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智能管道机器人推广策略研究.docx
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智能管道机器人推广策略研究
智能管道机器人推广策略研究
摘要:
大型货轮管道检测安全事故频发,人工作业危险系数高,市场上需要能适应复杂环境的新型智能管道机器人。
本文对智能机器人的行业现状、研究进展等进行调查,介绍了管道机器人相关情况,具体分析了智能管道机器人的推广前景与需求,并据此提出推广策略。
第一,实行智能集成化、设计人性化策略,不断完善技术;第二,精准把握推广领域,可有到设计管道作业的公司进行,以沿海湖、资源埋藏地区域公司为重点宣传对象;第三,加强国内外合作,在讨论研究中推广。
这有利于提高工人管道检测的安全性与便捷性,也将进一步促进世界机器人技术的交流合作。
关键词:
大型货轮;管道检测;智能管道机器人;推广策略
1引言
1.1行业现状
近年来,随着现代石油与天然气管道铺设里程的增加,管道安全事故频发,带来了大量损失,给人类的生命安全带来威胁,还可能对自然环境造成破坏,频发的事故逐渐引起了人们对管道检测和维护的高度重视。
远洋货轮管道内运输着船舶需要的燃油、锅炉中的废气以及化学品等特殊介质,这些管道在长期使用的过程中常常会受管内输送物质和管外环境的双重影响,从而发生腐蚀、漏孔、老化等一系列问题。
管道问题一旦出现没有及时修护就将会发生难以预料的后果,管路系统在船舶的燃油输送和排水排气方面发挥着不可替代的作用。
在远洋货轮的建造及日常检修过程中,复杂管路内壁检查是世界性难题。
为了使工作人员能够高效、准确、便捷地确认管道内壁的情况,行业内通常借助于管道机器人。
管道机器人能够进入复杂的管道内,通过其所搭载的摄像头获取管道内的视频和图像资料,为分析判断管道内壁腐蚀、堵塞和裂纹状况提供重要依据,进而方便工人进行定位维修,减少问题排查损耗的时间和人力。
但目前国内市场上适用于远洋货轮复杂管道系统的机器人还未发展起来,供小于求,存在缺口。
1.2研究进展
广义上来说,管道机器人属于特种工业机器人,可以进入狭小的管道内部空间进行工作,通过携带的各种检测仪器或拖挂作业装置,在操作人员的远程遥控或自主控制下进入管道内,完成各项工作。
20世纪50年代管道机器人技术逐渐兴起,美国、德国、日本等工业发达的国家已经开始对管道机器人进行研究。
到20世纪80年代后期,计算机技术、先进传感器技术、智能控制技术等基础技术蓬勃发展,这些技术为管道机器人的进一步研究奠定了基础。
然而目前还没有适用于船舶行业中高度复杂的管道系统的机器人。
通过阅读相关文献可以发现,现有机器人可以在特定的场合满足工作需求,但是难以适应例如货轮管道这种复杂多变的环境。
需要结合货轮管道的实际情况,设计、分析并制作出一种用于货轮管道的探测机器人,帮助船舶行业工人提高管道内壁检测效率、保证检测准确性。
1.3市场前景
小巧、灵活的管道机器人深入管道内部,为工作人员提供直观的影像资料,极大地了提高工作效率,促进生产力上升。
以本项目研发的适用于远洋货轮复杂管道系统的机器人为例,其应用可以最大程度上减少财产损失以及伤亡,方便远洋货轮复杂管道的定期检测、精确修复,同时可以节省劳动力,提高工作效率。
可以预见,在不久的日后,管道机器人将在管道检测和安全管理方面发挥不可替代的作用。
另一方面,在管道机器人的研发领域,我国相较于欧美、日本等发达国家的起步较晚,但中小管径管道却在工业与民用领域广泛使用,国内急需适应力强的管道机器人,因此研发适用于不同尺寸管道的机器人具有巨大的市场前景。
2管道机器人概述
2.1基本技术
在造船行业中,管道系统错综复杂,存在较多的弯曲、竖直、倾斜、变径等情况,传统的检查手段难以对管道内部进行无死角的高效检查,通过相关研究分析得出如下
表1所示的管道机器人一系列性能指标。
表1管道机器人设计指标要求
序号
项目
指标要求
1
适用管径/mm
300-600
2
变径范围/mm
管径差<150
3
过弯半径/mm
曲率半径≥300
4
竖直管道
附壁式结构
5
供电方式
电缆供电
6
水平管内速度/(m/s)
0.2-0.5
7
竖直管内速度/(m/s)
0.1-0.3
8
机器人质量/kg
8
最新发布的几款管道机器人虽然能够适应上述复杂的情况,但是使用了大量传感器,或是对于控制技术要求极高,具体优缺点如下表2所示。
表2各种管道机器人优缺点
机器人种类
优点
缺点
压差式
速度较快
条件苛刻
轮式
效率较高
越障能力差
履带式
越障能力强
多变管道
足腿式
行动灵活
控制困难
蠕动式
运动平稳
速度极低
螺旋式
小径管适用
推动力小
为解决上述技术问题,本发明的技术方案是:
一种管道自适应探测机器人,它包括机器人主体、变径机构、弯道适应机构、驱动轮、驱动变径机构的第一动力装置、驱动附壁轮前进的第二动力机构以及电缆接口。
2.2管道机器人机械结构
机器人主体分为相同的两段,中间由弯道适应机构连接,弯道适应机构保证机器人能够通过弯曲管道。
变径机构固定在机器人主体上,末端安装驱动轮,动力装置为轮毂电机。
电缆接口固定在机器人主体尾部,便于与管道外侧设备通信,管道机器人整体结构如图1所示。
它包括机器人主体1、变径机构、弯道适应机构、附壁轮2、驱动变径机构的第一动力装置、驱动附壁轮2前进的第二动力装置以及电缆接口3。
机器人主体分为相同的两段,中间由弯道适应机构连接,弯道适应机构保证机器人能够通过弯曲管道。
变径机构固定在机器人主体1上,末端安装驱动轮,动力装置为轮毂电机。
电缆接口3固定在机器人主体1尾部,便于与管道外侧设备通信。
图1管道机器人机械结构
其中,第一动力装置为直流电机,输出轴与联轴器连接,从而驱动丝杆的旋转,当丝杆旋转时,滑块在丝杆上移动。
弯道适应机构包括若干根相同的弹簧,每根弹簧首尾分别固定在两端主体上,分别于主体上的固定孔配合。
附壁轮通过轴承安装于变径机构的末端,由第二动力装置驱动。
变径机构包括联轴器、若干组滑块摇杆、铰支座固定孔集成块、丝杆以及丝杆滑块。
丝杆一端由铰支座固定孔集成块安装于固定孔内,位于机器人主体轴心处,另一端由联轴器与直流电机输出轴相连接,丝杆滑块与丝杆配合,与各方向上的滑块摇杆铰接,各方向上的摇杆与铰支座固定孔集成块铰接,集成块通过螺钉固定于机器人主体上。
第二动力装置为轮毂电机,安装于附壁轮内部。
采用上述技术方案后,机器人在水平管道中运行时可以如普通履带机器人一样前进后退,而在通过竖直、倾斜管道时,它可以如同附壁式机器人一样以支撑的方式附着于管道内壁,保证自身姿态的稳定,附壁轮的转动带动机器人的运动。
变径机构与其他机构的配合可以使机器人顺利通过两种不同口径管道的铰接处。
弯道适应机构使机器人能够顺利通过弯曲管道。
本机器人能够满足货轮等中非大口径、非远距的复杂多变管道系统内部检查的需求,使这种检查过程仅仅需要1至2个检查员就可以完成,机器人可以在检查员的操控下前往管道系统的各个角落,进行无死角检查。
2.3控制界面与样机制作
为了便于操作人员更直观、更便捷地控制机器人运动,针对管道机器人设计出用户交互控制界面,如图2所示。
图2管道机器人交互界面
该用户交互控制界面主要分为返回图像显示框、串口信息显示栏、机器人运动控制区三个部分。
其中,返回图像显示框用于实时显示摄像头返回的图像。
串口信息显示栏用于反馈串口信息。
黑白圆用于控制摄像头云台指向。
3智能管道机器人需求分析
3.1推广优势
目前,我国船舶行业飞速发展,管路系统在船舶的燃油输送和排水排气方面发挥着不可替代的作用。
管道问题一旦出现没有及时修护将会发生难以预料的后果。
因此,设计一种适用于船舶行业的管道探测机器人能够提高检查效率、扫除安全隐患。
赛弗智能管道机器人将替代人工对管道进行定期检测,能进入复杂的管道环境,从而提高检测效率,降低人工作业危险性。
3.2推广需求分析
3.2.1PEST分析
表3PEST分析
P
“十四五”时期坚持深化供给侧结构性改革,以创新驱动、高质量供给引领和创造新需求,提升供给体系的韧性和对国内需求的适配性。
国家推动《中国制造2025》实施,实现中国制造由大到强的转变中肩负重要使命,为机器人(特种机器人)发展提供了广阔的发展平台。
E
2021年“十四五”将是中国制造业发展的关键时期,也是管道机器人产业发展的黄金时期。
以机器人应用为代表的智能制造新模式将带领中国制造走向新高地。
在“中国制造2025”纲领下,我国管道机器人行业正处于产业上升阶段,政策主导和市场的动态是管道机器人产业结构调整的主要驱动力。
S
人工成本提升以及新一代年轻人面对传统管道检测方式没有兴趣导致的“用工荒”使得管道机器人发展起来。
T
管道机器人体现现代管道检测发展的新方向、新趋势,也为转变管道运输业检测提供了新路径、新方法。
3.2.2SWOT分析
表4SWOT分析
优势(S)
产品是国内首创,具有先进的科学技术作支撑,品质优良
相对来说,产品价格较低
产品应用领域广阔
劣势(W)
产品尚且处于幼稚期
市场上未形成专业经营模式
团队启动资金较为不足
机会(O)
该行业市场资源丰富;
管道机器人行业需求较大;
政府对机器人的发展持支持态度。
SO战略
早期产品以政府为市场消费者,后期进行社会性推广。
与同行业其他机器人公司合作,打造不同的经营领域,扩大市场份额。
与现有合作伙伴(客户)维持良好关系,持续巩固双方共同利益,并不断寻找新的合作企业,建立新的客户关系。
WO战略
与高校高科技人才形成联系。
通过实地调研或数据调查学习机器人公司的经营模式,形成推广战略。
威胁(T)
对于新研发产品,消费者持有不信任心理
外国相对成熟的管道机器人制造业瓜分市场(德国IPEK日本Thes美国ROVVER系列相关产品)有许多潜在的竞争对手,对推广存在威胁。
ST战略
着力做好初期的宣传,引导社会舆论的良好走向,夯实基础逐渐形成品牌效应,有效抵御加入者的威胁,形成良好的推广口碑。
WT战略
加强宣传力度,形成推广合力,构建稳定的运营机制,同时做好退出市场竞争的准备。
4赛弗智能管道机器人推广策略
4.1实行智能集成化、设计人性化策略,不断完善技术
智能管道机器人在国内仍然处于新兴产业发展阶段,科学技术不断发展,管道机器人需要与时俱进,设计更加符合人们的需求。
新型的智能管道机器人设计是以腹壁式机器人为原型,结合蛇形机器人蠕动的前进方式,将腹壁式机器人与蛇形机器人的优点结合,既可以解决腹壁式机器人越障能力差的问题,又可以解决蛇形机器人可深入长度有限的,无法通过长短垂直管道的问题,这样的设计符合管道作业的需求。
在建立三维模型和理论分析的基础上,实物样机制作初见成效,经过检测试验,样机能够较好地维持其形态,性能较稳定,进一步完善后可以在企业中进行小规模投产检测,但在技术方面仍存在不足,传感器等有待改进以适应更复杂的环境。
4.2精准把握推广领域
管道机器人主要是进行对于船舶行业的管道探测工作,帮助船舶行业工人提高管道内壁检测效率、保证检测准确性。
推广可有意识到设计管道作业的公司进行,以沿海、沿湖、资源埋藏地区域公司为重点宣传对象。
还可以往从事管代研究的研究所,资源勘探局进行宣传。
只有精准把握推广区域,推广才能做到得心应手。
首先,在货轮的运行检查领域,我们可进行推广工作。
大型的远洋货轮投入运营一段时间以后需要接受检查,其中最重要并且难度最大的是管道内部情况检查。
目前大多数管道内部检查方法主要为仪表检测法,通过观察压力表的数值来判断管道条件是否健康,而对于难以判断的部位需要使用成本较高的超声波检测设备,检测过程费时费力。
如果使用管道机器人,可以克服难以判断部位检测困难的问题,提高了检查的准确性,更加经济地保证货轮的安全。
管道焊接后的检查,同样是推广管道机器人的机会。
目前管道多采用焊接成型的方式,所以为了保证建好的管道密封,需要对管道进行检查。
常用方法是通过借助内窥镜完成检查工作,而内窥镜本身的设计导致其无法自行调整姿态,也难以转弯,对于变径管道力不从心。
改装后的新型管道机器人操作方便,检查高效,节省时间。
同时,也减轻了工人作业压力,保障了工人的安全。
4.3加强国内外合作,讨论推广
美国、德国、日本等工业发达的国家对管道机器人研究较多,技术相较于国内水平更高。
想要推广管道机器人,我们需要加强国内外信息、技术等的合作,时刻掌握相关产业科技发展动态。
同时,可以邀请管道机器人技术领域专家在专业科普杂志上举办关于管道机器人应用前景的讨论,在研讨过程中提高管道机器人的知名度达到推广的目的。
5结论
相较于欧美、日本等发达国家,中国智能管道机器人技术起步较晚,但中小管径管道却在工业与民用领域广泛使用,所以国内对于适应力强的管道机器人需求很大。
尤其是管道检测安全事故频发,市场上更需要能适应复杂环境的新型管道机器人。
针对这样的情况,本课题组逐一分析各种管道环境下机器人的工作方式后成功制作出大型货轮管道系统探测机器人的实物样机,虽仍有不足,但在试验中,机器人性能满足各项预设指标,能够适应各种管道环境,可为船舶行业检查管道内部情况、排除安全隐患提供一种简单高效的解决方案。
虽然研发适用于不同尺寸管道的机器人具有巨大的市场前景,但也面临着推广不平衡、不充分、不到位等问题。
据此,本文总结出如下推广建议:
第一,要实行智能集成化、设计人性化策略,不断完善技术。
要在已经设计出的实物样机上进行改进,使其能够适应复杂环境;第二,要精准把握推广领域,可有意识到设计管道作业的公司进行,以沿海湖、资源埋藏地区域公司为重点宣传对象;第三,要加强国内外合作,做到在不断讨论研究中推广,可以邀请相关领域专家举行座谈会在交流中达到推广目的。
这样,新型智能管道机器人将得到有效推广,有助于提高工人管道检测的安全性与便捷性,也将进一步促进世界机器人技术的交流合作。
参考文献:
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