Part 01 焊接行業(yè)現(xiàn)狀
利用自動化機(jī)器將人類從繁重的工作中解放出來，是科技長久以來的發(fā)展目標(biāo)。隨著焊接勞動力成本逐年上升、技能人才缺口逐年拉大，企業(yè)對機(jī)器人填補(bǔ)人才缺口具有強(qiáng)烈需求。據(jù)PAISI及廣發(fā)證券發(fā)展研究中心數(shù)據(jù)，2020年國內(nèi)焊接機(jī)器人銷量超過5萬臺，但是目前市面上焊接機(jī)器人基本停留在自動化狀態(tài)，未實(shí)現(xiàn)智能化，導(dǎo)致在很多高端制造領(lǐng)域無法適用。
圖一：資料來源PAISI及廣發(fā)證券發(fā)展研究中心
市場現(xiàn)有焊接機(jī)器人一般需要通過人工示教確定焊接軌跡，由于每個動作都要人工示教一次，因此極度耗時。不僅如此，對于人力難以觸及的較高或較深的焊縫，極難進(jìn)行示教編程。另外主流品牌機(jī)器人程序語言各不相同，掌握一門機(jī)器人的操作至少需要數(shù)周時間。同時，工藝參數(shù)不可調(diào)節(jié)、運(yùn)動軌跡不可修改、焊接程序不可調(diào)整等導(dǎo)致在實(shí)際使用中，需要工件適配機(jī)器人工作條件，要求極為苛刻難以滿足，實(shí)際焊接效率不足理論值30%。自動化示教編程對工件加工精度的容錯率極低，除標(biāo)準(zhǔn)化程度較高的汽車產(chǎn)業(yè)外，很難滿足其他大多數(shù)產(chǎn)業(yè)的使用需求，市場急需能夠滿足制造需求的智能焊接機(jī)器人。
圖二：自動焊接與智能焊接
Part 02 智能焊接“智”在何處
焊接是一種過程復(fù)雜、情況多變的混沌系統(tǒng)，從AI技術(shù)的應(yīng)用角度，我們可以用大家熟悉的汽車的自動駕駛來做個類比，兩者都需要有按預(yù)設(shè)程序執(zhí)行的能力，更要求具備處理頻繁突發(fā)情況的實(shí)時感知與分析能力。不同的是，自動駕駛的決策體現(xiàn)僅是剎車、加速、變道等幾種處理形式，所以從智能形式而言自動駕駛屬于“重感知輕決策”。
我們再來看AlphaGo，則更易于從另一個角度理解�；趪�1.43*10768的浩如星辰的落子結(jié)果，需要擁有龐大的數(shù)據(jù)處理能力和決策判斷能力；較于強(qiáng)大的決策能力，AlphaGo的感知能力則相對較弱，只需要掃描判斷實(shí)際發(fā)生的落子位置即可，所以AlphaGo屬于“重決策輕感知”。
在實(shí)際的焊接工作中，智能焊接感知系統(tǒng)需在惡劣條件下對工件、熔池等實(shí)現(xiàn)數(shù)字化感知建模，為確保焊接結(jié)果的高度精準(zhǔn)，微小變化都將引起龐大的數(shù)據(jù)變化及處理，最終體現(xiàn)出的是智能焊接機(jī)器人完美執(zhí)行多層多道規(guī)劃、變間隙焊接、錯邊焊接、薄板焊接等復(fù)雜高難度焊接工作，也就是我們所說的全流程自適應(yīng)焊接，這也是為什么只有智能焊接機(jī)器人才能最終代替高技能焊工的重要原因，所以智能焊接機(jī)器人屬于“重感知重決策”。
圖三：AI決策與AI感知能力對比
可以看出，要能稱得上智能焊接是有相當(dāng)高的難度的， 并非有”手“就行。自適應(yīng)焊接的實(shí)現(xiàn)，需要從焊接工藝的需求出發(fā)設(shè)計系統(tǒng)，驅(qū)動系統(tǒng)適應(yīng)工件情況，取代過去要求工件適配機(jī)器人的工作邏輯，建立各類工件的識別模型和各類材料的工藝數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)焊接過程動態(tài)參數(shù)化控制。同時，感知系統(tǒng)需在惡劣工作條件下對工件、熔池等實(shí)現(xiàn)數(shù)字化感知建模，多傳感器融合方案不可或缺。
圖四：智能焊接系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的“眼、腦”賦能
Part 03 高端制造業(yè)焊接難題
高端制造如船舶海工、橋梁建筑、航空航天等領(lǐng)域面對的焊接難點(diǎn)通常體現(xiàn)在兩大方面：工件的小批量多規(guī)格形態(tài)和焊接復(fù)雜程度，這兩大因素組合形成了各領(lǐng)域制造企業(yè)的焊接難題。
圖五：小批量多規(guī)格與焊接復(fù)雜程度
工件自適應(yīng)解決小批量多規(guī)格難題
在橋梁鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制行業(yè)中，工件的多樣性迫使傳統(tǒng)焊接機(jī)器人的使用者在每次切換工件前不得不面對數(shù)以天計的機(jī)器人編程問題，這就導(dǎo)致企業(yè)雖然省去了焊工，但是復(fù)雜的機(jī)器人編程卻又要招聘專業(yè)機(jī)器人工程師來完成，無法根本解決自動化應(yīng)用難題。在中鐵集團(tuán)揚(yáng)州寶橋橋梁鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)基地的應(yīng)用中，大熊星座WELDING MASTER實(shí)現(xiàn)了自主感知判斷工件形狀并生成所需的機(jī)器人軌跡，軌跡生成時間由5天縮短至30s，大幅提高對應(yīng)工序的生產(chǎn)效率，同時解決鋼結(jié)構(gòu)等重工行業(yè)長久以來因為結(jié)構(gòu)多樣化導(dǎo)致的自動化應(yīng)用難題。
圖六：中鐵橋梁鋼結(jié)構(gòu)項目
工況自適應(yīng)解決復(fù)雜焊接難題
在中國遠(yuǎn)洋集團(tuán)船舶海工高難度有色金屬管段焊接項目中，面臨的最大難題則是解決工件原材料以及裝配誤差帶來的焊接難題。大熊星座WELDING MASTER在此項目中，以200ms一次的速度對工件進(jìn)行分析判斷，并實(shí)時調(diào)用各類工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的全流程自適應(yīng)焊接。焊后合格率達(dá)98%，是人工合格率的1.4倍，同時每天可生產(chǎn)120吋管段，生產(chǎn)效率是工人的5倍。
圖七：中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有色金屬管焊接項目
Part 04 WELDING MASTER
大熊星座智能科技有限公司（以下簡稱“大熊星座”）推出的智能焊接機(jī)器人產(chǎn)品WELDING MASTER（焊接大師），具有自主編程無需人工示教、對工件容錯率高，廣泛適用各類材料、焊接效率高且質(zhì)量好、適合小批量多樣化工件生產(chǎn)的特點(diǎn)。其焊接工藝可以達(dá)到具有10余年焊接經(jīng)驗的焊接工人的水平，能夠為制造業(yè)企業(yè)解決焊接技能人才短缺的問題。
圖八：搭載WOS智能焊接系統(tǒng)的焊接大師機(jī)器人
作為行業(yè)數(shù)字化程度最優(yōu)的焊接機(jī)器人，WELDING MASTER搭載大熊星座自主研發(fā)的新一代WOS智能焊接系統(tǒng)，全面突破技術(shù)壁壘，實(shí)現(xiàn)焊接工件的全規(guī)格全流程適配，自主編程時間快至30s，并達(dá)到20ms、0.1mm級的精細(xì)工藝控制；以軟件驅(qū)動研發(fā)的WELDING MASTER可以像經(jīng)驗豐富的焊接工人一樣來應(yīng)對焊接過程中隨機(jī)出現(xiàn)的特殊情況，焊接合格率高達(dá)98%；同時適用于高端制造領(lǐng)域焊接特種材料過程中復(fù)雜的工藝參數(shù)變化，焊接產(chǎn)品的一次檢測合格率遠(yuǎn)高于一般焊接機(jī)器人。
Part 05 重新定義焊接工作方式
目前除與船舶制造領(lǐng)域的中遠(yuǎn)重工展開合作外，WELDING MASTER產(chǎn)品已應(yīng)用于FPSO船只的制造中，同時接連獲得中集太平洋LNG球罐焊接項目及招商局重工不銹鋼管段焊接項目，并與中國航天、中國石油進(jìn)行案例驗證測試。大熊星座希望通過與行業(yè)龍頭企業(yè)合作達(dá)到標(biāo)桿示范作用，未來大熊星座計劃拓展到航空航天、高端裝備、能源裝備、軌道交通等領(lǐng)域，預(yù)計在約10個行業(yè)進(jìn)行應(yīng)用。
圖九：應(yīng)用領(lǐng)域
大熊星座提供的智能焊接機(jī)器人WELDING MASTER有望重新定義焊接的工作方式，未來將通過與集成商合作，通過WOS系統(tǒng)賦能使更多的傳統(tǒng)焊接機(jī)器人成為“焊接大師”。 
