目前,在全球范圍內,工業智能機器人在造船領域已經得到比較廣泛的應用。通常,工業智能機器根據其具體作用的不同,分成焊接機器人、裝配機器人、噴漆機器人、碼垛機器人、搬運機器人、等不同類型。作為具有智能的工業機器人,它們在很多方面超越了傳統的機器人。焊接機器人在船廠大有作為,其中包括點焊(電阻焊)和電弧焊機器人,用途是實現自動的焊接作業。裝配機器人,比較多地用于電子部件電器的裝配。噴漆機器人在船廠更是大顯神通,代替人力進行繁重而復雜的船體噴漆作業。
近些年來,智能化技術在智能造船實踐中已經得到普遍重視和積極推廣。機器人作為開啟下一代技術革命的關鍵,給傳統行業特別是傳統制造業中的造船業帶來了巨大挑戰和無限的想象空間。船舶產品的非標準化和定制化特點,雖然給船企應用機器人進行生產帶來了一定的困難,但經過多年的發展,機器人參與造船并助力造船業發展已經成為現實。
韓國目前是全球第一大造船強國,在智能制造領域起步較早,并在智能化造船領域走在技術發展的前沿。韓國智能化造船將機器人、智能設備和信息技術三者高度融合,貫穿于船舶制造的生產、質量、物流等環節之中,是智能制造的典型代表,比較完善的解決了船廠、車間和生產線從船型設計到建造完成交船全過程的工作量。
韓國智能造船技術現狀
(一)韓國智能造船技術成為國際標準
目前,全球最具實力和先進造船技術的韓國已經擁有成熟的、被國際同行認可的技術標準;擁有完整的智能化造船廠生產運行和運營管理的數字化系統;擁有從船舶設計、研發到制造和運行全過程的智能化控制體系等智能造船技術與手段,韓國智能船舶技術成為國際標準。
2011年5月,韓國現代重工集團及韓國電子通訊研究院(ETRI)共同開發的船舶通訊技術“有/無線船舶綜合管理網通訊技術(SAN: Ship Area Network)”被推選為國際電工委員會國際標準(IEC61162-450)。SAN技術所具有的最大優點就是在船上可以利用互聯網技術,對立460余種部件進行綜合管理,因此主機等船上有關航行的裝置變得更容易操作。并且,在陸地可以利用遠程技術,實時管理、控制船舶的運行狀態,可以進行遠程修理等工作。
2011年3月,現代重工集團曾經利用該技術建造過一艘智能船舶,并交付給世界第一的丹麥海運公司--A.P.穆勒-馬士基集團運營使用。其高度自動化的性能和科學、簡便的操作設備備受船東的好評。
(二)韓國的智能化船廠
1.借助互聯網造船廠實現智能化
2011年4月,在韓國三星重工公司的巨濟造船廠實現了隨時可以通過Wi-Fi登錄互聯網,采用電纜通信解決方案(PLC),通過電纜實現Wi-Fi無線上網,在造船廠的任何角落都可以使用無線網絡實時處理造船作業現場業務。
普通的無線網絡是在無線網絡路由器(AP)上直接連接超高速的互聯網電話線,從而建立起一個Wi-Fi網絡。但智能造船廠的PLC是把無線路由內置數據信號轉換組設備PLC模塊的Wi-Fi信號轉變為電力信號,電力信號又通過電纜實現數據通信傳輸的功能。
一般情況下,由于船體內部的鋼板厚度較大,很難實現無線通信的暢通無阻。另外,由于防火墻的限制,一旦作業空間發生改變,就需要更換固定AP或者無線中繼器的安裝位置,由此增加了設備維護的難度。然而,PLC模塊只要能夠連接插座就能使用,因此在作業空間發生轉變時也能輕松的建立起一個新的Wi-Fi網絡。同時,在船舶內部也不需要再單獨建立一個超高速的網絡,而只需要提前安裝上照明電線,就能夠實現上網,大大減少了網絡建設的費用。不僅如此,即便是在室外的作業現場也能夠通過WiBro使用Wi-Fi網絡。
巨濟造船廠將和三星重工公司一起為解決作業現場實現U-Safety等移動辦公環境提供各種方案,以便使得工作更加便利和快捷,不僅能夠大大提升巨濟造船廠的生產力,還能加強造船廠的競爭力。
2. 借助“4G”通訊網絡建設智能船廠
2011年10月,韓國現代重工集團和大宇造船和海洋工程公司共同構筑完成應用于造船廠的全球最早的下一代超高速LTE(Long Term Evolution,長期演進)通訊網絡,把常規的船廠改造成為智能造船廠。該4GLTE通信網與3G通訊網絡相比,速度加快5倍。在現代重工集團造船廠615萬㎡面積的范圍內,都可以利用超高速網絡、轉送大容量的數據。
大宇造船和海洋工程公司在geoje、okpo造船廠構筑了LTE網絡,營造Real-Time Enterprise(簡稱RTE)環境。并決定選擇LTE作為船廠內的無線通訊技術,與韓國最大的電訊公司SK電訊(Sktelecom)進行合作。同時在船廠內通過LTE可以使用手機用應用程序,通過海洋品質管理系統、中心網絡(USN)操作實時業績管理等應用程序。
3.SK電訊計劃打造韓國首家基于LTE的“智能船廠”
2011年12月,韓國SK電訊和大宇造船和海洋工程公司的造船廠決定共同建立4GLTE的Smart造船廠。SK電訊為大宇造船和海洋工程公司的造船廠打造韓國首家基于LTE網絡的“智能船廠”,成為全區通信環境的企業。2011年底,SK電訊在400萬㎡面積的巨濟島大宇造船和海洋工程公司的造船廠全區內新建了LTE通信網絡;實現了超高速智能終端LTE智能手機、平板電腦應用于高管和主要業務負責人。2012年,該項服務擴大到了主項業務,向全體員工派發超高速智能終端LTE智能手機。并建立了10個LTE基站,安裝了40臺光轉發器。大宇造船和海洋工程公司的造船廠實現了基于LTE的生產、物流、管理等各種系統管理,品質管理、實時業績管理等。同時,通過智能手機還可以收發超容量圖片文件或視頻附件郵件、支持高清視頻會議等。
LTE網絡使得造船企業的特殊業務流程也變得簡便,由平板電腦可以完成現場拍攝、文件簽名,文件、照片存儲等,大大縮短了時間,簡化了程序,升產業生產效率,不斷提供多種解決方案,大幅提高了大宇造船和海洋工程公司的競爭力,確保其智能造船的最高品質。在韓國,浦項制鐵公司、錦湖韓亞、東部集團等主要企業也加入了建立Smart Work系統使用的行列。
(三)韓國船企重視智能造船新技術的研發
2013年9月,韓國大宇造船和海洋工程公司、三星重工公司和現代重工集團在首爾成立了高新技術研發中心。三家韓國重磅造船企業面對競爭日益激烈全球造船市場,為能夠牢固的保持其造船優勢,提高生態智能船舶,以及海工裝備的研發能力,吸引高素質人才和最先進的研發技術。三家船企決心加大資金投入,積極開發FLNG、大型自升式鉆井平臺、海工生產平臺、節能高效船舶、LNG船,同時加快LNG船關鍵技術本土化等項目。
三家大型船企,目前正在積極開始包括智能化造船等項目的運行。大宇造船和海洋工程公司計劃于2017年,在首爾麻谷工業園區建立一個全球造船和海工研發中心和一個全球性的海洋工程研發中心。全球造船和海工研發中心擁有一個多用途的拖曳水池,世界先進的海洋技術研究設施;此外,海洋工程研發中心將是一個擁有海上廠房和先進能源開發的技術研究中心。
三星重工公司縮減了在巨濟造船廠的研究規模,而把板橋研發中心擴大到了1500名研究人員的規模,并且研究中心的建筑工程施工已于2014年下半年完成。
實際上,早在2012年7月,現代重工集團在首爾就成立了一個海洋工程中心,專門從事海洋工程研究。目前,該研究設計中心從事海工設計的人員為180人,為了適應現代重工集團海工裝備發展的需要,計劃在2016年把從事海工裝備設計的人員增加至650人。
(四)韓國智能化造船技術快速發展
造船機器人在智能化造船中發揮著非常重要的作用。從20世紀70年代開始,日本、韓國、美國等開始在造船行業應用機器人,在助力其船舶工業發展的同時,也為全球船舶建造帶來了全新的概念。
長期以來,韓國政府非常重視機器人產業的發展。為了促進船用機器人產業的發展,韓國在釜山專門成立了海洋機器人技術中心,推進機器人設備及部件實現商業化,為造船業提供技術支持。早在2003年,就將機器人產業確定為下一代的發展引擎。2008年,韓國國會通過了一系列有關機器人發展的法案,促進了機器人產業的全面發展。目前,韓國擁有30多個機器人研究機構,而且政府每年都投入大筆資金資助機器人研究。
1.韓國SPP造船開始應用智能焊接系統(SWIS)
2013年4月,韓國SPP造船公司開始應用智能焊接系統(SWIS)。該管理焊接生產的實時網絡可以使工藝施工的誤差降低達到55%,并且有助于SPP造船公司將產能提高10%,可以節約150億韓元(1340萬美元)的生產成本。
2.大宇造船打造船廠“鋼鐵俠”
2014年8月,韓國大宇造船和海洋工程公司研發的造船施工新工具--外骨骼動力裝,開始在造船現場使用。該外骨骼動力裝要穿著在工人的身上來輔助工人搬運重物。這款外骨骼動力裝本身重量為60磅,不過動力裝本身依靠機械骨骼支撐,因此工人穿上去不會感受到太大的重量,工人在使用的時候,只要把腳鎖定在動力裝的腳踏板上,然后將固定的系帶系在胸前就好。整個動力裝適用于身高1.6m到1.8m之間的工人,電力系統可以提供3個小時的活動能力。
韓國智能化船舶樣本
造船技術的智能化最終體現在實現智能化船舶的建造成功,并在遠洋的運營中得到實踐的檢驗。近些年來,韓國先后推出了不少符合環保、綠色、智能化的船舶,頗受船東的青睞,并在全球眾多航線高效、安全運行。
1.現代重工集團建成第一艘衛星導航“智能船”
2011年3月,韓國現代重工集團為丹麥穆勒—馬士基集團建造的4500TEU集裝箱船,成為了世界首艘“智能船舶”。該船采用了韓國國營電子通信研究院開發的新型船只區域網絡(SAN)系統,不但可以提高航運公司運營效率,同時和可以降低管理成本。
SAN系統可對船舶各類重要系統進行控制,如動力推進系統和導航系統。航運公司可通過衛星獲得船舶運行狀態信息。船舶在運行中的遇到的一般性問題與故障均可通過SAN系統及時得到解決,而遇到如部件破損、需要更換新部件等問題也能夠迅速獲得處理。SAN系統可將此類信息直接發送到航運公司或船廠,隨后,所需零部件和維修人員即刻被直接派送至船舶即將抵達的港口等候維修。
該SAN系統與船舶將能夠在30年船舶使用壽命期間高效運行,對航運公司產生了很大的吸引力。韓國國營電子通信研究院已經向馬士基集團訂購的40艘船舶提供了該系統,并向另外兩家外國航運公司訂購的船舶提供了6套該系統。同時,將在三星重工集團、大宇造船和海洋工程公司及其它韓國船廠推廣該系統。
2.大宇造船海洋公司聯手SKT研發“智能船”
2014年5月,世界第二大造船企業-韓國大宇造船和海洋工程公司與韓國最大的移動運營商SK電訊公司(SKT)決定聯手研發信息與通訊技術(ICT)為基礎的、新一代高科技的“智能船舶”。新一代智能船舶將配備全球電信網絡的導航和監控系統,而所有船上的服務將被融合到一個單一的網絡。“智能船舶”主要是在船上建立一個多鏈接的監控系統,進行自動化和無人化控制,實現船舶高效、安全運營。
該項技術可以較大的提升韓國造船技術的競爭力,推進其造船業的升級。實際上,在2011年,大宇造船和海洋工程公司與SK電訊(SKT)已經在玉浦造船廠建造了一個以LET技術為基礎的智能船廠,嵌入LTE智能電網,使船廠通過智能手機和平板電腦能夠實時追查海運物流情況。
智能化船舶發展趨勢
雖然,目前全球造船業的發展,距離諸如利用3D打印技術制作某些船舶部件和代替某些部位焊接等工藝的實現,或許尚待一定的時間。然而,隨著生產制造由勞動密集型向現代化制造轉型,在工業生產向自動化生產轉型的道路上,大力引進工業機器人變得不可或缺、甚至迫不及待。
后國際金融危機時期,以美國為代表的發達國家為實現其制造業的回流,工業機器人的需求得到快速的復蘇。同時,可以看到,3D打印技術作為制造業智能化革命的一項重大突破,已經進入了工業化和實用化的初步階段,在促進新興產業快速發展的同時,也帶來了生產方式、商業模式和組織結構的深刻變革。
3D打印技術不但正在成為發達國家實現制造業回流、提升產業競爭力的重要載體,同時,也是發展中國家快速提升包括造船業在內的裝備制造業的利器。可以說,新一輪的全球制造業競爭,全球造船業的新一輪競爭極有可能是3D打印與機器人等高端智能制造裝備的競爭。以工業機器人和3D打印為代表的數字化、智能化制造技術將成為引領未來包括造船業在內的裝備制造業變革的重要技術之一,使制造業從傳統邁向智能化時代。依靠數字化、互聯網和智能化推動造船技術的進步,以及造船業的進一步發展,已經是必然的趨勢。