科创中国

应用复杂立体构件焊接机器人系统工程 1.世界超级沉隧工程应用 深中通道是继港珠澳大桥之后又一集桥、岛、隧及水下互通于一体的世界级 超级跨海集群工程，是粤港澳大湾区建设的标志性工程，其中沉管隧道长 5035m， 共 32 节沉管及 1 个最终接头 2018 年 2 月 1 日中船黄埔文冲船舶有限公司与深中通道管理中心正式签订 深中通道海底隧道 GK02 合同段钢壳制造合同。工程包括标准管节和非标准管节以及实验段，钢结构重量约 15 万吨，总工期约 3.5 年， 2.船舶建造应用 本项目研究成果实现了大型船舶建造高端装备的数字赋能，通过解决成套 关键技术，已成功应用于多型已建船舶和在建船舶的船体建造过程中。大型船舶 的船体结构与深中通道块体相比，其结构设计更加紧凑、结构密集、空间狭小、 跨焊缝障碍物多、施工作业难度大，本项目大尺寸复杂平面分段机器人焊接装备 可有效适应平面分段结构复杂特征，实现数据驱动的自动化焊接，大幅提升建造 效率，提高平面分段焊接质量。

本项目基于国产行业自主可控软件 SPD 船舶产品设计软，开展了 SPD 船体 设计模型的数字赋能研究，解决了 SPD 船体结构模型的数据驱动机器人焊接成 套关键共性技术难题，实现大尺寸复杂平面分段多机器人焊接智能装备的数字赋 能。包括主要技术点： 研发大尺寸复杂平面分段机器人焊接系统及装备 开展三维设计模型数据赋能高端智能装备的各项研究工作，打通了基于船体 三维模型的数据驱动关键技术，研发了大尺寸复杂立体构件焊接机器人系统及船 舶平面分段机器人焊接装备，促进了船舶建造行业技术创新的上游、中游、下游 的对接与耦合，推动了在国产行业软件自主可控、智能装备研发方面的产学研深 度融合，实现了大尺寸复杂立体构件的空间焊缝自动焊接生产，已成功应用于民 用各型船舶、公务船舶的建造生产过程中，创造了突出的经济效益和社会效益。

本项目针对大尺寸复杂平面分段的高端装备数字赋能技术研究，推进数字技术创新应用，加强数字关键核心技术攻关，共享船舶结构模型设计数据，推进数据驱动技术路径，提升数字技术创新和供给能力。且本项目研究定位于船舶行业高端制造装备的数字赋能，以船舶工业国产自主可控软件 SPD 船体模型数据为数据源，针对大型船舶建造过程中亟需数字化焊接生产的高端装备，开展了大尺寸复杂平面分段多机器人数字化生产高端装备的数字赋能研究，解决了大尺寸复杂平面分段的数据驱动机器人焊接成套关键共性基础技术，建成国内首条成功应用于船体建造的大尺寸复杂平面分段多机器人数字化焊接生产线，实现了从国产自主可控软件 SPD 设计端到数据驱动高端装备端的数字赋能技术发展，提升了我国建造大型船舶、军辅船的先进工艺技术水平。 本项目的技术覆盖面较广，应用前景广阔。

研究团队由合国内高端装备研发企业 （DIG）、高端装备研发院所（中船 11 所）、行业软件开发公司（上海东欣软件工程有限公司）、高校（江苏科技大学）的数余名专家组成。 研究团队开展了基于 SPD 船体模型的大尺寸复杂平面分段高端焊接装备数字赋能的成套关键技术研究，实现了三维模型数据驱动船舶平面分段机器人焊接生产，推动了我国船舶工业自主可控软件功能完善，促进了船舶工业软件的自主可控性能提升。 本项目在技术研发、装备研制和推广应用过程中，获得授权发明专利 5 件、 授权实用新型专利 8 件、受理发明专利 20 件、发表论文 3 篇、主编团体标准 1 项、编制企业标准 1 项、制定企业技术秘密 2 项。

项目成果主要在中船黄埔文冲船舶有限公司进行产业化应用，项目实施以来，近 3 年实现本项目研究成果占比产值达 2.36 亿元，利润约 3389 万元，节支约 1552万，为公司带来显著的经济效益。同时相关技术成果也推广应用到北京火箭装备公司建造的航天某火箭发动机喷管，以及武汉曼众精工机械有限公司单位建造的汽车底盘管件等产品，累计新增销售额超 9953.54 万元，新增利润 134.62 万元，机器人智能焊接技术与装备直接销售合同超过 1 亿元。

通过本项目研究，项目团队攻关了我国自主开发的 SPD 船舶产品设计软件无法驱动智能装备的多项瓶颈技术，在行业内率先实现了 SPD 软件数据驱动船舶平面分段机器人焊接装备并实现工程化应用。该项目成果首先在公司承建的世界级跨海集群工程—深中通道建设中得到广泛应用，保障了深中通道钢壳结构的高效率、高质量制造，焊缝一次焊接合格率达 98.73%以上，得到了主管单位的高度认可。在此基础上，项目团队突破了多障碍复杂焊缝机器人自动避障焊接、复杂构件多区域控制点偏差测量与补偿等技术，有效解决了船舶大尺寸平面分段实际结构与三维模型空间位置焊缝信息偏差大无法实现精准映射的问题，在行业内率先实现了船体复杂平面分段结构的智能化焊接，起到了行业引领作用，助力了国产船舶设计软件 SPD 从设计端到智能装备端应用的技术跨越，实现了公司多型产品的智能化制造，减少了焊缝打磨工序和成本，极大提升了产品质量和拍片合格率，减少了焊材浪费，大幅度缩短船舶中间产品建造周期，提升了产品建造效率，促进了公司制造技术升级。同时该项目技术成果推广到北京火箭装备公司、武汉曼众精工机械有限公司，保障了航天某火箭发动机喷管和汽车底盘管件的高质量制造。本项目成果率先实现了船舶行业平面分段结构的智能化焊接，具有较强的开创性和行业示范性作用，得到了行业内外的大量关注。有数个重要的转化方向。