机器人造船：未来已来

尽管船企在改进现有工作流程方面较为保守，但仍有许多企业实现了机器人自动化生产。

造船业不断变化的需求似乎导致了船企难以采用自动化生产线。不过，知名荷兰工业机器人公司Kranendonk的解决方案却证明，情况或许并非如此。

提及汽车行业，人们脑海中往往会浮现这样的场景：旋转的机器人手臂正焊接着流水线上不断移动的汽车车身。无疑，这种大规模的自动化生产并非新鲜事物，且成就了汽车半个世纪以来的运输工具霸主地位。

然而，提及造船业，人们想到的恐怕是另一番景象：数百名工人围绕着一个钢铁庞然大物，每个人都承担着复杂且独特的任务以建造完工整艘船舶。无疑，没人会认为这样浩大的工程可以仅由手工完成。

当然，汽车和船舶的体积差异巨大，尤其是与大型商船相比。尽管如此，造船业和汽车工业仍有不少相似之处：都是制造业，均为流程化生产，最重要的是，两个行业都致力于提高生产效率。

有鉴于此，造船业没有实现大规模自动化生产的现实着实令人惊讶，况且这一行业往往会应用先进技术。然而，对船企的生产状况进行分析后，上述问题便不再难以理解：通常而言，建造每艘船舶都需要大量的非重复性工作。虽然理论上机器人也可以承担不同的工作——因为它们可以被重新编程——但若每项作业都需要手动调整参数，则机器人在提高效率方面并无优势，这正是导致其未被广泛使用的主要原因。因此，对大多数船企而言，工人或至少是机器操作员仍然是造船的主要生产力。

机器人性能

随着造船业不断推进生产自动化，纯体力劳动可能不再必要。虽然某些非常具体工作仍然只能由工人来完成，但部分常规工作如钢板的焊接、切割及打磨等，完全可以实现全自动化，从而不仅为船企节省厂大量成本并缩短工时，更能替代工人从事危险性工作。举例来说，对大多数造船项目而言，拼板焊接和分段焊接都是非常重要且耗时的工作，在这方面机器人大有用武之地。

Kranendonk公司的总部位于荷兰海尔德兰省的泰尔（Tiel），并在新加坡、中国、日本和美国设有销售或服务办事处。作为自动化生产解决方案提供商和设备制造商，该公司一直致力于非重复性自动化生产技术研发，早期曾与钢铁行业合作，此后于1986年开始与船企合作。

Kranendonk公司在造船领域的解决方案是：从船舶三维CAD模型导入数据，据此自动为机器人生成焊接/切割任务并制定作业程序，从而实现生产过程的全自动化。这一方案主要基于该公司的RinasWeld软件，该软件不仅能与AVEVA、ShipConstructor、Catia、Intergraph 等软件兼容，还能够识别以“.STEP”“.IGES”“.ATX”“.IFC”为后缀的文件；能自动生成机器人焊接路径，并突出显示无法焊接的焊缝。其最新版本的功能包括：机器人路径的数字视觉模拟、报告错误、隔夜生成程序，并能在同一工件上为多达8台机器人分配工作，可由平板电脑来操控，通过软件进一步提升了智能化、集成化的水平。

在RinasWeld软件的基础上，Kranendonk能帮助船企实现多种流程的自动化。该公司的Justin Geraerds表示：“我们的所有产品都源自于客户的特殊需求。多年来其典型产品包括切割设备、数控铣床乃至全球最大的龙门焊机等，他们要求我们为其生产过程中遇到的挑战寻找解决方案。”

为满足船企的多种需求，该公司可提供六种主打产品：采用了机器人等离子切割机的切割设备；钢结构边缘预处理系统，可帮助船企满足国际海事组织（IMO）的《涂层性能标准》（PSPC）的要求；龙门焊机，用于焊接小型板材和舱壁等；船板龙门焊机，用于在工人无法进入的空间施工；双壳体/分段龙门焊机，可以焊接大面积区域，如船底的双壳体区域；机器人管道焊机，与传统设备不同的是，该设备可实现法兰自动对准，且在弯板前即可焊接，从而大大缩短了施工时间。

随着船舶主尺度的不断增加——如于去年交付、长400米的192700载重吨全球最大集装箱船 “MOL Triumph”号——Kranendonk一直致力于确保其产品易于焊接超大型分段及船板。与此同时，船舶的大型化也使得自动化生产的巨大优势更加凸显。举例来说，该公司的双壳体/分段龙门焊机最大可焊接24米×16米×7米的双壳体分段，但其最小型的机器人也能在700毫米×700毫米的空间内作业——对工人而言这样狭小空间的施工难度极大。

产品适用性

每家船企都有其自身的特点。对于Kranendonk而言，这意味着其产品必须具有很强的适用性，能够安装在具有不同高度、宽度和长度的空间内。根据船企的生产需要，该公司能够灵活调整机器人的数量，采用尺度不同的龙门架，并将其产品集成到船企现有的生产线中。不过，尽管Kranendonk能够对其产品进行调整，但船企还需据其设备自行调整工作流程。

对此，Justin Geraerds表示，规划整个造船项目的工作流程至关重要。技术人员能够迅速出计算机器人的工作周期，从而制定完美的工作计划，但如果其他工序无法跟上节奏，自动化的优势就无法得以全面发挥。因此，该公司在客户造船项目的早期阶段就会介入，与其一起进行可行性分析。据他介绍，前期准备工作可能在机器人交付使用前几年就已经展开，因为需要做的不仅是安装机器人，更包括打造一个全新的思维模式以规划整个项目流程。这意味着，该公司不仅要生产机器人，还要设计机器人并开展相关的生产设计。

市场需求

尽管船企在大幅改进现有工作流程方面较为保守，但仍有许多知名企业通过与Kranendonk合作，实现了机器人自动化生产。其中一家便是以建造散货船和大型集装箱船而闻名的今治造船，该集团采用了3台跨度为13米—15.5米的船板龙门焊机，每台焊机使用了4个机器人。欧洲的船企芬坎蒂尼集团也采用了类似的设备。

3年来，还有一家日本船企安装了3台双壳体龙门焊机。其中两台焊机分别使用8个机器人，机器人均匀分布在4个双横梁龙门架上；另一台焊机使用4个机器人，均匀分布在两个双横梁龙门架上。Kranendonk的另一个客户费城船厂（前身为阿科尔费城船厂）则对其原有的双壳体龙门焊机进行了升级，增加了2个机器人，并采用了新版本的RinasWeld软件。

不久前，Kranendonk在一家新加坡大型船企安装了两套钢结构边缘预处理系统、两套船板龙门焊机。目前，该公司正在其位于泰尔的工厂为该船企生产迄今为止最大的造船机器人。由于使用了4个龙门架及12个焊接机器人，这一造船机器人能够焊接宽24米、高7米且长度几乎不受限制的分段。此外，另一家新加坡船企吉宝新满利也采用了该公司的管道焊接机器人。

谈及未来，Justin Geraerds表示，下一步，该公司将把机器人装配技术与智能相机（一种高度集成化的微小型机器视觉系统，将图像采集、处理与通信功能集成于单一相机内）相结合，以取代劳动密集的手动装配和定位焊工作。然而，这意味着一种新的造船方式，将是一个长期发展的过程。

Kranendonk希望，凭借其泰尔工厂60名工程师的力量，推进造船业非重复自动化生产线的研发，最终实现“端到端”（End-to-End）的自动化生产。毋庸置疑的是，数字设计工具与机器人生产线的融合，必将为造船业提供更加高效、经济、安全的生产方式。