船舶制造工艺装备的发展与创新

船舶制造工艺装备的发展与创新

谢　新

(上海船舶工艺研究所,上海200032)

提　要　我国舰船制造厂的工艺装备与国外先进船厂相比,自动化程度低,设备老化,加工精度低。为适应先进的造船模式和制造技术,我国造船工艺装备应向自动化、机械化和柔性自动化生产线方向发展。

文中对国内目前的造船工艺装备发展状况作了较祥细的阐述。

主题词　船体建造工艺　舾装　涂装　船厂设备

技术发展水平

1　引言

一艘常规船舶是由数以万计的零部件构成,其内部配有各种设备、管系、仪器以及动力与生活设施等,以满足航行、停泊、生产和生活等需要。将这样复杂的结构从设计图纸通过各道工序,快速高效地形成最终产品,需要依靠先进的制造技术,而先进的制造技术又需要配以相应的工艺装备才能顺利地实施。

未来5至10年,是我国船舶工业发展的重要战略机遇期。胡锦涛总书记明确指出:我们不仅要努力成为世界造船大国,还应树雄心,立壮志,使我国成为世界造船强国。要实现这一宏伟目标,必须进行造船软、硬技术创新,其中软件创新主要是改变传统的造船模式,而硬件创新主要体现在船厂大型设施的建设和造船工艺装备的综合机械化和自动化,即工厂自动化和机器人化。

建造船舶需要大量的工艺装备,而工艺装备的发展,又促进了造船工艺水平的提高。提高造船装备自动化、机械化水平,对提高生产效率和产品质量,缩短造船周期都具有重要意义。

2　国外造船工艺装备发展趋势

近20多年来,国外造船工艺装备自动化的发展尤为迅速。随着计算机、数控、液压及精密机械技术

　作者简介:谢新(1967-),男,高级工程师。的广泛应用,以及造船工艺的不断发展,使造船工艺装备向自动化、机械化和柔性自动化生产线方向发展。造船发达的国家基本上已实现了单机自动化,如型钢切割自动化、肋骨自动弯曲机,以及数控弯管机等。在此基础上,柔性自动化生产线在国外的先进船厂也普遍应用,如平面分段流水线、预处理流水线、型钢加工流水线、管子柔性加工生产线等。

造船工艺装备自动化发展可以分为三个阶段:第一阶段为单机自动化或机械化;第二阶段为自动化生产线,它是由自动单机加自动化输送装置组成,具有较高的柔性,有时亦称为柔性自动化生产线;第三阶段为无人化工厂,即全自动造船,它由CIMS软件系统环境下的CAD/CAM等计算机辅助系统与机器人装置之间的联动操作,即由计算机和智能机器人等高技术系统组成的造船厂。

2.1　单机自动化

造船发达国家基本上已实现了单机自动化,如型钢切割自动化、肋骨自动弯曲机,以及数控弯管机等。这些单机主要是充分采用数控技术、计算机技术和机器人技术,其目的是使造船过程中某一工位实现自动化加工。

2.2　柔性自动化生产线

柔性自动化生产线的基础是单机自动化,它在国外的先进船厂较为普遍,如平面分段流水线、钢板预处理流水线、型钢加工流水线、管子柔性加工生产线等。它是采用自动化单机,充分运用传感和检测技术、监控自诊断和自维修技术、自动物流技术及机器人等高新技术系统,使造船生产过程的某一流程或某一制造阶段实现自动化的加工系统。对于船舶、轮机及其他船用设备,因为具有多品种、小批量特点,自动化生产线必须是柔性的,才能适应产品多样化的需求。

2.3　智能无人化造船

将企业的全部生产经营过程(包括市场研究、经营决策、产品设计、加工制造、生产管理、销售及服务等)的所有软硬件综合为一个集成系统,含智能计算

机、自动化装备和智能机器人等。

3　国内造船工艺装备发展状况

国内造船工艺装备研究开发有一个循序渐进过程,进入80年代,由于船舶建造进入国际市场,从而引发船厂大规模的技术改造,在大量引进国外先进造船工艺装备的情况下,激发了自主开发的热潮。但目前,我国舰船制造厂的关键工艺及装备与国外先进船厂相比,自动化程度低、设备老化、加工精度低。

3.1　船板型材切割与加工

船用钢板的切割已从手工切割、光电跟踪切割发展到以数控切割为主,目前,数控等离子切割机已在我国大中型船厂得到广泛应用。国内生产的数控等离子切割机,已达到国际水平,并销往国外。

在型钢切割方面,国内船厂大多仍采用手工切割,再辅助以各种便携式半自动切割机,切割质量和效率都难以得到保证。目前,仅有少数大型骨干船厂引进了国外制造的型钢自动切割生产线。据报道,国内有关单位已开展了国产型钢切割生产线的研制,但目前尚未见在船厂实际应用。

在板材成形加工方面,对于曲率不大的板材采用常规的冷加工,而对于复杂线型外板仍都采用人工水火弯板工艺。国外已成功研制出线加热曲板加工自动化装备,并在船厂得到了应用。我国虽较早开展这方面的理论和设备的研究,但还没有成熟的该类设备。目前,由上海船舶工艺研究所、上海外高桥造船公司、上海交大组成的课题组,正在积极开展曲板成形自动化装备的研制,预计将在年内生产出样机。

在型材冷弯方面,国内已研制成功数控肋骨冷弯机,其技术已达到国际先进水平,并出口到新加坡、越南等国。目前,上海船舶工艺研究所正在研制600T数控肋骨冷弯机,这是我国目前研发的最大规格数控肋骨冷弯机,该设备将于明年交付上海江南长兴基地使用。

3.2　船体装配

我国船厂目前采用的平面分段流水线均为国外引进,国内还无成熟的产品。曲面分段还是采用传统的在胎架上安装的方式。国外T TS公司研制的第一条流水线已安装在丹麦的奥顿斯船厂。该系统的单面焊接工作站能全方位倾斜,使其能在水平位置进行SA W单面焊作业。整个胎具的调整应用CAD系统的CNC数据进行。

3.3　管子加工

我国大部分船厂管子加工主要采用单机形式,虽然部分船厂从国外引进了管子生产线,但由于部分进口管子加工设备不能完全适应圆度、壁厚偏差较大管子的加工,导致不能充分发挥应有的效益。

3.4　焊接方面

目前,我国造船焊接机械化、自动化率和国外相比,差距比较大。

我国骨干船厂的焊工人均焊接材料的消耗量约15kg,国外的先进水平则大于45kg,存在2倍以上的差距。除了管理上的原因外,主要是焊接设备的自动化水平比国外的那些船厂低。此外,国内船厂所使用的高效焊接设备和焊接材料主要依靠国外进口。

近年来,我国有关单位在焊接自动化设备研制方面取得了一定的成效,成功开发了垂直气电焊机、双丝单面MA G焊机等自动化焊接设备,并在造船企业得到了广泛的应用。

3.5　涂装方面

我国骨干船厂都有分段涂装房,其中l/4是1995年前建成的。新建的涂装房设有遥控除锈机,符合环保要求,并具有高压无气喷涂工艺设备、特涂设备、精密的漆膜测厚仪器,涂装效率约为0.9h/ m2。国外先进船厂拥有数控喷丸清洗机,有洁净明亮的喷丸房,有涂装机器人、特涂设备,以及漆膜厚度自动检测装置,涂装效率约为0.25h/m2,比国内水平高近3倍。

4　我国造船工艺装备创新的发展思路

4.1　发展方向

目前,我国船舶工业自主研制的造船装备尚处于单机自动化阶段,已研制了部分数控设备和自动化装置,如数控切割机、数控肋骨冷弯机、数控弯管机,以及数控加工机床和多种自动化焊接设备,但是,这些单机尚未真正连成线。近几年,我国一些骨干船厂相继引进了部分生产流水线,如船体平面分段流水线、钢材预处理流水线、管子加工生产线等,虽说也形成了生产线,但这些都不是最先进的,仅是局部自动和电控,而不是全线自动化的设备。这些流水线上都没有机器人、机械手及激光检测定位等智能化装置。由于不是全自动化生产线,在生产中人的干预多,而人又牵涉到管理水平和技术素养等