打破國外壟斷，用中國機器人造中國大船
《戰(zhàn)狼2》中驚鴻一瞥的遼寧艦
百年大船夢
曾經(jīng)，哥倫布駛著大船發(fā)現(xiàn)了美洲；英國通過海上爭霸建立日不落帝國；繁盛的大明朝有鄭和下西洋；羸弱的清朝列強用堅船利炮打開中國大門大船是一個國家綜合實力的象征，關(guān)乎軍事、經(jīng)濟、科考等領(lǐng)域。北洋驚夢，國外先進的造船技術(shù)一直對中國進行封鎖，一百多年來，我們的中國夢也包含了大船夢。
海洋地質(zhì)十號綜合地質(zhì)調(diào)查船在廣東東莞出塢下水
近日，據(jù)央視報道，國產(chǎn)航母將進入出海前最后一關(guān)，很快就能投入實戰(zhàn)之中；在熱映的電影《戰(zhàn)狼2》中也出現(xiàn)了遼寧艦驚鴻一瞥的身影；6月28日，海洋地質(zhì)十號綜合地質(zhì)調(diào)查船在廣東東莞出塢下水，標志著我國海洋地質(zhì)綜合調(diào)查能力躋身世界前列。由我國自主設計建造的大船越來越多，我們在為之自豪的同時，背后是無數(shù)專家和造船工人的默默付出，除此之外也有機器人的功勞。今天，中國機器人網(wǎng)小編有幸采訪到中船重工716所總工程師韓瑜博士來談談造船機器人。
大船也要智能制造
七一六研究所創(chuàng)建于1965年5月，是中國船舶重工集團公司（CSIC）所屬的一個以軍為本、軍民結(jié)合，集科研、生產(chǎn)、經(jīng)營為一體的綜合性研究所。船舶制造是傳統(tǒng)制造業(yè)的重要分支，相對于汽車制造行業(yè)的大批量計劃式生產(chǎn)，船舶行業(yè)的制造模式與之有著巨大的差異。
船舶工業(yè)是為海洋開發(fā)、航運業(yè)及國防建設提供技術(shù)裝備的綜合性產(chǎn)業(yè)。目前，我國造船基本以人工為主體的大型勞動密集型生產(chǎn)。其中，船體裝配中的重要環(huán)節(jié)焊接是決定船體質(zhì)量的關(guān)鍵因素。由于中國造船產(chǎn)業(yè)對精度的要求提升和人力資源成本上升，使得造船焊接自動化、智能化成為我國造船產(chǎn)業(yè)迫切的需求。此前，國外大公司壟斷了船舶制造機器人系統(tǒng)，不僅使得船舶制造機器人系統(tǒng)價格昂貴、條件苛刻，而且后續(xù)不提供船舶制造機器人系統(tǒng)零部件。再加上我國的智能化自動化水平不足，我國大部分船企造船效率僅是日韓水平的30％。
韓瑜博士告訴中國機器人網(wǎng)小編：目前，我國船舶制造業(yè)90%以上的設備制造以人工為主體，基本上沒有機器人。而在國外，大部分環(huán)節(jié)都已經(jīng)開始用機器人，包括分段的切割焊接、組裝基本實現(xiàn)機械化。但是發(fā)達國家的造船技術(shù)對中國進行了全面封鎖，而先進的造船機器人更不可能直接賣給我們國家。
機器人產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為世界各國高度關(guān)注的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。我們國家也正在加大機器人在船舶、飛機、民爆、傳感器、儀表等制造行業(yè)應用示范的推廣力度，提升制造過程的智能化水平。面對呈爆發(fā)態(tài)勢的機器人市場需求，七一六所作為國家重點電子信息工程研究所，緊緊圍繞國家戰(zhàn)略，瞄準產(chǎn)業(yè)前沿，加緊機器人產(chǎn)業(yè)布局，m.twshmhelmet.com，搶占技術(shù)和市場的最高點。
如何在船舶制造中引入機器人技術(shù)，解決船舶焊接（產(chǎn)品庫求購供應）、噴涂（產(chǎn)品庫求購供應）、打磨等一系列應用問題，一直是國內(nèi)船舶制造企業(yè)關(guān)注的重點。為了配合中船重工更好更高效地造船，716所開展了造船機器人的研發(fā)。
國產(chǎn)航母下水當日，工信部副部長辛國斌參觀716所生產(chǎn)車間
打破壟斷，做自己的造船機器人
隨著中國制造2025的推進，中國船舶產(chǎn)業(yè)智能化自動化成為中國船舶走向世界的關(guān)鍵命題。在這樣的背景下，716研究所開始針對船舶制造機器人系統(tǒng)國外實施技術(shù)封鎖、國內(nèi)又急需的問題，發(fā)揮自身在自動化控制領(lǐng)域技術(shù)和人才優(yōu)勢，于2014年9月立項。
據(jù)韓瑜博士介紹：與傳統(tǒng)工業(yè)機器人不同，在傳統(tǒng)工業(yè)中，比如汽車工業(yè)，是汽車制造原料在動，來配合機器人的工作，而船太大了，是機器人配合船體去工作，這就對機器人的移動性和靈活性有很高的要求。而最大的難度在于大船的焊接是一個中厚板的焊接，本身就是一個很難的技術(shù)，在焊接過程中很容易出現(xiàn)過熱變形等問題，機器人實現(xiàn)這樣的焊接在國外也不容易。而對研究人員來說，需要很高的綜合素質(zhì)，因為造船機器人不光要懂機器人，還要懂船，懂焊接甚至懂材料，是多學科的綜合交叉。
即便如此，由韓瑜博士為項目負責人、成員均為國內(nèi)著名高校畢業(yè)的博士碩士團隊，他們表現(xiàn)出了高度的責任感和勇于探索的創(chuàng)新精神，歷經(jīng)兩年，攻克了機器人設計、機器人感知技術(shù)、機器人系統(tǒng)控制和材料焊接工藝4項關(guān)鍵技術(shù)，KUKA機器人維修，解決了船艙等狹小空間內(nèi)直線、圓弧、垂直與水平等諸多復雜焊縫全位置連續(xù)焊接的世界性難題，開發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的焊接功能和工藝軟件包，申報了4項發(fā)明專利，在國內(nèi)著名期刊發(fā)表學術(shù)論文兩篇。
在韓瑜博士的帶領(lǐng)下，七一六所申報的863計劃大型造船多分段全自主焊接雙臂機器人的關(guān)鍵技術(shù)與裝備，順利在國家科技部立項。目前716所已經(jīng)針對船舶建造研發(fā)了三款機器人：船舶小組立焊接機器人，船舶中組立和大組立焊接機器人，以及涂裝機器人。而機器人的核心零部件大部分也實現(xiàn)了自主研發(fā)。
用中國機器人造中國大船
韓瑜博士說，造船是一件又累又危險的事，造船機器人最大程度減輕了工人的負擔，也加快的造船的效率。比如說在小組立焊接機器人可以實現(xiàn)無人化的工作。中組立和大組立焊接機器人大幅度減輕了勞動工人的強度，一個工人一天需要焊八個小時，現(xiàn)在有機器人，只需要早上操作一下機器人，僅僅關(guān)注調(diào)整機器人工作即可。其次船舶的涂裝工作是非常危險的，工人需要搭架子爬到很高的地方，現(xiàn)在有了涂裝機器人就可以避免這種危險。
船舶制造多功能艙室焊接機器人
船舶制造多功能艙室焊接機器人最神奇是其集成了自動尋位與電弧焊跟蹤等技術(shù)，能按照用戶需求，自動對船舶分段焊接場景進行識別，自動驅(qū)動工業(yè)機器手對船舶分段各重要位置進行焊接，自動識別焊接位置和障礙物，它是具有八個自由度的成套機器人系統(tǒng)，臂展85厘米，體重28公斤；焊接成功率100%，從不返工。而據(jù)了解，一般人工焊接返工率均在20至30%左右。
除銹爬壁機器人
這種機器人可以幫助船舶進行預除銹、祛疤、涂漆處理，用以保護船舶殼體壁面，延長船舶的使用壽命。以一艘船舶分段合攏焊縫的除銹打磨工作為例，在傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式中，這個工程需要安裝腳手架，雇傭四個工人花費一天時間才能完成單條焊縫的打磨。采用爬壁機器人，KUKA機器人電路板維修，無需安裝腳手架，單人即可完成全部工作，且單條焊縫打磨耗時約為0.5天。
工作中的造船機器人
可見，自主研發(fā)和創(chuàng)新引領(lǐng)，是我國大船建造的關(guān)鍵所在。只有捍衛(wèi)好海洋的國家，才能在國際舞臺上立足。同樣的，只有掌握了現(xiàn)代工業(yè)核心的國家，才能用工業(yè)智造驚艷世界。