(jié)拍。
人工裝配完成的吊馬旋轉(zhuǎn)到抓取工位，搬運(yùn)機(jī)器人在抓取工位經(jīng)過(guò)視覺(jué)測(cè)量定位，然后抓取放置到吊馬緩沖區(qū)或直接放置到焊接變位機(jī)上。 搬運(yùn)機(jī)器人配有第七軸，可覆蓋裝配系統(tǒng)及焊接系統(tǒng)相關(guān)區(qū)域。 機(jī)器人末端設(shè)置有視覺(jué)測(cè)量定位裝置、磁力端拾器和焊渣清理打磨裝置，可完成吊馬位置測(cè)量、抓取、放置到吊馬緩沖區(qū)、放置到焊接變位機(jī)、焊接過(guò)程的焊渣清除和下料工作。 端拾器與機(jī)器人連接部位為可控的柔性結(jié)構(gòu)，抓取工件時(shí)其為剛性狀態(tài)，當(dāng)放置工件到焊接變位機(jī)夾緊裝置時(shí)調(diào)整為柔性狀態(tài)，避免機(jī)器人和焊接變位機(jī)之間產(chǎn)生抵抗作用力。
焊接系統(tǒng)采用機(jī)器人全自動(dòng)焊接的總體方案，采用藥芯焊絲焊接，在多層多道焊接時(shí),采用機(jī)器人自動(dòng)清渣的方式解決。 人工裝配后的吊馬由焊接機(jī)器人對(duì)吊馬進(jìn)行焊接，焊接后由搬運(yùn)機(jī)器人將吊馬抓取搬運(yùn)至下料托盤中。
焊接系統(tǒng)內(nèi)有兩臺(tái)焊接機(jī)器人，每個(gè)機(jī)器人末端設(shè)置一套激光視覺(jué)跟蹤裝置，用于實(shí)時(shí)測(cè)量跟蹤吊馬焊縫，確保焊接質(zhì)量。 每個(gè)焊接機(jī)器人配有兩臺(tái)焊接變位機(jī)，焊接機(jī)器人在兩個(gè)工位間切換進(jìn)行工作，以減少焊接機(jī)器人等待時(shí)間，充分發(fā)揮焊接機(jī)器人的效率。 焊接變位機(jī)為數(shù)控驅(qū)動(dòng)，可充分滿足機(jī)器人的工作要求。 每個(gè)焊接變位機(jī)上配置一套夾緊裝置，由液壓驅(qū)動(dòng)提供夾緊力，安全可靠。 夾緊裝置可適應(yīng)江南造船所有類型通用吊馬的夾持。 整個(gè)工作站的運(yùn)行由控制系統(tǒng)軟件統(tǒng)一控制，各個(gè)機(jī)器人的動(dòng)作節(jié)拍和相互間的協(xié)調(diào)都由計(jì)算機(jī)根據(jù)實(shí)際工作情況實(shí)時(shí)控制調(diào)整，確保發(fā)揮每個(gè)環(huán)節(jié)的效用，保證設(shè)備和人員的工作安全。
全流程優(yōu)化升級(jí)
隨著吊馬智能制造單元于2020年7月1日正式揭牌運(yùn)行，江南造船相關(guān)業(yè)務(wù)的人工負(fù)荷減少80%，且生產(chǎn)效率提升60%。 吊馬智能制造單元的應(yīng)用，將一線勞務(wù)工人從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來(lái)，改善了在惡劣環(huán)境中持續(xù)進(jìn)行大量重復(fù)、高強(qiáng)度作業(yè)的工況，促進(jìn)了船舶制造企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，同時(shí)帶動(dòng)了設(shè)計(jì)、制造、管理、配套等全生產(chǎn)流程優(yōu)化升級(jí)。
研制定制化氣動(dòng)裝配工藝裝備，適用范圍覆蓋全廠所有通用吊馬型號(hào)，操作人員無(wú)需復(fù)雜的準(zhǔn)備和調(diào)整工作，即可實(shí)現(xiàn)吊馬主板腹板自動(dòng)對(duì)齊夾緊、自動(dòng)翻身、側(cè)板高效率對(duì)齊等功能，完成吊馬零件的快速裝配任務(wù)，裝配效率提高80%。
通過(guò)對(duì)視覺(jué)測(cè)量定位技術(shù)、焊渣自動(dòng)清理打磨等技術(shù)的研究，研制吊馬智能化搬運(yùn)系統(tǒng)。 實(shí)現(xiàn)吊馬位置測(cè)量、抓取、擇優(yōu)選取放置、焊接過(guò)程的焊渣清除和自動(dòng)上下料碼垛功能，全過(guò)程自動(dòng)化，人工負(fù)荷減少100%。
通過(guò)對(duì)各型號(hào)吊馬結(jié)構(gòu)、焊接機(jī)器人焊接工藝的研究，研制吊馬智能裝夾系統(tǒng)，在焊接變位機(jī)上配置一套具有高度通用性的夾緊裝置，由液壓驅(qū)動(dòng)提供夾緊力，吊馬型號(hào)通用適配率達(dá)到100%。
船舶方向評(píng)職知識(shí)：船舶與海洋類EI期刊有哪些
通過(guò)對(duì)焊接機(jī)器人焊接工藝、焊接路徑規(guī)劃等技術(shù)的研究，研制吊馬智能焊接系統(tǒng)。 通過(guò)在焊接機(jī)器人末端設(shè)置一套激光視覺(jué)跟蹤裝置，實(shí)現(xiàn)工件焊縫的實(shí)時(shí)測(cè)量跟蹤，確保焊接質(zhì)量，焊接效率提升60%。
吊馬是船舶建造所必需的工藝裝備件，我國(guó)造船業(yè)每年吊馬需求達(dá)百萬(wàn)件以上，吊馬智能制造單元在行業(yè)內(nèi)具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。 結(jié)合“中國(guó)制造2025”重大戰(zhàn)略部署，加快大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合，船舶制造行業(yè)將會(huì)不斷健全完善科技創(chuàng)新體系，發(fā)揮內(nèi)外部協(xié)同優(yōu)勢(shì)，推進(jìn)核心產(chǎn)品、制造技術(shù)和科研能力升級(jí)。
作者：尹志雙 汪文灝
轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)自發(fā)表學(xué)術(shù)論文網(wǎng)：http:///jzlw/26227.html
