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你們就不會認為從鋼鐵到造船甚至高速鐵路中國真正擁有核心技術

這篇文章是２００３年的,太舊了。雖然技術的原理沒有變,但是中國大陸造船業在過去的5年有了很大進步,特別是2005年以後,可以說是躍變。

世界最大的薄膜型LNG船

2008年4月3日，我国第一艘液化天然气（LNG）船“大鹏昊”在上海顺利交付船东，这是沪东中华造船（集团）有限公司建造的世界上最大的薄膜型ＬＮＧ船。

“大鹏昊”于2004年12月15日开工建造，长292米、船宽43.35米、航速19.5节，装载量为14.7万立方米，是世界上最大的薄膜型LNG船，比波音飞机还贵，身价高达１．６亿美元。该船采用保温瓶原理，货舱设计了半米厚的隔热“内胆”，其中两层绝缘箱内藏珍珠岩，有效阻隔热量传递；最关键的内壁使用殷瓦合金钢板，0.7毫米的厚度薄如一张牛皮纸，全船焊缝就长达100多公里，而且要做到“天衣无缝”；船上各种部件能实现４０年抗疲劳工作，跻身全球“长寿”巨轮行列。

“大鹏昊”已于2008年5月2日满载65000吨LNG，顺利抵达广东液化天然气有限公司秤头角接受站，圆满完成了从澳大利亚—中国之间2700英里的LNG运输航线上的首航任务。途中，“大鹏昊”经受了多种海况考验，各项性能指标和建造质量均受到好评。

2008年7月10日，我国第二艘液化天然气（LNG）船“大鹏月”在上海顺利交付船东，这条船的船坞周期仅为160天，比首制船缩短近一个月，码头周期比首制船缩短66天，总建造周期比首制船缩短126天。

LNG船是指将LNG从液化厂运往接收站的专用船舶，是国际公认的高技术、高难度、高附加值的“三高”产品，LNG船是在 162摄氏度(-162)低温下运输液化气的专用船舶， 是一种“海上超级冷冻车”，被喻为世界造船“皇冠上的明珠”，目前只有美国、日本、韩国和欧洲的少数几个国家的13家船厂能够建造。

　　韩国目前是全球LNG船建造设备能力和实际建造能力最强的国家，他的LNG船的核心技术来源于法国GTT公司，因此每建造一艘LNG船，韩国船厂就要向GTT公司支付约为1000万美元的专利使用费。因此韩国政府和船企决心联手合作，攻破技术难关，开发属于韩国自己的LNG船关键技术。日本从1971年买进技术到1981年造出第一艘船花了10年时间。

目前世界液化天然气船的储罐系统有自撑式和薄膜式两种。自撑式有A型和B型两种，A型为菱形或称为IHISPB，B型为球形。

LNG船的储罐是独立于船体的特殊构造。在该船舶的设计中，考虑的主要因素是能适应低温介质的材料，对易挥发或易燃物的处理。船舶尺寸通常受到港口码头和接收站条件的限制。目前12.5万立方米是最常用的尺寸，在建造船舶中最大的尺寸已达到20万立方米。LNG船的使用寿命一般为40～45年。

　　从总体上看薄膜型LNG船在船型性能方面要优于MOSS型，但MOSS型具有货物装载限制较少等使用操作上的优点，而且，在早期的LNG海运中，MOSS型船占有较大优势。

中国LNG建造计划

船名    总长  型宽 货物总容积(在-163℃) 船速 预计交船时间
大鹏昊    292米 43.35米 147210立方米 19.5节 2007年四季度
大鹏月    292米 43.35米 147210立方米 19.5节 2008年二季度
闽榕       292米 43.35米 147210立方米 19.5节 2008年四季度
闽鹭       292米 43.35米 147210立方米 19.5节 2009年二季度
大鹏星    292米 43.35米 147210立方米 19.5节 2009年三季度

大鹏月巨型LNG船

中日韩是世界三大造船国，日韩长期把持世界造船市场，而近几年中国造船业呈现爆发性增长态势，对日韩形成了巨大的竞争压力，日韩企业为了延缓中国对高端船舶订单的冲击，采用将大量低端船舶转移到中国生产的策略，企图以此压制中国船企的成长空间。不过目前看来此举并未见效，中国沿海地区众多的民营船企吸收了大量低端船舶订单，而大型国有造船企业继续在向高端船舶及海上装备发起冲击，众多高端船舶订单也正在逐步向中国转移。

泰安口18000吨半潜船，主要用于海洋钻井平台、潜艇、军舰等特殊货物的运输和安装；整艘船可潜入水下20米，目前只有中国与荷兰拥有数艘半潜船。

蓝鲸号，由上海振华港机建造的7500吨级起吊船，这是目前世界最大的单臂起吊船。此外中国正在建造两万吨级的巨型起吊船，主要用于海洋钻井平台运输。

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轉貼這篇技術性文章的目的，是為了讓大家了解“IT革命”在造船業中的實際應用情況。同樣的做法也可以應用在汽車和所有工業產品的制造，這是第三次工業革命的主要內涵。原文出處：http://202.114.9.17/jqrwx/w01603.pdf

机器人在造船工业中的应用
杨源帆
(江苏省南京市地方海事局, 江苏南京210036)

提要:综合阐述国外造船机器人的开发和应用, 及对我国造船业应用机器人的几点建议。

主题词　造船　工业机器人　应用

1　引言

机器人是人类进入20世纪后具有代表性的高技术。毫无疑问, 它将对传统的生产方式以至整个社会带来极大的影响。目前, 所有发达国家都把机器人技术或智能化技术摆在科技发展战略中最优先的地位并加以推动, 作为商品化的机器人的产值正以每年25%以上的速度增加着。国外, 尤其是日本、美国、韩国和欧洲的一些先进造船国家, 在发展和研制造船用的机器人方面取得了显著的进步。虽然我国机器人技术的开发研究工作起步不久, 但从“七五”发展计划起, 国家已将其列为科技发展的重点项目之一。然而, 我国在船舶制造方面, 机器人的应用尚为空白。随着我国船舶产量的逐年增长和向着世界第一造船大国的迈进, 可以肯定, 我国船舶工业在船舶建造过程中也将应用机器人技术, 就像目前应用CAD/CAM技术、自动化和等离子切割技术一样。

2　国外造船机器人应用情况

2. 1　日本

日本在20世纪60年代末处于经济高速发展时期, 年增长率高达12% , 日本产业界不失时机地, 把机器人作为解决劳动力不足的一项革命性措施。1970年试制出第一台川崎的UN MATE , 与此同时,研制机器人的大小工厂一时总数达86家之多, 形成了机器人发展的第一次高潮。日本造船工业在20世纪70年代就加入到这个高潮中, 引入PABOT (板材装配机器人)、CLIMACS (在船体上爬行的机器人) , 以及切割、搬运、焊接、涂装、缝跟踪和其他功能的机器人。但在投入使用时发现事与愿违。由于当时生产的机器人性能差, 可靠性和精度低, 运行速度也不及人, 使用结果往往并不能提高生产率, 而且价格昂贵, 所以就很快地进入了低潮。失败的经验使日本机器人的研制者及制造厂深刻地认识到、产业界必须联合起来, 有组织、有步骤、有计划地进行研究。于是, 逐步建立了从基础元件到辅机在内的日本机器人工业生产体系, 开发了各种作业型机器人, 如弧焊、点焊、喷漆等机器人, 并逐步实现了系列化、标准化、专业化分工, 使精度、可靠性进一步提高, 价格逐年下降。这样就为机器人的普及奠定了极为坚实的基础。至20世纪70年代末, 日本机器人产业进入了新的高潮, 生产厂达300家, 产量1 000台以上的近10家。

从20世纪80年代到20世纪末, 机器人在日本有较大的发展。NC切割机器人, 从火焰到等离子,并向激光切割发展, 已经成为船厂的基本技术。装配焊接机器人, 从船体零部件制造, 到平面分段的纵向构件的装焊、外场焊接、坞内船底仰焊, 现正致力于三向曲板的单面焊和纵横构件装焊到曲形外板上的应用研究, 目标是实现船体建造的全面自动化生产。采用线加热机器入自动加工复杂曲面的船壳板的热塑性分析(Thermo-Plastic)理论, 已能求得钢板目标曲度所必需的加热过程指令。线加热的自动钢板弯曲成形机的开发是造船技术的又一巨大进步。由于双壳船体结构的大量使用, 使涂装环境恶化, 因此, 涂装机器人正在研制中。日本专家认为, 随着机器人的广泛应用, 船厂将成为没有灰尘、没有危险和没有疲劳的、真正的现代化工厂。

2. 2　美国

1954年, 美国人G. Devol研制成世界上第一台可编制程序的机器人, 具有记忆功能, 能实现示教再现编程方式。1960年联合控制公司生产了第一批商用工业机器人, 称为UN MATE。不久, 美国机床制造公司设计出另一种可编程序的工业机器人, 称为VERSATRAN。20世纪60年代末, 机器人和人工智能的研究达到了一个高潮, 进入70年代以后, 美国由于经济萧条, 以及早期机器人本身性能差、售价高和适用范围窄等因素, 故在1978年前机器人发展较为缓慢。但是在20世纪70年代末, 80年代初, 美国重新评价了机器人的作用, 军方对军用机器人的发展给予了特别的关注。在造船行业中, 在1983年7月提供给MTS系统公司1100万美元进行“激光连续式机器人”(LARS) 的研制。它是由机器人操纵25kW的激光束来制造军舰的零部件。调整激光束的功率可以完成一系列的工作, 如焊接、切割、钻孔、机加工、线状加热弯曲、涂装、号料等。LARS 焊缝跟踪系统能够跟踪任何不规则形状的焊缝, 并且在钢板上的焊接速度高达5. 08m/min。激光焊接的最明显的优点是热影响区小、变形小, 因此大大减少了焊接后的矫正工作量。

美国海军资助的另一研究项目是机器人观察系统公司的“自动化螺旋桨光学测量系统”和“螺旋桨焊接系统”。托德•太平洋公司的洛杉矶船厂, 在1983年将CM2T32566型弧焊机器人用于小部件的生产。

阿冯尔船厂在纵桁和横梁流水线上应用了机器人。该厂的Oxy Technik系统是由6个移动架把几个工件分别运送到不同的机器人工位处进行上料、贴标签、号料、切割、下料和放置余料, 该系统所有工位都由一在线计算机控制, 所有控制数据都由计算机自动生成并传递到每一工位。

美国船厂从20世纪80年代起就将机器人列为船厂的适用技术, 但在论证中认为这会增加船厂的投资, 若引进外国船厂的机器人, 许多船厂无力承受这笔总投资高达1000万～2500万美元的巨资。

有鉴于此, 美国“重新投资技术项目”纲领(Technology Reinvestment Project)将船厂用机器人列入计划项目, 目标是: ①开发造船用全机器人焊接系统; ②开发模块组装机器人, 具有先进的传感和适应能力, 可在杂乱的环境中工作, 并按不同任务重新组装; ③开发具有用户友好接口的系统, 可被不懂机器人和自动化的造船工人所接受; ④开发以开始结构个人计算机控制为基础的模块网络系统; ⑤开发可与船厂各种CAD/CAM系统接口相连接的自动脱机程序编制系统; ⑥开发廉价支撑设备。同时,美国还研究全新概念的船舶及其自动化生产, 以及由机器人操作的船体曲面板成形加工技术的研究开发。

2. 3　韩国

由于西方技术加上低廉的成本及政府的支持,使得韩国造船工业迅速崛起, 成为世界第二造船大国, 目前成了日本有力的竞争对手。韩国船厂采取用自动化设备和机器人对现有造船设备进行逐步改造的政策, 以期最终实现自动化、智能化的生产。韩国汉拿集团的Sambo造船联合企业从挪威的TTS公司购置关键部件, 对钢板预处理线、钢材加工线、型材加工等进行了改造, 使其成为自动化生产线, 全部型材加工仅需一人控制。韩国的Daewoo重工业公司OKPO船厂独辟蹊径, 采取提高劳动生产率而不依靠扩充造船设施办法。该厂从1995年11月起, 采用含有机器人的新的平面分段生产线。同时, 韩国的三星和现代两大集团, 在船厂的平面分段流水线的拼板、骨材装焊、搬运等工艺环节也应用了机器人, 以提高生产效率。

2. 4　其他国家

除日、美、韩三国以外, 欧洲国家如英国、芬兰、挪威、德国、法国、意大利、葡萄牙、荷兰、俄罗斯等国, 在船舶制造中都相继不同程度地采用自动化装备和机器人, 而应用最多的是机器人切割、装配、焊接和涂装。

3　对我国船舶行业应用机器人的几点建议

 (1)既然机器人可以给造船工业带来效率和效益, 而且也是世界造船业发展的方向, 我国船舶行业应用机器人也只是一个时间问题。根据我国情况, 使用机器人不是为了短期内拯救造船工业, 而是为了长期效益, 是提高造船企业信誉和获得可靠质量的标志。国外船厂适时地利用高新技术来提高船舶工业的自动化程度。由于造船工业是带有国际性的行业, 各国的发展变化会很快互相影响, 我国亦应从战略角度出发, 把机器人作为造船现代化的手段之一。为此, 要抓住时机, 组织力量, 对机器人在造船中的应用研究进行预先研究。

(2)充分发挥科研所的优势, 从造船工艺整体出发, 系统地考虑造船工业如何应用机器人, 例如用在哪一个或哪几个工艺步骤或环节中, 需要什么客观条件, 以及各种软硬件又如何配合等问题。同时, 通过先期的研究开发, 可以培养一批人才, 为我国争创世界第一造船大国打好基础。

(3)根据国外造船业应用机器人的经验, 结合我国造船业现状, 首先应当从发展廉价的便携式简易弧焊机器人着手。这类机器人在日本发展迅速, 已从造船行业推广到高层建筑、桥梁等大型金属结构件的生产。简易弧焊机器人能获得发展的主要原因之一是价格低, 大约相当于两台单丝埋弧焊机的代价,而且这类机器人的自重约20kg, 搬运方便, 一个人可以管理几台。无论从性能、价格、技术难度等方面来看, 都比较适合我国造船企业, 所以应当列为优先发展的对象。

(4)为了机器人在船厂中得到更好的应用, 作为船厂本身也应做好相应的准备工作, 如生产设计、技术管理、人员素质及相关技术支撑等工作。

①首先要解决装配精度问题。机器人焊接要求装配精度在2～ 4mm。十年前, 日本船厂装配精度在l0mm 左右, 无法采用机器人。现在装配精度已提高到3mm 左右, 才有了应用机器人的基础。装配精度与型材和板列的平直度、号料精度、切割精度、切割热变形、安装精度、焊接变形等前道工序的加工精度有关, 只有提高前道工序的加工精度, 才能保障装配精度, 因此需要相关技术的支撑才能实现。如提高切割精度, 减少切割热变形, 对厚度小于14mm 的薄板就采用激光切割; 对于厚度在14～ 24mm 的中薄板则采用等离子切割, 等等。
②生产设计与生产管理水平要跟上。机器人应用数据库和数学模型的建立, 装配精度的保障和生产流程的畅通都是以高水平的生产设计和生产管理为基础的。因此可以说, 没有高水平的生产设计和生产管理体制, 就不可能有效地应用机器人。
③ 船厂应用焊接机器人的关键技术之一是, 要解决好自适应跟踪问题。因为船舶零件大、结构复杂、焊接变形严重, 其装配精度相对其他结构较难保证, 自适应焊缝跟踪的矛盾就较突出。目前跟踪方法主要有接触式、摄影头式和旋转电弧式等几种, 这些都有其可行性和局限性。三菱重工下关船厂曾经装配了六台安川电机焊接机器人, 就是因为传感器不稳定, 被迫停止使用。NKK津研究所开发的旋转电弧式传感器, 在津船厂机器人中得到应用, 对船厂应用机器人起到了很重要的作用, 但也有其局限性, 那就是探头太大, 不利于狭小区间的使用。因此, 焊缝自适应跟踪技术还有待于不断开发和研究。

结语

由于我国当前造船业的生产设计、生产管理水平还不高, 尤其是船体装配精度还远远不能满足机器人的要求, 加上劳动力价格和劳动力资源等矛盾短期内还不会十分尖锐, 机器人投资费用也太大, 因此近期我国造船业还不会考虑采用机器人。但是机器人应用于造船业是一个发展方向, 也是一项高科技项目, 我国造船业要有自己的技术储备。与日本相比, 在这一领域我们已经落后了十多年, 因此我们应当尽快开展这方面的研究。

在船厂中应用机器人并不是可望而不可及的事情。随着技术的进步, 机器人本身的适应能力, 焊接机器人用药芯焊丝的性能, 装配精度和生产设计水平等方面的不断提高, 将会给机器人的应用创造越来越好的条件。我们要有信心抓住时机开展一些应用的预先研究工作。

            造大船咱们没问题，在超大型油轮VLCC的建造水平上，咱们已经赶上了日韩，相差无已。但是造船水平的最高标准却不是“大”！能造VLCC的，造航母船体都不算什么问题。

           液化油气船LPG才代表世界最高的造船水平。LPG咱们不是不能造，大陆几个大的造船厂也造出过一万立方两万立方的LPG，但日韩能造七万八万的LPG，和他们还有一段不小的差距。

          现在还不是咱们得意的时候！

本文於 修改第 1 次

你對臺灣的情況不瞭解。我順便解說一下臺灣目前的問題。

目前世界造船業可以分成四種競爭模式：高技術專用定做型（瑞典）、高技術通用型（日本）、高技術低價普及型（韓國）、單一通用型（中國大陸）。下面分別說明一下。

“高技術專用定做型”是指不計成本的採用最新技術，同時為特殊用途製造專用船舶，這種模式適合瑞典這個人口1000萬左右的小國，可以為本身的社會福利體系提供支撐，缺點是價格高，市場小。

“高技術通用型”是日本模式。每種功能船舶都能製造，但注重成本控制，跟瑞典的船隻相比功能稍微差了點，但相對性價比高，而且日本的工藝品質是有目共睹的，這種模式使日本佔領很大比例的船隻市場。相較韓國和中國等新出現的競爭者，日本的缺點是勞動成本高，但日本的電子機械工業強大，因此日本以開發專用的工業機器人來支援造船業，例如一種類似八腳蜘蛛的船體塗裝機器人，可以加快塗裝速度，同時確保塗裝質量。經過功能改造後，還可以為船隻去除原本的塗裝，減少工人因為有毒化學物質所受的身體危害，快速完成任務。

“高技術低價普及型”是韓國模式。這個模式是完全針對日本的，出發點就是為了搶日本的市場。“日本有什麼船韓國就造什麼船，就是比日本便宜”！韓國的優勢是自身勞動成本比日本低，工人紀律性非常強。由於歷史上遭受日本的侵略，使得韓國的造船工人在“趕超日本”的精神大旗下，矢志追上日本的工藝品質，日幣在簽訂廣場協議後升值100%，使韓國的造船業瞬間佔領不少市場。

“單一通用型”是中國模式。這個模式是專注於最便宜而且最廣泛使用的船舶類型。造船工廠是經過功能分工的，例如某個船廠和船塢專門製造“好望角型（Cape）貨輪”，船廠因為長時間的練習，可以提高造船速度，一艘比一艘快，但對於其它船舶類型的熟練度就比較差。目前外國企業在中國的造船廠就屬於這種模式。

臺灣造船業的問題在於“前有虎後有狼”。高技術的船隻沒能力造，單一通用型的廉價船隻又比大陸貴，全部船廠都在等國防預算的合約，一旦海軍決定全艦外購，造船廠基本上就完蛋了。剩下能做的只有價格合適的組裝，意思是組裝品質不輸給日本，但是比日本便宜，搶日本的一小塊市場，能做的最多就是這個，重要的曲軸等關鍵部件則是進口。

造船業獲利豐厚的一種產品是LPG船（液化石油氣運輸船）。1969年日本川崎重工（經團聯成員）建造出世界第一艘容量超過6萬立方米的大型LPG船。韓國造船業一直到1986年才完成國產的第一艘LPG船，容量只有4000立方米，因為船東是韓國人。但1987年韓國立即從挪威、丹麥承接了多艘4000立方米的LPG船合約，1988年從丹麥承接了3.5萬立方米和7.5萬立方米的LPG 船，開始進入大型LPG船建造領域。2004年韓國成為世界最大的LPG船製造國。

韓國在1997年的金融危機和2008年的金融危機和產業投資是有很大關聯的，韓國等於是用傾國之力投入工業化，雖然危機重重，但國家實力一直在增強。哪怕電子系統是進口的，但神盾艦是韓國的！管它船名叫什麼廣開大王或者土豪大王，韓國的神盾艦開到海上就是大王，沒有神盾艦就是狗熊。

臺灣今天發生“船比碼頭大”的核心原因正是民主化。精通法律的“本土精英政客們”認為，一旦把蔣經國時代建立的“中國造船廠”改名成“臺灣國際造船廠”就會展現強大無比的產業競爭力！選舉造勢需要金錢，找機會弄個“台船董事長”當個政治酬傭，產業資金本來就是為政治選舉而服務的。李登輝剛上臺時的韓國和臺灣在LPG船是沒有技術差距的，但是到李登輝下臺的2000年5月20日，臺灣一艘LPG船都造不出來，韓國卻已經是世界LPG船製造大國。韓國選擇工業，臺灣選擇民主，今天高下立判。

沒有市場問題，只有心態問題。市場從來不是問題，只有政治問題。

       大陸目前是世界與日韓並列的三大造船囯之一，大陸的目標是2010年全面超越日韓成爲世界第一大造船囯。

       隱藏在造船業背後的是龐大的鋼鐵業、機電製造業和物流行業，造船業對於國家幾經發展的帶動能力是如此之強，以至於世界第二經濟体日本還在不遺餘力地發展號称“夕陽產業”的造船業。

      在臺灣研發大陸製造的肥皂泡破滅后，造船無疑應該是臺灣最需要考慮要發展的行業之一，除卻對國家經濟強大的帶動力之外，一個資金密集、技術密集和勞動力密集的行業本身似乎就是為臺灣的社會形態量身定做的。