船舶涂装机器人应用技术研究

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1船舶涂装的发展

开发制造和部署应用船舶涂装一体化智能涂装制造新装备，不仅能帮助缓解制造业未来有可能面临“用工荒”的难题，而且会有助于整体提升全行业安全生产技术水平，促进一体化智能船舶涂装建造模式背景下工艺装备技术的高效智能化发展和装备工艺生产的质量标准化，进一步推动提高整体船舶智能化涂装技术工艺技术水平和质量生产装备水平，缩小了国内主要造船技术装备企业之间与同类世界一流先进的造船设备企业技术水平的整体差距，提高我国现代化船舶制造业的核心竞争力。当前的国内整个船舶行业技术在工业机器人系统研发设计方面也仍只是处于摸索起步研究阶段，许多的研究也还仅处在技术理论与分析设计阶段，主要都集中在了船板下料机器人、船体自动对接机器人系统和船体移动与焊接一体化机器人系统等工程机器人装备的系统研发方面。目前全国已有多家知名科研院校机构已对智能爬壁机器人的结构特性开展系统研究。

例如，国家自然科学基金的哈尔滨工程大学子课题重点用于对新型永磁爬壁机器人技术等技术进行产业化开发应用研究，成功开发设计与研制成国内外全球第一个采用了新型永磁吸附结构材料制作的金属管防腐用磁吸附爬壁机器人，近年国外也陆续开展研究起了一种新型轮式磁悬索吸附装置技术等产业化研究技术。山东科技大学自主开发设计生产研制出的另一种喷涂机器人采用了直角坐标系统与圆柱坐标系统原理相结合设计的本体结构的先进设计工艺理念，采用以液压电动机控制为主机的电机驱动运行的方式生产制造出来的舰船除锈喷涂机器人，该结构机器人体积也较为庞大，不便用于现场设备制造的安装及调试。

清华大学项目的联合开发及研究项目小组研究提出了柔索式吊装式船舶涂装机器人方案研究；上海交通大学项目与德国新松机器人公司共同合作研究进行完成了多项大型船舶的涂装与爬壁机器人项目研究。目前基于智能爬壁机器人平台的国内船厂喷涂自动化作业平台应船舶涂装机器人应用技术分析陈章（厦门船舶重工股份有限公司，福建厦门361026）摘要：目前针对我国整个船舶工业自身的技术结构深度调整问题和产品转型换代升级任务越来越复杂迫切，《中国制造2025发展规划》和《机器人产业发展规划(2016～2020年)》已经对当前我国海洋机器人事业的创新发展情况做出了一系列具体政策规划。近年来,船舶企业人员招工竞争形势是越来越严峻，特别是在海上船舶进行涂装焊接作业用工方面,由于具有其职业特殊性,招募海上船舶的涂装焊从业人员就已日渐成为严重困扰海洋船舶设备生产施工企业发展的其中一项重大工作。

用领域尚多处于应用空白，国内多家相关研究高校所和全球各知名大的造船设备企业之间均宣称已正式开展了船舶智能涂装自动化机器人技术联合试验研究，一些沿海中小型的船厂目前也有直接引用智能涂装全自动机器人设备进行现代化生产涂装作业管理的研发意愿，船舶自动化涂装智能机器人平台研究仍具有很大的未来发展潜力。若真想要成功的实现船舶的分段自动化涂装作业及实现机器人自动化喷涂系统在各个大型现代化船厂涂装里的广泛应用，首先就需要明确喷漆机器人以及其相关特殊技术功用，船舶自动化的分段涂装系统技术就包含到了船舶分段自动涂装、船体总段自动化涂装作业系统技术和船坞自动涂装，这一步也就还很是需要首先明确喷涂作业机器人其具体应用的特殊功能和应用技术的详细分类，以及其具有相应的要求达到的各种相关的技术条件标准要求和工艺指标。

2船舶涂装机器人发展现状

目前在国外已被开始大规模报道并使用的大型船舶甲板涂装机器人本体结构形式中通常也仍以甲板爬壁机器人为目前最普遍主要的设计结构形式，具有机体面积偏小、辅助及操作机器人设备系统相对更简单而实用和本体安装更灵活方便且可方便携带使用等的众多特点。此外，采用多节轮动轴机械臂方式高速移动作业的静电喷涂作业机器人技术也是国内未来重点研究或开发研究的重要技术热点，其喷涂机器人自身特有的高动作速度灵活的性能特征和对其的技术成熟性也均有相当或很大程度上的可未来性研究或推广潜力。机器人首先要达到能充分适应舰船大平面结构或船舶大曲面结构件的涂装处理作业，同时机器人在用于对舰船分段结构面舱和复杂船体结构舱室部件进行表面涂装加工时，需考虑具有的更高层次的高智能化控制水平控制能力和大空间高速机动能力。对此，研究正在开发一种多功能化机器人，以充分适应完成多种工作任务人员的特殊需求；通过多种模块化机械部件组合搭载，使喷涂机器人可以兼具自动喷涂操作和喷涂清洁的作业完成能力，满足现场多种涂装作业环境要求。为尽早逐步基本实现我国工业机器人涂装作业机器人的系统化集成和自动化作业控制设备机器人系统集成化，需国内尽快率先研发制造出工业机器人的自动化在线喷涂生产线系统的集成及控制自动化软件，包括在线工业机器人运行轨迹监控与实时离线涂装作业的编程指导和路线规划、工艺状态查询与工艺在线实时操作结果显示、实时故障和报警系统诊断和处理功能及工艺在线实时操作和过程记录、工艺数据库、自动在线操作与在线远程手动作业控制软件和在线手动编程示教平台等。在机器人离线控制规划分析与自动仿真及编程应用软件等的强大支持配合下，实现了机器人喷射运动参数控制分析和自动喷头喷涂的操作流程控制，在实现同步和跟踪被喷涂面工件动作的功能同时，根据被喷涂工作面动态改变自动喷枪运动的轨迹方向范围和运动角度，研究提出机器人自动喷枪的运动轨迹跟踪优化、喷涂工艺参数动态优化分析的一套有效系统实施和方法理论和机器人离线控制系统自动仿真编程应用的完整成套技术。

3未来发展趋势

3.1绿色化船舶涂装

目前国内船舶工业技术发展方向的另外一大新趋势之一就是发展绿色化环保造船，同时发展绿色化环保型造船技术也是国家贯彻与落实国家发展“节能减排”方针的一次重大改革举措。绿色环保造船设计的基本目的应该是尽量在一定的程度上尽量减少船生产、铺设建造和船员服务的过程中而带来的一切有害可排放物，以进一步降低造船对海洋环境水体的严重污染。船舶表面涂装工程作为新型船舶开发制造设计的一条重要制造工艺过程，适应当前绿色化发展造船工业的客观需求，是当前船舶工业快速发展下的一项大趋势，船舶的涂装施工作业无疑是今后船舶的建造工艺过程体系中一种最主要的施工污染源，如果企业不抓紧进行相应工艺的技术处理，它无疑会在短期内给海上环境再次造成极为严重程度的严重污染。绿色化环保船舶的涂装管理主要也可以着重从提倡使用环保绿色的无污染的油漆涂料、减少各种污染物排放的总排放量控制及积极改进的涂装作业工艺装备设计等这几个方面去做起。从如何使用船舶绿色环保无污染船舶涂料层面上来看，船舶喷涂制造相关企业还应当注意按照国际相关领域的先进法律体系和生产标准选择使用的涂料，绿色化环保船舶的涂装还应当考虑使用更环保、高效、安全无毒的环保型船舶涂料，其中高效型无锡自抛光防污染漆应该是得到较广泛认可的典型应用。从船舶改进的涂装和工艺装备方面分析来看，由于船舶在水上进行自动喷涂的作业过程时由于喷枪外壳与整个船舶外板表面有了一定时间的相对距离，所以船舶在进行喷涂施工的整个过程中必然会或多或少有小一部分表面的油漆涂料会以漆雾层的形式逐渐飘散掉到外界空气中。雾状物的水性涂料通常受施工环境风速大小影响波动较大，因此当在沿海船坞、码头港口这种的外部大气环境区域中需要进行喷涂等作业处理时，喷嘴部分应设计一个局部雾遮挡的装置能够达到有效控制降低的漆雾颗粒物的排放进入到外部空气区域中，同时又可以单独在喷头处另行设置一套漆雾颗粒物收集、处理等系统，进一步控制减少污染物颗粒的排放。船舶油漆涂装工艺作业系统中有机污染物排放量偏大，环境污染现象严重，应当采取措施在清洁生产建设过程管理中通过增加船舶绿色无污染涂料装备和油漆绿色工艺装备技术的合理应用及其占空比，有效的提升对漆状颗粒物环境的整体治理和效果，降低有害污染物废气的排放，从而有效达到实现绿色化环保型船舶喷漆涂装生产的理想目的。

3.2智能化船舶涂装

随着全球人工智能技术潮流的日益兴起，船舶涂料智能化制造已渐成为时代必然之趋势，同时船舶智能化辅助造船服务也是为增强发展我国现代船舶行业竞争力打下基础及有效提升船舶效益十分必要的一种战略举措。因此，船舶涂装制造业也需加快向涂料智能化生产方向积极迈进。要全面进行现代船舶涂装设备的全面智能化，在设备硬件层面也应当进一步发展出相应功能的船舶智能化自动喷涂控制设备，在技术软件层面更应该重点发展出相应性能的新一代船舶智能自动化涂装设备工艺信息生成自动化系统。智能化船舶涂装设备船舶的专用智能涂装系统机械设备目前主要设备有智能化船舶自动喷砂涂装机器人、智能化船舶自动喷涂机器人生产线等。智能喷砂机系统是一种可以完全自主地建立系统的磨料的自动连续回收处理过程系统的一个智能控制系统，针对独立于整个磨料系统的整个回收处理过程系统来进行控制的智能过程控制系统，是一个能够实现通过高效的智能系统的实时信息智能分析处理及智能计算分析技术和高效精准控制的系统，并具有稳定地运行系统实时信号的自动信息采集设备和数据传输通道，进而也能实现系统对于整个磨料系统的连续回收处理过程系统状态信息的实时全程和智能化的自动实时监控分析处理系统和全系统通过智能化的自动和远程开关机实现自动远程控制，在某一定的程度上既可大幅度降低磨料的生产回收和过程系统设备中的运转空载功率及设备运行和停机运行时间，同时它自身也相应还能有效显著的降低了传统磨料工艺设备的本身带来的电能功率损耗。

发展了智能喷涂控制机器人可以在多种不同的曲面条件及各种工况状态下连续进行喷涂自适应状态调节及控制作业的智能技术，可使智能喷涂操控机器人更有效的应对各类不同的喷涂操作环境，提高对其实现连续控制工作过程的响应能力，使其喷涂控制效率得到一定幅度的提升。软件方面则提出应可以先独立开发设计一款从属于智能船舶涂装平台研发的船舶智能工艺知识库自动生成应用系统,首先应该可以自己对智能船舶工艺知识数据库对系统进行仿真建模，而后可以再开发建立船舶智能船舶涂装平台工艺知识库，最后应该才会开发自己研制生产出的船舶智能涂装平台工艺信息自主获取生成的应用平台。智能化设计的船舶整体涂装系统设备制造商应该也能做到从系统软硬件设备这2个比较重要的方面上去考虑同时有系统深入地在进行船体涂装设备智能化技术设计上的综合开发及研究，只有能够做到了这样我们公司才能比较全面而有效地在提升到中国的船舶整体涂装设计技术方面较高的智能化应用发展水平。

4结语

船舶表面涂装施工作为复杂船舶结构建造和工艺制造中关键的技术制造环节，对确保船舶设计建造整体质量提升起着越来越举足轻重的保障作用，应从推进船舶表面涂装工艺智能装备系统研发制造为核心切入点，不断创新提高表面涂装技术施工整体技术应用与智能化作业集成水平，有力推进支撑中国现代化高效造船工艺模式装备的创新推广。

参考文献：

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作者:陈章 单位:厦门船舶重工股份有限公司