全球首创无轨导爬行焊接机器人助力中国工业化新发展

6月25-28日,第24届北京埃森焊接与切割国际展览会如期召开,作为世界著名的焊接展之一,该展会吸引了数万名海内外焊接行业的经销商、代理商、研究机构、管理及采购部门等专业人士前来参观,不啻是焊接行业的顶尖盛会。

据了解,全球首创的无轨导爬行焊接机器人精彩亮相此次展会,该产品是由中国焊接泰斗潘际銮院士及其带领的专家团队研发、潘院士的学生冯消冰博士创建的博清科技成功推向市场的世界领先的自动化焊接新产品,为了更好的了解该项代表国际先进水平的科研成果,梳理中国自动化焊接技术的前世今生,我们特地采访了清华大学机械工程系博士,九三学社中央促进创新工作委员会委员,博清科技总经理冯消冰先生,聆听了他关于“无轨导爬行焊接技术”的真知灼见,更加全面的了解了“无轨导爬行焊接机器人”在助力我国工业化发展进展当中的巨大价值和重要作用。

01.攻坚克难只为一“焊”,30年寒暑不辍攻关

Q:请冯博士介绍一下无轨导爬行焊接机器人从研发到产业化应用的前世今生,其中有哪些可圈可点之处和值得历史铭记的故事。

冯博士:我们都知道,焊接技术的先进与否,代表着这个国家工业化水平的高低优劣。当前,中国工业正在进行着一场“机器人化”的革命,工业机器人从诞生到现在,使用最多的是在焊接领域。焊接机器人作为一种先进的焊接设备,其应用得到了大力的推广,是我国焊接业进入自动化时代的一个重要标志。

我的导师,中国焊接技术第一人潘际銮院士曾经给我讲述过他在1979年5月赴成都参加全国焊接学术会议时看到的情景:一位工人使用传统的焊机,从内外双面,焊接大直径合金钢罐体。罐体管壁厚100毫米以上,为达到工艺质量要求,管件必须预热到200℃。因此工人身穿厚厚的石棉服蹲在一个小小的铁笼里,然后铁笼被吊车吊进罐内。200℃的高温使水一下子就变成了蒸汽,但工人们硬是要在这里坚持十几分钟。灼人的高温使狭小的空间里聚集了大量有害气体,救护车必须一直在场,随时准备抢救休克的工人。

“我们要做的事情就是用先进的自动焊接机器人技术把艰苦工作的焊接工人解放出来,减少职业病的危害,提高自动化焊接的工作效率。”作为顶尖的焊接专家,潘院士坚定了研发自动焊接机器人技术的决心:“总有一天,我们要实现大型工件的焊接自动化。”1997年自动焊接机器人的雏形被设计了出来。潘院士敏锐地认定,以此为基础,制作爬行式焊接机器人,就能解决大型结构焊接自动化的问题。又经过了长达10年的研究,终于研制出“无轨导全位置爬行焊接机器人”,并申请获得了美国专利,国内焊接行业院士和数名顶尖级专家对项目进行了鉴定,一致认为“其成果的技术集成与创新处于国际领先水平”。

我的导师今年虽然已经92岁高龄,但依然和我们风风火火奋斗在一线,凭借着30年打磨一剑的专注与执着,攻坚克难,只为一“焊”,为的就是要实现“科技兴国、产业报国”的初心与理想。如今,这样的夙愿由我们博清科技得以实现。

02.全球首创、国际领先,博清科技引领自动化焊接技术新革命

Q:多年来,困扰国际焊接行业,尤其是大型超大型工件焊接的行业难题,为什么是被潘际銮院士团队攻克,在该领域,潘际銮院士团队及博清科技具有怎样的优势?或者说,我们凭什么能走到国际科研领域的前列。

冯博士:提到我的导师潘际銮院士,在中国乃至国际焊接领域可以说是无人不知、无人不晓,潘院士是中国焊接科学的奠基者、学术权威,哈尔滨工业大学、清华大学焊接专业的创始人,被称为是“中国焊接的第一人”。他参与解决了我国多项重大工程问题,我国第一条高铁、第一座自行建设的秦山核电站,都有他的功劳。秦山核电站是由潘际銮担任工程顾问的。要知道核电站的建造中,密封是核反应堆安全运行的首要条件,而焊接是核电站实现绝对密封、绝对可靠的关键。可以说秦山核电站的设计、建设和运行都浸透了潘院士的汗水。

大家知道,大型或巨型工件高精度、高效率焊接、球罐焊接属于世界公认的焊接难题,为解决这样的难题,我的导师潘际銮院士带领研发团队经过三十余年的研发,历尽千辛万苦,终于实现了无轨道、无导向、焊缝识别、跟踪和焊接控制系统等核心技术。令人欣喜的是,我们的“无轨导全位置爬行焊接机器人”已经发展到了四代机,爬行机重量只有16公斤,所有负载加起来也仅有25公斤,我们的机器人可在垂直立面或弯曲面上自主跟踪焊缝,自由爬行,执行全位置焊接任务,爬行结构与激光视觉焊缝自动跟踪系统复合控制,使机器人对焊缝形式渐变、突变等情况能够自行适应,实现了无导轨无导向,无须事先编程条件下自主爬行和焊缝的自动跟踪,更加轻便、灵活,精度可以达到0.5毫米。

我们的无轨导爬行焊接机器人经国内焊接领域的徐滨士、关桥、林尚扬等院士鉴定:“在国内外首次研制出能够在大范围内全位置爬行的轮履复合式爬行机机构,具有自身结构小巧、负重能力强、运动灵活和响应速度快的特点”。该技术处于国际领先水平,填补了行业空白,市场应用前景非常好。

Q:博清科技是一家怎么样的公司,为什么说它将成长为行业的独角兽企业?

冯博士:博清科技是国家级高新技术企业,2017年在北京亦庄经济开发区诞生。我们以潘院士团队的研发成果为起点,组建了一支高素质、强凝聚力的技术队伍,包括焊接工艺、机械、电控、图像处理、项目管理等领域人员,核心团队大多是由清华、北大、上海交大及海外留学博士等组成,并具有世界500强的央企、外企工作经历,经验丰富,同时又能够相互学习、相互借鉴、相互融合,创新氛围非常好。

2018年4月我们与中石化第五建设有限公司联合成立了“潘际銮院士工作站”,签署了合作共建潘院士工作站协议,发挥产业及发展战略咨询和指导作用,建立人才培养基地,打造高层次团队。同时与多家高等院所建立了合作关系,为公司产品产业化提供技术指导。

在顶尖专家团队的指导运作之下,我们的产品升级非常快,从公司成立之初的二代机、到去年在项目应用的三代机,到今天在埃森展推出的四代机。短短两年多时间,我们的产品性能得到了巨大的提升,我们的无轨导爬行焊接机器人不仅受到了业主方极大的好评,也受到了第三方监理机构的高度认可。中石化集团的高层领导对我们项目非常重视,多次实地参观我们产品,并给予了高度的评价。

在去年的全国创新创业大赛中,我公司研发的“无轨导爬行焊接机器人”项目取得了先进制造行业全国第二名的好成绩,许多投资机构对我们的项目表现出浓厚的兴趣。行业排名前三的投资机构与我们进行了接洽,愿意提供投资支持。在博清科技公司成立第二年,知名的券商、会所、律所慕名而来,希望为我们做免费的上市辅导,作为科创板的种子公司进行重点培育。我们的产品技术含量非常高,目前我们已申请多项专利和软著,拥有美国专利,在第四代机器推出之前,我们会在欧盟、日本、新加坡等区域进行重点布局。

为什么说我们博清公司将会成为行业的独角兽企业呢?我认为有四方面的因素:首选,大趋势不可逆转。在现代工业化快速发展的今天,越来越多的行业开始使用工业机器人,自动化,智能化是工业科技今后的发展方向,机器代替人是一种必然趋势。其次,市场空白需要填补。当前,虽然焊接自动化水平在逐渐提高。但是在大型结构件、球形钢结构等特殊结构上,仍要依靠工人手工焊接,其自动化焊接仍然是个行业盲区,而博清科技的这一成果,正好填补了行业空白。从现场应用的情况上看,检测合格率、射线拍片全部合格,各项指标也符合标准规范要求。第三,行业准入高门槛、技术壁垒不易打破。我们博清科技汲取潘际銮院士技术团队精华,30年磨一剑,“智造”出全球独一无二的无轨导全位置爬行焊接机器人,突破了技术壁垒,掌握了核心科技,打造了中国“智”造的独立自主的科技品牌,引领世界焊接技术潮流,必将奠定行业的独角兽的地位。

03.价值千亿,解决刚需,无轨导爬行焊接机器人利国利民

Q:为什么说无轨导爬行焊接机器人是价值千亿的科研成果,该技术的成功市场化应用,对我国焊接行业及工业化发展具有哪些巨大的影响和价值。

冯博士:大型结构件的自动化焊接是全世界的行业难题,到现在为止,还没有哪个国家完成。全世界的大型结构件,火箭也好、航母也好,绝大多数都还是人工焊。比如说建造航母,所用的是炸不穿、高强度的钢,这么厚的钢对焊接无缝连接技术要求极高,建造一艘航母约需要2400名顶尖焊工。

目前20000m3以下的中、小型储罐的焊接工作100%采用手工焊接;而在管道焊接方面,目前的自动化焊接技术的应用仅占到总体焊接量的10%,且以厂房预制件焊接为主。我们都知道,大型结构件焊接人员要求高、工作环境极端、焊接效率低、质量不稳定,而且目前焊接人员招聘难,管理难、用工贵、流失率高等问题非常突出,研发替代人工的自动化焊机器人已经是势在必行的事情了。

与人工焊接相比,自动化焊接的优势就显得非常明显,比如:可以提高焊接质量,保证其均一性。采用机器人焊接时,每条焊缝的焊接参数是自适应的,焊缝质量受人为因素影响较小,降低了对工人操作技术的要求,因此焊接质量稳定;能够极大提高劳动生产率,焊接机器人响应时间短,动作迅速,这个速度远远高于手工焊接,以8000m3的油气储罐为例,机器人焊接效率可以比手工焊接提高3到5倍,机器人永远不会累。第三点,可以有效降低企业成本。一台机器人可以替代数名产业工人,一天可24小时连续生产,成本降低的更加明显。此外,还可以缩短产品改型换代的周期,减小相应的设备投资。焊接机器人可实现小批量产品的焊接自动化。机器人与专机的最大区别就是可以通过修改程序以适应不同工件的生产。最关键的一点是,极大地改善了焊工的工作环境,密闭高温的焊接空间,温度最高可达200℃以上,焊工们戴着防毒面具和焊帽,很容易发生眩晕。伴随焊接有害气体四处飘散,金属灰尘无孔不入,尘肺病等职业病威胁着每一位焊接工人的身体。采用机器人焊接,工人只需要装卸工件,远离了焊接弧光、烟雾和灰尘等,使工人从高强度的体力劳动中解脱出来。这是件功德无量的事情。

你设想一下:当焊工扔掉沉重防护面罩,丢掉手中的焊枪,坐在操作台前盯着电脑屏幕或者手持操作手柄,操控机器人自主在工件上爬行,自动进行焊接,既快速又高效,以往觉得不可思议的场景正逐步变成现实。大到航母、高铁、核电等大型结构件焊接,小到石油化工领域的管道焊接,我们的焊接机器人都可以取而代之。当人工逐步开始“退居二线”,这一步“退”,是社会发展往前迈进了一大步。所以可以这么说,我们的自动化焊接技术是利国利民的好事情。

Q:目前,无轨导爬行焊接机器人技术的市场应用现状是怎样的,未来行业的发展前景如何?

冯博士:经过两年的努力,我们已经与中石化、国家电网等客户已建立合作关系,我们的产品已经在一期工程投资365亿的国家重点项目——中石化中科炼化一体化湛江项目上得到应用,经检测焊缝质量验收标准一次性合格率达到98%以上,焊接精度高于行业相关标准,而工作效率比传统的人工焊接提高5倍以上,深受客户好评。我相信随着焊接机器人产品的迭代,将陆续进入到石油化工、船舶制造、核电、能源等众多重要领域。据调查测算,上述四个领域自动化焊接需求量可达千亿元以上。市场前景非常广阔。

04.能吃苦、勇担当,博清科技创业铁人精神真实不虚

Q:作为一家师生联合创业的科技公司,支持博清科技能够攻坚克难、创造奇迹,引领世界科技前沿的动力和核心内涵是什么?

冯博士:我的导师潘际銮院士是国内焊接技术泰斗,他老人家一生淡泊名利,具有很深的家国理想,数十年来孜孜以求,钻研科技,以求实现实业报国的理想。我们博清人始终以潘院士的精神为指引,求真、务实、踏上、肯干,特别能吃苦、特别能战斗,在潘院士的感召下,一个个来自五湖四海的青年人,远离家人聚到了一起,来到博清科技,共同为实现焊接机器人的产业化而默默努力着。

我们公司的研发人员身兼“多重身份”。他们是才华横溢的工程师,也是兢兢业业的一线员工,从焊接到研发,工程师们亲身上阵,他们不畏艰苦,勇于探索,从第一线寻找灵感,为产品注入新活力,不断更新换代、推陈出新。

我们的项目人员的敬业精神更是值得一提,负责湛江项目现场后勤工作的苏强,妻子身怀六甲,8月份即将临盆。苏强自从来到湛江项目之后,只回了一趟家,苏强说,即将当父亲,但因为当前的任务重、时间紧,可能到了妻子生产的时候,也未必能有时间回家守候、陪伴。汪正伟在湛江项目不仅是总工程师,更是兼职当司机,给大伙儿开车。“这里工地特别大,步行的话,从一个项目到另一个项目,估计要走40分钟左右。”汪正伟说,离开车,可以说寸步难行。实际上,在这里开车更难。“东海岛上全是一片荒地,经过大型施工车辆的来来回回碾压,到处坑坑洼洼,这里又经常下雨,所以到处一片泥泞,时常能遇到深水坑,开不好车就能陷进去。”汪正伟2017年加入博清科技,从去年10月开始一直驻扎湛江项目上,每月加班基本都超过100个小时。

这样感人的事迹,在博清科技公司还有很多很多……

“知难而进、勇于攀登、团结合作、共同战斗、只求贡献、淡泊名利。”这24个字不仅是潘际銮院士一生专注焊接研究的真实写照,更是潘际銮院士对博清科技的深情期待。

“团队拼搏向上的氛围、同事们专业的工作能力,以及焊接机器人这项利国利民的技术,让许多博清人找到了值得终身奋斗的价值认同,也激励着博清科技里的每个人满怀激情的朝着一个共同目标不断前行。

05.尾声

Q:请您对自动化焊接领域的发展趋势做一个预判和展望?对第24届北京埃森焊接与切割国际展览会您有哪些期许?

冯博士:埃森展是世界最具规模及影响力的焊接领域盛会,是为国内外焊接厂商提供一个既能做出口也能做国内贸易的平台展会,博清科技本次参加埃森展的机器人为四代机。我们在此次展会中设立了国际、国内两个展区,分别展示储罐的横焊、立焊;球罐的横焊、立焊以及球罐赤道带的爬行跟踪自动化焊接技术。

通过参加此次埃森展,我们不仅能与潜在客户当面交流,而且能根据客户需求,定制个性化的焊接解决方案。真诚希望朋友们多多关注我们的参展情况。期待与大家携手创新,共同发展。