大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)數(shù)模驅(qū)動智能焊接自主化裝備——“中國智能制造科技進(jìn)展”
作者：小編 時間：2025/5/19 13:55:59
進(jìn)入21世紀(jì)，智能制造作為新一代信息技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合的新型生產(chǎn)方式，已然成為新一輪工業(yè)革命的核心驅(qū)動力。從自動化生產(chǎn)線到智能機器人，從大數(shù)據(jù)分析到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，從機器學(xué)習(xí)到人工智能的運用，智能制造正在不斷推進(jìn)傳統(tǒng)制造業(yè)進(jìn)入一個更加智能、高效、可持續(xù)的制造新時代。
2017-2024年，中國科協(xié)智能制造學(xué)會聯(lián)合體（IMAC）連續(xù)開展“中國智能制造科技進(jìn)展案例研究”，共遴選出80項“中國智能制造科技進(jìn)展”案例。成果領(lǐng)域涵蓋高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備、工業(yè)機器人、汽車、航空航天、新一代信息技術(shù)、紡織、軌道交通、船舶及海工裝備、能源裝備、工程機械、農(nóng)業(yè)機械、紡織、建筑焊接等制造業(yè)重點領(lǐng)域；技術(shù)領(lǐng)域涉及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺、大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、人工智能技術(shù)在工廠應(yīng)用、智能制造設(shè)備、柔性智能制造產(chǎn)線、云制造系統(tǒng)、智能工廠、大規(guī)模定制平臺等。
我們將展示智能制造的科技成果和創(chuàng)新應(yīng)用，感受智能制造帶給制造業(yè)的變革與創(chuàng)新。
大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)數(shù)模驅(qū)動智能焊接自主化裝備
近年來，我國造船業(yè)高速增長，造船完工量、新接訂單量、手持訂單量等三大指標(biāo)連續(xù)14年位居全球第一，成為2023年全球唯一的一個三大指標(biāo)實現(xiàn)全面增長的國家，2024年三大指標(biāo)再創(chuàng)新高，新接訂單量占比高達(dá)77%，較2023年增加12個百分點。然而，我國船舶行業(yè)主要使用的的一款船舶專用設(shè)計軟件SPD起步較晚，目前船舶設(shè)計軟件SPD的三維模型設(shè)計數(shù)據(jù)不完善，難以直接驅(qū)動裝備生產(chǎn)。同時，大型船舶大型復(fù)雜船體結(jié)構(gòu)存在尺寸大、結(jié)構(gòu)組件復(fù)雜、空間狹小、艙格多、縱橫肋板、加強材多等共性特點。多方面制約因素，造成了我國船舶建造工藝裝備水平不夠先進(jìn)，智能裝備少，難以獲得模型數(shù)據(jù)支撐，嚴(yán)重依賴人工焊接，焊接效率低，焊接質(zhì)量一致性差。
（1）在行業(yè)內(nèi)率先提出了基于船體模型的船體結(jié)構(gòu)節(jié)點元素重構(gòu)三維模型方法，建立標(biāo)準(zhǔn)化、輕量化的船體結(jié)構(gòu)模型輸出數(shù)據(jù)規(guī)范，實現(xiàn)了船體模型設(shè)計數(shù)據(jù)共享應(yīng)用于建造過程，復(fù)雜船體結(jié)構(gòu)分段零件重構(gòu)建模的完整率達(dá)98%以上。
（2）在行業(yè)內(nèi)率先提出了基于船體結(jié)構(gòu)節(jié)點元素特征的高效識別方法，采用復(fù)合遞歸算法獲取復(fù)雜船體結(jié)構(gòu)的三維空間焊縫特征線框，實現(xiàn)了大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)三維模型的空間結(jié)構(gòu)焊縫曲線構(gòu)建，單次可提取焊縫路徑數(shù)量達(dá)1000條。
（3）搭建多機器人協(xié)同焊接大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的虛擬場景，規(guī)劃復(fù)雜結(jié)構(gòu)三維模型焊縫的機器人焊接姿態(tài)與焊接軌跡，建立了復(fù)雜狹窄空間機器人動態(tài)防撞規(guī)則，優(yōu)化機器人空間運動姿態(tài)和焊接起弧姿態(tài)，保障了安全、可靠、高質(zhì)量焊接。
（4）提出大型復(fù)雜船體結(jié)構(gòu)多區(qū)域控制點偏差測量和自適應(yīng)補償方法，構(gòu)建了多維度區(qū)域控制點自動測量、自適應(yīng)補償?shù)臄?shù)學(xué)模型，明確了多維度區(qū)域控制點位置偏差自動測量算法與測量控制工藝，實現(xiàn)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)空間位置精準(zhǔn)映射，引導(dǎo)機器人在狹小空間精準(zhǔn)焊接。
本項科技進(jìn)展在技術(shù)創(chuàng)新方面表現(xiàn)尤為突出，整體技術(shù)裝備以及大型復(fù)雜船體結(jié)構(gòu)多區(qū)域控制點焊接補償技術(shù)均達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平，技術(shù)成果顯著且應(yīng)用效果突出，獲得了中國造船工程學(xué)會科技進(jìn)步獎一等獎、中船集團科技進(jìn)步一等獎等。
黃埔文沖圍繞高端裝備數(shù)字賦能核心技術(shù)，進(jìn)行專利群布局，有效保護(hù)核心技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)。已申請專利30件，其中發(fā)明專利25件，已授權(quán)發(fā)明專利18件，已授權(quán)實用新型專利5件；已發(fā)表專業(yè)論文5篇（SCI二區(qū)論文2篇），主編發(fā)布中國焊接協(xié)會團體標(biāo)準(zhǔn)1項、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1項。目前，建成了國內(nèi)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)智能焊接裝備并實現(xiàn)工程應(yīng)用，在縱向技術(shù)發(fā)展和橫向行業(yè)發(fā)展方面優(yōu)勢明顯，在數(shù)模驅(qū)動、焊縫偏差補償、可焊接復(fù)雜度和空間尺寸等技術(shù)指標(biāo)方面，在國際上優(yōu)勢顯著。
大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)數(shù)模驅(qū)動智能焊接自主化裝備示范性好、典型性強、適用性廣，通過對多項關(guān)鍵技術(shù)研究，探索了一條從設(shè)計端到制造端的數(shù)據(jù)賦能技術(shù)路線，推動了國產(chǎn)自主軟件三維模型“一模到底”，促進(jìn)國產(chǎn)自主軟件數(shù)據(jù)賦能焊接裝備，具有跨行業(yè)借鑒意義；使工藝數(shù)據(jù)流的動、焊接控制控的準(zhǔn)、智能裝備用的好，實現(xiàn)了數(shù)模驅(qū)動生產(chǎn)工藝流程代替了人工識別圖紙工藝、多機器人協(xié)同智能焊接代替了多人工焊接、清潔輕松作業(yè)環(huán)境代替了臟亂差作業(yè)環(huán)境，機器人焊接現(xiàn)場干凈整齊、取消輔助作業(yè)，機器人焊接外觀成形好、一次合格率高，焊接效率大幅提高。成果已推廣應(yīng)用到船舶、橋梁、海工平臺等領(lǐng)域，取得了良好的社會效益和顯著的經(jīng)濟效益，具體體現(xiàn)在：
（1）促進(jìn)了國產(chǎn)自主工業(yè)軟件的發(fā)展。立足于國產(chǎn)自主軟件，自主研發(fā)核心關(guān)鍵技術(shù)和智能焊接裝備，制定了一系列技術(shù)規(guī)范，有效支撐了在船舶建造領(lǐng)域和其他制造領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，促進(jìn)了國產(chǎn)化、自主可控、國產(chǎn)替代產(chǎn)業(yè)升級。
（2）優(yōu)化了艦船建造的生態(tài)環(huán)境。采用多機器人智能協(xié)同焊接，做到“應(yīng)焊盡焊”，提高了大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)焊縫一次焊接合格率和一致性，取消了焊后打磨作業(yè)，降低了焊接煙塵、打磨金屬粉塵排放，優(yōu)化了船舶建造焊接作業(yè)環(huán)境。
（3）提高了艦船行業(yè)建造創(chuàng)新能力。突破了大型復(fù)雜船體結(jié)構(gòu)數(shù)模驅(qū)動智能焊接的多項關(guān)鍵工藝技術(shù)，再造了數(shù)模驅(qū)動智能裝備的工藝流程，提高了大型復(fù)雜船體結(jié)構(gòu)焊縫焊接效率和焊接質(zhì)量，保障了各型船舶高質(zhì)量、高效率建造，填補了國防裝備數(shù)字化焊接生產(chǎn)的多項技術(shù)空白。
（4）促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。匯聚了船舶建造單位、裝備研發(fā)單位、船舶工業(yè)軟件研發(fā)單位、科研院所等優(yōu)勢資源單位，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研深度融合，加強了產(chǎn)業(yè)之間協(xié)調(diào)能力，加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級，向產(chǎn)業(yè)鏈高附加值端延伸，實現(xiàn)跨產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
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