船舶工艺技术发展展望

26.4.2　船舶工艺技术发展展望

26.4.2.1　流水生产技术

1）自动化加工成形技术

（1）型材柔性自动化加工生产线。主要包括型材加工的工艺流程、生产管理、编码系统，开发型材生产设计和生产管理软件，加工控制应用软件。由型材储存及提取系统、机械手和物料自动输送系统、型材自动切割机器人、数控肋骨冷弯加工系统、型材分类和输出装置组成形材柔性自动化加工生产线。

（2）冷热曲板成形技术与装备。

—船体曲板热成形技术。其研究内容包括板材热应力变形规律，板材感应加热成形规律数据库。根据船舶板材型面反求设计热应力成形工艺过程的加热成形算法，热应力成形过程中温度和变形的实时检测与反馈控制方法的研究，能够自动控制并完成加热过程的数控装备。

—船体曲板冷成形技术。尽管世界各国研制出了多种形式的数控水火弯板机，但成形效果仍不理想。又因某些钢板不允许热加工，因此，人们开始研究曲板的冷压成形技术。其主要思路是多压头、多点成形，选择合适的压头形状和压头排列方式，着重解决：能方便地进行船板的三维曲面造型；有效防止板材产生皱折变形；压合面大、压痕小、成形面光顺。所研制的数控曲板冷成形机能按船板加工指令数据使用专门的控制软件，自动进行三维曲面船板成形加工。

（3）船舶管子柔性生产线。主要由“管子定长切割”、“机器人管子—法兰自动装配焊接”、“管子—法兰点装”三台设备组成。可实现管子下料至管子、法兰焊接全过程的数字化全自动作业。

2）船体组装和舾装流水生产技术

船体分段总组工艺技术和快速搭载工艺技术：包括实现快速搭载的精度、控制、定位、划线、快速脱钩、工序前移等支撑性技术以及快速搭载的工艺装备。为全面实施船体总段建造解决关键技术，提高建造效率。

船体、舾装生产流水线研制：充分利用数字化技术改造和提高车间与生产线的管理、执行与控制水平，优化重组生产工艺过程和生产管理过程。着重解决有限生产资源约束下的生产线规划、重构和优化问题，建立船舶数字化、敏捷化制造体系；突破造船生产自动化加工的数字化应用等关键技术，从而建立面向船舶产品数字化生产线能力平台，实现船舶产品生产的柔性化、节能化、高效率和高可靠性。

3）可变柔性流水生产技术

根据生成计划，集中轮番地生产固定在流水线上的对象，当一个制品的批制造完成后，相应调整设备和工艺装备的组织形式，再开始另一对象生产。主要包括船舶零部件设计的互换性和标准化技术、生产工艺的优化成组技术、多品种可变流水线的组织设计技术、可变流水线的调度与平衡技术以及可变流水线的控制与重组技术等。

4）精度控制技术

船体建造精度控制是船体分（总段）段无余量总组、搭载和制造的实现方法和关键手段。其内涵包括造船全过程精度控制与管理模型研究、造船全过程精度管理数据库技术、现场精度测量与分析技术、内场作业精度控制与管理技术、分段和总段精度管理技术等；以企业级精度数据库设计为基础，基于网络协作，覆盖船舶建造过程的主要精度环节，实现设计、精度管理规划、现场测量仪器之间的整体贯通；建立正向——从设计到测量和反向——由测量结果分析反馈修正设计方案的两个业务循环机制。实现精度控制从依靠人的因素向依靠机制和先进手段转变，为提高船舶建造质量和效率提供技术支撑。

5）机器人技术

据不完全统计，全世界在役工业机器人有一半用于各种形式的焊接加工领域，主要用于汽车、机械、电子芯片等领域，在船舶制造中的应用较少。利用机器人代替人工劳动，具有减轻劳动强度、保证质量、提高效率等优点，因此，机器人技术在船舶制造业中的应用具有非常广阔的前景。其应用包括：钢板、型材、管子切割机器人；焊接机器人；喷涂、除锈机器人、装配机器人、运输机器人、测量和检测机器人等。

26.4.2.2　绿色制造技术

1）节能技术

节能技术旨在保证船舶产品的功能、质量和成本的前提下，综合考虑能源效率最大化的现代船舶制造模式。它使船舶从设计、制造、使用到报废的整个产品生命周期中节约资源和能源，使资源利用率最高，能源消耗最低，并使造船企业经济效益和社会生态效益协调最优化。主要是造船过程中综合节能技术的应用和新能源技术的应用。

2）轻量化技术和清洁生产技术

造船轻量化技术主要包括主船体、上层建筑及船用设备和舾装件的轻量化结构形式和轻质材料的选用，并有轻质材料的加工成形和连接技术的支持。应用数字化设计技术优化和控制空船重量，开展物料管理和自动套料技术研究，提高钢材利用率。研究涂装数字化设计与管理技术，减少涂料消耗。造船生产中的减排、防污、除尘、降噪技术均可包括在清洁生产技术之中。绿色文明、和谐的造船企业，必须有计划地实施清洁生产，承担建设绿色家园的社会责任。

船舶减振降噪技术重点研究施工建造中影响声隐身性的潜在因素，编制设备、管路和电缆安装、船体和基座制造等影响船舶振动的制造精度，改进和优化轴系安装以及设备安装工艺，提高安装精度，以减少振动源的振动幅度；同时，要开展减振降噪材料的研制与工程化应用。

3）激光技术

激光技术是集光、机、电一体化的新兴绿色技术。具有高速、高效、高精度、低噪声、粉尘少以及材料利用率高等优点，在造船行业中越来越受到重视。激光技术在船舶行业中的应用主要包括激光切割、激光成形、激光焊接、激光检测、激光表面处理以及激光涂敷等方面。

（1）激光切割技术。主要包括激光与材料的匹配性研究，激光参数与切割工艺的研究与优化，激光切割变形控制以及切割质量分析与控制等技术。重点是提高激光切割能量转换效率和稳定性。在工程化方面，突破搭载型激光切割工艺以及激光器与切割装置的集成技术，研制搭载型激光切割工艺装备。

（2）激光成形技术。板材激光弯曲成形技术是近几年来出现的一种利用激光束扫描金属板材时形成非均匀温度场所导致热应力来实现塑性变形的成形方法。具有不需要外力、柔性大、加工成本低、精度高等优点。主要包括基于三维热应力耦合的数值计算模型和试验方法，计算船用板材激光成形过程的温度场和变形场。通过数值模拟分析和试验验证，揭示船用钢板弯曲成形过程中钢板弯曲角度与温度的变化规律，实现工艺参数的优选和扫描路径的合理规划，从而为激光成形技术的工程化应用和装备研制提供指导。

（3）激光焊接技术。主要包括激光与材料的匹配性研究，激光参数与焊接工艺的研究与优化，激光焊接变形控制、焊接强度分析与控制以及焊接质量分析与控制等技术。重点是提高激光焊接能量转换效率和稳定性，研制工程化激光焊接工艺装备。

（4）激光检测技术。激光检测技术作为一种全自动化的高精度非接触检测技术，具有测量区域大、精度高、速度快等优点，在低成本制造中的应用前景不可估量。主要包括船体曲面成形激光测量与管理技术，研究图像处理技术的曲面分段型值点测量和提取技术、线型拟合技术、曲面重构技术、误差分析技术等，形成船体曲面成形数字化测量与误差分析系统，提高曲面外板成形的效率和质量。

26.4.2.3　数字网络技术

1）物联网和射频识别技术

物联网（The internet of thing）通俗而言就是物物相连的互联网。其本质在于通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。通过物联网技术，构建数字船厂，实现无纸化生产和无纸化管理。

以船体分段生产为例：针对造船企业分段摆放位置信息不透明、不及时、船舶建造物流管理薄弱等问题，突破RFID无线射频芯片及采集技术、GPS信息获取技术、车辆运行状况监控传感器技术、PDA信息采集技术（GPS、拍照、填写信息、工卡扫描、RFID信息获取）、信息回传服务器技术（特别是广域网与局域网安全信息交换）、基于地图的GIS信息可视化呈现技术（主题切换，自动刷新等）等关键技术。实现分段在厂区内的存储位置管理、分段物流过程的跟踪控制、分段运输设备（平板车）的使用过程管理与利用率情况分析、运输设备驾驶数据记录与问题分析、分段储运中场地安全检查管理以及可视化远程查询与管理。

2）云计算和云制造技术

云计算能够帮助造船企业解决信息技术的成本压力，以减少由于数据量的增加而带来硬件成本的增加。云计算可以为企业带来三个方面的好处。

首先，对造船企业数据中心的优化，过去的数据中心是根据企业的不同应用需求部署不同的服务器和存储，如船舶设计服务器、生产管理服务器等。通过云计算，数据中心的服务器和存储可实现异构、异地架构，达到数据共享的目的，从而提高数据中心资源利用率；其次，通过虚拟、存储、SOA等手段，实现整个数据中心的转换，为企业内部和企业间的异地协同提供支撑；最后，建立一个有弹性、动态的IT基础架构，在企业需要的时候，IT资源可以随时增加和减少，即云架构可以根据企业业务需求，随时加减服务器和存储，而不影响和中断业务。

所谓云制造就是在低碳经济的趋势上，盘活制造资源存量、优化配置，因此，对船舶制造业云计算和云制造的应用可扩展到基于云架构的企业信息集成平台，建立基于云架构的数据中心。以云计算为技术支撑，与云制造物联网和视频识别等技术相结合，构建数字化船厂。

3）虚拟制造技术

船舶三维设计的普及为虚拟造船技术的推广应用提供了必要条件。应用推广虚拟造船技术，应加强船舶建造工艺仿真、物流仿真技术的应用，优化船舶建造程序、资源配置和建造方法，同时建立我国船舶虚拟制造技术体系。

主要包括船舶虚拟制造技术体系结构，突破船舶虚拟模型构造技术，建立面向设计、制造过程的数字样船；以数字样船为基础，研究船舶制造工艺虚拟仿真技术和船舶制造资源配置过程虚拟仿真技术，建立船舶虚拟制造系统。

4）以“两化”融合为核心的综合集成技术

大力推进信息技术在船舶工业的应用、渗透和融合，不断深化先进制造技术发展和信息技术应用，为切实提高我国船舶工业经济运行质量，确保船舶工业的持续、快速、健康发展提供强大的支撑。

主要包括：夯实船舶工业“两化”融合的基础，健全“两化”融合技术标准体系，规范“两化”融合工作，强化信息化基础，积累准确的基础数据。大力推进信息技术与船舶研发设计、工艺装备、建造过程控制、市场营销、企业管理等关键环节的融合和综合集成。重点突破船舶工业先进造船理念和制造技术的信息化，高技术船舶和海工产品研发的信息化平台以及数字化船厂的建设。

26.4.2.4　高效焊接技术

1）激光焊接技术

激光复合焊已在欧洲船舶工业中取得了令人瞩目的成绩，其经济性是非常诱人的。尤其重要的是，激光复合焊焊接精度高，可以获得优良的机械/工艺性能。

主要包括：用于船体结构的激光—电弧复合焊接技术，如甲板以及舱壁的激光—电弧复合焊接技术、带筋板的激光—电弧复合焊接技术，船用波纹夹芯板的激光焊接技术、船用铝合金的激光焊接技术等。主要包括激光焊接技术在船舶制造领域的应用研究，激光焊接的实施方案、适用范围、特殊工艺与工装、配套措施等内容。掌握各项技术的设备组成及应用条件，将较成熟的激光焊接技术在船舶制造中试用，并及时跟踪掌握工程应用数据和经验，为激光焊接技术的大范围推广应用提供技术支撑。

2）全位置焊接机器人

船体结构焊接要求焊工有熟练的操作技能、丰富的实践经验和稳定的焊接水平，而且造船焊接的劳动环境差、烟尘多、热辐射大、危险性高等特点。因此，焊接机器人是高效绿色焊接的重点发展方向。焊接机器人技术主要包括操作机构优化设计技术、控制技术、网络通信技术、在线示教编程技术、视觉对焊缝的识别、焊缝轨迹跟踪技术以及遥控和监控技术等。发展先进焊接技术除了全位置焊接机器人以外，还包括以微机控制的数字化节能型焊接电源、弧焊机器人、智能型造船焊接机器人、激光焊接、搅拌摩擦焊、微束等离子焊接、高效焊接材料和焊接过程数值模拟与专家系统等高端焊接技术。

3）焊接变形控制技术

在船体建造过程中，大量焊接构件的变形不利于船体制造精度的控制，从而影响到船舶建造的质量。为此，通过对船体焊接过程中构件焊接变形产生的原因以及影响焊接变形的各种因素进行综合分析，并考虑到船体构件建造过程中各个阶段的特点，主要包括船体分段焊接变形预测与控制技术研究，集成船体建造不同阶段减少焊接变形的结构设计措施和工艺措施，提出反变形或确定补偿量的方法，对提高焊接质量和生产效率，实现精度造船具有重要的现实意义。

26.4.2.5　绿色涂装技术

1）高性能、环保型涂层新材料

适应绿色造船的要求研发高固体份涂料、无溶剂涂料、水性涂料以及无毒、低毒涂料是从源头上控制船舶涂装作业对环境污染的重要措施。例如，高效无锡自抛光防污漆和低表面能、无毒的防污漆已开始应用。无毒的磷酸锌、磷酸钙、钼酸锌、钼酸钙和三聚磷酸铝防锈底漆已取代毒性较大的红丹底漆。危害大气层的四氯化碳溶剂更新为水相法氯化聚烯烃。

开发和推广应用耐高温车间底漆，降低二次除锈的工作量。高性能、高固体份、纯环氧船用通用底漆适用于船体的各个部位。

2）全位置喷涂机器人

喷涂机器人具有柔性大、工作范围大和涂料利用率高，以及可离线编程、易于操作和维护等优点。针对船舶全生命周期的防腐和涂装需求，系统全面地整合决策、设计、供应、建造、使用、管理等部门的要求和条件，基本解决贯穿船舶建造全过程的涂装作业专用机器人，实现涂装过程的全机械化和自动化。

突破喷涂机器人喷枪轨迹优化技术、喷涂机器人编程技术，分析喷涂过程中喷枪与喷涂表面距离和角度的关系，实现喷枪异地速度路径与喷涂工艺参数优化，为喷涂机器人的工程化应用提供技术支持。在工程化应用方面，主要包括涂装生产线涂装机器人的应用研究、机器人涂装工艺规划、变位机研究、机器人控制系统开发等。

3）全封闭循环除锈机器人

在船舶建造过程中，人工除锈工作量大、环境恶劣，因此，研制除锈机器人具有广阔的应用前景。随着高压射流技术正向高效、多功能、智能化、实用化方向发展，结合清洁生产的要求，研制机电一体化的数控高压水射流船舶除锈防蚀工程表面处理机器人、船舶壁面除锈爬壁机器人、船舶除锈喷砂机器人以及履带式船舶除锈爬壁机器人的时机已日益成熟。

主要包括分/总段冲砂、高压喷射相关的设备设施的开发，冲砂、喷射相关的标准与工艺研究、实施方案研究等内容；突破机器人视觉技术，实现机器人对工作目标和工作范围的自动识别。最终研制船舶全封闭循环除锈机器人装备。

26.4.2.6　新一代无损检测技术

1）相控阵超声检测技术

相控阵无损检测技术采用多声束扫描成像技术：超声检测探头是由多个晶片组成的换能器阵列；阵列单元在发射电路激励下，以可控的相位激发出超声束，并使超声束在确定的声域处聚焦；超声相控阵各声束相位可控，电子控制聚焦焦点。

2）对接焊缝TOFD检测技术

TOFD（Time of flight diff raction）法有赖于超声波与缺陷端部的相互作用。相互作用的结果会在较大角度范围发射衍射波。检出衍射波就能确定缺陷的存在。

3）磁记忆检测技术

磁记忆检测不需专门的磁化装置，就能对钢铁制件进行可靠的检测；设备轻便、操作简单、零敏度高、重复性好、可靠性好。但是，它只能发现缺陷可能出现的危险部位，不能对缺陷形状、大小及性质进行定性定量地具体分析。