Automatisert produksjon av store, grove stålkonstruksjoner

Den overordnede ideen i AutoKons er at økt omstillingsevne, konkurransekraft og kvalitet ved produksjon av grove konstruksjoner kan oppnås gjennom høyere automatiseringsgrad, forbedret prosesskontroll og nye teknologier for kvalitetskontroll. Potensialet i prosjektet inkluderer vesentlig reduksjon av kostnader ved produksjon av grove stålkonstruksjoner, opprettholdelse av konkurransekraft mot lavkostland, omstilling for offshoreindustri og lønnsomhet for nye produktkonsept. Gjennom 2021 har Aker Solutions sitt verft i Verdal intensivert sitt interne arbeid mot en potensiell investering i ny, høyteknologisk produksjonslinje for tubulære fagverkskomponenter i stål. Dette arbeidet er utført gjennom et forprosjekt der mange av de de teknologiske hovedmomentene er forankret mot innovasjonsmålene i AutoKons. Uten AutoKons-prosjektet, og den sterke knytningen mot innovasjonsbehovene i en ny produksjonslinje, ville industripartnerne i prosjektet (Aker Solutions og Vitec) stått betydelig svakere på nåværende tidspunkt med hensyn på automatisering/robotisering. AP1 Oppmåling: Gjennom 2021 har ulike typer teknologier og utstyr blitt testet. Testing har primært blitt utført ved SINTEF. I tillegg er det gjennomført en masteroppgave ved NTNU med noe beslektet tematikk. Testingen som er utført dekker både 3D-skanning for adaptiv skjæring og dimensjonsmåling for montering. Prøvetesting i robot- og teknologiutviklingslab er utført med ekte stålkomponenter, men med nedskalerte dimensjoner. Ytterligere testing av skanning, adaptiv skjæring og montering er planlagt videre gjennom 2022 AP2 Adaptiv robotsveising: En endelig prototypeversjon av den autonome sveisevognen er ferdigstilt i 2021. Prøve- og demonstrasjonstesting på horisontale sveiser har vært vellykket. Etableringen av en robot- og teknologiutviklingslab i 2020 har vist seg avgjørende for prestasjoner og fremdrift i 2021. Betydelig mengder koding og programmering for algoritmen som kreves for automatisk planlegging av strengoppsett for flerlagssveiser er utført i 2021. Testing av fugeskanning, automatisk strengplanlegging og sveising har gitt positive resultater. Prøvesveising på stubbforbindelser med komplekse sveisegeometrier er gjennomført tidlig 2022, dette arbeidet forsetter gjennom året AP3 Sveiseprosesser med høy avsettsytelse: Forskjellige sveisetråder og sveiseposisjoner er testet i 2021. Testing er utført både av Vitec og SINTEF. Mesteparten av testingen er utført med bruk av robot, mens noe manuell sveising er utført for sammenligning og referanse. I tillegg er effekter av ulike dekkgasser og tråddimensjoner undersøkt. Et utvalg lysbuekarakteristikker er også testet. Oppnådde resultater er lovende og peker i retning av at robotsveising av orbitalsveiser og stussforbindelser bør være mulig forutsatt at egnede sveiseparametere og lysbuekarakteristikker benyttes. Ytterligere arbeid for å finne best egnede sveiseparameter til ulike formål er planlagt i 2022. AP4 Kvalitetskontroll: En mock-up i ekte størrelse av en stumpforbindelse med ulike sveisedefekter bevisst innarbeidet er utarbeidet i 2021. Vitec har stått for dette arbeidet. Prøvetesting med robotisert PAUT er startet. De første resultatene ser lovende ut. Målet i den resterende delen av prosjektet er å dokumentere at robotisert PAUT kan avdekke, bestemme størrelse/lokalisering og kategorisere sveisefeilene på tilsvarende nivå, eller bedre, enn konvensjonell manuell UT i denne typen komplekse sveisegeometrier. Planen er å fortsette og intensivere dette arbeidet i 2022. AP5 Industriell demonstrator: Det er utført en betydelig mengde demonstrasjonsarbeid ved bruk av ny robot- og teknologiutviklingslab gjennom hele 2021. Dette inkluderer både demonstrasjoner i prosjektet, internt i Aker Solutions, ulike sosiale medier(LinkedIn, Facebook) og eksternt til andre parter/besøkende. Industridemonstrasjonene har fungert som en katalysator for oppmerksomheten og interessen rundt prosjektets temaer og hovedmål. Planen for 2022 er å fortsette arbeidet og utvide laboratoriefasilitetene med mer relevant utstyr.

Prosjektet har sørget for en oversikt over mulighetsbildet innenfor relevant produksjonsteknologi, hvilke løsninger som allerede finnes og hvor det er innovasjons- og utviklingsbehov. Kommersielt tilgjengelige løsninger finnes for mindre komplekse prosesser, mens det er behov for egenutvikling av skreddersydde løsninger for å muliggjøre robotisering av de største, mest komplekse og utslagsgivende prosessene. Utvikling av industriell programvare for adaptiv robotsveising av komplekse geometrier med stor variasjon ble påstartet i prosjektet og har dannet grunnlag for videre utvikling. En prototype på en portabel sveiserobot for bruk i sammenstilling av tubulære fagverkskonstruksjoner er utviklet. Disse delene er de mest banebrytende i prosjektet og anses som innovasjon på internasjonalt nivå når arbeidet er ferdig. Arbeidet med adaptiv sveising har kommet langt, men er enda ikke ferdigstilt.Det vil fortsette den neste tiden, og videreutvikles med maskinlæring for å forbedres ytterligere.

Den overordnede ideen i AutoKons er at økt omstillingsevne, konkurransekraft og kvalitet ved produksjon av grove konstruksjoner kan oppnås gjennom høyere automatiseringsgrad, forbedret prosesskontroll og nye teknologier for kvalitetskontroll. To sentrale årsaker til at det har vært utfordrende å introdusere automatisert sveising av grove konstruksjoner er: 1. Dette er typisk en-stykk produksjon. Teknologi for å effektivt programmere sveising av grove og komplekse konstruksjoner (med inntil 100 sveisestrenger i en fuge) finnes ikke i dagens marked. 2. Materialer som inngår i denne typen konstruksjoner (typisk rør eller plater) har lavere geometrisk nøyaktighet enn det som er vanlig for automatisert industri. Teknologi for å håndtere slike variasjoner finnes heller ikke i dagens marked. AutoKons har til hensikt å angripe disse utfordringene både gjennom forskning på, og utvikling av, intelligente robotsystemer som kan håndtere variasjoner uten behov for omprogrammering, og ved å benytte moderne sensorteknologi for optimalisering av produksjonssteg i forkant av sveisingen. Samtidig muliggjør innføring av robotisert sveising innovasjoner knyttet til både sveiseprosessen og kvalitetskontroll. Dette er tema som er helt sentrale for å utnytte en større del av potensialet i robotteknologien. Sentrale utfordringer er oppmåling av overflate på store strukturer, adaptiv robotsveising av grove og varierende sveisefuger, og optimalisering av sveiseprosesser for høy avsettytelse og automatisering av prosess og kvalitetskontroll ved robotisert sveising. Potensialet dersom man lykkes i prosjektet inkluderer vesentlig reduksjon av kostnader ved produksjon av grove stålkonstruksjoner, opprettholdelse av konkurransekraft mot lavkostland, omstilling for offshoreindustri og lønnsomhet for nye produktkonsept.