智能焊接制造基础 课件 第十一章 智能焊接制造方案

智能焊接制造方案POWERPOINTDESIGN主讲人时间第十一章智能焊接制造基础智能焊接生产线智能焊接生产线升级智慧工厂与智慧焊接车间智慧焊接车间方案设计与实施智慧焊接工厂案例分析目录智能焊接生产线PART01自动化程度低传统焊接生产线依赖人工操作，手工、半自动焊占比较大，焊接参数调整、上下料等大多依靠人工，大型工件吊运耗时长，生产效率低。工艺配置刚性传统焊接生产线工艺路线和设备配置固定，产品类型或工艺变化时，调整困难，需重新布局设备、更换工装夹具甚至增添新设备，灵活性差。设备协同性差焊接生产线各工位设备如弧焊机、焊接变位机、天车等独立运行，缺乏信号交互和协同动作，难以实现高效生产。传统焊接生产线局限性智能焊接生产线升级PART02焊接电源数字化将传统焊接电源升级为数字化焊接电源，根据焊接工艺要求自动调节电流、电压等参数，提升焊接稳定性和一致性。升级焊接自动化设备配置焊接机器人，采用机器人焊接或自动焊替代人工焊，实现焊接自动化、数字化，提高焊接质量和效率。焊接辅助设备数字化选用或开发数字化的焊接辅机具，如变位机、工装夹具等，添加或升级数字化上下料装置与自动传输设备，实现原材料或工件的自动传输与自动上下料。焊接设备数字化智能化对采集到的原始数据进行清洗，去除噪声、异常值和重复数据，提高数据质量；进行数据标准化、归一化等预处理，以便后续数据分析和处理。数据预处理利用传感器、智能检测仪表等全面采集焊接生产线各个环节的数据，包括设备运行参数、工艺数据、质量检测数据等。建立数据采集系统将经过预处理的数据存储到数据库中，建立统一的数据存储和管理平台，实现从数据采集到决策支持的闭环管理。构建数据库生产数据采集与整合工艺分析与改进对传统焊接工艺进行全面分析，找出存在的问题和不足，结合焊接智能化要求，运用先进的焊接理论和实践经验，对产品的焊接工艺流程、工艺参数进行优化。工艺规范标准化建立一套完整的标准工艺规范，明确各种焊接工艺的操作流程、参数设置、质量要求等，确保不同操作人员在相同条件下能够生产出质量稳定的产品。工艺知识管理将企业长期生产过程中积累的焊接工艺知识和经验进行整理和归纳，形成工艺知识库，通过信息化手段进行管理和维护，方便技术人员查询和应用，促进工艺知识的传承和共享。工艺优化与标准化生产效率低承担着不同类型起重机转台的焊接制造任务。转台重量达6吨，结构形式不规则、种类繁多，且板薄焊接变形量大。转台焊接制造有18道工序，工位之间传输耗时；有效利用率仅为60%，起重机转台的日产量仅有20个。质量风险大转台的焊接制造主要采用气体保护半自动焊。焊接质量受工人技术水平、工作状态等因素影响大。起重机转台焊接容易出现焊接变形，进而影响焊接质量。人工成本高车间有几十名焊工，6名天车操作工，焊接任务繁重，工人劳动强度大。而且焊接工人、天车操作工均为技术工种，人工成本高。徐工起重机转台焊接生产线智能化改造背景与挑战徐工起重机转台焊接生产线智能化改造转台焊接车间起重机转台吊装优化焊接方法，升级智能化设备转台智能焊接生产线采用机器人自动焊替代半自动焊和人工焊。整个生产线由10个机器人焊接工作站构成，包括焊接机器人、数字化焊接电源、数字化焊接旋转工作台以及辅助工装夹具等。优化拼焊工艺，形成新的工艺流程在积累了大量起重机转台预变形控制工艺数据的基础上，优化起重机转台的拼焊工艺、改进结构焊接工艺性、设计一体化智能焊接托盘和7套智能工装，设计了新的工艺流程。智能物流车，提高物流效率研发的地面轨道式智能物流车。将起重机转台工件的柔性托盘安装在智能物流车上，物流车按照工艺流程，通过车间的主轨道运行到相应工位的机器人焊接工作站附近。转台焊接生产线智能化升级设备物联智能监控整条智能焊接生产线上配备2套RGV智能物流车和10台机器人及焊接旋转工作台，机器人与生产线上的所有设备连接到物联网。通过5G技术、物联网，实现了机器人、物流车等设备的指令协同，完成工件自动传输；实现了焊接机器人、智能工装等协同工作，完成自动上下料、工件组焊任务。而且能够根据不同型号的转台结构，通过数据库自动选用焊接参数，进行机器人及焊接设备输出参数的设定应用智能软件，管理智能化利用工业智能软件和工业物联网平台。对设备运行状态进行实时监控与数据采集，将设备参数、质量管理等信息通过现场LED屏展示，以便随时掌握生产线运行状态，保证生产节拍均衡，提高了生产效率。同时，实现了质量标准信息化、质量记录信息化、质量信息规范化、过程管控精细化、产品档案追溯化管理。转台焊接生产线智能化升级柔性工件托盘智能物流车物流在主轨道上物流车在子轨道上钢丝与编码器钢丝与液压装置踏板与行程开关第二个行程开关与感应器触碰物流车与焊接工位对接物流车退出机器人焊接智能焊接生产线转台焊接生产线智能化升级1）新开发的柔性工件托盘及智能夹具，可满足26种转台产品的机器人焊接。2）优化了焊接工艺流程，所有工序采用机器人焊接；合理设置焊接工位，采用智能物流车实现工件的工位转换。3）应用液压-钢丝反馈系统，确保物流车举升工件始终保持水平；采用踏板与行程开关控制物流车的行驶速度，实现精准驻车。4）生产线上有10个焊接机器人工作站、2台物流车、7套智能工装，通过“5G+工业互联网”融合应用，实现了设备的互联互通以及协同控制。5）应用工业智能管理软件，实现了焊接制造生产线的智能管理。转台焊接生产线智能化升级1）显著提高焊接生产效率。起重机转台日产量提升150%（从20台增至50台）。2）产品质量显著提升。焊缝质量一次合格率达100%，转台关键部位的焊接实现免检。3）人工成本和工人劳动强度大幅度降低。智能焊接生产线实现工件自动周转、自动对接、自动焊接、自动检测，全过程无需人工干预。不再需要天车作业，原本36名工人的工作量如今只需1人进行监控和运维。4）质量风险降低。通过自动化和智能化改造，减少了人为因素的干扰，降低质量风险与安全风险。转台焊接生产线智能化升级指标

改造前改造后提升幅度日产量20台50台+150%合格率88%100%+12%人工成本36人1人-97%现代大型船舶建造通常采用分段建造法。“小组立”是指船舶分段中较小结构单元的组装焊接，是将型材与板材焊接成小的平面或简单立体结构（如肋骨框架、小隔舱、小型基座、舱壁板单元等）。“小组立”是分段制造中最基础、批量最大、重复性最高的制造环节。传统小组立焊接主要依赖人工操作，不仅劳动强度大，且受限于工人经验，易出现焊接缺陷，直接影响船舶结构强度与安全性。此外，船舶订单多为小批量、多品种模式，传统小组立产线柔性不足，切换工艺耗时长。为了解决劳动强度大、生产效率低、质量风险大等问题，中船（天津）船舶制造有限公司决定要提升小组立焊接线的智能化水平，制定了智能化提升技术方案，旨在以现有产线设备为基础，通过自动化升级、全域数据采集、数据AI智能分析、产线精细化管理、数据孪生等技术手段，将小组立焊接线打造成智能焊接标杆产线。中船（天津）智能小组立产线背景与挑战构件的主要参数为：构件板厚范围为8mm~22mm；构件长为18m、宽8.7m，高2.5m。构件材质包括，AH32、AH36、AH40、D、DH32、DH36、DH40、E、EH32、EH36、EH40、EH47等。焊接中需要遵循的船级社标准为，DNV、LR、ABS、BV、CCS。根据市场需求，确定智能小组立产线的产能要求为，月产能3500T，年产能70000T。现有车间可用空间：长约150m，宽约60m；智能焊接装备占地：车间内单条线长138m，宽28m，车间外占地面积为158m×30m。小组立焊接要求，需要完成构件的水平焊缝焊接、包角焊接；采用机器人完成单道焊和多层多道焊缝。项目需求及实际车间情况分析典型分段构件1）实现生产过程自动化与智能化，助力产线达到并超越设计产能。2）构建信息化管理平台，实现生产过程实时监控与透明化管理。3）提升产线运行的安全性和稳定性，降低设备故障率和故障停机时间。4）降低与领导部门及现场人员的沟通成本，提升各相关部门和人员协同效率。5）通过智能化管理和AI赋能，打造数据可追溯、流程可优化的智能标杆产线。智能小组立产线实施目标总体设计智能小组立焊接线车间布局智能翻板机方案智能翻板机方案产线作业流程车间外配盘区小组立拼板吊装配料——拼板平移车输送至车间内拼板作业区1——按图纸要求调整板材进行拼板点焊，引弧板配装——正面埋弧焊接（翻板平台作业区2）——背面修正（翻至平台作业区3）——背面埋弧焊接（纵向平移至翻板平台作业区4）——翻转正面输送（翻板平台作业区5）——组立预装、肋板配料区6——输送至肋板装配区7（预备配焊）——机器人焊接8——打磨修补作业区9——平移至背面焊接作业区10——通过式背面焊接——复杂组立装配——复杂组立修磨预涂——合格组立验收——构件输出。智能翻板机机器人焊接产线机器人焊接现场智能集控中心数字孪生应用智能小组立产线场景示例工作场景示例机器人动作状态映射智能小组立产线场景示例物料传输可视化矫直机设备运行状态可视化数据看板焊机监控看板智能小组立产线机器人焊接实施效果智能小组立产线从2024年底确立产线布置方案，到2025年6月产线基本建成并投入使用。智能小组立产线占地面积约4500平方米，汇聚了众多智能化设备。自动化翻板机可在3分钟内完成大型拼板构件的翻板工作，效率提升数倍。4台搭载多传感器融合技术的9轴焊接机器人，焊接缺陷率低于5%，预计年产能可达54000吨，节约人力超50%；实现了配料、输送、装配、焊接的一体化智能生产，极大地提升了工作效率与焊接质量。智能背面焊接设备通过精确控制焊接参数，将焊接效率提高50%，并借助智能集控中心实现数据的收集、记录与分析，达到了智能小组立产线设计的目标。智慧工厂与智慧焊接车间PART030102智慧工厂是将先进的信息技术、自动化技术、工业物联网、大数据、人工智能技术等深度融合于制造业的现代化工厂模式，通过工业物联网实现设备、系统、人员之间的全面互联互通，利用大数据分析、人工智能等技术对生产过程中的数据进行实时处理和分析，实现生产过程的智能化决策、优化控制、动态调度，以及对产品全生命周期的精细化管理。智慧工厂智慧焊接车间是融合了先进焊接制造技术、信息技术、自动化技术以及人工智能技术的现代化焊接生产车间，以焊接机器人、智能焊接设备为核心，结合先进的传感器技术、视觉检测系统和工业物联网平台，实现焊接过程的自动化操作、参数的智能优化、质量的实时监控和跟踪，同时具备生产计划的灵活调度、设备的远程运维管理等功能。智慧焊接车间概念与特点传统焊接车间部分工序自动化，大量依赖人工操作；智慧焊接车间高度自动化，机器人与自动化设备广泛应用。自动化程度传统焊接车间采用纸质记录或电子表格，数据难以共享分析；智慧焊接车间数据实时采集、存储与分析，为生产决策提供依据。数据管理传统焊接车间人工抽检为主，质量波动大；智慧焊接车间实时监测与控制，质量稳定性高。质量控制传统与智慧焊接车间对比传统与智慧焊接车间对比对比项目传统焊接车间智慧焊接车间自动化程度部分工序自动化，大量依赖人工操作高度自动化，机器人与自动化设备广泛应用生产效率生产效率较低，受人工熟练程度影响大生产效率高，生产流程优化，设备协同作业质量控制人工抽检为主，质量波动大实时监测与控制，质量稳定性高数据管理纸质记录或电子表格，数据难以共享分析数据实时采集、存储与分析，提供决策依据设备管理定期维护，故障后抢修预测性维护，提前发现并解决潜在问题成本与管理人工成本高；存在物料与能源浪费初期投入大；降低人工成本；降低浪费适应性工艺与设备固化，灵活性与适应性差机器人与数字化设备，柔性化生产智慧焊接车间方案设计与实施PART04、智能化设备选择需求分析工艺优化设计选择适合智能化焊接生产的焊接机器人、数字化焊接电源、自动化焊接系统等智能化设备；确保设备间的兼容性和扩展性，便于后续的系统集成和升级。明确目标，针对产品生产需求以及生产现状，分析现有的生产流程、设备状况、人员配置等，明确智慧车间建设或优化的目标和范围；确定需求，明确工艺流程优化、设备联网、数据采集与分析等需求。确定生产线工艺容量，通过虚拟仿真技术核算生产线容纳的零部件装焊数量、焊接位置、接头型式、焊缝尺寸等，优化产品的焊接工艺流程；车间布局设计，根据优化的焊接工艺、物流、环保等需求，合理规划智慧焊装车间内的空间、设备布局与物流通道。方案设计01与企业决策层及相关部门沟通，明确智慧焊接车间的需求和目标；对现有焊接生产情况、焊接车间进行调研，分析存在的问题和改进方向。需求调研与分析02按照设计方案采购所需的智慧焊接设备和工业智能软件；对所购置的智能化设备进行安装、调试和系统集成，确保各子系统间无缝对接。设备采购与安装03对操作人员进行智慧焊接设备和软件的操作培训，确保他们熟练掌握操作技能；开展安全教育和技能培训，提高员工的安全意识和操作技能水平。人员培训与试运行实施步骤智慧焊接工厂案例分析PART0501发展历程筹备规划阶段（2019年前）：企业领导层决策，基于前期探索与积累，顺应制造业数字化、智能化升级的趋势，解决工程机械行业市场周期性波动等问题，提升企业竞争力。生产自动化、数字化阶段（2019-2020年）：全面启动智慧工厂建设，投入5亿元资金，引入大量工业机器人、自动化加工设备等，突破关键技术，实现大型设备焊接生产的自动化、数字化。信息化、数智化阶段（2020-2022年）：部署5G网络基础设施，将生产设备、传感器和工业仪表等接入工业物联网平台，实现设备的互联互通和数据采集；依托树根互联工业互联网平台，实现工厂生产、管理的信息化、智能化。成果巩固与提升阶段（2022年-至今）：入选世界经济论坛全球制造业领域灯塔工厂后，继续深化智能制造，持续优化生产流程，提升产品质量和生产效率。三一重工18号工厂三一重工18号工厂18号工厂

泵车装配生产线02关键技术架构与核心模块钢板切割与分拣：配备数字等离子切割机床，根据产品类型调取预设的切割程序，精确切割钢板零件；切割后的零件通过智能天车输送至自动分拣输送线，利用视觉识别系统进行分拣。自动焊接生产线：配备多台焊接机器人与辅助机器人，机器人根据不同的零件调取预设的焊接参数，自动调整焊接速度、电流和电压等参数，利用激光视觉系统进行精准焊接和质量检测。自动装配线：装配生产线上配备多台装配机器人，能够完成从大到小各种零部件的装配，通过视觉识别系统确保装配的准确性，并实时监测装配过程。立体仓库与智能运输设备：建设立体仓库，实现物料的自动存放和配送；配备智能天车和自动引导运输车（AGV），实现物料的高效、精准运输。三一重工18号工厂02关键技术架构与核心模块工业互联网与智能管理系统：通过物联网实现设备之间的数据共享与协同操作，利用工业互联网平台进行数据采集、处理与分析，开发制造运营管理平台（MOM），实现生产计划、生产过程、库存、物流、质量、设备等多方面的全面监控和管理。数字孪生系统：构建数字孪生模型，实时反映工厂的实际生产状态，通过虚拟仿真优化生产流程和工艺，为生产决策提供数据支持。售后服务系统：通过安装在产品上的SYMC控制器实时采集运行数据，实现对产品的售后跟踪和管理，为企业提供远程诊断和及时的售后服务。三一重工18号工厂三一重工18号工厂钢板切割与分拣三一重工18号工厂钢板切割与分拣三一重工18号工厂自动焊接生产线零部件的机器人焊接三一重工18号工厂泵车转台的机器人焊接三一重工18号工厂自动装配线分动箱自动装配机器人自动拧紧螺栓

三一重工18号工厂立体仓库与智能运输设备立体仓库大型工件出库三一重工18号工厂立体仓库与智能运输设备智能天车吊运钢板智能天车吊运大型部件三一重工18号工厂立体仓库与智能运输设备三一重工18号工厂数字孪生系统阀块加工中心全景阀块加工现场机器人检测三一重工18号工厂售后服务系统SYMC控制器三一重工18号工厂售后服务系统企业控制中心三一重工18号智慧工厂的三大核心，六个关键点：1.全链路数