□田元武 文/圖

日前，煉化工程集團(tuán)十建公司和南京理工大學(xué)共同研發(fā)的國內(nèi)首臺(tái)九軸全位置智能焊接機(jī)器人在揚(yáng)子石化煉油結(jié)構(gòu)調(diào)整項(xiàng)目中投入使用。這是中國石化工程建設(shè)史上首次應(yīng)用智能焊接機(jī)器人，填補(bǔ)了國內(nèi)石油化工制造安裝行業(yè)此項(xiàng)工藝技術(shù)的空白，實(shí)現(xiàn)了管道焊接技術(shù)從自動(dòng)化到智能化的轉(zhuǎn)變。

如今，在近1000平方米的管道預(yù)制車間里，伴隨著規(guī)律的焊接聲，只有兩三個(gè)焊工來回走動(dòng)查看，與以往數(shù)十人同時(shí)焊接、萬朵焊花綻放的場面形成了鮮明對(duì)比。這正是九軸全位置智能焊接機(jī)器人投入使用帶來的最直觀改變。

設(shè)計(jì)研發(fā)

石油化工、煤化工、油氣儲(chǔ)運(yùn)等裝置設(shè)施的容器、管線形式復(fù)雜，規(guī)格、型號(hào)、材質(zhì)種類眾多，存在深冷、高溫、高壓、有毒、可燃等各類服役工況。在制造、安裝這些裝置設(shè)施的過程中，海量的焊接工作只能依靠傳統(tǒng)的手工焊接完成，不僅員工勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且存在安全質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

為落實(shí)國家智能制造2025發(fā)展戰(zhàn)略，2020年7月，十建公司與南京理工大學(xué)達(dá)成合作，共同研發(fā)全位置智能焊接機(jī)器人。十建公司負(fù)責(zé)焊接工藝開發(fā)，南京理工大學(xué)提供技術(shù)支持。

歷經(jīng)8個(gè)階段的技術(shù)攻關(guān)、研發(fā)試驗(yàn)，國內(nèi)首臺(tái)九軸全位置智能焊接機(jī)器人終于研發(fā)成功，并在揚(yáng)子石化煉油結(jié)構(gòu)調(diào)整項(xiàng)目首次應(yīng)用，進(jìn)一步豐富了管道工廠化預(yù)制的應(yīng)用場景，使傳統(tǒng)管道施工從“二維”向“三維”深度預(yù)制中的自動(dòng)焊得以實(shí)現(xiàn)，是管道預(yù)制工作中自動(dòng)焊應(yīng)用的進(jìn)一步拓展。

九軸全位置智能焊接機(jī)器人的成功研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了視覺識(shí)別、逆向重構(gòu)、軌跡規(guī)劃、軟件算法、數(shù)據(jù)應(yīng)用等行業(yè)前沿方向的技術(shù)儲(chǔ)備，為后續(xù)設(shè)備封頭弧形焊縫機(jī)器人、打底焊機(jī)器人、變位機(jī)+N軸機(jī)器人技術(shù)耦合等系列研發(fā)工作奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也為當(dāng)前石化工程行業(yè)的機(jī)動(dòng)焊、自動(dòng)焊向智能焊邁進(jìn)開拓了思路。

實(shí)際應(yīng)用

機(jī)動(dòng)焊設(shè)備對(duì)焊工的依賴度較高，現(xiàn)有的工業(yè)焊接機(jī)器人僅限于在水平位置的單層焊接，無法焊接工業(yè)裝置中的非標(biāo)準(zhǔn)管道。

九軸全位置智能焊接機(jī)器人打破了自動(dòng)化焊接的慣常思維，實(shí)現(xiàn)了一鍵式智能焊接，在一定程度上緩解了用工緊張矛盾、降低了用工成本，并突破了目前國內(nèi)工業(yè)焊接機(jī)器人“水平位置、單層焊接”的局限，實(shí)現(xiàn)了全位置焊接，具有更廣泛的適應(yīng)性。此外，該智能焊接機(jī)器人的使用還減少了焊接煙塵和弧光對(duì)人體的損害，充分體現(xiàn)了本質(zhì)安全和環(huán)保的理念。

據(jù)十建公司焊接主任技師劉建國介紹，目前一名焊工可操作4臺(tái)機(jī)器人同時(shí)進(jìn)行焊接，工效是手工焊接的3~4倍，而且焊接質(zhì)量非常穩(wěn)定，焊接過程中也不需要人工操作或監(jiān)控，大幅降低了員工勞動(dòng)強(qiáng)度。

新聞會(huì)客廳

為什么要研發(fā)九軸全位置智能焊接機(jī)器人？

●十建公司副總經(jīng)理 宋相華

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已在焊接、搬運(yùn)、涂裝、加工、組裝等生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)中大顯身手，應(yīng)用場景日益豐富，對(duì)行業(yè)整體效率提升和產(chǎn)業(yè)模式變革起到了舉足輕重的作用。

從2018年開始，十建公司對(duì)國內(nèi)外自動(dòng)焊技術(shù)及未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了廣泛調(diào)研。我們認(rèn)為，目前的自動(dòng)焊方法仍然對(duì)焊工的依賴度較高，焊接過程中的工件吊運(yùn)、機(jī)具調(diào)整也比較頻繁，現(xiàn)在的工業(yè)焊接機(jī)器人僅限在水平位置的單層焊接，適用于批量、標(biāo)準(zhǔn)化部件的加工生產(chǎn)，對(duì)于工業(yè)裝置中管徑和厚度不一、材質(zhì)不同的非標(biāo)準(zhǔn)管道無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接。要解決這些問題，只能在智能化焊接方面尋求突破。經(jīng)過充分醞釀，2020年7月，十建公司與南京理工大學(xué)達(dá)成合作，共同研發(fā)全位置智能焊接機(jī)器人，邁出了管道焊接技術(shù)從自動(dòng)化向智能化提升的第一步。

九軸全位置智能焊接機(jī)器人的智能化主要體現(xiàn)在哪些方面？

●十建公司第一安裝分公司總經(jīng)理 王銀飛

九軸全位置智能焊接機(jī)器人具有超長臂展，能實(shí)現(xiàn)多自由度精準(zhǔn)控制，擁有自適應(yīng)軌跡規(guī)劃系統(tǒng)、三維點(diǎn)云視覺系統(tǒng)、軟件高精度補(bǔ)償、自主學(xué)習(xí)能力等功能優(yōu)勢，是國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)基于視覺三維逆向重構(gòu)技術(shù)的智能化焊接機(jī)器人。它的智能化主要體現(xiàn)在具有三維掃描功能，能確定焊件坡口的位置和輪廓，軟件自主規(guī)劃機(jī)器人運(yùn)行軌跡和焊槍姿態(tài)。

該智能焊接機(jī)器人可通過掃描數(shù)據(jù)逆向重構(gòu)，形成坡口形狀，通過軟件進(jìn)行層道數(shù)分配、參數(shù)的自動(dòng)匹配和調(diào)用，實(shí)現(xiàn)管道的360度、多層多道焊接。在整個(gè)焊接過程中，它可將焊接數(shù)據(jù)全部數(shù)字化，并自動(dòng)保存、上傳，同時(shí)，整個(gè)焊接過程可遠(yuǎn)視，實(shí)現(xiàn)了焊接質(zhì)量的可視化。此外，該機(jī)器人的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)具備一定的AI功能，還能自主設(shè)置焊接工藝參數(shù)。

九軸全位置智能焊接機(jī)器人的成功研發(fā)在技術(shù)上有哪些重大突破？

●南京理工大學(xué)教授 王克鴻

在研發(fā)九軸全位置智能焊接機(jī)器人的過程中，我們主要取得了4項(xiàng)重大技術(shù)的創(chuàng)新突破：一是串聯(lián)九軸機(jī)器人技術(shù)，解決了串聯(lián)機(jī)器人坐標(biāo)變換算法難題；二是雙CCD（電荷耦合器件）協(xié)同傳感技術(shù)，解決了預(yù)制管道區(qū)域擺放焊縫精準(zhǔn)感知與路徑規(guī)劃難題；三是坡口尺寸實(shí)時(shí)感知與多層多道規(guī)劃焊接技術(shù)，解決了厚壁管道自適應(yīng)焊接難題；四是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人全位置智能焊接工藝技術(shù)，解決了機(jī)器人360度全位置連續(xù)高質(zhì)量焊接難題。

九軸全位置智能焊接機(jī)器人實(shí)際應(yīng)用效果如何？

●十建公司焊接主任技師 劉建國

管道焊接僅僅實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還要向智能化發(fā)展靠攏。在揚(yáng)子石化煉油結(jié)構(gòu)調(diào)整項(xiàng)目建設(shè)中，1臺(tái)九軸全位置智能焊接機(jī)器人已完成工藝管道焊接5398寸徑，焊接效率是傳統(tǒng)手工焊技術(shù)的3~4倍，為高質(zhì)量推進(jìn)集團(tuán)公司重點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)提供了強(qiáng)有力技術(shù)保障。若九軸全位置智能焊接機(jī)器人實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，可節(jié)約75%的用工數(shù)量。

中國石化“機(jī)器人總動(dòng)員”

隨著科技的快速發(fā)展，許多不同類型和作用的機(jī)器人逐漸應(yīng)用于石油石化行業(yè)。在中國石化，機(jī)器人“同事”也越來越多。

國內(nèi)首款智能加油機(jī)器人在廣西南寧石油南站西加油站投用，由中國石化自主研發(fā)，結(jié)合了人機(jī)交互、人臉識(shí)別、北斗衛(wèi)星定位、動(dòng)態(tài)監(jiān)控、自動(dòng)識(shí)別等多項(xiàng)技術(shù)，擁有仿真操作、實(shí)時(shí)反饋、信息共享等八大功能，能自動(dòng)識(shí)別車輛油箱的大小、位置、打開方式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位開關(guān)油箱內(nèi)外蓋，并自動(dòng)插拔加油槍，給車主帶來更便利的加油體驗(yàn)。

知識(shí)鏈接

使用焊接機(jī)器人的優(yōu)勢

?穩(wěn)定和提高了焊接質(zhì)量，保證其均一性。焊接參數(shù)對(duì)焊接結(jié)果起到?jīng)Q定作用，機(jī)器人焊接可確保每條焊縫的焊接參數(shù)恒定。

?改善了勞動(dòng)條件。采用機(jī)器人焊接，工人只需裝卸工件，遠(yuǎn)離了焊接弧光、炯霧和飛濺等。對(duì)于點(diǎn)焊來說，工人無須搬運(yùn)笨重的手工焊鉗，從高強(qiáng)度的體力勞動(dòng)中解脫出來。

?提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。機(jī)器人可24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)。

?焊接周期明確，容易控制產(chǎn)品產(chǎn)量。機(jī)器人的生產(chǎn)節(jié)奏是固定的，因此安排生產(chǎn)計(jì)劃非常明確。

?縮短產(chǎn)品改型換代的周期，減少相應(yīng)的設(shè)備投資。機(jī)器人與專機(jī)的區(qū)別就是可通過修改程序適應(yīng)不同工件的生產(chǎn)，可實(shí)現(xiàn)小批量產(chǎn)品的焊接自動(dòng)化。

十建公司焊接技術(shù)發(fā)展史

?1953~1996年

傳統(tǒng)手工電弧焊接技術(shù)

?1997年

半自動(dòng)氣體保護(hù)焊接技術(shù)在茂名石化球罐安裝焊接中得到應(yīng)用

?2014年

埋弧全自動(dòng)焊接工藝在福建聯(lián)合石化新建EO/EG項(xiàng)目建設(shè)中應(yīng)用

?2018年

全位置自動(dòng)焊在恒力（大連）石化2000萬噸/年煉化一體化項(xiàng)目建設(shè)中得到推廣應(yīng)用

?2019年

磁吸式管道全位置自動(dòng)焊實(shí)芯焊絲焊接、軌道式垂直固定口全位置自動(dòng)焊、鎳基合金自動(dòng)焊等3項(xiàng)焊接新工藝，在恒力（大連）石化2000萬噸/年煉化一體化項(xiàng)目蠟油加氫裝置建設(shè)中研發(fā)成功

?2023年5月6日

九軸全位置智能焊接機(jī)器人研發(fā)成功，并在揚(yáng)子石化煉油結(jié)構(gòu)調(diào)整項(xiàng)目投用