机器人焊接智能化技术在船舶和海洋工程中的应用研究

机器人焊接智能化技术在船舶 机 焊接智能化 术在船舶 和海洋 程中的应用研究 和海洋工程中的应用研究
上海交通大学 & 焊接学会机器人专委会 / 北人机器人系统（苏州）有限公司

报告提纲
1. 全球机器人应用快速发展 2. 船舶/海工对焊接自动化的需求 海 对焊接自动化的需求 3. 船舶管系焊接中机器人的应用 4. 船舶建造中焊接机器人应用研究 5 海洋工程中焊接机器人应用研究 5. 6. 未来焊接智能化技术展望
（说明：报告部分案例由 北人机器人系统（苏州）有限公司提供）

全球机器人应用快速发展
165,000

全球机器人应用快速发展
22,600 China 51% +51%

全球机器人应用快速发展
Japan Korea China USA
Germany
It l Italy

全球机器人应用快速发展

全球机器人应用快速发展
航空/航天产品
质量

全球机器人应用快速发展
矿山机械
重型 件 重型工件
工件重量：46吨 板厚：40-80mm 机器人三维移动（协调） 自适应电弧跟踪+多层多道规划

多品种
载重车、矿山车 及 程车后桥 及工程车后桥
Casting桥机器人焊接柔性线 适应8种不同桥型

多品种
载重车、矿山车 及 程车后桥 及工程车后桥
Soma桥机器人焊接柔性线 适应18种不同桥型

报 告 提纲
1. 全球机器人应用快速发展 2 船舶/海工对焊接自动化的需求 2. 3. 船舶管系焊接中机器人的应用 4. 船舶建造中焊接机器人应用研究 5. 海洋工程中焊接机器人应用研究 6. 未来焊接智能化技术展望

船舶/海工对焊接自动化的需求 劳动强度高 环境恶劣
极限环境
高技能

船舶/海工对焊接自动化的需求
焊接：关键工艺技术 焊接工时：30％～40％ 焊接成本：30％～50％ 焊接质量：重要指标
焊接生产效率：造船产量与生产成本

船舶/海工对焊接自动化的需求
人力成本：15% 加工周期：30个月
如何提高效率？

船舶/海工对焊接自动化的需求 桩腿制造量：40% 焊接质量要求极高
如何保证制造质量 和提高生产效率

船舶/海工对焊接自动化的需求
中国人口红利逐步消失 产业结构升级
数据来源：WIND

船舶/海工对焊接自动化的需求
让机器代替人焊接 机 代替 焊接
机械化、自动化或半自动化
自动化、数字化、智能化

船舶/海工对焊接自动化的需求
• 焊接过程中视觉、听 觉、触觉等信息获取 • 焊接结构 焊接结构、工艺 工艺 设计与优化
感官 信息
工艺 优化
焊工智 能行为
机构 运动
经验 知识
• 接头形状、熔池形态、 焊缝成形等特征提取
• 焊接装备自动化 与智能化
过程 结果 控制 判断
推理 判断
• 运用焊接经验与知识： 学习、推理与决策
• 焊接过程参数实时调 节与控制

船舶/海工对焊接自动化的需求 主要的智能化焊接技术：
传感技术 信息处理 建模方法 过程控制 虚拟仿真 机器人技术 传感技术、信息处理、建模方法、过程控制、虚拟仿真、机器人技术 离线编程、系统集成、专家系统、通讯技术、群控技术
电子学 机械 物理
化学 冶金
焊接智能化技术
材料 力学
计算机 人工智能 控制理论
焊接智能化技术的学科交叉领域

船舶/海工对焊接自动化的需求
针对几种典型的船舶和海工产品，从产品 针对几种典型的船舶和海 产品，从产品 结构、材料焊接性、生产工艺和产品特点等方 面 手，深 分析焊接生产中的技术难点和需 面入手，深入分析焊接生产中的技术难点和需 要的关键技术。 1 船舶管系（中径管）管子 法兰自动焊接 1、船舶管系（中径管）管子-法兰自动焊接 2、船体分段内底、曲面艕板的自动焊接 船体分段内底 曲面艕板的自动焊接 3、海洋平台桩腿齿条自动焊接

报告提纲

1.全球机器人应用快速发展

2.船舶/海工对焊接自动化的需求

3.船舶管系焊接中机器人的应用

4.船舶建造中焊接机器人应用研究5

5.海洋工程中焊接机器人应用研究

6.未来焊接智能化技术展望

船舶管系（中径管）管子-法兰自动焊接

船舶的各种管系则被喻为船舶的“血管”

伸进度

管子-法兰接头结构形式

技术难点：

1、管径、管壁厚规格较多，管外径一般分为114、140、168、219和273mm等5种，管壁厚一般分为5.5、6、7、8、9、11、13、16mm等8种；一般可产生30种以上的不同管径、壁厚的组合；

2、管子长度主要取决于设计要求，无固定规格，一般从400-6000mm不等，几乎是一根管子一种长度；

4006000不等几乎是根管子种长度

3、管子端面存在平面度和垂直度偏差，造成伸进度波动，影响焊缝成型和焊接质量；

响焊缝成型焊接质量

技术难点：

4、管子和法兰的尺寸偏差，管子存在椭圆度、壁厚偏差；法兰虽是加工件，但为了装配方便，其内孔径般差；法兰虽是加工件但为了装配方便其内孔径一般

较管子外径大2-4mm不等，装配时很容易造成间隙不均匀和定位偏差等问题；

5、产品种类多，一般分为直管+双头法兰、直管+单头

，内角焊缝分为角接形式和对接焊缝等；

法兰，内角焊缝又分为角接形式和对接焊缝等；

6、生产节拍高，要求平均40根/班。