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江南造船智造轉(zhuǎn)型正多點(diǎn)開(kāi)花

   2020-12-30 船海裝備網(wǎng)4530
核心提示:密集的機(jī)械手,利落地在生產(chǎn)流水線上完成焊接、組裝等多道工序……提到智能制造,人們往往第一時(shí)間聯(lián)想到的是汽車(chē)行業(yè)的生產(chǎn)場(chǎng)景
密集的機(jī)械手,利落地在生產(chǎn)流水線上完成焊接、組裝等多道工序……提到智能制造,人們往往第一時(shí)間聯(lián)想到的是汽車(chē)行業(yè)的生產(chǎn)場(chǎng)景。當(dāng)智能制造遇到“海上移動(dòng)城市”,高度個(gè)性化定制、單件小批量的船舶工業(yè),船企的智能轉(zhuǎn)型偏又箭在弦上,標(biāo)靶有,如何發(fā)?

數(shù)字化轉(zhuǎn)型、工業(yè)互聯(lián)和人工智能是船舶工業(yè)開(kāi)啟智能制造的通關(guān)密碼。經(jīng)過(guò)多年的摸索積累,中國(guó)船舶集團(tuán)旗下江南造船的智造轉(zhuǎn)型正多點(diǎn)開(kāi)花。通過(guò)數(shù)字化焊接、三維彎板機(jī)、巨型總段智能對(duì)接等關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備領(lǐng)域的突破,追溯一艘船舶制造的全過(guò)程,江南造船這一批有點(diǎn)不一樣的造船人,用一條焊縫、一塊鋼板、一個(gè)總段,解答著船舶工業(yè)智能制造難題。

精確到點(diǎn)見(jiàn)“縫”插針

焊接,將一塊塊冰冷的鋼板連接成有機(jī)的整體。江南造船對(duì)智能制造的初嘗試,就是從一條焊縫開(kāi)始的。
江南造船智造轉(zhuǎn)型正多點(diǎn)開(kāi)花
焊接熱輸入,直接影響焊縫的力學(xué)性能,決定了焊接質(zhì)量的優(yōu)劣。熱輸入可以被計(jì)算,即“焊接熱輸入=電流*電壓*熱效率系數(shù)/速度”。這個(gè)看似簡(jiǎn)單的公式,就是江南造船嘗試數(shù)字化焊接的基本思路——通過(guò)控制焊接參數(shù)來(lái)控制焊接熱輸入,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)焊接質(zhì)量的管控。

2012年,江南造船聯(lián)合上海交通大學(xué)和多家焊機(jī)制造廠商進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)研發(fā),研制運(yùn)用了具備聯(lián)網(wǎng)、預(yù)設(shè)、管控、評(píng)估四大功能的焊接質(zhì)量數(shù)字化管控系統(tǒng)。產(chǎn)、研、用三方各司其職,針對(duì)各型鋼板的各類(lèi)焊接需求,船廠設(shè)計(jì)、制造部門(mén)對(duì)大量的焊接工藝進(jìn)行歸總、梳理與分類(lèi),建立工藝數(shù)據(jù)庫(kù),將焊接規(guī)程同焊縫模型關(guān)聯(lián)起來(lái),這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)再交由大學(xué)、焊機(jī)廠商進(jìn)行設(shè)備的開(kāi)發(fā)與升級(jí)。2015年,在一艘液化氣船上成功試運(yùn)行后,江南造船將焊接質(zhì)量數(shù)字化管控系統(tǒng)全面鋪開(kāi),如今已聯(lián)通全廠超過(guò)1200臺(tái)焊機(jī)。

升級(jí)后,焊工僅多了憑證打卡這一個(gè)步驟。打卡后,系統(tǒng)會(huì)為工人配置工作量和焊接通道;焊接過(guò)程中,數(shù)字化焊機(jī)采用“一點(diǎn)一脈”的工作方式,給每一個(gè)工作點(diǎn)都配置最合適的脈沖、輸出最精準(zhǔn)的電流,同時(shí)規(guī)范焊工的作業(yè)流程,看似生產(chǎn)粗放的船廠也可以實(shí)現(xiàn)“毫米/秒級(jí)工程”。

江南造船對(duì)焊接生產(chǎn)線的智能升級(jí),并沒(méi)有讓機(jī)器來(lái)取代人,而是讓人與機(jī)器共舞,在鋼板上“蘇繡”,使焊接質(zhì)量從“人控”變?yōu)榱恕皺C(jī)控”。焊接考驗(yàn)工匠的技術(shù)、經(jīng)驗(yàn),人工作業(yè)往往帶有一定的隨意性;船廠普遍的用工性質(zhì),也很容易發(fā)生焊工為了提升工作效率而選擇調(diào)高電流電壓參數(shù)、加快焊接速度等情況,這些都給焊接質(zhì)量埋下了隱患。數(shù)字化焊接則最大化地規(guī)避了人工的隨意性,一旦焊接過(guò)程中相關(guān)參數(shù)超過(guò)規(guī)定區(qū)間,系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警,再由生產(chǎn)管理人員進(jìn)行處理。

經(jīng)過(guò)近5年的生產(chǎn)磨合,江南造船的焊接質(zhì)量數(shù)字化管控系統(tǒng)已趨于成熟,現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)工作也交給了一批年輕、肯干的年輕人,盧斌就是其中一位,他于2017年開(kāi)始負(fù)責(zé)數(shù)字化焊接相關(guān)工作,日常從事數(shù)據(jù)匯總、任務(wù)分派、焊機(jī)并聯(lián)等工作。在現(xiàn)有成熟的系統(tǒng)上,更新工藝數(shù)據(jù)庫(kù)、深挖大數(shù)據(jù)來(lái)反向提升焊接有效時(shí)間,每天忙碌穿梭于生產(chǎn)車(chē)間的這批造船人在提升船廠焊接管控的路上,依舊大有可為。

數(shù)字化焊接帶來(lái)的改變,即便是外行人也能直觀感受到。近年來(lái),令眾多軍迷津津樂(lè)道的一點(diǎn)是,我國(guó)新造艦船的外殼平順光滑,難見(jiàn)“瘦馬現(xiàn)象”,這就是焊接變形得到有效控制的結(jié)果,離不開(kāi)焊接管控的功勞。

三維彎板不“火”也“形”

做了30年火工的吳一忠,目前任江南造船制造一部加工作業(yè)區(qū)作業(yè)長(zhǎng)。從“敲榔頭”開(kāi)始做起的他,如今每天指揮著一臺(tái)龐大的機(jī)器從事著他干了幾十年的活——復(fù)雜曲面船板成形。

復(fù)雜曲面船板成形一直是船廠普遍面臨的技術(shù)瓶頸,是為數(shù)不多的老法師才能搞定的絕活。此前,國(guó)內(nèi)外船廠對(duì)單曲板采用冷壓、冷彎、輥彎等加工方法,而雙曲板加工普遍采用水火彎板的方式。復(fù)雜雙曲面船板成形一直依賴(lài)于工人的經(jīng)驗(yàn)控制加溫和冷卻,即便有計(jì)算機(jī)輔助也很難控制,一直沒(méi)有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,是船廠普遍面臨的技術(shù)瓶頸,而且有經(jīng)驗(yàn)的“老法師”面臨斷層。雙曲板加工的生產(chǎn)效率和質(zhì)量都難以提升和保障。同時(shí),一些特種鋼不能采用水火彎板工藝,雙曲型板加工成難題。
江南造船智造轉(zhuǎn)型正多點(diǎn)開(kāi)花
2016年,江南造船聯(lián)合武漢理工大學(xué)、山東碩力公司共同研制了世界首臺(tái)復(fù)雜曲面船板成形裝備——船舶大型三維數(shù)控彎板機(jī)。這臺(tái)三維數(shù)控彎板機(jī)集成了現(xiàn)代工藝技術(shù)、測(cè)量技術(shù)、信息技術(shù)和控制技術(shù),解決了三維曲面船板數(shù)字冷彎成形加工的世界性難題。其可根據(jù)現(xiàn)行造船軟件系統(tǒng)提供的船板數(shù)據(jù),自動(dòng)進(jìn)行三維曲面造型和船板的數(shù)控冷彎加工。三維數(shù)控彎板機(jī)大大提高了車(chē)間的加工效率——此前人工需要幾天才能加工成形的彎板,如今只需幾個(gè)小時(shí);數(shù)字化技術(shù)也大幅提升了船板的加工精度。

購(gòu)置三維彎板機(jī)后,為了適應(yīng)設(shè)備操作對(duì)軟件、電氣、液壓等專(zhuān)業(yè)的需要,江南造船招徠了一批專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員,其中包括6名大學(xué)生,學(xué)數(shù)控的王世界、學(xué)船機(jī)的李亞輝,如今都成長(zhǎng)為作業(yè)區(qū)的得力干將?!斑@批年輕人對(duì)信息化的理解能力、接受能力都很強(qiáng),操作軟件兩天就能吃透了?!眳且恢医榻B,三維彎板機(jī)的操作團(tuán)隊(duì)有老師傅、有大學(xué)生,大家專(zhuān)業(yè)各有所長(zhǎng),在融合的過(guò)程中,針對(duì)不同鋼型、板形的加工方案,做了長(zhǎng)時(shí)間的積累與總結(jié),在設(shè)備的安全性、便利性、可操作性上,團(tuán)隊(duì)也進(jìn)行了諸多改良,“現(xiàn)在這臺(tái)機(jī)器的自動(dòng)化程度更高了,基本形成了標(biāo)準(zhǔn),系統(tǒng)可自主決策實(shí)現(xiàn)‘一板一策’?!?br />
值得一提的是,相對(duì)傳統(tǒng)火工嚴(yán)格按規(guī)程操作因而一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的師傅通常已不再年輕,使用這臺(tái)三維彎板機(jī)的員工則都是年輕人,他們?yōu)闄C(jī)器的使用注入了更多的創(chuàng)新和活力。所以,三維彎板機(jī)的使用不只是替代了吳一忠這樣的傳統(tǒng)火工,而是傳統(tǒng)工種在船廠的智能變革中找到了全新的定位和更廣闊的舞臺(tái)。

智能對(duì)接“快”“準(zhǔn)”得很

從一點(diǎn)一脈、到一條焊縫、再到一塊曲面,如今,江南造船的智造步伐拓展到了巨型總段的智能對(duì)接。搭載,是將一個(gè)個(gè)船舶分段拼成一個(gè)整體的關(guān)鍵步驟,如果巨型總段在對(duì)接的過(guò)程中能過(guò)做到又快、又準(zhǔn),無(wú)疑會(huì)大幅縮短建造周期,提升船廠效益。

物體在空間具有六個(gè)自由度,即沿X、Y、Z三個(gè)直角坐標(biāo)軸方向的移動(dòng)自由度和繞這三個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。巨型總段對(duì)接亦是如此,要把兩個(gè)長(zhǎng)、寬、高各幾十米的龐然大物,在三維空間進(jìn)行精準(zhǔn)對(duì)接,誤差控制在1~2毫米,如果按照傳統(tǒng)的操作流程,難度大,周期長(zhǎng)。

江南造船搭載一部副部長(zhǎng)蘇寧介紹,傳統(tǒng)的巨型總段對(duì)接,依靠的多是員工經(jīng)驗(yàn),通過(guò)計(jì)算、靠攏、驗(yàn)證這般循環(huán)往復(fù)的過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。首先,船廠會(huì)用全站儀來(lái)確定巨型總段的三維坐標(biāo)系,但每一次得出的都是靜態(tài)數(shù)據(jù),巨型總段一旦位移,坐標(biāo)需要重新測(cè)量;對(duì)目標(biāo)移動(dòng)值的計(jì)算,也多靠人工,但總段上各個(gè)面的關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)量大,牽一發(fā)而動(dòng)全身,往往容易顧此失彼;靠攏、位移的過(guò)程中,需要油泵小車(chē)配合定位,對(duì)操作精準(zhǔn)度的要求很高;合攏完成后,對(duì)接斷面的數(shù)據(jù)也無(wú)法測(cè)量。

船舶巨型總段智能對(duì)接的特點(diǎn)、難點(diǎn)有別于其他行業(yè),該研究于2017年正式啟動(dòng),上海交通大學(xué)、天津大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)興趣盎然,集智攻關(guān)。天津大學(xué)主攻巨型總段的動(dòng)態(tài)定位,通過(guò)建立了一個(gè)iGPS(indoor GPS)的“毫米”級(jí)超大空間三維測(cè)量場(chǎng),利用激光方法,對(duì)場(chǎng)內(nèi)的巨型總段各個(gè)端面的測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)整體測(cè)量與運(yùn)算。上海交通大學(xué)主要負(fù)責(zé)基于測(cè)量數(shù)據(jù)的調(diào)姿算法、多車(chē)協(xié)調(diào)控制等技術(shù)攻關(guān),將復(fù)雜的位移調(diào)整數(shù)據(jù)交給計(jì)算機(jī),再由計(jì)算機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)調(diào)姿小車(chē)實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)定位,巨型總段智能對(duì)接從人為經(jīng)驗(yàn)判斷的較優(yōu)解到機(jī)器智能計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)解的跨越。

不久前,江南造船的巨型總段智能對(duì)接得到了實(shí)船應(yīng)用,蘇寧直呼“真香”。以前要爬上爬下看距離,如今在集控室里遙控操作;以前單單用全站儀測(cè)坐標(biāo)要花上幾小時(shí),如今巨型總段對(duì)接全過(guò)程以分鐘計(jì)……“從我個(gè)人而言,真的要特別感謝兩所大學(xué),能夠解決大尺度、大群組定位真的不容易,這的確是個(gè)好東西?!碧K寧感嘆。

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