Робот для сварки кантилевера для судостроения: Руководство по выбору осей 7/8/9

Судостроители во всем мире столкнулись с идеальным штормом ускорения спроса и сокращения квалифицированной рабочей силы. Отчет IFR World Robotics 2025 только в 2024 году зарегистрировано 542 000 установок промышленных роботов - в два раза больше, чем десять лет назад. В судостроении, где панели корпуса имеют длину более 10 метров, а сварные швы простираются на сотни погонных метров на судно, консольный сварочный робот стала стандартной конфигурацией для удовлетворения требований автоматизации крупномасштабных сварочных задач.

В настоящем докладе излагаются инженерные принципы, лежащие в основе роботов для сварки на консолях, приводится сравнение конфигураций с 7 осями, 8 осями и 9 осями, а также обсуждается, чего следует ожидать руководителям верфей и инженерам-сварщикам с точки зрения спецификаций, параметров настройки и рентабельности инвестиций. все претензии подкреплены отслеживаемыми данными - и где данные ограничены, подтверждается.

Почему верфям нужны роботы для сварки кантилеверов

Сварочный коллектив судостроения стареет как раз в неподходящее время По данным Американского общества сварщиков, прогнозы показывают, что к 2028 году только США потребуются свыше 330 000 новых специалистов по сварке - примерно 82 500 в год Средний возраст сварщика сегодня составляет 55 лет, а на каждые пять уходящих на пенсию сварщиков в торговлю приходят два новых.

Судостроение ощущает влияние этой тенденции больше, чем другие отрасли. Коммерческие и военно-морские верфи сталкиваются с конкуренцией со стороны строительных, энергетических и автомобильных компаний за ту же сокращающуюся рабочую силу; задержки производства из-за нехватки персонала не являются гипотетическими, но проверенными ограничениями для активных программ закупок ВМФ.

Консольные сварочные роботы решают конкретную проблему, стоящую перед судостроителями, которые работают с фиксированными роботизированными ячейками - заготовка слишком велика, чтобы ее можно было переместить к роботу, и поэтому робот должен быть перемещен к заготовке Консольная рама, подвешенная к наземному рельсу, продвигается вдоль секций корпуса и панельных узлов, позволяя роботу проникать в глубокие конструкции, которые в противном случае были бы вне досягаемости стационарной руки. Этот подход, ориентированный на мобильность, отличает консольные системы от более типичных роботизированных блоков с фиксированным шарниром, прикрепленных к заводским полам.

Практики верфи коллективно согласны с тем, что автоматизация сварки в судостроительной промышленности заключается не в замене сварщиков-людей, а в увеличении производительности уменьшенного числа сварщиков на верфи - универсальный специалист, обменивающий дискретную причальную панель на шов на несколько панелей с помощью параллельных роботов. операторы.

Как работает робот для сварки кантилевера: архитектура и система движения

Консоль сварочный робот состоит из 6-осевого стандартного шарнирного рычага, расположенного на вершине приподнятой консольной конструкции, которая перемещается по узлу рельса грунта. Его консольная конструкция расширяет рабочую зону как по оси Y, так и по оси Z без необходимости манипулировать заготовкой.

Основные компоненты

Несколько подсистем консольной сварочной рабочей станции питаются в

• Наземный рельс (ось X) - стальной путевой узел длиной до 30+ метров, транспортирующий весь консольный узел Скорость движения в диапазоне 8 метров/мин.
• Консольная балка (ось Y/Z) - приподнятый узел рычага, позиционирующий робота над заготовкой и в нее Типичная эффективность перемещения по оси Y около 2 метров.
• 6-осный роботизированный робот-сварочный робот для дуговой сварки со стандартной рукой (популярным решением являются Fanuc, ABB, KUKA или Yaskawa), установленный на конце кантилевера.
• Сварочный источник питания - цифровой инвертор с импульсной способностью, предназначенный для согласования с процессом сварки (MIG/MAG, TIG или гибридный).
• 3D-видение и лазерное отслеживание швов - широкоугольная камера для сканирования заготовок плюс лазерный датчик для коррекции отклонения шва в реальном времени.
• Система управления ПЛК - управляет движением по всем осям, управляет параметрами сварки, управляет интеграцией и интерфейсом с системой бесплатного программирования обучения.

Определяющим различием между консольными и портальными конфигурациями является односторонняя опора - с консольным растяжением луча, чем длиннее консоль, тем больше потенциальное отклонение на конце Инструмента, В то время как многие современные системы компенсируют это с помощью лазерного отслеживания шва (который динамически регулирует путь сварного шва), производители, работающие со сварными швами с жесткими допусками, должны учитывать эту конструктивную особенность при определении систем.

7-ось против 8-оси против 9-оси: какая конфигурация подходит вашей верфи?

Количество осей на консольном сварочном роботе представляет собой сумму (а) 6 осей роботизированной руки и (б) внешних осей, добавленных консольной, рельсовой и позиционной системой Каждая добавленная ось увеличивает маргинальные возможности системы - позволяя работать над большими пространственными сложностями и более широкими возможностями, - но также незначительно повышая затраты и потребности в пространстве.

Руководство по выбору по типу верфи:

• Малые до средних панельных цехов сварка плоских панелей и ребер жесткости H-образной балки: 7 оси-оси конфигурации выполняет сварки типа 1G и 2G наиболее экономично.
• Ярды среднего размера, сваривающие более широкие конструктивные компоненты и перегородки, выиграют от конфигурации с 8 осями - с Y-образной колонной, которая позволяет роботу проникать глубоко в асимметричные и широкие сборки без изменения положения часов крана, экономящего заготовку.
• Крупные верфи, работающие над каркасом корпуса, сложными переборками и изогнутыми формами, выиграют от 9 осей - с позиционной и всепозиционной сваркой (включая накладные и вертикальные сварные швы), способной конфигурировать - способной сваривать структурные рамы, которые не могут вращаться в плоское положение.

Верфям не нужно брать на себя обязательства только по 7-осевой консольной конфигурации - многие объекты используют 7-осевые системы на плоских панельных линиях большого объема и на выделенных сложных конструктивных каркасных рабочих ячейках, определяющих 8- и 9-осевые станции для удовлетворения своих многопозиционных требований.

Программирование без обучения и 3D-видение: устранение ручной настройки пути

Обычная робот сварка является метод обучения, где оператор, с ножной педалью и джойстиком управления, вручную “jogs” робота через каждый путь сварки, называемый обучение подвесного программирования.В судостроении (где каждая секция корпуса является уникальной геометрией и годовое производство в терминах каждой конструкции относительно низкое), соотношение времени программирования и реального времени сварки традиционно удерживает роботизированную сварку от оправданной стоимости для изготовления стальных кораблей. исследование, опубликованное в ScienceDirect по программированию судостроительных роботов, пришло к выводу, что команды параметрического программирования могут сократить время настройки примерно на 80% по сравнению с традиционными методами.

Системы сварки без обучения полностью избегают подвески с обучением с помощью двух подходов:

Путь 1: Импорт 3D-модели

При наличии файлов САПР они импортируют модели непосредственно из Tekla Structures, SOLIDWORKS, или UG (NX).Software распознает все сварные соединения в рамках 3D сборки и автоматически генерирует полный путь сварки на основе типа соединения (tee, угол и т.д.) и толщины пластины; он автоматически загружает соответствующий параметр сварки, установленный для каждого соединения и производит весь путь сварки быстрее, чем человек-оператор успевает запрограммировать его.Это часто называют самым быстрым способом; Инженер сообщает “engineer time” в порядке минут или часов, а не дней.

Путь 2: Обратное моделирование облаков точек

Без данных САПР, (что является обычным явлением в верфях изготовления, работая на основе устаревших конструкций или изменений поля), система использует расширенный диапазон 3D камеры, чтобы ходить по заготовке и создать точку облако цифровой двойник. его двигатель искусственного интеллекта затем анализирует данные сканирования, чтобы идентифицировать сварные соединения (как построен геометрия вместо (как-разработан)) и автоматически генерирует сварочный путь без волочения сварки без каких-либо чертежей. для модернизации верфи и ремонтных работ, без волочения сварка имеет огромный потенциал.

Любой из этих подходов подается в лазерный трекер швов, который автоматически корректирует траекторию шва в реальном времени, компенсируя зазоры в посадке, прихватки сварных швов и тепловые искажения, накапливающиеся за счет многопроходных сварных швов.

Практики неоднократно замечали, что в тяжелой изготовлении, отклонения маршрутизатора и позиционера являются оптимально минимизированными производственными проблемами, такими как работа out — характеристики материала и обработка материалов, а не роботизированная точность. Однако специалисты по инженерному делу скажут вам, что контроль качества должен работать на очень высоком уровне, чтобы иметь такую возможность “-слепой робото”; системы без обучения с отслеживанием пласта в реальном времени, которые поддерживают цели, достигнутые с пользой в морских полевых приложениях, не устраняют его полностью.

Основные характеристики сварки корпуса судна и панели

При рассмотрении решения для робота для сварки консолей для применения на верфях инженерные спецификации должны быть первоначально приведены в соответствие с общими для флота вариантами выбора марок стали (AH32, AH36, DH36, EH36 согласно правилам классификационного общества) - и размерами конструкционных пластин, а также свариванием в день и многопроходными процедурами сварки.

Приведенные ниже спецификации суммированы от нескольких производителей. хотя каждый производитель роботов будет иметь вариации по многим из этих параметров, лучший подход - требовать очень подробные спецификации по каждому параметру для данного приложения: бренд, модель, конфигурация.

Коды взяты из спецификации AWS D16.4 [2] Коды сварки из кодов AWS D17.2, D16.2 и спецификаций D16.3 [3].Заказчику никогда не даются спецификации непосредственно из классификации судов, но этими спецификациями можно воспользоваться в классификационном обществе, которое в конечном итоге отвечает за их интерпретацию и внедрение. Спецификации процедуры сварки (WPS) для судостроения представлены в Спецификация AWS D16.4. Эти процедуры определяют параметры, которые верфь должна достичь для получения сертификации классификации. с точки зрения робота, спецификация AWS D16.4 описывает все спецификации процедуры сварки, к которым их роботы приложения будут иметь право. у нее нет ограничений на какую марку или конфигурацию робота использует верфь, только на совместной геометрии, которую они практикуют.

ИСО 3834 излагает систему управления качеством, для которой организация верфи должна планировать и внедрять средства для предоставления продукции, соответствующей требованиям контракта в соответствии со спецификацией AWS D16.2.

Преимущества и ограничения для развертывания верфи

Системы автоматизации не являются универсальными решениями для судопроизводства. роботы для сварки кантилеверов имеют конкретные подводные камни и преимущества на верфи, противоположные любой другой системе автоматизации. понимание как “winds”, так и “headwinds” делает дорогостоящее противоречие верфь-покупатель-система более избегаемым.

Возможно, наиболее распространенное заблуждение владельцев верфей, с которым впервые сталкиваются при рассмотрении автоматизации, заключается в том, что консольные роботы не могут приспособиться к сканированию и неправильной геометрии, преобладающей в корпусах кораблей и корпусах. в действительности, сочетание обратного моделирования облаков точек и отслеживания швов в реальном времени делает возможным сварку даже корпусов, которые не являются номинальной плоскостью. Что на самом деле ограничивает производительность, так это не геометрия, так это физическая доступность. Если консольная горелка может быть расположена под правильным углом и расстоянием от соединения, робот сварит ее.

Роботы для сварки порталов с подвесным мостом и двухроботным креплением используются, когда заготовка требует покрытия за пределами кантилевера более чем в одном направлении. Несколько ярдов будут использовать эту комбинацию наборов кантилеверных линий для сборки панелей, портальных линий для окончательной сборки блоков.

данные о рентабельности инвестиций и производительности: чего могут ожидать верфи

Автоматизация сварки представляет собой убедительный аргумент, но цифры в накопителях необходимо изучить более внимательно. Вот несколько примеров, которые представлены в листах спецификаций и т.п., причем для каждого из них указана ссылка на источник:

Это лучшие случаи с больших, больших объемов верфей Меньшие верфи с более низким уровнем использования и более разнообразным ассортиментом продукции ожидали бы разные цифры Период окупаемости, как правило, сильно взвешивается количеством часов в день, что робот сварки фактически против холостого хода artc-on time является единственным крупнейшим фактором в автоматизации сварки ROI.

Скрытые затраты в бюджет для:

• Установка сама по себе может быть равной или большей по стоимости, чем стоимость роботизированной системы (по сообщениям практиков на отраслевых форумах, она достигает 2)
• Рельсы, необходимые для ренфорсе самолетов Une Dalle de Béton
  . surface irreguliere altère la precision des Rails et impose des reprises couteuses.
• Обучение операторов: Для систем без обучения операторы должны быть обучены мониторингу системы, проверке качества, устранению неполадок и т. д.
• Контактные наконечники, вкладыши, сопла и проволока невелики на единицу продукции, но при постоянной работе они быстро складываются
• Контракты на техническое обслуживание — ежегодное обслуживание, калибровка и обновление программного обеспечения

Фактическая рентабельность инвестиций будет зависеть от объема производства, стоимости рабочей силы и использования рабочих мест. перед настройкой попросите провести подробный анализ затрат на основе образцов вашей заготовки.

Часто задаваемые вопросы