曾經(jīng)，哥倫布駛著大船發(fā)現(xiàn)了美洲;英國(guó)通過(guò)海上爭(zhēng)霸建立日不落帝國(guó);繁盛的大明朝有鄭和下西洋;羸弱的清朝列強(qiáng)用堅(jiān)船利炮打開(kāi)中國(guó)大門(mén)……“大船”是一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力的象征，關(guān)乎軍事、經(jīng)濟(jì)、科考等領(lǐng)域。北洋驚夢(mèng)，國(guó)外先進(jìn)的造船技術(shù)一直對(duì)中國(guó)進(jìn)行封鎖，一百多年來(lái)，我們的“中國(guó)夢(mèng)”也包含了“大船夢(mèng)”。
近日，據(jù)報(bào)道，國(guó)產(chǎn)航母將進(jìn)入出海前最后一關(guān)，很快就能投入實(shí)戰(zhàn)之中;在熱映的電影《戰(zhàn)狼2》中也出現(xiàn)了遼寧艦驚鴻一瞥的身影;6月28日，“海洋地質(zhì)十號(hào)”綜合地質(zhì)調(diào)查船在廣東東莞出塢下水，標(biāo)志著我國(guó)海洋地質(zhì)綜合調(diào)查能力躋身世界前列。由我國(guó)自主設(shè)計(jì)建造的“大船”越來(lái)越多，我們?cè)跒橹院赖耐瑫r(shí)，背后是無(wú)數(shù)專(zhuān)家和造船工人的默默付出，除此之外也有機(jī)器人的功勞。今天，小編有幸采訪(fǎng)到中船重工716所總工程師韓瑜博士來(lái)談?wù)勗齑瑱C(jī)器人。
大船也要智能制造
七一六研究所創(chuàng)建于1965年5月，是中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司(CSIC)所屬的一個(gè)以軍為本、軍民結(jié)合，集科研、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)為一體的綜合性研究所。船舶制造是傳統(tǒng)制造業(yè)的重要分支，相對(duì)于汽車(chē)制造行業(yè)的大批量計(jì)劃式生產(chǎn)，船舶行業(yè)的制造模式與之有著巨大的差異。
船舶工業(yè)是為海洋開(kāi)發(fā)、航運(yùn)業(yè)及國(guó)防建設(shè)提供技術(shù)裝備的綜合性產(chǎn)業(yè)。目前，我國(guó)造船基本以人工為主體的大型勞動(dòng)密集型生產(chǎn)。其中，船體裝配中的重要環(huán)節(jié)焊接是決定船體質(zhì)量的關(guān)鍵因素。由于中國(guó)造船產(chǎn)業(yè)對(duì)精度的要求提升和人力資源成本上升，使得造船焊接自動(dòng)化、智能化成為我國(guó)造船產(chǎn)業(yè)迫切的需求。此前，國(guó)外大公司壟斷了船舶制造機(jī)器人系統(tǒng)，不僅使得船舶制造機(jī)器人系統(tǒng)價(jià)格昂貴、條件苛刻，而且后續(xù)不提供船舶制造機(jī)器人系統(tǒng)零部件。再加上我國(guó)的智能化自動(dòng)化水平不足，我國(guó)大部分船企造船效率僅是日韓水平的30%。
韓瑜博士告訴小編：目前，我國(guó)船舶制造業(yè)90%以上的設(shè)備制造以人工為主體，基本上沒(méi)有機(jī)器人。而在國(guó)外，大部分環(huán)節(jié)都已經(jīng)開(kāi)始用機(jī)器人，包括分段的切割焊接、組裝基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。但是發(fā)達(dá)國(guó)家的造船技術(shù)對(duì)中國(guó)進(jìn)行了全面封鎖，而先進(jìn)的造船機(jī)器人更不可能直接賣(mài)給我們國(guó)家。
機(jī)器人產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為世界各國(guó)高度關(guān)注的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。我們國(guó)家也正在加大機(jī)器人在船舶、飛機(jī)、民爆、傳感器、儀表等制造行業(yè)應(yīng)用示范的推廣力度，提升制造過(guò)程的智能化水平。面對(duì)呈爆發(fā)態(tài)勢(shì)的機(jī)器人市場(chǎng)需求，七一六所作為國(guó)家重點(diǎn)電子信息工程研究所，緊緊圍繞國(guó)家戰(zhàn)略，瞄準(zhǔn)產(chǎn)業(yè)前沿，加緊機(jī)器人產(chǎn)業(yè)布局，搶占技術(shù)和市場(chǎng)的最高點(diǎn)。
如何在船舶制造中引入機(jī)器人技術(shù)，解決船舶焊接(產(chǎn)品庫(kù) 求購(gòu) 供應(yīng))、噴涂(產(chǎn)品庫(kù) 求購(gòu) 供應(yīng))、打磨等一系列應(yīng)用問(wèn)題，一直是國(guó)內(nèi)船舶制造企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。為了配合中船重工更好更高效地造船，716所開(kāi)展了造船機(jī)器人的研發(fā)。
打破壟斷，做自己的造船機(jī)器人
隨著“中國(guó)制造2025”的推進(jìn)，中國(guó)船舶產(chǎn)業(yè)智能化自動(dòng)化成為中國(guó)船舶走向世界的關(guān)鍵命題。在這樣的背景下，716研究所開(kāi)始針對(duì)船舶制造機(jī)器人系統(tǒng)國(guó)外實(shí)施技術(shù)封鎖、國(guó)內(nèi)又急需的問(wèn)題，發(fā)揮自身在自動(dòng)化控制領(lǐng)域技術(shù)和人才優(yōu)勢(shì)，于2014年9月立項(xiàng)。
據(jù)韓瑜博士介紹：與傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人不同，在傳統(tǒng)工業(yè)中，比如汽車(chē)工業(yè)，是汽車(chē)制造原料在動(dòng)，來(lái)配合機(jī)器人的工作，而船太大了，是機(jī)器人配合船體去工作，這就對(duì)機(jī)器人的移動(dòng)性和靈活性有很高的要求。而最大的難度在于大船的焊接是一個(gè)中厚板的焊接，本身就是一個(gè)很難的技術(shù)，在焊接過(guò)程中很容易出現(xiàn)過(guò)熱變形等問(wèn)題，機(jī)器人實(shí)現(xiàn)這樣的焊接在國(guó)外也不容易。而對(duì)研究人員來(lái)說(shuō)，需要很高的綜合素質(zhì)，因?yàn)樵齑瑱C(jī)器人不光要懂機(jī)器人，還要懂船，懂焊接甚至懂材料，是多學(xué)科的綜合交叉。
即便如此，由韓瑜博士為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、成員均為國(guó)內(nèi)著名高校畢業(yè)的博士碩士團(tuán)隊(duì)，他們表現(xiàn)出了高度的責(zé)任感和勇于探索的創(chuàng)新精神，歷經(jīng)兩年，攻克了機(jī)器人設(shè)計(jì)、機(jī)器人感知技術(shù)、機(jī)器人系統(tǒng)控制和材料焊接工藝4項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，解決了船艙等狹小空間內(nèi)直線(xiàn)、圓弧、垂直與水平等諸多復(fù)雜焊縫全位置連續(xù)焊接的世界性難題，開(kāi)發(fā)出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的焊接功能和工藝軟件包，申報(bào)了4項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利，在國(guó)內(nèi)著名期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文兩篇。
在韓瑜博士的帶領(lǐng)下，七一六所申報(bào)的“863計(jì)劃”“大型造船多分段全自主焊接雙臂機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)與裝備”，順利在國(guó)家科技部立項(xiàng)。目前716所已經(jīng)針對(duì)船舶建造研發(fā)了三款機(jī)器人：船舶小組立焊接機(jī)器人，船舶中組立和大組立焊接機(jī)器人，以及涂裝機(jī)器人。而機(jī)器人的核心零部件大部分也實(shí)現(xiàn)了自主研發(fā)。
用中國(guó)機(jī)器人造中國(guó)大船
韓瑜博士說(shuō)，造船是一件又累又危險(xiǎn)的事，造船機(jī)器人最大程度減輕了工人的負(fù)擔(dān)，也加快的造船的效率。比如說(shuō)在小組立焊接機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人化的工作。中組立和大組立焊接機(jī)器人大幅度減輕了勞動(dòng)工人的強(qiáng)度，一個(gè)工人一天需要焊八個(gè)小時(shí)，現(xiàn)在有機(jī)器人，只需要早上操作一下機(jī)器人，僅僅關(guān)注調(diào)整機(jī)器人工作即可。其次船舶的涂裝工作是非常危險(xiǎn)的，工人需要搭架子爬到很高的地方，現(xiàn)在有了涂裝機(jī)器人就可以避免這種危險(xiǎn)。
船舶制造多功能艙室焊接機(jī)器人最神奇是其集成了自動(dòng)尋位與電弧焊跟蹤等技術(shù)，能按照用戶(hù)需求，自動(dòng)對(duì)船舶分段焊接場(chǎng)景進(jìn)行識(shí)別，自動(dòng)驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)器手對(duì)船舶分段各重要位置進(jìn)行焊接，自動(dòng)識(shí)別焊接位置和障礙物，它是具有八個(gè)自由度的成套機(jī)器人系統(tǒng)，臂展85厘米，體重28公斤;焊接成功率100%，從不返工。而據(jù)了解，一般人工焊接返工率均在20至30%左右。
這種機(jī)器人可以幫助船舶進(jìn)行預(yù)除銹、祛疤、涂漆處理，用以保護(hù)船舶殼體壁面，延長(zhǎng)船舶的使用壽命。以一艘船舶分段合攏焊縫的除銹打磨工作為例，在傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式中，這個(gè)工程需要安裝腳手架，雇傭四個(gè)工人花費(fèi)一天時(shí)間才能完成單條焊縫的打磨。采用爬壁機(jī)器人，無(wú)需安裝腳手架，單人即可完成全部工作，且單條焊縫打磨耗時(shí)約為0.5天。
可見(jiàn)，自主研發(fā)和創(chuàng)新引領(lǐng)，是我國(guó)大船建造的關(guān)鍵所在。只有捍衛(wèi)好海洋的國(guó)家，才能在國(guó)際舞臺(tái)上立足。同樣的，只有掌握了現(xiàn)代工業(yè)核心的國(guó)家，才能用工業(yè)智造驚艷世界。
