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一.行业发展状况
随着我国制造业不断发展，焊接的应用已渗透到工业化生产的各个领域，但是焊接现场环境恶劣，烟尘、弧光、金属飞溅严重伤害工人身体健康，同时工人也需要长时间的培训与经验积累，才能达到生产工艺要求。因此从事焊接工作的年轻人越来越少，行业普遍面临招工难、用工贵、门槛高等问题。
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在此背景下，以焊接机器人为代表的新型焊接模式，正在打破传统手工焊所带来的成本、环境、工作强度和专业要求等多重限制。然而面对离散制造业多品种小批量的生产需求，焊接机器人在实际生产过程中依然面临着智能化、柔性化等难题。想要真正获得解决路径，我们需要先简单回顾机器人在焊接领域的发展情况，了解其背后的原理与限制。
二.焊接机器人的现状与未来
阶段1：示教焊接机器人作业前需要工人事先引导机器人执行整个焊接过程，机器人记录过程中的动作指令，包括焊接位置、姿态及参数等，在工人完成示教后，机器人再重复被示教的内容后完成焊接任务。优点
不需要环境模型，适合工件构型简单且重复性高的批量作业场景，如C、汽车等行业。
缺点
场景自适应能力差，对机器人进行示教时需占用生产时间，比如在作业时发生位置偏移，或调整产品构型，必须中断机器人当前的生产任务，对其重新示教后再运行，整个过程繁琐且效率低，因此对工件的装配质量与精度的一致性要求高，系统容差率低。
阶段2：离线编程焊接机器人只需在电脑中通过特定的离线编程软件对焊枪角度，速度、轨迹等进行全方位设置，并生成机器人运行代码完成作业，同时需要在焊机上独立设置固定好的焊接电流，电压等工艺。对于部分带有仿真模块的软件，可在实际焊接前先对机器人路径进行仿真，并进行人工调整，确保加工路径正确且无碰撞。优点
与传统示教编程相比，可脱离机器人本体而在电脑上进行编程，机器人无需停机或离开产线，效率得到较大提升。
缺点
对于较为复杂的工件而言，离线编程中的焊缝路径的建立、轨迹和工艺的规划仍然十分繁琐，可适应规模化、批量化和标准化的生产场景，但无法满足小批量多品种的行业需求。此外，如果在生产过程中对焊机相关参数进行调整，需要中断作业并由人工操作焊机上的按钮与旋钮录入所需的数据，因此不适用于需要频繁切换焊接工艺的生产场景。
阶段：基于工件特征模板的焊接机器人与前两个阶段对比，该阶段的焊接机器人具备一定的灵活性，可在设定范围内，对较为复杂的生产工艺进行自适应调整。通过人工将产品的结构与工艺类型进行抽象与归纳，在软件中建立出对应的特征模板类，并在实际生产中将这些特征模板与设定参数逐一映射，转化为具体的模板实例。对于特定的焊接场景，只需要人工快速判断并选择正确的模板类型，对模板内的参数逐个进行赋值，即可完成不同的焊接构件与工艺的设置。优点
通过特征模板的建立，快速匹配的机器人运动轨迹、焊接工艺、效率高，可满足一定的柔性化生产场景。
缺点面对生产量大的企业，需要手动选取对应的特征模板，依然会占据大量时间，造成工程周期的延长，而且一旦目标特征不在模板库中或超出特征范围，机器人便无法处理，需要重新建立新的特征模板，影响生产的连续性及人力成本。此外，特征模板极易受到环境的干扰或制约，任何模板参数的变动，如构件的加工与装配精度、零件的角度、尺寸、焊缝位置、朝向、所用工艺、毗邻零件的位置与距离，乃至前道工序中定位焊的位置与长度，都可能挑战原有的模板设置。一旦环境的改变与原模板设定不符，就会引发连锁反应，导致模板整体失效。最终大量的生产与调试工作还是无法脱离人的干预和处理。
通过与行业内客户及专家广泛地调研与交流，大界认为焊接机器人的下一阶段是：具备自主决策能力的柔性智能焊接机器人
相比于前三个阶段，该阶段的焊接机器人在“手眼脑”领域的技术得到多重进化，彻底摆脱机器人对于人工的依赖。用软件代替人脑进行自主学习与判断，用具备高感知力的视觉传感器代替人眼进行精准定位，并调度机械臂实现稳定的避障与优质的焊接，实现真正意义上的“告别软件繁琐操作，步入焊接一键时代”，帮助客户达到降本、增效、提质的目的。
效率上，一个工作站可协调多台机器人，替代数名熟练焊工，24小时不间断地焊接作业，大幅降低人工成本，提高整体生产效率。同时，强大的软件功能可大幅缩减项目的工艺图绘制周期与加工周期，工人从繁琐的软件编程与设置工作中解脱出来，便可同时管理多台工作站，实现人均产能最大化。此外，其柔性化程度高，可覆盖更广泛的加工构件类型，实现由“专机”到“柔性加工中心”的转变，帮助企业减少设备投资，从而获得更高的投入产出比。基于此，大界推出了RobimWeld智能焊接系统。三.大界RobimWeld核心技术优势1.手眼脑协同的软件平台大界自研的RobimWeld智能焊接系统，搭载了前沿的几何算法、视觉算法、机器人运动控制算法等技术，可快速读取钢结构构件二维图纸或三维模型，通过不同类型的视觉传感器进行定位与纠偏，可快速计算工件焊缝位置，自动生成精准的焊接路径及运动姿态。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、存储并优化焊接工艺参数，以最短的时间，最简便的操作生成机器人焊接程序，实现钢结构中各种类型焊缝智能焊接。
RobimWeld软件大界针对机器人焊接场景，由最底层搭建的多维复合数据标准体系，确保不同数据来源及接口的统一性和有效性，当生产流程与构件类型发生变换时，软件平台可帮助企业实现无缝的调整和切换，并支持长期的产线扩展与升级。同时，经过大量的用户调研，该软件配备开放友好的交互界面，结合定制化生产场景解决方案，无需任何软件与机器人专业知识，现场操作人员即可在极短时间内熟悉整个系统的使用与操作，快速进行生产。
在提高车间内的操作工人生产效率的同时，RobimWeld也可以成为深化、绘图与工艺人员的效率工具。一键生成焊缝与一键工艺匹配等功能，可大量节省传统流程中的尺寸标注、工艺标注与节点视图的绘制与核对工作，缩短项目的设计深化与交付周期。软件的生产管理模块，可实现项目与工程的快速排产排期，也可让管理人员对每一个工作站进行实时的设备监控与产能监控，并迅速调整和分配任务，实现从排产到下料到生产的最优解。
2.几何算法RobimWeld软件内嵌了强大的几何算法，可自动解析平面或三维的模型几何数据，根据模型或视觉点云数据提取关键特征信息，自动识别零件并分类，并对详细的几何数据进行解析，生成焊接工艺的关键数据。同时，软件的几何模块可对大批量数据统一处理，将以往需要人工逐一出图编程的构件以项目包的形式传送到软件进行快速自主处理，数分钟即可完成工艺员一天的工作量，节省大量时间成本。
模型焊缝一键生成
此外，几何算法可将构件自动对齐至工作站，自动计算构件重心，夹具夹持位置等，充分避免构件运动过程中产生位移或倾覆造成安全事故或与运输传送装置造成干涉，确保在生产过程中不因临时的调整而导致作业中断。
.视觉算法RobimWeld搭载了由大界前瞻算法团队历时多年打造的视觉算法，可兼容各种不同类型、不同品牌的视觉传感器，以满足焊接过程中出现的构件定位、零件定位、高精度焊缝定位等场景。如在构件粗定位过程中，该算法可结合视觉传感器，根据局部点云特征对2-4个关键特征进行拍照，快速解算出构件的放置位置及方向，节省全局多位置拍照所花费的时间。对于大尺寸构件，可将粗定位时间缩短80%。
精准的模型点云与焊缝特征提取
在焊缝精定位的过程中，可对整条焊缝或局部进行快速的视觉扫描与重建，准确解析焊缝位置，并可自主处理设计、装配过程中潜在的偏差。同时，该算法包含精准的过焊孔识别、包角识别等功能，结合工件的几何特征进行精准的起弧收弧控制，最大程度保证焊接质量。结合深度学习技术，该算法在实现毫秒级焊缝定位的同时，提高整体视觉系统的稳定性，帮助客户轻松应对作业过程中因环境光、弧光、烟尘等恶劣环境导致焊接精度及质量受限等问题。
4.机器人运动控制算法
大界的机器人运动控制算法，具备碰撞检测与智能轨迹规划的功能，可全方位兼顾工艺、效率与安全。在面对复杂的焊接任务时，可快速识别机器人本体、构件与环境间的位置关系，规避实际焊接机器人碰撞、限位、奇异点等情况的出现，同时对加工轨迹与焊接工艺姿态进行智能规划，节省人工调试成本，提高机器人运行效率。
多机械臂复杂轨迹规划
此外，该算法可对两台或多台机器人实行自主任务分配且无干涉地相互协作，实现多机器人复杂轨迹规划。对于存在装配偏差的构件焊接，可基于偏差统计获得补偿数据，对机器人运动轨迹实时修正，确保在任何工况下都能获得最佳的焊接质量。为了更好地对现场的生产流程、效率、节拍进行计划与评估，RobimWeld配备了简便易用的模拟仿真模块，可对算法生成的姿态与轨迹数据进行动态仿真，让用户直观看到真实精准的加工轨迹预览
5.智能焊接工艺专家库大界智能焊接工艺专家库涵盖了常见的焊接应用类型，包括焊接材料、保护气体、焊接接头形式、焊缝的基本形状及尺寸、焊缝空间姿态等。结合智能化数据决策系统，该工艺专家库可基于已知数据信息给出最适合的焊接工艺配置，如电流电压、焊接速度、焊枪角度、摆幅摆频、运枪方式、起弧收弧与接头参数等。对于中厚板的多层多道焊，更是可以基于坡口形式、装配间隙与焊缝姿态等数据，快速生成不同焊道与层数的对应参数与工艺轨迹。在此过程中，无需人工再对每条甚至每道焊缝进行独立的设置与编辑，从整体上提升效率的同时确保焊接质量、稳定性与一致性。
焊缝类型
同时，为了快速应对因不可控因素导致环境的变化，如温度、湿度、焊材的洁净程度等，大界智能焊接工艺专家库支持用户对工艺数据库自定义编辑，针对已应用机器人焊接的用户，可支持既有工艺参数的直接导入，并在此基础上，结合实际焊接工艺测试与评定结果，进行工艺的优化与迭代。
四.基于RobimWeld的焊接应用场景1.型钢焊接RobimWeld智能型钢焊接中心主要由焊接机器人、视觉系统、悬挂式导轨与变位机构成，可对各种简单或复杂的型钢构件进行焊接，快速识别筋板、端板、牛腿与非常规节点类型。软件可实现毫秒级焊缝生成与工艺匹配，对于复杂工件，可在数秒内自动生成百条焊缝。用户可根据需要选配线激光或D结构光视觉传感器，视觉识别后焊接精度可达±0.5mm，配合机器人焊接电弧跟踪，最大程度确保焊缝精度与质量。同时，变位机系统可以对构件进行60度自由翻转，配合软件的轨迹规划与智能工艺匹配功能，可实现一键构件翻转，并将立焊缝转变为平焊缝焊接的快捷操作，在缩短操作时间的同时提高焊接速度与焊缝质量。该工作站可满足长度在2-18m范围内构件的焊接，现场操作人员在上料与导入加工模型后，全程无需人工干预，一次性完成型钢构件多面焊接，可有效节省80%以上的现场设备调试与操作时间，在单位时间内，将焊接起弧时间提升至传统的%。
2.桥梁隔板焊接RobimWeld智能隔板焊接中心可满足桥梁隔板、船舶小组立等焊接场景。该系统由两台焊接机器人、龙门导轨与视觉系统构成，具备工件自动定位功能，工人可将工件放置在焊接平台的任意位置与角度，经大范围视觉扫描识别后，与构件库中的图纸或模型进行自动匹配，实现快速且精准的构件与焊缝定位。该工作站可有效识别隔板与小组立场景中常见的复杂节点形式，如孔圈加劲、斜边加劲，并且可自主分配对应节点所需的焊接工艺，如平角焊、立交焊与不同形式的包角焊接等。同时软件支持自动处理多种节点组合带来的非常规节点形式，使产品加工范围可以覆盖98%以上的桥梁隔板构件与95%以上的船舶小组立构件。
另外，支持多机协同焊接与自动焊接任务分配，通过对两台机器人速度、位置与起弧节拍的精确把控，完成加劲板对侧焊缝的协同焊接，有效减少焊接变形。RobimWeld软件所提供的仿真功能，可在工件焊接的同时，帮助操作人员快速预览后续待焊工件的完整焊接流程，极大程度的减少因节点或工艺修改所造成的时间损失。简便直观的操作界面与流程，配合全天候不停机焊接，可将该场景下的产能提升至同类工作站的%。
五.RobimWeld+RobimCut
在绝大部分钢结构生产企业中，焊接与切割是最为重要的工艺工序，且贯穿整个生产流程，但由于材料、工艺与工序的复杂性，焊接与切割设备之间的软件系统各自独立，生产端的项目信息、产品数据以及任务流程无法打通，极大的影响了企业的生产效率。
为此，大界搭建了基于钢结构场景的多维复合数据标准体系，实现RobimWeld与RobimCut智能切割系统及工作站的互联互通。根据不同的构件类型对模型数据进行拆解后，将加工任务分配至生产车间对应的设备，自动完成零件的上下料、坡口切割、物流转运及一体化成型焊接。同时，在数据的驱动下，软件可对各关键工位的生产进度、设备运行状态、工艺参数、产品质量等进行全面监控，形成“设计-工艺-设备-管控”的一体化解决方案，减少生产过程中的数据损失，确保加工过程中的数据可监测、可追溯、可统计，提高车间整体生产效率。此外，软件可无缝对接MES、ERP、WMS等系统，实现生产管理与企业管理全流程的数据闭环，助力钢结构生产企业的数字化与智能化。