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用“智能”点亮中国造船
七一六所研制的我国首条智能造船无人生产线投产纪实
(2018-05-10)  编辑发布:中国船舶在线  

  一个工位,两组机器人分立两端,每组由一大一小两个机器人组成。
  蒋小伟屏住呼吸,紧张地握住了拳头。作为承担这条生产线研制任务的副总设计师,他这段时间一直“白加黑”、“五加二”地工作。
  “呲……呲……呲……”,大机器人先动了。
  “她”就好像有大脑和眼睛一样,先抓取一支法兰(管道连接件)“看”了一眼,然后送去刻码,接着又对自动送来的管件扫描后,抓取刚刻完码的法兰进行组对。
  “呲……呲……呲……”,小机器人也动了。
  一时间焊花飞舞。在小机器人作了三下点焊之后,大小机器人同时进行内外圈烧焊。很快,管件和法兰实现完美连接。
  从取料、送料、扫描、刻码、组对、点焊、焊接到完工,整个过程无人,全部智能化、自动化。
  4月19日,我国第一条智能造船无人生产线在武船集团试运行成功!
蒋小伟和他的10多位伙伴都长长地舒了一口气。这一天,是他们来这里工作两年来惟一按时下班的一天。
  然而,为了中国的高质量造船,他们觉得很值。因为,他们今天做成功的是世界第一条具备智能立体库、自动定长切割、追踪贴标、法兰刻码、柔性组对和四枪同步焊接功能的直管无人生产线。


 
智能立体仓库––让造船管件智能听令

  有人把船舶制造打趣地形容为:焊管子、焊板子,再把管子和板子连起来。
  项目总设计师吴茂传介绍说,造一条船15%~30%的工作都是在焊管件。管件是造船的代表性中间产品,如果把主机比作心脏,管件就好像血管,主动力管相当于动脉,消防及其他辅助管相当于静脉,二者的压力、牌号、材质、焊接工艺都不一样。管件制造交期比较固定,其加工时间直接影响全船整体完工进度。
  建设管件无人生产线,首先得让管件智能听令。
  而此前,我国传统上的离散制造缺乏追溯,即船厂从领料、切割到下线,每个环节都要校一次管,几个月过去了还在做这道工序,管理成本偏高,影响周期,而且管件大量无序堆放占空间无效益。
  七一六所研发团队,运用激光寻位、机器视觉、路径规划等先进技术,研制出了我国第一个管件立体化仓库。
  该智能仓库通过算法实现最优化生产,可满足1米~12米长、直径48毫米~219毫米的不同管件的存储、自动取送、自动化套料需求,具有空间小存量大、多品种、多规格等特点。如今,管材利用率已达90%。


 
管件“身份证”––真正实现无人化

  管件和法兰上料,传统操作是先法兰再管件,这样上料很慢。项目组查找优化解决方案,终于找到通过刻码给法兰做“身份证”的办法,实现法兰和管件一次上料。
  本来在承担其它工作的工程师张锐,紧急受命,发挥自身技术经验优势,在没有程序源代码情况下,查询刻板、单元元器件等大量技术资料,从输入、传感器、刻码机控制程序逐个环节排查、反复推理论证,吃饭不离设备,对4台刻码机连续测试800多次,逐个改进传感器、通讯线缆存在问题,从最初高误差率不断改进到5%,又经过400多次不间断测试优化,误差率降至不到1%,终于满足了现场生产需求。
  为了进一步做好“身份证”,他们还研制运用管件追踪技术,包括喷码喷印、贴标等多种方式。机器人贴标设备成本高,七一六所就和武船联合研制,兼顾实用性、投入产出比和功能发挥率,最终实现了专机自动贴标。
此前,外国厂商研制的管件智能化生产线,切割时仍需人工辅助。七一六所给管件制做“身份证”,追踪贴标,法兰自动刻码,则无需人工辅助,从而成为世界上功能最多的智能管件无人生产线。
 
柔性制造––解决“非标性”难题

 

  汽车制造行业可以定型号,做到单件小批量;而船舶管件制造,因为其非标性,所以必须要柔性。
  中国的造船标准相对欧标、日标、美标,比较宽泛。比如法兰就有2毫米~3毫米偏差,存在“非标性”。精度达不到国外的高标准,制造环节基本无重复,更需要柔性。要建设管件智能无人生产线,必须建成具备船厂内外追踪和柔性组对焊接的全功能生产线。
  传统管件加工是一个机器人一台控制器。为了实现柔性,七一六所的工程师们决定采用双工位8个机器人,同时操作提高作业效率。每个工位一台控制器控制4个机器人的24个机器人关节轴和所有3个外部轴,总计27个轴。
  普通国产机器人和一般国外机器人都不具备多轴标定、多台机器人一个控制器控制的功能。这样操作的算法不是简单叠加,而是更加复杂,系统编写和控制算法难以实现。多台机器人加外部轴由单一控制器控制,这在我国尚属首次。
  此举,确保了标定精度和同步实施。
  传统法兰装夹固定方式是单杆卡盘卡紧,工程师胡晓磊提出非卡盘固定式法兰柔性组对方法。评审时,国内同行专家认为不可行,会出问题。胡晓磊认为,只有这种方式,4枪同步焊接才能实现,达到武船提出的柔性化和提高效率的要求,别无它法。为此,项目组承担着巨大压力,在国内外没有任何技术参考和实践经验的情况下,反复验证,找专家进行技术咨询和论证,并及时与武船沟通,最后决定实施这个我国首次提出的方案,并最终达到了武船的要求。
  此外,柔性还体现在图像识别和点激光寻位;采用了激光视觉传感器,以保证采集灵敏度高和精度。
……
 
智能造船的底气从何而来

  七一六所在这套我国首条智能造船无人生产线上实现的技术突破不胜枚举。
  回头看,这些让他们引以为傲的突破当初却是一块块硬骨头横在他们面前。创新何其艰难,风险何其巨大,他们的底气何来?
吴茂传介绍说,他们从事船舶智能制造调研已有多年,早就做出了智能制造是我国建设造船强国的必由之路的判断。既然如此,总要有第一个吃螃蟹的人。
  凭着国企的担当和依靠创新驱动发展的强烈意识,七一六所从2015年起就开始试水“智能造船”:他们参考了大量国内外制造船舶管件、造船、智能管件加工配套商案例,既做核心部件,又做系统集成,依托现有资源和行业资源,立足自身优势,发挥各家特长、专长,在管件智能制造行业迈出了坚实的一步。
  集团公司对智能制造高度重视。中船重工集团专门成立了智能制造领导小组,由董事长胡问鸣担任组长。胡问鸣董事长要求,“推动厂所优势互补,形成合作新模式,强力提升智能制造技术水平和能力,为实现集团公司新战略目标而奋斗。”中船重工副总经理杜刚主抓,科技与信息化部成立了智能制造与先进技术处,专门从事智能制造实施工作。
  七一六所副总信息化师、杰瑞深软总经理黄斌认为,“机遇总是偏爱有准备的人。2017年底,面对智能化高质量造船的迫切需求,中船重工集团成立了智能制造创新中心,在项目建设过程中给予了大力支持。在中船重工集团的顶层指导下,项目的参研单位群策群力、通力配合,共同保障了该大合作、大协同项目的顺利实施。这个于2016年11月正式签订合同、总投资5000多万元的无人生产线项目也已经超出了其表层的价值。我们的底气从哪里来?既从我们自身来,也从集团公司和兄弟单位那里来。”
  这条生产线在武船即将正式投产。
  中国造船,向着智能制造、高质量发展目标又迈进了一大步。

 
来源:中船重工
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