造船数字化装备发展综述

6.7.1　造船数字化装备发展综述

数控装备技术的发展基本上可分为三个阶段：单机自动化、自动生产流水线和全自动化（无人化工厂）。对造船数控装备而言，目前还处于单机自动化和自动生产流水线阶段。

6.7.1.1　国外数字化装备的现状和发展趋势

发达造船国家早已应用数控切割机、数控肋骨弯曲机以及数控焊接等单机自动化。在此基础上现已普遍投入使用平面分段流水线、预处理流水线、型钢加工流水线及管子加工流水线等柔性自动化生产线。这些数字化装备的普遍和合理应用，大大提高了船舶制造质量，缩短了建造周期，降低了制造成本，提高了企业的综合能力。

1）单机自动化

单机自动化指的是像切割成形、焊接、涂装等方面的单机数控设备，如数控板材或型材切割机、数控肋骨冷弯机、数控弯管机，焊接机器人，涂装机器人等。这些单机主要是采用数字化控制技术、计算机技术和机械手技术，其目的是使船舶制造过程中某一工位的加工工艺实现自动化。

2）自动生产流水线

自动生产流水线也称柔性自动化生产线，其基础是单机自动化。在国外先进造船企业采用的平面分段流水线、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都属这一类。它所采用的技术是单机自动化技术、传感和检测技术、监控自诊断和自维修技术、自动物流技术及机械手等高新技术系统，使造船生产过程中某一流程或某一阶段制造实现自动化。这一系统要应对的是船舶产品的多品种和小批量，所以自动化生产线必须是柔性的，这样才能适合生产的要求。

以日本为例，日本船厂在切割成形技术方面，早在20世纪80年代初，已用数控等离子切割机替代了数控火焰切割机，提高了切割效率和切割精度，从源头满足了焊接自动化的精度要求。80年代后期到90年代早期，平板和型材数控切割得以普及。90年代后期的发展重点则是板材成形的数控线加热系统。

焊接技术方面，在20世纪80年代初，半自动CO₂焊开始在日本船厂普及，同过去手工操作相比，生产效率得到大幅度提高。80年代后期，日本船厂实现了焊接手段自动化，机器人被广泛应用于部件、平面分段的焊接。90年代早期，随着船体双壳结构的增多，为提高平面分段的生产效率，日本船厂开始研究角焊自动化，90年代后期以来的工作重点就是曲面分段装配和户外作业自动化。

涂装技术方面，20世纪80年代末和90年代初，日本船厂涂装操作主要依赖人工。随着人工成本的上涨及作业条件改善的需要，特别是双层底结构涂装工作量的增大，日本造船企业开始研制涂装机器人。目前，涂装机器人技术已成为本世纪造船工业的一个发展热点。

船舶总体建造技术方面，20世纪90年代初，随着自动化焊接技术的普及，造船业开始应用片状分段建造法，并逐渐运用车载式吊车取代传统脚手架。90年代后期，开始普遍应用平面分段自动生产流水线，曲面分段流水线也逐渐投入生产。

6.7.1.2　国内数字化装备技术的现状和发展

国内造船企业自20世纪80年代进入国际市场，市场的竞争引发了造船企业的大规模技术改造，在引进国外先进造船工艺装备的基础上，激发了自主研发的热潮。从而成功地研发了一批新装备，但这些装备与国外先进的关键工艺和装备技术相比还有一定的差距。

1）船板、型材切割和加工装备

船体钢板零件的切割从手工切割、光电跟踪切割发展到数控切割，国产数控切割机也从数控火焰切割机发展到先进的数控等离子切割机。这些数控装备在国内各大中型造船厂得到了广泛的应用，大大提高了产品的质量和节省了钢材。

在型钢切割方面，目前国内多家骨干船舶企业应用型钢自动切割生产线，替代了以往的手工操作，提高了质量，节省了材料。

在板材成形加工方面，一般采用常规的冷加工及人工水火弯板加工工艺。国外已成功研制出线加热曲板加工自动化装备，并在船厂得到了实际实用。目前我国一些单位已研制出样机，开始逐步投入应用。

在型材冷弯方面，这方面的技术研究成果已经比较成熟，其产品已广泛应用于大型造船企业。我国目前最大规格的600t数控肋骨冷弯机将正式投入使用。

2）船体装配数字化装备技术和自动化焊接技术

目前国内船厂应用的平面分段流水线，是引进的国外产品，国内还没有自主开发的产品推出。曲面分段流水线国外已研制成功且开始使用，但国内还没有使用的例子。

自动化焊接技术，经10年的努力，国内已成功研制出单/双电极垂直自动焊、单（双）丝MAG焊、水平横对接焊及自动角焊机等自动化焊接工艺装备，并批量投入应用，取得了良好的效果，大幅度提升了我国造船焊接技术水平。

3）管子加工生产线

我国大部分船厂在管子加工自动化方面采用单机形式，虽有引进了国外管子加工生产流水线，但由于某些性能对管子要求（如圆度、壁厚偏差）较高，其发挥作用有限。“十一五”期间我国成功研制出管子加工流水线并成功投产，其对国产管子的适应性和管子加工全过程自动化并有管子加工信息管理系统的辅助，受到国内船厂的欢迎。国内自主研发的钢管涂塑生产线多年来已在国内得到了广泛的推广应用。

4）涂装设备

国内骨干船企均建有由总线控制的高效、高质量、环保的除锈涂装房。预处理流水线和无气喷漆设备也得到了普遍应用，但除锈、喷涂机器人尚未见其“身影”。

6.7.1.3　数控装备的发展思路

数控装备为自动化、数字化造船提供保障条件，要不断地提高造船工艺装备自动化水平，对于目前国内应用数控装备情况，可从以下几方面重点规划研发和应用。

首先是对于目前单机应用的数控自动化、半自动化装备，要尽量多地实现规范数字化信息源，采用企业信息化建设CIMS、CAX、PDM、ERP等的数据信息，实现数控装备和信息处理系统数据的无缝连接，提高数据信息的利用率和数控装备的生产效率。

其次是实施数控设备增效工程，把某一工位应用的数控单机装备按生产流程连接成为生产流水线，也可理解为数控装备的集成加工生产、相互间的数据信息实现无缝连接。同时，也要不断改进工装、夹具提高装备自身的能力、效率和精度。

最终发展是提高自动化程度，在生产流水线上广泛使用计算机技术、机械手以及机器人，逐步实现智能化。