Технические новинки Vol.22

Vol.22: Применение систем роботной сварки ARCMAN™ в судостроении для монтажа корабельных корпусов

1.Предисловие

Подразделение сварочных материалов компании Kobe Steel поставляет своим клиентам отличные товары и услуги, которые расширяют их возможности в области совершенствования производства (Монодзукури), при этом оно остается самым надежным в мире предприятием в области комплексных сварочных решений. В соответствии с нашим новейшим промежуточным планом управления на период 2016-2020 годов, автоматизация сварочных процессов в судостроении развивается в качестве одного из направлений в области комплексных сварочных решений.

Во многих отраслях, в том числе и в судостроении, нехватка квалифицированных сварщиков становится все более серьезной проблемой по мере ухода на пенсию пожилых мастеров в условиях недостаточного интереса среди молодежи. Поэтому для повышения эффективности производства остро необходимы мастера, обладающие широким спектром навыков, а также трудосберегающие системы.

В данной статье говорится о недавно разработанной системе роботной сварки для монтажа корабельных корпусов, которая позволяет повысить производительность в области судостроения.

2.Функции системы роботной сварки для корабельных корпусов

2.1 Система роботной сварки ARCMAN™

В последние годы почти все крупные суда со стальным корпусом строятся блочным методом.

Блочный метод предусматривает разделение судна на несколько блоков, которые предварительно изготовляются в цехе судоверфи (Иллюстрация 1), а затем монтируются в доке или на стапелях. Предварительное изготовление каждого блока или секции судна включает в себя процессы резки стали, обработки и предварительного монтажа на сборочной линии, после чего блоки перемещается в док или на стапели для монтажа судна.

На Иллюстрации 2 показан общий вид соединенных блоков и лини й сварки в блоках (обведено) в секциях корпуса судна (помимо закругленных секций).

Система роботной сварки ARCMAN™ спроектирована для использования в закрытых пространствах внутри блоков судового корпуса. Установка из систем роботной сварки ARCMAN™ показана на Иллюстрации 3.

Важной характеристикой дизайна роботной системы является ее способность помещаться в ограниченное пространство внутри блока. Поэтому новая роботная система достаточно компактна, чтобы ее можно было установить и использовать в тесном пространстве, как показано на Иллюстрации 4.

Малогабаритная роботная система сварки ARCMAN™, установленная на транспортер, обладает малым весом, что облегчает ее транспортировку. Робот и транспортер (далее именуемые комплектом ARCMAN™) могут перемещаться между блоками с помощью подъемного крана, как показано на Иллюстрации 5. Комплект ARCMAN™ опускается в блок до тех пор, пока транспортер не коснется дна блока. Затем транспортер регулирует свою позицию с помощью устройства автоматического позиционирования. После этого робот выбирает нужную программу и начинает сварочный процесс.

Работой системы роботной сварки управляет новое контролирующее устройство типа СВ, которое имеет большее число функций, проще в управлении и обладает более высокими рабочими характеристиками по сравнению с традиционными устройствами. Отличающие его функции включают в себя технологию сенсора дуги, которая позволяет отслеживать отклонения, вызванные нагревом при сварке (это одно из самых больших преимуществ ARCMAN™), а также технологию контроля амортизации колебаний. Система также отличается большим разнообразием предустановленных условий сварки, простотой в обращении и отличной реакцией на подвесной пульт обучения. Повышенные характеристики безопасности и управления, а также дополнительные приспособления, такие как слайдеры и позиционирующие устройства, которые позволяют совершать интеграцию с другими системами, делают систему ARCMAN™ еще более привлекательной.

На Иллюстрациях 6 и 7 соответственно показан комплект ARCMAN™ во время транспортировки к месту работы с помощью подъемного крана и во время установки его позиции с помощью автоматического позиционирующего устройства после помещения на дно блока.

На Иллюстрациях 8 и 9 показаны сварочные операции на месте работы.

2.2 Применение систем роботной сварки ARCMAN™

Система роботной сварки ARCMAN™ спроектирована для применения в пространстве, ограниченном продольным и поперечным элементами, как показано на Иллюстрации 10.

На Иллюстрации 11 показано ограниченное пространство, представленное на Иллюстрации 6, где цифры от ❶ до ❺ обозначают линии сварки, которые будут выполнены системой ARCMAN™.

❶ Горизонтальный угловой шов между дном и поперечным элементом, а также между дном и обделочным листом.

❷ Вертикальный угловой шов в направлении снизу вверх между ребром Т-образного продольного элемента и поперечным элементом.

❸ Вертикальный угловой шов в направлении снизу вверх между обделочным листом и ребром Т-образного продольного элемента.

❹ Вертикальный угловой шов в направлении снизу вверх между обделочным листом и поперечным элементом.

❺ Горизонтальный угловой шов между стойкой жесткости и поверхностью Т-образного продольного элемента.

Вертикальный угловой шов в направлении снизу вверх между ребром продольного элемента (❷ и ❸ на Илл. 11), а также горизонтальный угловой шов между стойкой жесткости (❺ на Илл. 11) допускают зазор величиной до 5 mm. Во всех углах линий сварки запрограммировано применение обварки по периметру (см. Илл. 15).

2.3 Обучающее программное обеспечение: SMART TEACHING™

В корпусе судна многие компоненты устанавливаются параллельно. Несмотря на их схожесть, они так значительно различаются по размеру, что систему роботной сварки ARCMAN™ невозможно запрограммировать обычным обучающим методом. Однако был разработан эффективный метод обучения путем интегрирования данных трехмерных моделей.

Проектирование с применением трехмерных моделей получило широкое распространение в разных отраслях, включая судостроение, где трехмерное моделирование применяется для выявления проблемных структурных элементов, а также для проверки взаимодействия элементов.

Программа оффлайнового обучения “SMART TEACHING™”, разработанная для комплекта ARCMAN™, задействует трехмерные модели судовых блоков для обучения робота. Комплект ARCMAN™ может всего в три шага создать программу обучения робота на основании данных трехмерной модели.

(1) Загрузка данных трехмерной модели

(2) Автоматический выбор линии сварки внутри закрытого пространства в судовом блоке

(3) Программирование системы обучения робота

Данные трехмерной модели используют гибкий формат "Стандарт по обмену данными о модели изделия" STEP, а не CAD, что позволяет обеспечить гибкость процесса. На Иллюстрации 12 показана типичная трехмерная модель.

Для того, чтобы вывести конкретную линию сварки из множества линий, программа анализирует и применяет данные о форме пространства по трехмерной модели, используя упомянутый выше гибкий формат STEP. Программа изучает форму каждого закрытого пространства и распознает пересечения продольных и поперечных элементов при сварке угловых швов.

Скоординированные данные, касающиеся соединений и формы закрытого пространства, накапливаются как информация о сварочном процессе для конкретного соединения. На Иллюстрации 13 показано, как программное обеспечение выводит на дисплей данные по конкретной линии сварки и форме закрытого пространства.

Программа обучения робота готовится следующим образом:

(1) Точки начала и конца сварки устанавливаются на основе сварочных данных.

(2) Устанавливаются движения робота для ведения сварки.

(3) Вводятся дополнительные шаги, такие как контактное опознавание для пространства определенной формы.

(4) Выбираются сварочные параметры, соответствующие форме закрытого пространства и позиции сварки.

Когда программа обучения робота подготовлена, программное обеспечение может вывести на дисплей ее симулирующее воспроизведение (см. Илл. 14).

Поскольку сложно использовать программное обеспечение для калибровки погрешностей в позиционировании между позициями, указанными обучающей программой и реальными позициями в свариваемом изделии, на транспортер устанавливается позиционирующее устройство.

После установки обучающей программы в каждое роботное устройство сварка может быть начата в любой момент.

2.4 Сварка

Из всех этапов процесса судостроения монтаж корпуса требует самого большого объема сварочных работ и более 50% всех сварочных материалов. Среди всех расходуемых материалов наиболее используемым являются рутиловые проволоки с флюсовым сердечником (FCW).

Типичные FCW компании Kobe Steel, применяемые в судостроении, это DW-100 и DW-100V. Обе проволоки предназначены для сварки во всех позициях, однако вторая отличается особенно хорошим сопротивлением образованию зазоров при вертикальной сварке в направлении снизу вверх.

Ряд испытаний, в ходе которых проводилось сравнение характеристик этих двух проволок, применяемых в роботной сварке судовых корпусов, показал, что DW-100 предпочтительна для горизонтальных и вертикальных угловых швов, а также для горизонтальной обварки по периметру.

В одной серии испытаний проволока DW-100 продемонстрировала лучшие качества в отношении отслеживания дуги, которое является фундаментально важной характеристикой роботной сварки. В ходе испытаний проверялось отслеживание дуги с уклоном и без, стойкость соединения к образованию зазоров, которое часто случается на этапе монтажа корпуса судна, а также замерялось сопротивление образованию зазоров при сварке в вертикальной позиции.

В ходе других испытаний с использованием DW-100 удалось добиться лучшего внешнего вида шовного валика. Это касалось валиков соединений между вертикальными угловыми швами в направлении снизу вверх и горизонтальными угловыми швами, а также соединений между горизонтальными угловыми швами по периметру и горизонтальными угловыми швами (См. Илл. 15).

Эти испытания показали, что проволока DW-100 удовлетворят требованиям как для горизонтальных, так и для вертикальных угловых соединений, а также для горизонтальной угловой сварки по периметру. На Иллюстрации 16 показан внешний вид валиков швов, полученных с помощью роботной сварки с применением проволоки DW-100.

Помимо повышения качества соединений, полученных при вертикальной сварке в направлении снизу вверх, увеличение эффективности такой сварки позволит в целом усовершенствовать блочную сварку, которая занимает много времени на этапе монтажа.

Поэтому такие усилия по повышению производительности, как сокращение времени опознавания для поправки погрешностей во время монтажа блоков, увеличение скорости сварки и улучшение качества обработки зазоров находятся в центре внимания в ходе дальнейшей разработки. Так, новая функция возвратно-поступательной сварки, инсталлированная в роботную систему ARCMAN™, в сочетании с контролирующим устройством типа СВ позволяет устанавливать напряжение дуги отдельно для вертикального и горизонтального элементов. Такие инновации внесут новый вклад в повышение качества соединений при горизонтальной угловой сварке.

＊ : FAMILIARC™, наше торговое обозначение

3.Планы на будущее

В марте 2014 года пять американских компаний - AT&T, Cisco Systems Inc., GE, Intel и IBM основали Консорциум промышленного интернета (IIC) с целью установки стандартов для Интернета вещей (IoT). Позднее к Консорциуму присоединились другие компании и организации в США, Германии и Японии.

Эти компании работают над повышением автоматизации и производительности посредством дистанционного управления оборудованием и одновременного сбора операционных данных с помощью датчиков и сетей. Их цели включают в себя повышение эффективности операций и снижение производственных затрат путем анализа данных. Такие технологии станут фактическим стандартом и в конце концов помогут создать платформу, которая будет включать в себя данные об оборудовании и приборах других компаний.

В октябре 2016 года Консорциум развития IoT (ITAC) в Японии составил протоколы о намерении для сотрудничества с IIC в США.

Как ожидается, Япония будет активизировать свои действия, направленные на осуществление следующей промышленной революции, путем активизации усилий в области IoT.

Компания Kobe Steel также содействует развитию процесса информатизации. Ее программное обеспечение AP-SURPPORT™, предназначенное для поддержки производственного процесса, позволяет визуализировать операционные данные, тем самым предотвращая погрешности, такие как мгновенные остановки, и повышая производительность.

В контролирующее устройство типа CB инсталлированы новые программы, которые позволяют сократить погрешности при сварке путем сбора оперативных данных посредством мониторинга дуги и распознавания ситуативных деталей процесса с помощью камер наблюдения за производственным процессом. На Иллюстрации 17 показаны примеры таких новых программ.

4.Послесловие

В данной статье говорится о применении систем роботной сварки ARCMAN™ в судостроении. Комплект ARCMAN™ состоит из сварочного робота и транспортера, что позволяет производить сварку в замкнутых и ограниченных пространствах внутри судовых блоков с помощью системы роботного обучения, которая включает в себя информацию об оптимальных параметрах сварки и движениях робота.

Система роботной сварки ARCMAN™ позволяет повысить эффективность операций в условиях нехватки рабочей силы и увеличить производительность на разных этапах сварки.

Для того, чтобы оставаться передовой компанией в области сварочных решений, мы продолжим вести разработку не только линий сварочных материалов, но и таких технологий, как системы роботной сварки для монтажа судовых корпусов и предварительной сборки.

Верх страницы