船舶涂裝機器人應用技術研究

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1船舶涂裝的發展

開發制造和部署應用船舶涂裝一體化智能涂裝制造新裝備，不僅能幫助緩解制造業未來有可能面臨“用工荒”的難題，而且會有助于整體提升全行業安全生產技術水平，促進一體化智能船舶涂裝建造模式背景下工藝裝備技術的高效智能化發展和裝備工藝生產的質量標準化，進一步推動提高整體船舶智能化涂裝技術工藝技術水平和質量生產裝備水平，縮小了國內主要造船技術裝備企業之間與同類世界一流先進的造船設備企業技術水平的整體差距，提高我國現代化船舶制造業的核心競爭力。當前的國內整個船舶行業技術在工業機器人系統研發設計方面也仍只是處于摸索起步研究階段，許多的研究也還僅處在技術理論與分析設計階段，主要都集中在了船板下料機器人、船體自動對接機器人系統和船體移動與焊接一體化機器人系統等工程機器人裝備的系統研發方面。目前全國已有多家知名科研院校機構已對智能爬壁機器人的結構特性開展系統研究。

例如，國家自然科學基金的哈爾濱工程大學子課題重點用于對新型永磁爬壁機器人技術等技術進行產業化開發應用研究，成功開發設計與研制成國內外全球第一個采用了新型永磁吸附結構材料制作的金屬管防腐用磁吸附爬壁機器人，近年國外也陸續開展研究起了一種新型輪式磁懸索吸附裝置技術等產業化研究技術。山東科技大學自主開發設計生產研制出的另一種噴涂機器人采用了直角坐標系統與圓柱坐標系統原理相結合設計的本體結構的先進設計工藝理念，采用以液壓電動機控制為主機的電機驅動運行的方式生產制造出來的艦船除銹噴涂機器人，該結構機器人體積也較為龐大，不便用于現場設備制造的安裝及調試。

清華大學項目的聯合開發及研究項目小組研究提出了柔索式吊裝式船舶涂裝機器人方案研究；上海交通大學項目與德國新松機器人公司共同合作研究進行完成了多項大型船舶的涂裝與爬壁機器人項目研究。目前基于智能爬壁機器人平臺的國內船廠噴涂自動化作業平臺應船舶涂裝機器人應用技術分析陳章（廈門船舶重工股份有限公司，福建廈門361026）摘要：目前針對我國整個船舶工業自身的技術結構深度調整問題和產品轉型換代升級任務越來越復雜迫切，《中國制造2025發展規劃》和《機器人產業發展規劃(2016～2020年)》已經對當前我國海洋機器人事業的創新發展情況做出了一系列具體政策規劃。近年來,船舶企業人員招工競爭形勢是越來越嚴峻，特別是在海上船舶進行涂裝焊接作業用工方面,由于具有其職業特殊性,招募海上船舶的涂裝焊從業人員就已日漸成為嚴重困擾海洋船舶設備生產施工企業發展的其中一項重大工作。

用領域尚多處于應用空白，國內多家相關研究高校所和全球各知名大的造船設備企業之間均宣稱已正式開展了船舶智能涂裝自動化機器人技術聯合試驗研究，一些沿海中小型的船廠目前也有直接引用智能涂裝全自動機器人設備進行現代化生產涂裝作業管理的研發意愿，船舶自動化涂裝智能機器人平臺研究仍具有很大的未來發展潛力。若真想要成功的實現船舶的分段自動化涂裝作業及實現機器人自動化噴涂系統在各個大型現代化船廠涂裝里的廣泛應用，首先就需要明確噴漆機器人以及其相關特殊技術功用，船舶自動化的分段涂裝系統技術就包含到了船舶分段自動涂裝、船體總段自動化涂裝作業系統技術和船塢自動涂裝，這一步也就還很是需要首先明確噴涂作業機器人其具體應用的特殊功能和應用技術的詳細分類，以及其具有相應的要求達到的各種相關的技術條件標準要求和工藝指標。

2船舶涂裝機器人發展現狀

目前在國外已被開始大規模報道并使用的大型船舶甲板涂裝機器人本體結構形式中通常也仍以甲板爬壁機器人為目前最普遍主要的設計結構形式，具有機體面積偏小、輔助及操作機器人設備系統相對更簡單而實用和本體安裝更靈活方便且可方便攜帶使用等的眾多特點。此外，采用多節輪動軸機械臂方式高速移動作業的靜電噴涂作業機器人技術也是國內未來重點研究或開發研究的重要技術熱點，其噴涂機器人自身特有的高動作速度靈活的性能特征和對其的技術成熟性也均有相當或很大程度上的可未來性研究或推廣潛力。機器人首先要達到能充分適應艦船大平面結構或船舶大曲面結構件的涂裝處理作業，同時機器人在用于對艦船分段結構面艙和復雜船體結構艙室部件進行表面涂裝加工時，需考慮具有的更高層次的高智能化控制水平控制能力和大空間高速機動能力。對此，研究正在開發一種多功能化機器人，以充分適應完成多種工作任務人員的特殊需求；通過多種模塊化機械部件組合搭載，使噴涂機器人可以兼具自動噴涂操作和噴涂清潔的作業完成能力，滿足現場多種涂裝作業環境要求。為盡早逐步基本實現我國工業機器人涂裝作業機器人的系統化集成和自動化作業控制設備機器人系統集成化，需國內盡快率先研發制造出工業機器人的自動化在線噴涂生產線系統的集成及控制自動化軟件，包括在線工業機器人運行軌跡監控與實時離線涂裝作業的編程指導和路線規劃、工藝狀態查詢與工藝在線實時操作結果顯示、實時故障和報警系統診斷和處理功能及工藝在線實時操作和過程記錄、工藝數據庫、自動在線操作與在線遠程手動作業控制軟件和在線手動編程示教平臺等。在機器人離線控制規劃分析與自動仿真及編程應用軟件等的強大支持配合下，實現了機器人噴射運動參數控制分析和自動噴頭噴涂的操作流程控制，在實現同步和跟蹤被噴涂面工件動作的功能同時，根據被噴涂工作面動態改變自動噴槍運動的軌跡方向范圍和運動角度，研究提出機器人自動噴槍的運動軌跡跟蹤優化、噴涂工藝參數動態優化分析的一套有效系統實施和方法理論和機器人離線控制系統自動仿真編程應用的完整成套技術。

3未來發展趨勢

3.1綠色化船舶涂裝

目前國內船舶工業技術發展方向的另外一大新趨勢之一就是發展綠色化環保造船，同時發展綠色化環保型造船技術也是國家貫徹與落實國家發展“節能減排”方針的一次重大改革舉措。綠色環保造船設計的基本目的應該是盡量在一定的程度上盡量減少船生產、鋪設建造和船員服務的過程中而帶來的一切有害可排放物，以進一步降低造船對海洋環境水體的嚴重污染。船舶表面涂裝工程作為新型船舶開發制造設計的一條重要制造工藝過程，適應當前綠色化發展造船工業的客觀需求，是當前船舶工業快速發展下的一項大趨勢，船舶的涂裝施工作業無疑是今后船舶的建造工藝過程體系中一種最主要的施工污染源，如果企業不抓緊進行相應工藝的技術處理，它無疑會在短期內給海上環境再次造成極為嚴重程度的嚴重污染。綠色化環保船舶的涂裝管理主要也可以著重從提倡使用環保綠色的無污染的油漆涂料、減少各種污染物排放的總排放量控制及積極改進的涂裝作業工藝裝備設計等這幾個方面去做起。從如何使用船舶綠色環保無污染船舶涂料層面上來看，船舶噴涂制造相關企業還應當注意按照國際相關領域的先進法律體系和生產標準選擇使用的涂料，綠色化環保船舶的涂裝還應當考慮使用更環保、高效、安全無毒的環保型船舶涂料，其中高效型無錫自拋光防污染漆應該是得到較廣泛認可的典型應用。從船舶改進的涂裝和工藝裝備方面分析來看，由于船舶在水上進行自動噴涂的作業過程時由于噴槍外殼與整個船舶外板表面有了一定時間的相對距離，所以船舶在進行噴涂施工的整個過程中必然會或多或少有小一部分表面的油漆涂料會以漆霧層的形式逐漸飄散掉到外界空氣中。霧狀物的水性涂料通常受施工環境風速大小影響波動較大，因此當在沿海船塢、碼頭港口這種的外部大氣環境區域中需要進行噴涂等作業處理時，噴嘴部分應設計一個局部霧遮擋的裝置能夠達到有效控制降低的漆霧顆粒物的排放進入到外部空氣區域中，同時又可以單獨在噴頭處另行設置一套漆霧顆粒物收集、處理等系統，進一步控制減少污染物顆粒的排放。船舶油漆涂裝工藝作業系統中有機污染物排放量偏大，環境污染現象嚴重，應當采取措施在清潔生產建設過程管理中通過增加船舶綠色無污染涂料裝備和油漆綠色工藝裝備技術的合理應用及其占空比，有效的提升對漆狀顆粒物環境的整體治理和效果，降低有害污染物廢氣的排放，從而有效達到實現綠色化環保型船舶噴漆涂裝生產的理想目的。

3.2智能化船舶涂裝

隨著全球人工智能技術潮流的日益興起，船舶涂料智能化制造已漸成為時代必然之趨勢，同時船舶智能化輔助造船服務也是為增強發展我國現代船舶行業競爭力打下基礎及有效提升船舶效益十分必要的一種戰略舉措。因此，船舶涂裝制造業也需加快向涂料智能化生產方向積極邁進。要全面進行現代船舶涂裝設備的全面智能化，在設備硬件層面也應當進一步發展出相應功能的船舶智能化自動噴涂控制設備，在技術軟件層面更應該重點發展出相應性能的新一代船舶智能自動化涂裝設備工藝信息生成自動化系統。智能化船舶涂裝設備船舶的專用智能涂裝系統機械設備目前主要設備有智能化船舶自動噴砂涂裝機器人、智能化船舶自動噴涂機器人生產線等。智能噴砂機系統是一種可以完全自主地建立系統的磨料的自動連續回收處理過程系統的一個智能控制系統，針對獨立于整個磨料系統的整個回收處理過程系統來進行控制的智能過程控制系統，是一個能夠實現通過高效的智能系統的實時信息智能分析處理及智能計算分析技術和高效精準控制的系統，并具有穩定地運行系統實時信號的自動信息采集設備和數據傳輸通道，進而也能實現系統對于整個磨料系統的連續回收處理過程系統狀態信息的實時全程和智能化的自動實時監控分析處理系統和全系統通過智能化的自動和遠程開關機實現自動遠程控制，在某一定的程度上既可大幅度降低磨料的生產回收和過程系統設備中的運轉空載功率及設備運行和停機運行時間，同時它自身也相應還能有效顯著的降低了傳統磨料工藝設備的本身帶來的電能功率損耗。

發展了智能噴涂控制機器人可以在多種不同的曲面條件及各種工況狀態下連續進行噴涂自適應狀態調節及控制作業的智能技術，可使智能噴涂操控機器人更有效的應對各類不同的噴涂操作環境，提高對其實現連續控制工作過程的響應能力，使其噴涂控制效率得到一定幅度的提升。軟件方面則提出應可以先獨立開發設計一款從屬于智能船舶涂裝平臺研發的船舶智能工藝知識庫自動生成應用系統,首先應該可以自己對智能船舶工藝知識數據庫對系統進行仿真建模，而后可以再開發建立船舶智能船舶涂裝平臺工藝知識庫，最后應該才會開發自己研制生產出的船舶智能涂裝平臺工藝信息自主獲取生成的應用平臺。智能化設計的船舶整體涂裝系統設備制造商應該也能做到從系統軟硬件設備這2個比較重要的方面上去考慮同時有系統深入地在進行船體涂裝設備智能化技術設計上的綜合開發及研究，只有能夠做到了這樣我們公司才能比較全面而有效地在提升到中國的船舶整體涂裝設計技術方面較高的智能化應用發展水平。

4結語

船舶表面涂裝施工作為復雜船舶結構建造和工藝制造中關鍵的技術制造環節，對確保船舶設計建造整體質量提升起著越來越舉足輕重的保障作用，應從推進船舶表面涂裝工藝智能裝備系統研發制造為核心切入點，不斷創新提高表面涂裝技術施工整體技術應用與智能化作業集成水平，有力推進支撐中國現代化高效造船工藝模式裝備的創新推廣。

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作者:陳章 單位:廈門船舶重工股份有限公司