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为海工装备产业的高质量发展保驾护航

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发布时间:2021-07-23 15:40阅读次数:1616来源单位:党委宣传部(新闻中心挂靠) 责任编辑:陈妍

如何突破水下焊接作业的风险,使船舶得到及时检修?如何有效解决海工行业检修人员缺乏问题

近日,我校电气工程学院学生言淳恺团队研发了一款集水下目标识别、表面清理、无损探伤和湿法焊接多功能于一体的水下自主检修机器人,为海工企业未来的检修工作提供了新的方向。他们的作品“智能水下自主检修机器人”人工智能成功运用于船舶行业中,有力推动了海工装备产业的高质量发展,为中国造增添了一份青年力量。

立足现状创新设想

在人口增长、经济繁荣、科技发展的21世纪,如何最大程度地开发、利用能源,成了人类发展中的重大难题。相对日益减少的陆地资源,占据地球表面积百分之七十一的海洋显然是最大的“潜力股”。如今,海洋工程产业已涉及油气、风电等多个领域,对人类社会经济生活的影响日益广泛和深入。但随着海工产业的发展,相关问题也暴露了出来。

“我们在南通当地进行实地考察的时候发现,能够进行船舶检修的工人非常紧缺,这一领域存在巨大缺口,” 团队负责人言淳恺说。南通滨江临海具有得天独厚的船舶工业发展条件其船舶和检修行业可以在全国排到前四,是我国重要的船舶制造基地之一。“南通优越的地理条件为我们项目的进行提供了很大的便利,也让我们对于这一行业的问题有了更加深入的了解。”在开沙岛考察时,成员们了解到水下检修作业对于工人的要求非常之高,且水下焊接的危险系数较大,作业效率低,行业内能够下水检修的专业人员非常少。就船级社今年公布的数据,持有无损探伤水下焊接证书的人全国不超过150个,这导致在现如今船舶检修行业存在巨大的缺口。“即使开出20万的月薪,能做、愿意做的人也很少。”言淳恺感叹道。

面对这项难题,团队成员提出了解决设想——或许可以设计研发出一款机器代替人类下水作业。“目前市面上已有相关的机器人,美国Oceaneering公司为协助人工建造海上风电研发过一款机器人,天津的深之蓝公司面向管道泄漏问题也研发过相关的机器人,但都无法进行真正的检修。”成员施可昕说。带着这样的想法,团队成员开始了实地考察,从开沙岛到长江,每一寸土地都留下了他们的足迹。

“我们想要做的是打造一款真正能够进行水下检修的机器。”对于团队来说,填补相关企业的用人缺口、降低工作危险性、提高水下检修作业的效率是整个项目建立的初衷。


分组攻克创新实践

20199月立项开始,团队的每一位成员就将自己所有的可用时间投入研究。团队由八人组成,分工明确。周亮亮负责焊接、采集数据,施可昕专攻无损探伤,郭九榕负责整个系统的搭建,四个大二的成员则主要负责搜索资料,研究别人搭建的模型并复现。“这套机器实现了水下目标识别、表面清理、无损探伤和湿法焊接等功能的一体化,是我们最大的创新点。”言淳恺笑着说。

机器人进行水下作业的首要步骤就是进行目标识别。系统会根据图片原理,基于先验机制,依次划分海底线和目标结构件,实现粗定位。“我们曾经去如东的龙源发电厂进行实地考察,发现江海里的水非常浑浊,水质问题对水下能见度产生的影响是很大的。”为了解决这个问题,团队在原有的基础上运用声呐增强声信号,并且在机器上添加辅助光源和片镜片,在后期图像上也做了增强处理。

由于长时间的浸泡,桩基础和船底板的表面会有海洋生物附着,因此目标识别结束后需要用高压水射流清理表面后再进行无损探伤。“无损探伤涉及到的专业知识都是我们没有接触过的,所以很多时候需要自学。”施可昕说。为了攻克这一难题,她翻阅相关资料,必要时向指导老师和技术员求教。“一开始我们尝试用单一的超声波技术进行探伤,在指导老师杨慧的提点下,我们选择将超声波和视觉探视相结合。” 最终,设备达到了误差小于1.8mm的精准搜查

如果说之前的步骤为船舶的检修做好了充分准备的话,那么接下来的湿法焊接就对于船舶的维修至关重要。在检修的过程中,机器人不一定能精准地找到损伤的裂纹,因此团队需要利用结构光来增强焊缝特征,以便摄像头快速找到缺陷处,跟踪路径,进行焊接。“因为操作相对繁琐,我们在湿法焊接方面耗费了将近一年的时间。”言淳恺说道。通过不断试错推演,团队终于克服了水下焊接修复的难点,实现了水深小于5m稳定焊接作业。

此外,团队还自主设计了直角坐标机械臂和辅助环保装置,这些装置提升了机器人不同水域的作业能力,使得产品不仅适用于船舶维修,还面向海上风电。最终,团队的辛苦没有白费,他们的产品突破了水下复杂环境中全自主测控技术瓶颈,拥有三项软件著作,四项发明专利。


团队协作勇攀高峰

“这是一支非常有纪律的团队。” 团队的指导老师杨慧这样评价道。作为团队的负责人,言淳恺把准备项目的过程称为“上班”。他们日常研究的作息是“九、十二、七”,即每天早上九点工作到晚上十二点,一个星期工作七天。任务繁重时忙到凌晨也是常有的事。团队每一位成员都把这份工作融入了生活,他们牺牲了所有节假日,把每天都当作工作日,全年无休。“我们已经很久没有放过假了。”施可昕笑道。

作为项目的负责人,言淳恺每周都会组织团员开例会,明确每一个人一周的工作进程。“我们开会的时候还是很严肃的,这是做科研必须的一个态度。”言淳恺说。团队在实验室外建了一个专门用于模拟实验的水池。无论寒冬酷暑,只要需要实验,成员们都必须身着厚厚的潜水服下水,一工作就至少是半天。对于下水实验,郭九榕早已习以为常:“夏天最热的时候下水长时间作业,身体会产生不适,头晕目眩、呕吐、脱水都是常有的事,咬咬牙就忍过去了。”因为经常下水做实验,团队的成员们都戏称他为“下水达人”。

而在今年的“挑战杯”比赛中,这个团队更是用行动证明了自己。省赛结束后,由于设备作业时缺乏稳定性,专家建议团队研发一款环抱装置,此时距离国赛网报材料提交只剩十六天的时间。“当时感觉这是不可能完成的任务。”言淳恺回忆道。在这有限的时间里,成员们从环抱装置的设计开始,一起谈论、实验,日日加班到凌晨两三点。最终,团队在硬件选择和物理选择方面实现突破,完成了这项“不可能”完成的任务。

如今,团队研发的“智能水下检修机器人”已与多家企业进行了合作。设备帮助江苏海上龙源风电法力有限公司巡检96台风力发电机组,发现轻度腐蚀共18处。今年上半年,团队又与大连中远海运海事工程技术有限公司南通分公司合作,对万吨级船舶检修,提高了检修作业效率,在船侧板的检修中也发挥了重要作用,未来也有望投入生产使用。

“既然决定要做一件事,就必须完完全全投入它,把它做到极致。”言淳恺说,他希望未来智能检修机器人会探索在祖国的每一片江海,他们也能开拓出一片属于自己的天地,让自己的青春不留遗“焊”。

(校报学生记者 李淑媛 詹梓榆

团队成员现场调试机器人。


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