Automatyzacja w przemyśle stoczniowym: wpływ i opłacalność

Automatyzacja w przemyśle stoczniowym radykalnie zmienia sposób projektowania, produkcji i konserwacji statków – od maszyn CNC, przez roboty spawalnicze, aż po cyfrowe bliźniaki i Przemysł 4.0. Jeśli jako stocznia lub dostawca chcieliby Państwo dowiedzieć się, jak ta transformacja wpływa na ekonomię i jakich specjalistów wymaga, niniejszy artykuł przedstawia zarówno przegląd technologii, jak i skutków ekonomicznych.

W jaki sposób przemysł stoczniowy ewoluował od rzemiosła do automatyzacji?

Podobnie jak w innych gałęziach przemysłu, automatyzacja spowodowała głębokie zmiany również w przemyśle stoczniowym. Systemy cyfrowe, sztuczna inteligencja i roboty zmieniają sposób projektowania, produkcji i konserwacji statków, przejmując przy tym coraz więcej zadań.

W niemieckim przemyśle stoczniowym automatyzacja ma przede wszystkim wzmocnić konkurencyjność przedsiębiorstw. Ta zmiana ma skutki gospodarcze i społeczne oraz pozwala dostrzec, które technologie i kwalifikacje zyskają na znaczeniu w przyszłości.

Budowa statków do dziś ma silny charakter rzemieślniczy. Dawniej na stoczniach dominowały ręczne procesy produkcyjne. Różnorodność projektów statków, duże elementy konstrukcyjne oraz praca na świeżym powietrzu utrudniały standaryzację i automatyzację wielu procesów. Specjaliści zajmowali się między innymi cięciem blach stalowych, spawaniem sekcji oraz wykończeniem wnętrz. Wykorzystywano przy tym również maszyny, które w większości były obsługiwane ręcznie.

W jaki sposób cyfryzacja zmieniła proces projektowania statków?

Cyfryzacja otworzyła nowe możliwości w zakresie projektowania i przyczyniła się do dalszej automatyzacji w przemyśle stoczniowym. Rysunki w formie papierowej były coraz częściej zastępowane cyfrowymi modelami projektowymi. Dzięki nim konstruktorzy i inżynierowie mogą projektować statki i podzespoły na komputerze, symulować ich właściwości oraz skutecznie wprowadzać zmiany. Cyfrowe dane konstrukcyjne można ponadto wykorzystać w kolejnych etapach produkcji.

Jaką rolę odgrywają maszyny CNC we współczesnym przemyśle stoczniowym?

Maszyny CNC stanowią ważny element zautomatyzowanej produkcji. Skrót CNC oznacza „Computerized Numerical Control“, czyli komputerowe sterowanie numeryczne. Dzięki temu można na przykład precyzyjnie przycinać blachy zgodnie z cyfrowymi wytycznymi. Urządzenia sterowane komputerowo przejmują ponadto inne zadania, na przykład w zakresie spawania. Uzupełniają one ręczne procesy produkcyjne i zastępują poszczególne etapy pracy.

Przemysł stoczniowy w Niemczech rozwija się pod względem technologicznym. Cyfrowe systemy produkcji, robotyka i rozwiązania oparte na sztucznej inteligencji otwierają nowe możliwości usprawnienia procesów produkcyjnych. Zakres wykorzystania tych technologii różni się jednak w zależności od stoczni, typu statku i obszaru produkcji.

Gdzie obecnie wykorzystuje się roboty w przemyśle stoczniowym?

Do obszarów zastosowań robotów w przemyśle stoczniowym należą spawanie, cięcie płomieniowe i laserowe, malowanie oraz montaż elementów. Mogą one odciążyć pracowników przy czynnościach wymagających dużego wysiłku fizycznego lub niebezpiecznych oraz wykonywać powtarzalne czynności z dużą precyzją. W odpowiednich warunkach eksploatacyjnych ta dokładność utrzymuje się nawet podczas długotrwałej pracy. Warunkiem tego jest odpowiednie oprogramowanie, regularna konserwacja oraz monitorowanie jakości procesu.

W jaki sposób roboty spawalnicze przynoszą korzyści okrętom marynarki wojennej i statkom wycieczkowym?

W budowie okrętów wojskowych i statków wycieczkowych roboty spawalnicze zapewniają korzyści zwłaszcza w przypadku łatwo dostępnych, powtarzalnych zadań spawalniczych. Przy odpowiednim przygotowaniu elementów i dostosowanych parametrach procesu zapewniają one precyzyjne spoiny oraz stałą jakość. Ich wysoka powtarzalność sprzyja niezawodnej produkcji podobnych elementów.

Czym są cyfrowe bliźniaki i w jaki sposób wykorzystuje je sztuczna inteligencja?

Bliźniaki cyfrowe to wirtualne odwzorowania statków, podzespołów lub systemów technicznych. Łączą one modele cyfrowe z odpowiednimi danymi konstrukcyjnymi, produkcyjnymi lub eksploatacyjnymi. W zależności od wariantu wspierają one prace projektowe, planowanie eksploatacji, a także konserwację i modernizację statku.

Symulacje pozwalają na przykład badać zachowanie przepływu przy różnych kształtach kadłuba i śruby napędowej, a także oszacować zapotrzebowanie na energię i obciążenia elementów konstrukcyjnych. Sztuczna inteligencja pomaga w analizie danych i identyfikacji odpowiednich wariantów projektowych. Na tej podstawie inżynierowie mogą zoptymalizować konstrukcję rzeczywistego statku i przewidzieć wzmocnienia tam, gdzie są one konieczne.

W jaki sposób Przemysł 4.0 łączy ze sobą poszczególne etapy produkcji w stoczni?

W stoczni pojęcie „Przemysł 4.0” oznacza cyfrowe połączenie maszyn, systemów i procesów produkcyjnych. Obejmuje ono wszystkie etapy – od planowania i zaopatrzenia w materiały po montaż końcowy i wyposażenie. Wspólne wykorzystanie danych pomaga lepiej skoordynować poszczególne etapy pracy.

Sieć pozwala na wczesne wykrywanie źródeł błędów i wąskich gardeł. Dzięki odpowiedniemu gromadzeniu danych można monitorować odchylenia w czasie rzeczywistym i niezwłocznie podejmować działania zaradcze. W ten sposób zaangażowane zespoły mogą lepiej koordynować swoje prace i ograniczać opóźnienia.

W ten sposób specjaliści mogą montować urządzenia i systemy zasilające w sekcjach statku już na etapie prefabrykacji, zanim dostęp do nich stanie się utrudniony podczas łączenia kadłuba. Skoordynowane planowanie określa, które zespoły będą działać w danym momencie i jakich materiałów będą potrzebować. Systemy cyfrowe mogą wspomagać tę koordynację.

Jakie skutki gospodarcze niesie ze sobą automatyzacja w przemyśle stoczniowym?

Automatyzacja wpływa na rentowność niemieckich stoczni. Może ona zwiększyć wydajność, zoptymalizować zużycie materiałów i obniżyć koszty produkcji. Może to wzmocnić konkurencyjność. Potencjalnym oszczędnościom przeciwstawiają się jednak koszty związane z zakupem, integracją, konserwacją i szkoleniami. To, czy inwestycja się opłaca, zależy między innymi od stopnia wykorzystania mocy produkcyjnych oraz konkretnych zadań produkcyjnych.

Jakie korzyści dla efektywności kosztowej i wydajności niesie ze sobą automatyzacja?

Automatyzacja zwiększa wydajność i opłacalność stoczni. Roboty i maszyny CNC przejmują odpowiednie etapy pracy, takie jak cięcie blach stalowych czy spawanie elementów konstrukcyjnych. Cyfrowe systemy sterowania kontrolują i monitorują te procesy. W zależności od zastosowania wynikają z tego następujące korzyści:

• wyższa precyzja i mniejszy wskaźnik błędów
• krótszy czas realizacji i bardziej wydajna produkcja
• lepsze wykorzystanie materiałów i mniej odpadów
• bardziej jednolita jakość i potencjalnie niższe koszty jednostkowe
• lepsze możliwości planowania i wsparcie w zakresie zapewnienia jakości
• elastyczne dostosowanie do różnych zadań produkcyjnych w przypadku odpowiednio zaprojektowanych instalacji

Do obsługi zautomatyzowanych instalacji stocznie potrzebują wykwalifikowanych specjalistów, którzy będą programować, monitorować i konserwować te systemy. Wymagane jest przy tym połączenie wiedzy rzemieślniczej z umiejętnościami w zakresie cyfrowej techniki sterowania. Jeśli w firmie brakuje odpowiednich specjalistów, wyspecjalizowane agencje pracy tymczasowej mogą pomóc w tymczasowym zaspokojeniu zapotrzebowania na personel.

Dlaczego powtarzalność poprawia jakość produkcji?

Istotną zaletą zautomatyzowanych procesów jest ich wysoka powtarzalność. W odpowiednich warunkach roboty powtarzają zaprogramowane sekwencje ruchów z niewielkimi odchyleniami. Sprzyja to utrzymaniu stałej jakości produkcji, zwłaszcza w przypadku powtarzających się zadań.

Podczas spawania roboty poruszają się zgodnie z ustalonymi torami ruchu i parametrami procesu. W przypadku wykrycia błędów należy sprawdzić ich przyczyny i odpowiednio dostosować np. oprogramowanie, pozycjonowanie elementów lub parametry spawania. Również procesy zautomatyzowane wymagają bieżącej kontroli jakości.

Dobrze skoordynowane, zautomatyzowane procesy poprawiają jakość produkcji oraz ograniczają nakłady związane z poprawkami i zmniejszają ilość odpadów. Wielkość oszczędności zależy od konkretnego procesu, jakości elementów oraz dotychczasowych warunków produkcji. Mniejsza liczba wadliwych elementów i mniej poprawek obniżają koszty produkcji.

W jaki sposób automatyzacja skraca czas realizacji dużych projektów?

Sieci cyfrowe ułatwiają koordynację poszczególnych etapów pracy oraz równoległe planowanie odpowiednich zadań. Zautomatyzowane instalacje dodatkowo skracają czas realizacji poszczególnych etapów produkcji. To, w jakim stopniu skraca to całkowity czas realizacji, zależy między innymi od dostępnych mocy produkcyjnych, zaopatrzenia w materiały oraz zależności między poszczególnymi zadaniami.

Zstandaryzowane i zautomatyzowane procesy przynoszą korzyści zwłaszcza w przypadku powtarzających się elementów konstrukcyjnych lub wielu statków z tej samej serii. Może to mieć miejsce na przykład przy budowie podobnych promów lub okrętów wojskowych. Jednak sama skala projektu nie sprawia jeszcze, że budowa statków staje się produkcją seryjną.

Automatyzacja przyczynia się ponadto do lepszego wykorzystania mocy produkcyjnych urządzeń wymagających dużych nakładów kapitałowych. Odpowiednio zaprojektowane systemy robotyczne umożliwiają długi czas pracy oraz tryb wielozmianowy. W tym celu należy zapewnić konserwację, zaopatrzenie w materiały, monitorowanie procesów oraz dostępność wykwalifikowanego personelu.

Uwaga: Specjaliści ds. programowania, monitorowania i konserwacji zautomatyzowanych systemów produkcyjnych mogą być zatrudniani w ramach wypożyczania pracowników. Należy przy tym przestrzegać przepisów ustawy o wypożyczaniu pracowników (AÜG). Więcej na ten temat można przeczytać w naszym artykule na temat Ustawa o pracy tymczasowej (AÜG). O tym, jak cyfryzacja i doskonalenie zawodowe wzajemnie na siebie oddziałują, przeczytacie w naszym artykule na temat Cyfryzacja i doskonalenie zawodowe w przemyśle stoczniowym.

Wnioski

Automatyzacja zmienia niemiecki przemysł stoczniowy, uzupełniając jego rzemieślnicze atuty o procesy cyfrowe i zautomatyzowane. Maszyny CNC, roboty spawalnicze, cyfrowe bliźniaki i połączone w sieć systemy produkcyjne mogą poprawić precyzję, jakość i wydajność, a także skrócić czas realizacji. To, czy ich zastosowanie jest opłacalne ekonomicznie, zależy od konkretnych warunków produkcji oraz kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych. Kluczową rolę nadal odgrywają wykwalifikowani specjaliści, którzy łączą wiedzę rzemieślniczą z kompetencjami w zakresie sterowania cyfrowego.

FAQ

W jaki sposób przemysł stoczniowy ewoluował od rzemiosła do automatyzacji?

Tradycyjne, rzemieślnicze metody budowy statków były stopniowo uzupełniane o zmechanizowane, sterowane komputerowo i połączone w sieć cyfrowe procesy. Obecnie cyfrowe modele konstrukcyjne wspomagają projektowanie, podczas gdy maszyny CNC i roboty przejmują odpowiednie etapy produkcji. Wiedza rzemieślnicza nadal pozostaje niezbędna.

Jakie znaczenie mają maszyny CNC w przemyśle stoczniowym?

Skrót CNC oznacza „Computerized Numerical Control“, czyli komputerowe sterowanie numeryczne. Maszyny CNC wykonują operacje obróbcze zgodnie z zaprogramowanymi wytycznymi i są wykorzystywane na przykład w przemyśle stoczniowym do precyzyjnego cięcia blach.

Gdzie obecnie najczęściej wykorzystuje się roboty w przemyśle stoczniowym?

Do obszarów zastosowań należą spawanie, cięcie płomieniowe i laserowe, lakierowanie oraz montaż podzespołów. To, jakie zadania przejmują roboty, zależy od wyposażenia stoczni oraz wymagań danego procesu produkcyjnego.

Czym jest cyfrowy bliźniak w przemyśle stoczniowym?

Cyfrowy bliźniak to wirtualny obraz statku lub jednego z jego systemów, powiązany z odpowiednimi danymi projektowymi, produkcyjnymi lub eksploatacyjnymi. Może on wspierać procesy projektowania, symulacji, konserwacji i modernizacji. Sztuczna inteligencja może być wykorzystywana jako uzupełnienie analizy danych.

Co oznacza Przemysł 4.0 dla stoczni?

Przemysł 4.0 oznacza cyfrowe połączenie maszyn, systemów i procesów produkcyjnych. W stoczniach może on usprawnić koordynację działań od etapu planowania aż po montaż końcowy oraz przyczynić się do wczesnego wykrywania źródeł błędów i wąskich gardeł.

W jakim stopniu automatyzacja zmniejsza liczbę błędów w przemyśle stoczniowym?

Zautomatyzowane procesy mogą ograniczyć liczbę błędów, ilość odpadów i konieczność ponownej obróbki. Stopień zmniejszenia wskaźnika błędów zależy od procesu produkcyjnego i konkretnych warunków wyjściowych. Bez wiarygodnych danych nie można podać ogólnej wartości procentowej.

W jaki sposób automatyzacja wpływa na czas realizacji dużych projektów?

Automatyzacja może przyspieszyć poszczególne etapy produkcji. Cyfrowa integracja dodatkowo ułatwia koordynację i równoległe planowanie odpowiednich prac. To, o ile skróci się czas realizacji dużego projektu, zależy od organizacji, dostępnych mocy produkcyjnych oraz zaopatrzenia w materiały.

Jakich specjalistów potrzebują zautomatyzowane stocznie?

Poszukiwani są specjaliści, którzy łączą umiejętności rzemieślnicze z wiedzą z zakresu cyfrowej techniki sterowania. Do ich zadań należy na przykład programowanie, monitorowanie i konserwacja maszyn CNC oraz systemów robotycznych.