Part 01  焊接行业现状

利用自动化机器将人类从繁重的工作中解放出来，是科技长久以来的发展目标。随着焊接劳动力成本逐年上升、技能人才缺口逐年拉大，企业对机器人填补人才缺口具有强烈需求。据PAISI及广发证券发展研究中心数据，2020年国内焊接机器人销量超过5万台，但是目前市面上焊接机器人基本停留在自动化状态，未实现智能化，导致在很多高端制造领域无法适用。

图一：资料来源PAISI及广发证券发展研究中心

市场现有焊接机器人一般需要通过人工示教确定焊接轨迹，由于每个动作都要人工示教一次，因此极度耗时。不仅如此，对于人力难以触及的较高或较深的焊缝，极难进行示教编程。另外主流品牌机器人程序语言各不相同，掌握一门机器人的操作至少需要数周时间。同时，工艺参数不可调节、运动轨迹不可修改、焊接程序不可调整等导致在实际使用中，需要工件适配机器人工作条件，要求极为苛刻难以满足，实际焊接效率不足理论值30%。自动化示教编程对工件加工精度的容错率极低，除标准化程度较高的汽车产业外，很难满足其他大多数产业的使用需求，市场急需能够满足制造需求的智能焊接机器人。

图二：自动焊接与智能焊接

Part 02  智能焊接“智”在何处

焊接是一种过程复杂、情况多变的混沌系统，从AI技术的应用角度，我们可以用大家熟悉的汽车的自动驾驶来做个类比，两者都需要有按预设程序执行的能力，更要求具备处理频繁突发情况的实时感知与分析能力。不同的是，自动驾驶的决策体现仅是刹车、加速、变道等几种处理形式，所以从智能形式而言自动驾驶属于“重感知轻决策”。

我们再来看AlphaGo，则更易于从另一个角度理解。基于围棋1.43*10768的浩如星辰的落子结果，需要拥有庞大的数据处理能力和决策判断能力；较于强大的决策能力，AlphaGo的感知能力则相对较弱，只需要扫描判断实际发生的落子位置即可，所以AlphaGo属于“重决策轻感知”。

在实际的焊接工作中，智能焊接感知系统需在恶劣条件下对工件、熔池等实现数字化感知建模，为确保焊接结果的高度精准，微小变化都将引起庞大的数据变化及处理，最终体现出的是智能焊接机器人完美执行多层多道规划、变间隙焊接、错边焊接、薄板焊接等复杂高难度焊接工作，也就是我们所说的全流程自适应焊接，这也是为什么只有智能焊接机器人才能最终代替高技能焊工的重要原因，所以智能焊接机器人属于“重感知重决策”。

图三：AI决策与AI感知能力对比

可以看出，要能称得上智能焊接是有相当高的难度的， 并非有”手“就行。自适应焊接的实现，需要从焊接工艺的需求出发设计系统，驱动系统适应工件情况，取代过去要求工件适配机器人的工作逻辑，建立各类工件的识别模型和各类材料的工艺数据库，实现焊接过程动态参数化控制。同时，感知系统需在恶劣工作条件下对工件、熔池等实现数字化感知建模，多传感器融合方案不可或缺。

图四：智能焊接系统实现机器人的“眼、脑”赋能

Part 03  高端制造业焊接难题

高端制造如船舶海工、桥梁建筑、航空航天等领域面对的焊接难点通常体现在两大方面：工件的小批量多规格形态和焊接复杂程度，这两大因素组合形成了各领域制造企业的焊接难题。

图五：小批量多规格与焊接复杂程度

工件自适应解决小批量多规格难题

在桥梁钢结构预制行业中，工件的多样性迫使传统焊接机器人的使用者在每次切换工件前不得不面对数以天计的机器人编程问题，这就导致企业虽然省去了焊工，但是复杂的机器人编程却又要招聘专业机器人工程师来完成，无法根本解决自动化应用难题。在中铁集团扬州宝桥桥梁钢结构生产基地的应用中，大熊星座WELDING MASTER实现了自主感知判断工件形状并生成所需的机器人轨迹，轨迹生成时间由5天缩短至30s，大幅提高对应工序的生产效率，同时解决钢结构等重工行业长久以来因为结构多样化导致的自动化应用难题。

图六：中铁桥梁钢结构项目

工况自适应解决复杂焊接难题

在中国远洋集团船舶海工高难度有色金属管段焊接项目中，面临的最大难题则是解决工件原材料以及装配误差带来的焊接难题。大熊星座WELDING MASTER在此项目中，以200ms一次的速度对工件进行分析判断，并实时调用各类工艺参数，实现了真正意义上的全流程自适应焊接。焊后合格率达98%，是人工合格率的1.4倍，同时每天可生产120吋管段，生产效率是工人的5倍。

图七：中远海运重工有色金属管焊接项目

Part 04  WELDING MASTER

大熊星座智能科技有限公司（以下简称“大熊星座”）推出的智能焊接机器人产品WELDING MASTER（焊接大师），具有自主编程无需人工示教、对工件容错率高，广泛适用各类材料、焊接效率高且质量好、适合小批量多样化工件生产的特点。其焊接工艺可以达到具有10余年焊接经验的焊接工人的水平，能够为制造业企业解决焊接技能人才短缺的问题。

图八：搭载WOS智能焊接系统的焊接大师机器人

作为行业数字化程度最优的焊接机器人，WELDING MASTER搭载大熊星座自主研发的新一代WOS智能焊接系统，全面突破技术壁垒，实现焊接工件的全规格全流程适配，自主编程时间快至30s，并达到20ms、0.1mm级的精细工艺控制；以软件驱动研发的WELDING MASTER可以像经验丰富的焊接工人一样来应对焊接过程中随机出现的特殊情况，焊接合格率高达98%；同时适用于高端制造领域焊接特种材料过程中复杂的工艺参数变化，焊接产品的一次检测合格率远高于一般焊接机器人。


Part 05  重新定义焊接工作方式

目前除与船舶制造领域的中远重工展开合作外，WELDING MASTER产品已应用于FPSO船只的制造中，同时接连获得中集太平洋LNG球罐焊接项目及招商局重工不锈钢管段焊接项目，并与中国航天、中国石油进行案例验证测试。大熊星座希望通过与行业龙头企业合作达到标杆示范作用，未来大熊星座计划拓展到航空航天、高端装备、能源装备、轨道交通等领域，预计在约10个行业进行应用。

图九：应用领域

大熊星座提供的智能焊接机器人WELDING MASTER有望重新定义焊接的工作方式，未来将通过与集成商合作，通过WOS系统赋能使更多的传统焊接机器人成为“焊接大师”。