Robotika u brodogradnji

Supertankeri nisu samo najveći među brodovima već su i u povijesti najveći izgrađeni pokretni tehnički objekti. Izgraditi moderan tanker nije danas stvar prestiža već poslovne sposobnosti. Konkurencija u brodogradnji je globalna i traže se izvođači koji isporučuju brodove visoke kvalitete, izrađene brzo i po najnižoj mogućoj cijeni. Rokovi izgradnje stalno su skraćivani pa su i stara brodogradilišta Europe ostala bez radne snage i nisu se mogla natjecati s brodogradnjama Južne Koreje, Japana i Kine gdje su ljudski resursi krajem XX. st. bili dostupni i jeftini. No, postupno je i na Istoku bilo sve manje radnika jer brodogradnja nije mogla plaćama konkurirati naftnoj ili plinskoj industriji.

Brodogradilišta su, da bi ostala konkurentna, počela automatizirati, pa i robotizirati, segmente izrade broda. Osim učinkovitosti robotika povećava kvalitetu rada na monotonim zadacima, ali i štiti radnike od opasnosti. Roboti zamjenjuju kvalificirane radnike u zavarivanju, pjeskarenju (čišćenju od hrđe) i bojanju trupa broda, dizanju teških tereta, ali i na zadacima remonta i održavanja brodova.

Suvremeni veliki brodovi izrađuju se od čeličnih ploča (panela) i različitih profila za povećanje krutosti konstrukcije. Izrada velikih brodova od kompozitnih materijala zanemariva je u odnosu na klasičnu izradu zavarenih metalnih trupova. Čelični limovi visoke čvrstoće za donje dijelove trupa debeli su i do 15 mm.

Napomena: Programe Shield-B_3.bas , Shield-B_3.ino , Shield-B_4.bas i Shield-B_4.ino možete besplatno dobiti od uredništva časopisa

ABC tehnike!

Vladimir Mitrović, Robert Sedak

Trup velikog tankera izrađuje se po sekcijama koje se spajaju zavarivanjem kako bi se postigla visoka krutost konstrukcije broda. Središnje sekcije jednake su i smještene između pramčane i krmene sekcije. Različiti vodovi i cijevi postavljaju se već pri izradi podsklopova ili blokova tako da je točnost izvedbe vrlo važna. Unutarnja oprema postavlja se što je ranije moguće, već nakon montaže prvih blokova.

Iz čeličnih ploča kroje se, standardno prema CAD koordinatama, segmenti konstrukcije i potom se režu plinskim ili laserskim CNC rezali- cama. Nakon toga se, uz istovremeno zagrijavanje, ploče savijaju na potreban oblik.

ROBOTIZACIJA BRODOGRADNJE. Na slici desno prikazana je evolucija teretnih brodova. Najveći supertanker Seawise Giant izgrađen je 1979. godine u Japanu. Dugačak 458,45 metara i s gazom od 24,611 metara pri punom opterećenju nije mogao ploviti kanalom La Manche. To je najveći pokretni tehnički sustav (slika u sredini). Brodogradilišta na Dalekom istoku (slika lijevo) mogu porinuti oko 30 brodova godišnje. Takva učinkovitost dijelom je posljedica visoke automatizacije izrade koja može obuhvatiti i 70 posto proizvodnih procesa. U brodogradnji su rijetke serijske proizvodnje, a kada ih i ima onda su vrlo male. Automatizacija je zastupljenija u početku izgradnje broda pri izradi sekcija. S povećanjem visine rad postaje sve teži. Veličina broda jako utječe na mogućnost robotizacije.

Najrašireniji način izrade trupa broda je zavarivanjem čeličnih ploča. Prije zavarivanja limovi trupa spajali su se zakovicama. Zavari su se pokazali boljima: znatno su lakši, otporniji su na sol, spojevi su nepropusni za vodu i ulje i zahtijevaju malo naknadnog održavanja. Zavarivanjem se postiže glatkoća trupa što snižava otpore plovidbe i smanjuje količinu pogonskog goriva. Najvažnije je, ipak, to da se zavareni spojevi lakše izrađuju što skraćuje vrijeme gradnje. Danas se za strojna zavarivanja točno izračunavaju pozicije gibanja alata za zavarivanje, ali se predviđaju i promjene oblika dijelova nakon procesa zavarivanja što je vrlo važno zbog akumulacije deformacija.

No zavarivanje je najskuplji i najdugotrajniji dio proizvodnog ciklusa izrade brodova. Zbog toga fleksibilna automatizacija zavarivanja ima velik utjecaj na konkurentnost brodogradilišta.

Robotika se smatra jednim od ključnih čimbenika tržišne konkurentnosti suvremenog brodogradilišta bez koje nije moguća gradnja brodova prema propisanim standardima. Robotika omogućava i nižu cijenu i konkurentnost u isporuci, kao i fleksibilnost u zavarivanju. Tako se skraćuju i rokovi isporuke plovila.

U brodogradnji se najviše koristi točkasto i elektrolučno zavarivanje. U općoj industriji (poput automobilske) najčešća primjena robota je upravo kod elektrolučnog zavarivanja. Zavarivanje robotima bolje je od ručnog jer povećava brzinu rada i, posebno, zbog kvalitete (ujednačenosti) izvedbe zavara čime se smanjuje mogućnost propusnosti trupa na spojevima.

Postupak zavarivanja vrlo je osjetljiv na promjenu parametara zavarivanja kao što su struja, napon, brzina zavarivanja, zaštitni plin, duljina luka i sl. Mala promjena u razmaku između plamenika za zavarivanje i lima može uzrokovati znatne promjene u strukturi zavara. Kod robotskog zavarivanja nema ljudskih grešaka. Robotsko zavarivanje u brodogradnji je i isplativije, a postoje i druge prednosti uvođenja u brodogradnju.

PRIMJENE ROBOTA U BRODOGRADNJI. Najzastupljenija je primjena robota na zavarivanju segmenata i sekcija trupa broda (slike lijevo i desno). No da bi se uspješno robotiziralo proizvodnju potrebno je od samog početka konstruiranja broda koristiti suvremene softvere za oblikovanje (CAD) i izradu (CAM i CAE) kako bi se osigurala brza izrada (digitalne) dokumentacije, izrada i montaža dijelova i sklopova i na kraju kontrola izvedenoga. Na slici u sredini prikazan je brod projektiran u 3D-vizualnoj tehnici u brodogradilištu “Uljanik”. Na tržištu je danas prisutno više desetaka specijaliziranih softvera za razvoj, projektiranje, konstrukciju i izradu broda tako da je nove izgradnje moguće simulacijski (virtualno) provesti off-line sve do trenutka porinuća.

REZANJE I SAVIJANJE LIMA. Izrada i najvećeg trupa broda, poput tankera s dvostrukim dnom (slika u sredini) započinje izrezivanjem limova prema digitalnim nacrtima. Za to se koriste velike CNC-rezalice za rezanje plazmom (slika lijevo). Izrezani limovi savijaju se prema obliku broda, npr. za zaobljeni “lukovičasti” pramac. Korejsko brodogradilište Hyundai Heavy Industries Co., vodeće po robotizaciji zbog učinkovitosti, sigurnost rada i smanjenje troškova uvelo je još 2018. godine robotski sustav za 3D-oblikovanje zakrivljenih limenih površina brodova opremljen visokofrekventnim induktivnim sustavom grijanja i višezglobnom rukom (slika desno). Sustav ima tri puta veću produktivnost uz ujednačeniju kvalitetu krajnjeg proizvoda. Takav robotski sustav donosi milijunske uštede u razdoblju od 10 do 20 godina korištenja.

Glavni razlozi uvođenja robota za zavarivanje u brodogradnju su nedostatak iskusnih kvalificiranih zavarivača, povećanje sigurnosti i kvalitete izvedbe te velik udio troškova rada u cijeni broda. Robot za zavarivanje u brodogradilištu može zadatak obaviti i 40% brže od ručnog zavarivača.

Prvi industrijski roboti za zavarivanje primijenjeni su u brodogradnji 80-ih godina u Japanu dok je u Europi, SAD-u i Južnoj Koreji primjena kasnila cijelo desetljeće. Južnokorejski Hyundai Heavy Industries, najveći svjetski brodograditelj koji je i proizvođač robota, uveo je robote za zavarivanje u svoja brodogradilišta 2013. godine. No unatoč svim prednostima broj robota za zavarivanje u brodogradnji nije ni približan broju u drugim industrijskim sektorima. Robotizacija zahtijeva visoka početna ulaganja i visokoobrazovano osoblje. Početna faza robotizacije uključuje visoka kapitalna ulaganja, a brodogradnja ima spor povrat uloženog kapitala. Ipak, danas su uvjeti robotizacije brodogradnje povoljniji nego prije: od vremena prvih primjena robota u brodogradnji troškovi rada su dvostruko viši, a cijene robota dvostruko niže.

ZAVARIVANJE ELEMENATA SEKCIJA MOSTNIM ROBOTIČKIM SUSTAVIMA. Brodogradnja ima posebne zahtjeve prema robotskom zavarivanju u usporedbi s drugim industrijama što stvara visoke investicijske troškove uvođenja robotizirane proizvodne linije. Veliki brodovi izgrađuju se zasebno u sekcijama koje se naknadno spajaju. Spajanjem sekcija povećavaju se i greške izrade koje su posljedica deformacija uzrokovanih unosom topline tijekom mnogobrojnih zavarivanja. I u brodogradnji se koriste uobičajene robotske ruke za zavarivanje, no one su zbog velikih dimenzija obradaka učvršćene na pokretne konzole s X-, Y- Z-hodovima od više desetaka metara (slike desno i u sredini). Dijelovi za zavarivanje pozicionirani su prema računalnom (CAD) modelu izrade. Robot se programira off-line tako da je moguće istovremeno nadzirati rad više robotičkih ruku (slika lijevo). Uvode se i roboti s autonomnom navigacijom i 3D-videosustavima koji sami identificiraju mjesta spajanja. Automatizacija doseže i do 68% proizvodnje što povećava produktivnost i kvalitetu.

ROBOTI U REMONTU I ODRŽAVANJU. Osim u izradi broda roboti se koriste i u završnim radovima površinske zaštite. Na slici lijevo prikazan je teleoperacijski sustav za obavljanje poslova na čišćenju i bojanju trupa broda. Poslovi poput skidanja hrđe pjeskarenjem ili bojanja trupa dugotrajno se rade na velikim visinama i uz visoke mjere zaštite za ljude. Razvoj sustava financirala je Mornarica SAD-a. U održavanju brodova sve se više koriste robotizirane ronilice za čišćenje dijelova broda pod vodom bez izvlačenja na dokove.

Mala i srednja brodogradilišta nisu mogla postići visoku iskoristivost robota pa je period amortizacije dugačak. S pojavom jeftinih cobota prilike se mijenjaju na bolje.

Jedno od najnaprednijih i najučinkovitijih svjetskih brodograditelja, južnokorejski Samsung Heavy Industries, uspješno poslovanje temelji na visokoj automatiziranosti gradnje LNG-brodova ili ultravelikih kontejnerskih brodova. Robotika omogućava kvalitetnu cijenu i konkurentnost u isporuci, kao i fleksibilnost u zavarivanju. Tako se skraćuju i rokovi isporuke plovila.

Usavršavanje softvera omogućuje sigurno upravljanje automatiziranim sustavima i bez visoke stručnosti što dodatno potiče širenje robota u brodogradilištima različitih veličina. Operater ne treba robotu ručno dodjeljivati zadatke niti ga nadzirati pa može kontrolirati i do šest robota odjednom. U slučaju kvara ili potrebe za servisom, robot se samostalno postavlja u servisni položaj. Nakon popravka vraća se tamo gdje je bio prekinut. Softver obuhvaća brojne funkcionalnosti za automatsko geometrijsko prepoznavanje 3D-oblika i generiranje zadataka zavarivanja ili off-line programiranja robota za zavarivanje.

Osim u zavarivanju roboti se sve više koriste i kod remonta i inspekcije posebice u cijevima ili na teško dostupnim mjestima. Sve češće su uporabe na poslovima čišćenja i bojanja trupa koji su zbog visine i opsega opasni i zamorni za ljude.

Posebne robotske ronilice opremljene različitim uređajima za detekciju oštećenja ili čišćenje trupa i propelera pod vodom stvaraju sasvim nova radna pravila u tradicionalno teškim i skupim poslovima.

Igor Ratković

Uništena američka raketa za prijevoz turista do ruba svemira

Put u svemir popločen je neumitnim padovima

Od Gagarinova leta u svemir (12.4.1961.) do danas u svemirskim brodovima na putu u svemir ili pri povratku iz svemira smrtno je stradalo osamnaest (18) svemirskih letača. Četiri smrtna slučaja broje Rusi, a četrnaest Amerikanci. Dosad je šestotinjak ljudi imalo prigodu, na ovaj ili onaj način, prijeći Karmanovu liniju koja označava početak svemira na visini od 100 km iznad razine mora. To nam daje nešto bolji rezultat od izraču- natog tehničko-statističkog uzorka od oko 4% šanse za smrtni ishod prilikom letova u svemir ili iz svemira. S tim izgledima svemirski letači svjesno prihvaćaju izazov pogleda na Zemlju “odozgo”! Zadnji gubitak ljudskih života dogodio se 1.2.2003., tragedija američkog raketoplana Columbia kojom je prilikom smrtno stradalo sedmero astronauta.

U ponedjeljak, 12.9.2022. u 16:26 po našem vremenu (UT+2) s raketodroma Van Horn, Texas, SAD, na suborbitalni let krenula je Blue Originova