船舶工業(yè)發(fā)展概況

     船舶工業(yè)擔(dān)負(fù)著為海軍、航運(yùn)和海洋工程提供主要裝備的重任，是重要的國防工業(yè)，是保障國家安全的重要戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。毛澤東同志早就發(fā)出過“我們一定要建設(shè)一支強(qiáng)大的海軍”的偉大號召；鄧小平同志做出了“中國船舶要出口，要打入國際市場”的戰(zhàn)略決策；胡錦濤同志為核心的中央領(lǐng)導(dǎo)集體指示“我國不僅要成為世界第一造船大國，還應(yīng)努力成為世界造船強(qiáng)國”。

     綜觀近代世界船舶工業(yè)的發(fā)展，一個重要特征表現(xiàn)為造船基地從歐洲---日本—-韓國—-向中國的演變和轉(zhuǎn)移。國際造船中心在上世紀(jì)50年代開始從西歐轉(zhuǎn)向日本，日本以10年的時間發(fā)展成為世界第一造船大國；70年代開始轉(zhuǎn)向韓國，韓國以9年的時間超過歐美成為世界第二大造船國，并在上個世紀(jì)90年代開始趕超日本，于21世紀(jì)初成為世界造船工業(yè)的新寵；隨著世界船舶工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，中國憑借其資源、成本和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)等綜合優(yōu)勢，正在成為承接國際造船業(yè)轉(zhuǎn)移的最佳區(qū)域，并且自1995年以來一直保持著世界造船總量第三的地位，特別是2002年以后進(jìn)入高速發(fā)展階段，所占世界造船量的比重呈明顯大幅上升之勢。表1為1995—2004年日韓中三國造船完工量及占世界比重一覽表。2005年中國造船產(chǎn)量已達(dá)到1212萬載重噸，約占世界造船份額的18%。可以預(yù)見，日本造船業(yè)在世界市場上的份額下降不可避免，而韓國造船工業(yè)也已進(jìn)入成熟期，中國則剛剛進(jìn)入成長期，還有較長時期的快速發(fā)展過程。世界造船業(yè)的分布格局已經(jīng)由原來的日本、韓國和其他（歐洲、中國）的老三極格局，發(fā)展為日本、韓國、歐洲和中國的四極格局，目前，正在向韓國、日本、中國的新三極格局演變。

表1   1995—2004年日韓中三國造船完工量及占世界比重一覽表  單位：萬總噸①

年份

國家 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003②

萬載重噸 2004③

萬載重噸    

日本 931 1015 988 1027 1105 1202 1202 1196 2040 2300    

比重（%） 41.1 39.3 38.7 40.3 39.7 37.9 38.4 35.8 37.1 37.2    

韓國 622 738 823 725 916 1223 1161 1297 2270 2260    

比重（%） 27.5 28.6 32.2 28.5 32.9 38.6 37.1 38.9 41.3 36.5    

中國 95 110 148 147 159 165 183 221 570 855    

比重（%） 4.2 4.3 5.8 5.8 5.7 5.2 5.8 6.6 10.4 13.8    

世界合計 2265 2584 2554 2546 2782 3170 3129 3338 5500 6190  

資料來源：①《中國船舶工業(yè)統(tǒng)計年鑒》2003等資料。②克拉克松公司研究報告。③2004年船舶工業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析，中國船舶報，2005－2－25②。

 

     目前，我國造船業(yè)主要集中在長江口、環(huán)渤海灣和珠江口，三大造船基地占據(jù)全國造船總量的絕對多數(shù)。其中，長江三角洲所占比例最高，已經(jīng)占據(jù)全國半壁以上江山，且比例不斷增加；環(huán)渤海地區(qū)占全國總量的四分之一左右；珠江三角洲所占比例為五分之一左右。可以說，中國造船業(yè)在地區(qū)分布上具有明顯的地區(qū)相對集中現(xiàn)象，且有進(jìn)一步向長江三角洲地區(qū)相對集中的可能。從城市分布來看，我國造船業(yè)主要集中在上海、大連、廣州、南通、泰州等城市，這五個城市造船量合計占全國造船總量的70％以上。

     依據(jù)我國船舶工業(yè)發(fā)展規(guī)劃，預(yù)計到2015年，中國造船產(chǎn)量將達(dá)到2400萬噸，占世界市場的份額將達(dá)到35％，到2020年，我國造船技術(shù)水平將達(dá)到或接近世界先進(jìn)水平，中國將一躍成為世界第一造船大國。為了實現(xiàn)這一宏偉藍(lán)圖，中國正在加快建設(shè)以上海長興島、廣州龍穴島、青島海西灣為核心的大型船舶工業(yè)基地。上海、遼寧、天津、山東、江蘇、浙江、福建、廣東等省市都相繼提出了船舶工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，進(jìn)行了相當(dāng)規(guī)模的船舶工業(yè)投資建設(shè)。

     隨著三大船舶工業(yè)基地的建設(shè)，各地方船舶工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，我國船舶工業(yè)必將實現(xiàn)“形成與先進(jìn)造船國家抗衡的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和規(guī)模，形成以大企業(yè)(集團(tuán))為主力、規(guī)模化與專業(yè)化相結(jié)合、軍民品協(xié)凋發(fā)展的產(chǎn)業(yè)格局，產(chǎn)業(yè)技術(shù)、配套能力、勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益全面進(jìn)步，并接近世界先進(jìn)水平”的中長期發(fā)展總體目標(biāo)。

     1 造船廠電焊機(jī)的使用現(xiàn)狀

     焊接技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)之一，造船焊接技術(shù)是現(xiàn)代船舶制造的關(guān)鍵工藝技術(shù)，在船體建造中，焊接工時約占船體建造總工時的30%～40%，焊接質(zhì)量是評價造船質(zhì)量的重要指標(biāo)，焊接效率直接影響到造船周期和船舶建造成本。因此任何一個造船廠都十分重視焊接設(shè)備的可靠性、先進(jìn)性和對船舶焊接工藝的適應(yīng)性。中國造船企業(yè)的技術(shù)水平、管理模式、基礎(chǔ)設(shè)施、造船歷史、企業(yè)性質(zhì)和所造船舶類型等千差萬別，因此使用的造船焊接技術(shù)和設(shè)備可謂大相徑庭。船舶建造模式可集中反映造船焊接技術(shù)水平及設(shè)備使用情況，因此我們可以根據(jù)世界造船模式的演變發(fā)展及各造船廠采用的造船模式，分析造船廠電焊機(jī)的使用現(xiàn)狀及未來的發(fā)展。世界造船模式的演變發(fā)展過程如下：

整體造船模式----分段造船模式----分道造船模式----集成造船模式----敏捷造船模式

第一級        第二級         第三級         第四級        第五級

     最近幾年建立的一些小造船企業(yè)和沙灘船廠大致在第一級水平，按照整體造船模式組織生產(chǎn)。這些為數(shù)眾多的小造船廠在車間內(nèi)或地面上采用切割、輥壓、火焰加熱和人工錘擊等方法加工船體零件，然后采用螞蟻搬家的方法把零件運(yùn)到船臺，主要使用弧焊變壓器逐件焊接成為船體。各省市地方主要造船廠及一些規(guī)模較大的民營企業(yè)大致在第二級水平，按照分段造船模式組織生產(chǎn)。這些中型造船廠在車間內(nèi)裝配焊接船體分段，采用大型起吊、運(yùn)輸設(shè)備把分段運(yùn)到船臺總裝。主要使用的焊接設(shè)備為硅整流式多頭焊條弧焊機(jī)、晶閘管式CO2氣保焊機(jī)、晶閘管式埋弧焊機(jī)。中國船舶工業(yè)集團(tuán)公司、中國船舶重工集團(tuán)公司所屬主要造船廠及像中遠(yuǎn)川崎這樣的合資企業(yè)大致在第三級水平，按照分道造船模式組織生產(chǎn)。分道造船模式根據(jù)成組技術(shù)原理，以“中間產(chǎn)品”生產(chǎn)為導(dǎo)向，船體分段生產(chǎn)線上的平板拼接主要使用晶閘管式CO2氣保焊機(jī)（少數(shù)企業(yè)亦開始部分使用的逆變式CO2氣保焊機(jī)）、晶閘管式埋弧焊機(jī)；平角焊、立角焊工藝則使用CO2氣保焊機(jī)；管道生產(chǎn)線上的焊接作業(yè)主要使用TIG焊機(jī)和CO2氣保焊機(jī)；分段合攏時采用氣電立焊工藝而使用CO2氣保焊機(jī)。目前日本、韓國等國外先進(jìn)造船廠處于集成造船模式。集成造船模式雖然仍主要采用CO2氣保焊工藝和埋弧焊工藝，但高度機(jī)械化、自動化焊接設(shè)備和焊接機(jī)器人系統(tǒng)被廣泛采用。敏捷造船模式是當(dāng)前世界造船業(yè)正為之奮斗的船舶制造系統(tǒng)，具有模塊化、數(shù)字化造船的鮮明特點，毫無疑問只有自動化、數(shù)字化焊接設(shè)備才能適應(yīng)敏捷造船模式的要求。

      2 造船廠焊接設(shè)備的發(fā)展前景

      造船行業(yè)具有技術(shù)密集、資金密集、勞動力密集的突出特點。為了縮短造船周期、降低造船成本、保證焊接質(zhì)量、改善勞動條件，必須大力推廣應(yīng)用高效化焊接技術(shù)。CO2氣體保護(hù)焊和自動化焊接技術(shù)則是推動我國高效化造船焊接事業(yè)突飛猛進(jìn)的兩只強(qiáng)有力翅膀。

      2.1 逆變式CO2氣保焊機(jī) 

      造船廠廣泛應(yīng)用CO2氣保焊工藝最具有現(xiàn)實和長遠(yuǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價值。只有CO2氣保護(hù)焊的用量大幅度增加，才能減少焊工人數(shù)、減少焊條的用量、降低焊材與鋼材的比例、降低生產(chǎn)成本、提高造船焊接效率；并為實現(xiàn)焊接生產(chǎn)過程的機(jī)械化與自動化奠定基礎(chǔ)。雖然我國造船廠現(xiàn)在仍然主要應(yīng)用的是晶閘管式CO2氣保焊機(jī)，但逆變式CO2氣保焊機(jī)必將脫穎而出，在造船焊接中得到廣泛應(yīng)用。采用逆變式CO2氣保焊機(jī)可以充分利用弧焊逆變器控制性能優(yōu)異，動特性好的特點，實現(xiàn)可靠引弧、最佳收弧、低飛濺或無飛濺焊接；可以充分利用弧焊逆變器重量輕、體積小的特點，使得CO2氣保焊機(jī)非常適合造船廠焊機(jī)頻繁上下船臺、移動焊接工位、減少安裝位置；逆變式CO2氣保焊機(jī)效率高、功率因數(shù)高、購買價格快速下降，可減少用電成本和設(shè)備投資；逆變式CO2氣保焊機(jī)本身具有信息交換、界面接口、動態(tài)反應(yīng)、顯示存儲的良好平臺，特別適合作為自動化焊接系統(tǒng)的電源；逆變式CO2氣保焊機(jī)本身具有功率數(shù)字化、控制數(shù)字化、管理數(shù)字化的基礎(chǔ)，完全適應(yīng)今后數(shù)字化焊接的要求、滿足分道造船模式、集成造船模式和敏捷造船模式的需要。

      逆變式CO2氣保焊機(jī)要在造船廠迅速、廣泛推廣應(yīng)用，設(shè)計和制造時必須充分注意以下問題。

（1）進(jìn)一步提高逆變式CO2氣保焊機(jī)的可靠性  逆變式焊機(jī)在造船廠的推廣應(yīng)用與電建等行業(yè)相比是比較滯后的，其主要原因是由于造船廠焊機(jī)工作時間長、使用電流大、工作環(huán)境差，而且造船過程上下道工序時空相關(guān)性強(qiáng)、又要求造船周期越短越好。造船廠的這種生產(chǎn)特點理所當(dāng)然要求焊機(jī)可靠性要高、。華東船舶工業(yè)學(xué)院“中船總造船廠逆變式弧時機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景研究”課題組，在1998年初對中船總所屬25個造船廠使用逆變式弧焊機(jī)情況進(jìn)行了調(diào)查，當(dāng)時25家造船廠有各種逆變式弧焊機(jī)共321臺。按焊接方法分類：MMAW焊機(jī)有243臺，CO2氣保焊機(jī)有40臺，TIG焊機(jī)有38臺。按逆變式弧焊機(jī)使用的大功率開關(guān)器件分類：SCR逆變式弧焊機(jī)有209臺，IGBT逆變式焊機(jī)有110臺，GTR和MOSFET逆變式弧焊機(jī)各一臺。時間過去八年，IGBT逆變式焊機(jī)已經(jīng)取代了SCR逆變式焊機(jī)，技術(shù)之進(jìn)步顯而易見，然而逆變式弧焊機(jī)在造船廠的推廣應(yīng)用仍然不夠理想。我們應(yīng)該化極大的精力，從技術(shù)原理和生產(chǎn)制造兩方面加倍努力，進(jìn)一步提高逆變式CO2氣保焊機(jī)的可靠性，提供令造船廠信得過的高可靠性逆變式CO2氣保焊機(jī)。軟開關(guān)式逆變CO2氣保焊機(jī)可顯著減少大功率開關(guān)管的開關(guān)應(yīng)力、開關(guān)損耗（降低焊機(jī)溫度、減少電磁干擾），因而從原理上可大大提高逆變式CO2氣保焊機(jī)的可靠性。逆變式CO2氣保焊機(jī)是一種電力電子技術(shù)與焊接技術(shù)相結(jié)合的高科技產(chǎn)品，其可靠性與生產(chǎn)企業(yè)的制造設(shè)備、制造工藝、檢測手段密切相關(guān)，因此極有可能出現(xiàn)技術(shù)原理相同、元器件相同，不同廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品，可靠性卻大相徑庭的情況。可以斷言，今后在造船廠廣泛推廣應(yīng)用的逆變式CO2氣保焊機(jī)一定是為數(shù)很少的幾種品牌機(jī)。

     （2）提高和改善逆變式CO2氣保焊機(jī)的焊接工藝性 逆變式CO2氣保焊機(jī)可以通過對輸出電流、電壓波形進(jìn)行優(yōu)化控制，合理分配和控制電弧熱量，從而有效減小飛濺，獲得良好焊縫質(zhì)量和成形。

     （3）提高和改善逆變式CO2氣保焊機(jī)的造船焊接工藝適應(yīng)性  造船廠沿海沿江而建、船體焊接多為露天作業(yè)、焊接工位經(jīng)常變換、焊接電纜有時長達(dá)五十米、實芯焊絲和藥芯焊絲均可能使用、焊縫結(jié)構(gòu)多變且可達(dá)性差、因此必須高度重視焊機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、散熱通風(fēng)、防雨、防潮、防塵設(shè)計；焊接電纜（控制電纜）、氣管、送絲機(jī)和焊接電源應(yīng)便于拆卸和移動；應(yīng)具有焊接電纜長度和干伸長補(bǔ)償能力，方便進(jìn)行功能轉(zhuǎn)換和參數(shù)調(diào)節(jié)。 

      2.2 高效化、自動化焊接設(shè)備

      目前我國造船廠與國外先進(jìn)造船廠的年人均造船噸位、年人均產(chǎn)值和生產(chǎn)效率3項指標(biāo)約差3—5倍。如日本生產(chǎn)效率為1，韓國為2/3，則中國為1/7—1/5。中國每條船的建造工時數(shù)、每座船塢的年度造船數(shù)和勞動生產(chǎn)率分別為日本的5倍、20%和10%。大力采用以自動化焊接設(shè)備為基礎(chǔ)的高效焊接是造船廠提高造船能力、提高生產(chǎn)效率、縮短造船周期、保證焊接質(zhì)量的有效途徑。實現(xiàn)高效焊接的自動化焊接設(shè)備可以分成機(jī)器人焊接系統(tǒng)、成套自動化焊接設(shè)備、焊接專機(jī)和簡易自動化焊機(jī)等幾種類型。各造船廠情況大不一樣，今后對實現(xiàn)高效焊接的自動化焊接設(shè)備的選擇肯定各不相同。按照整體造船模式組織生產(chǎn)的小造船企業(yè)規(guī)模小、資金投入少、產(chǎn)品檔次低、技術(shù)力量薄弱和受造船模式的限制，因此推廣應(yīng)用高效焊接技術(shù)最可能、最直接和最有效的選擇，就是逐漸使用半自動CO2氣保焊機(jī)代替目前廣泛使用的弧焊變壓器。這些處于第一級的造船廠估計全國超過1千家，按平均每家使用10臺計算，電焊機(jī)行業(yè)將增加1萬臺以上CO2氣保焊機(jī)的銷售量。按照分段造船模式組織生產(chǎn)的各省市地方主要造船廠及一些規(guī)模較大的民營企業(yè)，為了提高造船能力、縮短造船周期和保證焊接質(zhì)量，它們必將加大技改力度，增加機(jī)械化、自動化焊接設(shè)備，以大幅度提高焊接高效化率。這些造船廠一方面將繼續(xù)提高和擴(kuò)大CO2氣保焊工藝的應(yīng)用率和覆蓋率，另一方面將添置或增加平面分段流水線裝焊設(shè)備，增加在車間焊接或現(xiàn)場焊接應(yīng)用的剛性或半剛性的焊接專機(jī)，增加可以使工件上的接縫處于理想的船形位置或平焊位置進(jìn)行焊接的變位機(jī)械，增加自動平角焊機(jī)和立角焊機(jī)，增加管子裝焊流水線和垂直氣電立焊設(shè)備。這些處于第二級的造船廠具有一定規(guī)模、每個造船廠的年造船量都在數(shù)萬噸以上，受到地方政府和主管部門的支持，有較多的技改資金投入，選用國產(chǎn)焊接設(shè)備傾向性較大。按照分道造船模式組織生產(chǎn)的中國船舶工業(yè)集團(tuán)公司、中國船舶重工集團(tuán)公司所屬主要造船廠技術(shù)力量雄厚，人才聚集，具有較強(qiáng)的設(shè)計、開發(fā)和應(yīng)用能力，今后重點建造的是、大型船舶、特種船舶和高附加值船舶。這些造船廠焊接工作量的90%以上今后將由CO2氣保焊工藝完成，高效化、自動化焊接率將達(dá)到日本和韓國水平，因此添置焊接設(shè)備主要是CO2氣保焊機(jī)，平面（曲面）分段流水線裝焊設(shè)備，垂直氣電立焊設(shè)備，以機(jī)器人為核心組成的柔性生產(chǎn)線以及激光—電弧復(fù)合熱源焊接系統(tǒng)等高新焊接設(shè)備。這些處于第三級的造船廠資金雄厚、焊接設(shè)備的需求量大，對供應(yīng)商的生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品質(zhì)量、售后服務(wù)均有很高要求；使用的大型成套設(shè)備多為國外著名公司提供。

       無論是以生產(chǎn)焊接電源為主或是以生產(chǎn)成套焊接設(shè)備為主的企業(yè)，都應(yīng)該十分認(rèn)真研究處于第三級的“國家野戰(zhàn)部隊”、處于第二級的“地方主力部隊”和處于第一級的“地方游擊部隊”使用焊接設(shè)備的現(xiàn)狀及發(fā)展，優(yōu)化和調(diào)整自己產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。