造船订单暴涨近60%，船舶焊接“风起”

原创钟淑婵 转载自高工机器人

继钢结构之后，船舶是焊接机器人的又一“风口”。

据工信部公布数据显示，2023年1-12月，全国造船完工量4232万载重吨，同比增长11.8%；新接订单量7120万载重吨，同比增长56.4%；截至12月底，手持订单量13939万载重吨，同比增长32.0%。

另外，2023年1-12月我国造船完工量、新接订单量和手持订单量以载重吨计分别占全球总量的50.2%、66.6%和55.0%，以修正总吨计分别占47.6%、60.2%和47.6%，前述各项指标国际市场份额均保持世界第一。

2023年，我国分别有5、7、6家造船企业进入全球造船完工量、新接订单量和手持订单量前10强。全国造船完工量前10家企业集中度为58.4%，新接订单量前10家企业集中度为60.7%，手持订单量前10家企业集中度为59.2%，继续保持较高水平。

此外数据显示，在船舶领域，目前主流船厂首次订单基本排到2027年、2028年，船东大量订造符合绿色环保要求的双燃料船促进船舶需求增长。

一连串订单数据喜讯之余，造船厂无疑需要寻找更加高效、高质量的生产方案，以按时按量完成订单交付。

*本篇主要涉及船舶焊接中传统人工焊接存在的难题、机器人应用案例的不完全汇总展示。后续将持续发布船舶焊接系列文章，敬请关注。

自动化转型迫在眉睫

焊接是船舶建造工程的关键环节之一。一条万吨级的船舶，焊缝长度是十数万米级的。数据显示，焊接工时约占船舶建造总工时的40%，成本约占总成本的30%-50%。

而事实上，船舶焊接目前自动化程度并不高，主要依靠“钢铁裁缝”焊工师傅完成。传统人工焊接主要存在两大方面的难题：

1、焊工短缺，用人成本高涨。在人社部发布的《2022年第四季度全国招聘大于求职“最缺工”的100个职业排行》中，焊工位列其中。“工厂开价1.4万元/月都招不到合适的工人，年轻人宁愿开滴滴都不愿进厂，这种现象在北方尤其明显。”一位业内资深人士透露。

2、焊接质量、一致性难以把控。船舶焊接多数是小批量、多品种、高定制型的，而且还涉及到多类型材料、焊缝高低不平或宽窄不一，情况复杂，稍不注意就会造成难以弥补的缺陷，导致结构断裂、渗漏，甚至是沉没。

数据显示，40%的船舶脆断事故源于焊缝缺陷处。据了解，焊接顺序、操作方法、坡口形式等因素都极易造成焊接后形变大，且矫正困难的同时还要增加成本。

另一方面，生产环境多变且恶劣，且在部分情况下还需要焊工趴着，或是以极不方便的姿势完成焊接。这一定程度上，也对焊接的效率及质量造成了影响。

就长远发展而言，“机器替换人”已是大势所趋。

“随着船舶制造业的智能化转型，越来越多的船厂开始用机器人代替人工进行焊接作业，来提高生产效率、降低成本，也提升了焊接质量。”一位机器人本体企业负责人在高工机器人的调研中表示。

应用前瞻

高工机器人观察到，目前行业中主要有两类机器人船舶焊接解决方案：以传统工业四六轴机器人为核心、以协作机器人为核心。

▌工业机器人

埃斯顿自动化全资子公司CLOOS机器人，在船舶智能化领域具有成熟的解决方案。

其中，以德国霍瓦特-德意志造船股份有限公司的应用为例，在造船现场，多台CLOOS QRC系列焊接机器人协同进行船舶焊接工作。机器人变位机由2个固定双龙门和4个水平轴组成，形成了3500mm纵深及总工作面积10m*12m的工作区域，变位机线性导轨位移长度1-120m，机器人高精度同步控制X、Y、Z多个外部轴。

图片来源：埃斯顿自动化

同时8台600A焊接电源保障焊接工作的持续高效，全球领先的电弧跟踪和喷嘴传感技术，实现焊接过程中超精细控制，保障焊接质量，配合QIROX快速焊接编程软件和即时机器人编程系统IRPS实现自主焊接，焊接效率提升60%，轻松完成小批量、多品类工件的自动焊接工作。

行健机器人面向重工行业从事焊接切割智能化，研发智能机器人工作站（点）、智能生产线（线）和智能化车间（面）。

早在2018年，行健机器人就为新时代造船厂打造了分段小组立焊接机器人，以AI+视觉+工艺深度积累深度融合拉开船舶行业组立行业先河；2019年，行健机器人江南造船厂开发了吊马自动焊接机器人工作站，该工作站综合AI+视觉+工艺深度积累实现高度智能化，为船舶行业非常先进的吊马生产线。

截图来源：行健机器人

2022年，行健机器人与金陵船厂合作，规划设计出短直管机器人智能焊接工作站，区别于传统的示教再现型工业机器人，带有视觉跟踪功能和三维测量监控功能的智能化焊接设备，实现自动识别，无序抓取，自动组队，自动规划运动轨迹和路径，自动匹配焊接工艺，实时优化焊接流程，真正实现零编程，一键式操作，可适应不同行业和系统集成需求的生产。

埃夫特和工布智造联合开发了智能机器人焊接系统，并已在芜湖造船厂有成熟的应用经验。据了解，该智能机器人焊接系统所有焊接参数以及末端运动均采用开放式顶层设计，可供用户在使用过程中自行修正，解决了组件外形各异、筋板长短不同、端部切斜留根较小等给包脚的运动参数设置困难等问题。

图片来源：埃夫特

▌协作机器人

与埃斯顿、行健机器人、埃夫特等企业不同，大族机器人、固建机器人、珞石机器人等主要采用协作机器人解决方案。

针对船舶焊接应用，大族机器人的方案采用Elfin系列协作机器人本体，自重较轻，单人即可以拎/抱到焊接车间的任意位置；操作简单，通过拖拽示教或图形化编程，即可快速投入焊接作业；重复定位精度高达±0.02mm，满足焊接精度要求。

图片来源：大族机器人

实际焊接作业时，焊工师傅通过机械臂末端按钮，可以在拖拽过程中轻松完成焊接任务建立、焊接起点、焊接终点、焊接启动等操作，简单便捷高效。据了解，在实际应用中，1个普通焊工可以同时操作4台焊接机器人，作业效率得到大幅提升，焊接质量较之传统手工焊，更加稳定可靠，成品一致性也更强。

固建机器人打造的灵巧焊接机器人解决方案，以其独特的轻巧机身配合3D视觉拍照自动扫描焊缝技术和高度智能化的操作。通过轻轨＋3D视觉的解决方案，固建机器人已为部分船厂提供了优质的智能焊接服务。

图片来源：固建机器人

珞石机器人的柔性协作机器人编程简单，可拖动示教，仅需1N以内的拖动力即可轻松进行精准拖动，实现复杂点位和连续轨迹的直接示教，操作人员不需要专业焊工技能，即可快速上手操作，焊接效率大幅提升，轻松完成小批量、多品种的焊接操作。

图片来源：珞石机器人

此外，珞石机器人的柔性协作机器人每个关节均配置高精度力矩传感器，相比基于电流环的传统协作机器人碰撞检测灵敏度提升至少5倍，同时机械臂关节构型优异，可更好地规避奇异点，有效避免焊接安全事故的发生。