鋼結(jié)構(gòu)和船舶，無疑是“免示教”智能焊接機(jī)器人領(lǐng)域當(dāng)前最熱的兩大應(yīng)用領(lǐng)域。
在“軟”需求上，焊工難招且用人成本高；在“硬”需求上，傳統(tǒng)示教焊接機(jī)器人已難以滿足非標(biāo)設(shè)計(jì)和小批量生產(chǎn)。鋼結(jié)構(gòu)和船舶行業(yè)普遍存在上述問題，因而對智能化焊接的需求相對迫切。
據(jù)高工機(jī)器人產(chǎn)業(yè)研究所（GGII）測算，鋼結(jié)構(gòu)和船舶行業(yè)對智能焊接機(jī)器人的需求空間將超34萬臺。
除鋼結(jié)構(gòu)和船舶行業(yè)之外，隨著市場認(rèn)知和智能焊接技術(shù)的同步提升，預(yù)計(jì)未來智能焊接機(jī)器人有望在汽車及零部件、工程機(jī)械、電動三輪車等更多下游領(lǐng)域迎來需求放量，智能焊接機(jī)器人增速有望領(lǐng)跑。
8月29日-30日，“2024（第三屆）高工焊接機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用峰會”在上海智能谷盛大舉行。本次峰會由高工機(jī)器人、高工機(jī)器人產(chǎn)業(yè)研究所（GGII）聯(lián)合舉辦，【錢江機(jī)器人總冠名】。
大會同期，高工機(jī)器人產(chǎn)業(yè)研究所（GGII）聯(lián)合敏越科技、視唯盛、威爾登環(huán)保、麥格米特、艾利特機(jī)器人、卡機(jī)器人六家參編單位重磅發(fā)布《2024年智能焊接機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展藍(lán)皮書》。
智能感知和自主決策智能感知和自主決策能力，是智能焊接機(jī)器人最顯著的技術(shù)特征。
借助線激光傳感器、3D結(jié)構(gòu)光相機(jī)、人工智能等技術(shù)，利用預(yù)先編程和傳感器數(shù)據(jù)來自動規(guī)劃焊接路徑，機(jī)器人因此可以自動識別工件特征和焊接軌跡，進(jìn)而根據(jù)這些規(guī)劃信息和預(yù)先設(shè)定的焊接參數(shù)，自主完成焊接任務(wù)。
目前來看，智能焊接機(jī)器人尚處于發(fā)展早期階段，入局者正持續(xù)增加，在眾多細(xì)分領(lǐng)域已陸續(xù)有相關(guān)批量化落地案例。GGII判斷，未來3-5年智能焊接將有望進(jìn)入快速發(fā)展期，屆時(shí)將涌現(xiàn)出諸多優(yōu)秀的系統(tǒng)方案商、機(jī)器人廠商、傳感器廠商等。
未來隨著技術(shù)進(jìn)步，焊接機(jī)器人可能會融合更多智能感知技術(shù)，適應(yīng)不同形狀、尺寸和材質(zhì)的工件，具有更強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性；擁有更強(qiáng)大可靠的自主決策能力，通過學(xué)習(xí)和自我優(yōu)化來提高焊接質(zhì)量和效率，減少對人工干預(yù)的需求，即使在工件位置輕微偏移或形狀略有變化的情況下，也能自動調(diào)整焊接路徑和參數(shù)。
而這一切的關(guān)鍵，則在于產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)企業(yè)的共同努力。
智能化進(jìn)階背后，全產(chǎn)業(yè)鏈齊力按照產(chǎn)業(yè)鏈分工來看，智能焊接機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈主要分為：
上游：機(jī)器人整機(jī)所需關(guān)鍵零部件、智能焊接控制系統(tǒng)、3D視覺/激光焊縫跟蹤系統(tǒng)、離線編程軟件及焊槍、焊接電源、變位機(jī)等配套設(shè)備；
中游：系統(tǒng)集成，以機(jī)器人系統(tǒng)為核心進(jìn)行集成開發(fā)；
下游：以智能焊接機(jī)器人工作站或智能焊接機(jī)器人生產(chǎn)線等成套設(shè)備的形式投入生產(chǎn)。
從上游環(huán)節(jié)的機(jī)器人本體來看，用于焊接機(jī)器人的本體通常以多關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人為主，在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了焊接過程中的精度、重復(fù)性和負(fù)載能力，使其成為焊接自動化領(lǐng)域中最常見的選擇。
視唯盛是一家具備自主核心供應(yīng)鏈的智能機(jī)器人公司。視唯盛創(chuàng)立于2020，智能制造機(jī)器人產(chǎn)品的提供商，自2022視唯盛收購哈工現(xiàn)代以來，經(jīng)企業(yè)內(nèi)部深度融合，將對外品牌名統(tǒng)一為哈工現(xiàn)代。
哈工現(xiàn)代開發(fā)了IRWS智能機(jī)器人焊接系統(tǒng)、IBWS智能定制焊接系統(tǒng)、HA006B/HH010L-LFW-1500/2000-DB激光應(yīng)用模塊，以及哈工現(xiàn)代3in1智能焊接機(jī)器人，新一代智能焊接機(jī)器人，無需人工示教或數(shù)模導(dǎo)入，通過基于AI模型和3D重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)工作空間內(nèi)的結(jié)構(gòu)和焊縫信息，規(guī)劃處出無碰撞的焊接路徑，并自動生成匹配的焊接工藝，真正實(shí)現(xiàn)“一鍵啟動”生產(chǎn)。
卡機(jī)器人專業(yè)從事工業(yè)機(jī)器人本體研發(fā)、生產(chǎn)制造、銷售。在核心技術(shù)方面，卡機(jī)器人自研了機(jī)器人控制系統(tǒng)、驅(qū)控一體控制系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)。
MR10W-1440是卡機(jī)器人推出的焊接專用機(jī)器人，有效載荷10kg，重復(fù)定位精度±0.05mm，運(yùn)動半徑1440mm，機(jī)器人重量210kg。1軸S運(yùn)動速度285°/s，2軸L運(yùn)動速度247°/s，3軸U運(yùn)動速度285°/s，4軸R運(yùn)動速度392°/s，5軸B運(yùn)動速度272°/s，6軸T運(yùn)動速度1353°/s。
除多關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人外，協(xié)作機(jī)器人也開始在焊接領(lǐng)域嶄露頭角，目前主要用于輕型和中型焊接任務(wù)，特別是那些對精度要求較高但負(fù)載相對較小的應(yīng)用場景。
艾利特機(jī)器人成立于2016年，專業(yè)從事協(xié)作機(jī)器人產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)及銷售等。艾利特機(jī)器人推出的靈巧焊接機(jī)器人，末端支持快速按鈕記點(diǎn)/拖拽示教，可實(shí)現(xiàn)多段軌跡示教，且支持模擬量通訊，適配市面主流焊機(jī)，可滿足如坡口焊接、多層多道焊、平角焊、立角焊、仰焊、間斷焊等焊接工藝需求。
此外，靈巧焊接機(jī)器人解決方案配有完善的焊接專家工藝庫，內(nèi)置焊接工藝專家?guī)欤赏扑]最適合的焊接參數(shù)，用戶可根據(jù)板材焊縫類型自動匹配工藝，減少繁瑣的調(diào)試時(shí)間，提升工作效率。
從智能焊接控制系統(tǒng)來看，該技術(shù)是智能焊接機(jī)器人的“大腦”，很大程度上決定了焊接機(jī)器人的智能化程度。當(dāng)前市場中主要玩家有柏楚電子、智流形等。
從視覺/激光跟蹤系統(tǒng)來看，該技術(shù)是焊接過程糾偏的重要途徑，機(jī)器人進(jìn)行焊縫識別跟蹤的基礎(chǔ)是傳感技術(shù)，目前主要的實(shí)現(xiàn)方式分為視覺傳感、激光傳感等。
據(jù)高工機(jī)器人不完全統(tǒng)計(jì)，知象光電、中集飛秒、梅卡曼德、視比特機(jī)器人、偉景智能、敏越科技、知芯傳感、亞博漢、全視智能、微視傳感、視唯盛、明圖智能、英萊科技、創(chuàng)想智控、深視智能、超準(zhǔn)視覺、埃爾森智能、知微傳感、如本科技、�？禉C(jī)器人等企業(yè)均已涉足。
敏越科技聚焦智能化焊接和切割，從算法、軟件和硬件等全技術(shù)棧進(jìn)行自研攻關(guān)，開發(fā)了全棧自研3D視覺技術(shù)；提出了基于自適應(yīng)實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)和3D視覺傳感算法的機(jī)器人軌跡規(guī)劃方法（自適應(yīng)機(jī)器人智能軌跡規(guī)劃），此外還建造了焊接與切割熱加工工藝庫。
在核心產(chǎn)品方面，敏越科技面向市場推出了焊縫跟蹤器、免示教焊接系統(tǒng)SmartWeld、免示教坡口切割系統(tǒng)SmartCut等。
從焊接電源來看，焊接電源同樣需要不斷提升其性能、可靠性和智能化水平，以滿足不同行業(yè)對高質(zhì)量焊接的需求。同時(shí)，焊接電源與焊接機(jī)器人技術(shù)之間的緊密協(xié)作也將促進(jìn)整個(gè)焊接系統(tǒng)的優(yōu)化，從而提高焊接效率和質(zhì)量。
麥格米特聚焦工業(yè)智能焊機(jī)業(yè)務(wù)，已累積了近200項(xiàng)工業(yè)智能焊機(jī)的核心專利技術(shù)。在核心技術(shù)方面，麥格米特掌握了RDT零飛濺高速伺服弧焊技術(shù)、“短路過渡超低飛濺”工藝技術(shù)、“短弧脈沖”工藝技術(shù)，研發(fā)了SMARC智能焊接信息化云平臺系統(tǒng)、機(jī)器人專用高性能工業(yè)智能焊機(jī)。
麥格米特已經(jīng)在汽車零部件、工程機(jī)械、船舶海工、軌道交通、鋼結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了大批量的國產(chǎn)替代，解決了眾多焊接難題。
從焊接配套設(shè)備來看，粉塵收集、處理同樣是焊接機(jī)器人應(yīng)用不容忽視的環(huán)節(jié)。威爾登環(huán)保是工業(yè)空氣低碳控制與治理系統(tǒng)一站式解決方案服務(wù)商，擁有防爆治理系統(tǒng)、流體分析、快捷的濾筒更換方式（發(fā)明專利）、灰桶倒灰裝置（實(shí)用新型專利）、金屬粉塵回收系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)等。
威爾登環(huán)保主要有一體式濾筒除塵器WLC、環(huán)保衛(wèi)士1.0系列WS、一體式高真空除塵器WHV、移動式煙塵凈化器WYJ、打磨一體式濾筒除塵器WFC等產(chǎn)品。
聚焦船舶和鋼結(jié)構(gòu)，未來應(yīng)用或?qū)⒍帱c(diǎn)開花從當(dāng)前的行業(yè)現(xiàn)狀來看，中國智能焊接機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主要依托于以鋼結(jié)構(gòu)、船舶、金屬加工等為代表的下游潛力行業(yè)。從下游滲透率的角度來看，智能焊接機(jī)器人在鋼結(jié)構(gòu)、船舶行業(yè)的應(yīng)用前景呈現(xiàn)出積極態(tài)勢，這將為智能焊接機(jī)器人的大規(guī)模應(yīng)用創(chuàng)造有利條件。
從鋼結(jié)構(gòu)焊接來看，鋼結(jié)構(gòu)小批量、多樣性的加工特點(diǎn)導(dǎo)致傳統(tǒng)示教編程耗時(shí)過長，嚴(yán)重影響機(jī)器人焊接效率。鑒于此，鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)對于智能化焊接解決方案的需求日益增長。
智能化焊接方案不僅可以提高焊接效率和質(zhì)量，還將有助于實(shí)現(xiàn)焊接作業(yè)的持續(xù)性和穩(wěn)定性，從而推動鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)向更高效、更安全、更環(huán)保的方向轉(zhuǎn)型升級。
GGII測算，2023年全國鋼結(jié)構(gòu)加工量達(dá)到1.17億噸，其中60%需要焊接，預(yù)計(jì)2025年將增長到1.4億噸，復(fù)合增長率超過10%。假設(shè)每100噸鋼鐵需要4臺氣保焊焊接設(shè)備，則需要（11700萬*60%/100）*4=280.8萬臺焊接電源；假設(shè)10%用機(jī)器人焊接，則對應(yīng)是28萬臺焊接機(jī)器人的市場空間，隨著焊接智能化水平的提升及成本下降，鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)對智能焊接機(jī)器人的需求也將增加。
從船舶焊接來看，船舶行業(yè)焊縫結(jié)構(gòu)形式多樣，量小品多，焊縫短小，且船廠裝配精度不高，相同結(jié)構(gòu)也存在偏差，傳統(tǒng)機(jī)器人的示教方式不僅操作工作量巨大，且效率低下，示教方式在船舶行業(yè)的廣泛應(yīng)用存在較大局限性。
智能化焊接技術(shù)的應(yīng)用能夠顯著提升焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率，減少人為誤差，同時(shí)還能改善工作環(huán)境，降低勞動強(qiáng)度。這不僅符合船舶制造業(yè)對于高精度、高可靠性的追求，也是實(shí)現(xiàn)智能制造、綠色制造的重要組成部分。因此，加快焊接智能化技術(shù)的研發(fā)與推廣，對于提升我國船舶制造業(yè)的整體競爭力具有戰(zhàn)略意義。
GGII根據(jù)中國船級社(CCS)持證焊工數(shù)量計(jì)算，截至2024年7月，中國船級社持證焊工數(shù)量約18.78萬人，按一臺焊接機(jī)器人可替代3名焊工測算，2024年船舶行業(yè)對焊接機(jī)器人的需求將超過6.2萬臺。因此，推動焊接技術(shù)的智能化升級成為了中國工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程中的一項(xiàng)緊迫任務(wù)。
目前除了在鋼結(jié)構(gòu)和船舶行業(yè)應(yīng)用外，智能焊接機(jī)器人還在多個(gè)其他行業(yè)中發(fā)揮著重要作用。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，智能焊接機(jī)器人的功能將越來越強(qiáng)大，將在汽車及零部件、金屬加工、航空航天工業(yè)、重工業(yè)、新能源等更多領(lǐng)域展現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)勢。
GGII判斷，隨著市場認(rèn)知和智能焊接技術(shù)的同步提升,預(yù)計(jì)未來智能焊接機(jī)器人有望在更多下游領(lǐng)域迎來需求放量。
