机器人在造船工业中的应用

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1、机器人在造船工业中的应用杨源帆(江苏省南京市地方海事局,江苏南京210036)提要综合阐述国外造船机器人的开发和应用,及对我国造船业应用机器人的几点建议。主题词造船工业机器人应用1引言机器人是人类进入20世纪后具有代表性的高技术。毫无疑问,它将对传统的生产方式以至整个社会带来极大的影响。目前,所有发达国家都把机器人技术或智能化技术摆在科技发展战略中最优先的地位并加以推动,作为商品化的机器人的产值正以每年25%以上的速度增加着。国外,尤其是日本、美国、韩国和欧洲的一些先进造船国家,在发展和研制造船用的机器人方面取得了显著的进步。虽然我国机器人技术的开发研究工作起步

2、不久,但从“七五”发展计划起,国家已将其列为科技发展的重点项目之一。然而,我国在船舶制造方面,机器人的应用尚为空白。随着我国船舶产量的逐年增长和向着世界第一造船大国的迈进,可以肯定,我国船舶工业在船舶建造过程中也将应用机器人技术,就像目前应用CADƒCAM技术、自动化和等离子切割技术一样。2国外造船机器人应用情况2.1日本日本在20世纪60年代末处于经济高速发展时期,年增长率高达12%,日本产业界不失时机地,把机器人作为解决劳动力不足的一项革命性措施。1970年试制出第一台川崎的UNIMAT,与此同时,研制机器人的大小工厂一时总数达86家之多,形成了机器人发展的

3、第一次高潮。日本造船工业在20世纪70年代就加入到这个高潮中,引入PABOT(板材装配机器人)、CLIMACS(在船体上爬行的机器人),以及切割、搬运、焊接、涂装、缝跟踪和其他功能的机器人。但在投入使用时发现事与愿违。由于当作者简介:杨源帆(1945-),男,高级工程师。时生产的机器人性能差,可靠性和精度低,运行速度也不及人,使用结果往往并不能提高生产率,而且价格昂贵,所以就很快地进入了低潮。失败的经验使日本机器人的研制者及制造厂深刻地认识到、产业界必须联合起来,有组织、有步骤、有计划地进行研究。于是,逐步建立了从基础元件到辅机在内的日本机器人工业生产体系,开

4、发了各种作业型机器人,如弧焊、点焊、喷漆等机器人,并逐步实现了系列化、标准化、专业化分工,使精度、可靠性进一步提高,价格逐年下降。这样就为机器人的普及奠定了极为坚实的基础。至20世纪70年代末,日本机器人产业进入了新的高潮,生产厂达300家,产量1000台以上的近10家。从20世纪80年代到20世纪末,机器人在日本有较大的发展。NC切割机器人,从火焰到等离子,并向激光切割发展,已经成为船厂的基本技术。装配焊接机器人,从船体零部件制造,到平面分段的纵向构件的装焊、外场焊接、坞内船底仰焊,现正致力于三向曲板的单面焊和纵横构件装焊到曲形外板上的应用研究,目标是实现船体

5、建造的全面自动化生产。采用线加热机器入自动加工复杂曲面的船壳板的热塑性分析(Thermo2Plastic)理论,已能求得钢板目标曲度所必需的加热过程指令。线加热的自动钢板弯曲成形机的开发是造船技术的又一巨大进步。由于双壳船体结构的大量使用,使涂装环境恶化,因此,涂装机器人正在研制中。日本专家认为,随着机器人的广泛应用,船厂将成为没有灰尘、没有危险和没有疲劳的、真正的现代化工厂。2.2美国1954年,美国人G.Devol研制成世界上第一台可编制程序的机器人,具有记忆功能,能实现示教再现编程方式。1960年联合控制公司生产了第一批商用工业机器人,称为UNIMATE。

6、不久,美国机床制造公司设计出另一种可编程序的工业机器人,称为VERSATRAN。20世纪60年代末,机器人和人工智能的研究达到了一个高潮,进入70年代以后,美·2·造船技术2003年第3期(总第253期)国由于经济萧条,以及早期机器人本身性能差、售价高和适用范围窄等因素,故在1978年前机器人发展较为缓慢。但是在20世纪70年代末,80年代初,美国重新评价了机器人的作用,军方对军用机器人的发展给予了特别的关注。在造船行业中,在1983年7月提供给MTS系统公司1100万美元进行“激光连续式机器人”(LARS)的研制。它是由机器人操纵25kW的激光束来制造军舰的

7、零部件。调整激光束的功率可以完成一系列的工作,如焊接、切割、钻孔、机加工、线状加热弯曲、涂装、号料等。LARS焊缝跟踪系统能够跟踪任何不规则形状的焊缝,并且在钢板上的焊接速度高达5.08mƒmin。激光焊接的最明显的优点是热影响区小、变形小,因此大大减少了焊接后的矫正工作量。美国海军资助的另一研究项目是机器人观察系统公司的“自动化螺旋桨光学测量系统”和“螺旋桨焊接系统”。托德·太平洋公司的洛杉矶船厂,在1983年将CM2T32566型弧焊机器人用于小部件的生产。阿冯尔船厂在纵桁和横梁流水线上应用了机器人。该厂的OxyTechnik系统是由6个移动架把几个工件分别

8、运送到不同的机器人工位处