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中建集团:机器人“持证上岗” 焊接作业“智慧升级”

发布时间:2022-08-16 16:09:05 来源:雷竞技正规彩种 作者:雷竞技备用链接 阅读 1

  走进钢铁加工车间第一眼会看到什么?答案是焊接过程中出现的“电光火花”。焊接也称作熔接、镕接,是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术,它也是机械加工行业中的一项关键工艺技术。

  不过,由于焊接加工产品具有非标设计、批量化小、形式复杂等特点,一直以来,我国焊接作业仍然为劳动密集型作业,在当前人口红利消失、人工成本日益攀升的大环境下,这样传统的作业方式已不可持续。

  庆幸的是,这样的焊接作业方式,在不久的将来将逐步退出舞台。在过去几年时间里,机器人和智能制造成为我国国家战略的重要方向,焊接正在向极端环境和特种应用拓展,属于央企行列的中建科工旗下中建钢构就是第一批响应战略号召的企业,成为了这一波浪潮中的“先行者”。

  “十三五”期间,中建钢构完成了智能焊接机器人及产线应用项目,以智能焊接机器人为核心技术的国内建筑钢结构行业首条智能焊接生产线,已广泛应用于建筑、桥梁等诸多钢结构项目,取得了显著的经济效益和社会效益。

  机器人如何进行焊接作业?它们又靠什么来发号施令?今天,请跟随《中国科技信息》一起了解来自中建钢构的智能焊接技术。

  作为钢铁产业大国,建立自动化工业焊接机器人工作站、实现焊接生产智能化是支撑加工产线升级改造、开启能力提升的关键法宝。因此,在过去几年时间里,诸如中建钢构这样的央企旗下公司,就一直在思考如何解放工人双手,实现效率最大化。

  为突破建筑钢结构行业焊接工序的瓶颈,由中建钢构江苏有限公司等联合开发的“建筑钢结构机器人焊接智能化关键技术与应用”技术成果,从焊接控制软件、构件定位、焊缝识别、程序生成等方面,对关键技术进行研究取得突破,获得国家版权局颁发的计算机软件著作权3项,发明专利受理1项,技术成果获得2020年中国钢结构协会科学技术一等奖。获得多方肯定,这项“黑科技”到底有多神?从概念上来看,智能焊接机器人及产线应用项目技术以焊接物理过程和焊接制造过程作为研究对象,以传感、建模、控制,结合人工智能、数字孪生、大数据等研究方法,解决焊接制造的柔性、自适应和人工替换等问题,是与智能制造结合最紧密的方向。

  那么,焊接机器人究竟什么样子?首先,它具有三个和三个以上可自由编程的轴,并能将焊接工具按要求送到预定空间位置,按要求轨迹及速度移动焊接工具(焊枪)的机器;其次,比较完整的机器人自动焊应有精密焊接质量闭环控制系统、机器人控制电源、焊接过程动态建模与控制、自主跟踪等系统,并隶属于焊接专家系统。

  由此可知,智能焊接相关技术可分为两部分:机器人、焊接电源,这两个看似关联不大的领域,由于两领域都有所研究的科技人员十分少,因此技术研究面临着“无人问津”的局面。

  中建钢构打破了这样的“僵局”。首先,他们创新开发了焊接模型系统软件(Smart Model),可快速自动识别并计算所有焊缝信息,建立焊缝模型,并与焊接机器人实现数字互联。其次,开发多构件自动快速定位技术,通过点对点快速定位方式,将模型与实际构件一一对应,实现了批量非标构件一次性自动焊接,可进一步拓展非标构件智能生产线。

  同时,企业研发了相机视觉识别和三维模型数字处理技术,通过激光定位与纠偏,可快速计算工件焊缝位置,自动形成精准的焊接路径及运动姿态。不仅如此,还研发了焊接程序自动生成技术,利用与焊接机器人相匹配的数据格式和接口参数,可自动调用、修改、存储焊接工艺参数,根据焊接路径快速生成焊接程序,实现建筑钢结构贴角焊缝机器人智能焊接。

  结合工作人员对项目的描述,以及对技术的介绍,这样一幅画面映入眼帘:工厂内部,一台焊接机器人在技术员的电脑系统操作下,正对着一块钢构件焊接。焊接机器人甚至可以通过感知自动切换到作业台,进行焊接加工……工厂采取智能生产线与传统生产线相结合的柔性设计,智能生产线以生产H型构件为主,传统生产线以生产箱型和十字型构件为主

  其中,智能生产线创新设计了U型布局形式,深度研究钢结构智能化制造模式下各工位间的作用机理与制约条件。引入了6轴机器人等智能装备,通过在自动寻边、自动加工、离线编程、焊缝跟踪等关键方面的技术突破,自动完成构件的切割、搬运、焊接等核心工序。焊接机器人臂长近2米,机械臂、控制柜、示教器、焊机、焊枪、底座及防撞器等系统一应俱全,而工装采用三工位制的流水作业,只需3分钟即可实现每个止水环的双面焊接。在中建科工旗下中建钢构,全国首条钢结构智能制造生产线和ME-HOUSE模块化生产线落地于此,钢结构年产能20万吨,是建筑业唯一国家工信部智能制造新模式应用项目。

  其中,智能制造生产线拥有建筑钢结构制造全工序的系列智能化新设备,有效提升了钢结构制造效率、推进了钢结构制造智能化进程;ME-HOUSE模块化生产线%以上设备箱、房屋箱生产需求,可生产房建模块和新基建装备模块,实现了标准化产品的大规模生产。

  此外,中建钢构还设计并搭建了首个面向钢结构制造工业互联网大数据分析与应用平台,解决了智能装备之间、智能装备与产品之间、智能装备与制造系统之间等的互联互通及互操作难题,实现了建筑钢结构制造全产业链的数字化管控,开创了建筑钢结构工业互联网协同制造新模式,构建全新产业生态。这有利于实行工业化绿色制造、精益化生产管理,实现信息技术与制造业深度融合,引领行业变革,带动产业链上下游转型升级。

  随着钢结构用钢量的持续增加和人工成本的不断攀升,开展机器人智能化焊接技术在钢结构领域的研发和应用已成为共识,许多钢结构制造施工企业与科研机构、大专院校或设备厂商联合攻关,取得了一些成果。

  不过相比于汽车、工程机械、锅炉压力容器等焊接机器人利用率较高的行业,钢结构行业机器人焊接技术的应用发展较迟缓。因此,中建钢构的这次示范,从长远角度来看可以说,智能焊接相关技术成果简化了机器人应用操作流程,解决了常规机器人人工示教、离线编程效率低、操作门槛高的难题,已成功应用于建筑、桥梁等诸多钢结构项目,取得了显著的经济效益和社会效益,具有较大的推广应用价值。如今,中建更逐渐将视野从焊接延伸到了整个建筑行业。焊接、测量、抹灰、下料……2022年7月以来,中建八局自主研发应用的多种建筑机器人及“苍穹”系统已经投入一线实战。例如第二代橡塑保温板下料机器人,在使用时控制屏幕上输入加工数据后,机器人即可自动计算切割角度并完成切割或分条,切割边缘平整光滑,便于拼缝粘接,减少了风管、管道的橡塑保温质量隐患,便于橡塑保温质量的一次成优。依托该机器人,切割效率达到了传统人工的10倍以上,大大提高了橡塑保温板下料施工效率。

  总体来说,智慧建造是解决建筑行业低效率、高污染、高能耗的有效途径之一,通过充分利用智能技术和相关技术研发应用智能化机械设备,提高建造过程的智能化水平、减少对人的依赖,将有力推进智慧建造迈向发展新时代。

  杂志收录情况:《中国知网》《中国期刊核心期刊(遴选)数据库》《中国学术期刊综合评价数据库(CAJCED)统计源期刊》《中国期刊全文数据库(CJFD)》《中国科协、中国图书馆学会(解读科学发展观推荐书目)》

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