前言

制造业进入到全新的数字化时代，需要构建新型智能工厂、数字化工厂与智能车间以助力传统产业智能制造升级，将新一代信息技术贯穿到设计、工艺、生产、物流等各个环节。目的是完善创新体系、提升产品质量、推行绿色制造、增强核心竞争力、发展现代化客户体验。

在中国智能制造2025及国家环保要求的大环境下，桥梁领域内钢结构涂装也逐步向自动化和智能化涂装发展。随着深中通道钢壳首次采用大规模智能涂装装备后，后续深中通道桥梁建设等项目钢箱梁也陆续采用智能涂装作业，并首次采用了智能喷金属涂装技术。智能喷金属涂装也逐步替代人工喷涂成为桥梁喷金属施工的新发展方向。

深中通道效果图

本次以深中通道桥梁智能喷金属项目建设到实施总体剖析，对数字化信息技术与传统桥梁喷金属涂装产业创新融合应用展开研究。

钢桥结构及涂装特点

跨海大桥钢箱梁结构尺寸较大（如图示）。电弧喷涂作业车间是生产所需关键厂房，需要满足大尺寸钢箱梁在车间内封闭作业，尤其是进行智能化电弧喷涂作业，需要专门的厂房还需同时满足智能设备涂装作业空间要求。

一般跨海大桥钢箱梁也都是有规则的大型标准箱体，但考虑海洋环境的腐蚀特点，涂装体系一般外表面都设计有复合金属涂层。因此，对于钢箱梁结构件外表面都需要电弧喷涂实现。对于这种大面积的作业，利用智能机器人技术，加装适用机器人高效作业的大功率电弧喷涂设备，可实现对大型钢箱梁外部的高效稳定涂装作业，最大限度实现智能设备的有效利用。

跨海大桥智能电弧喷涂的意义与优势

对于跨海大桥大面积作业，传统电弧喷涂作业一般需要大量人工和设备同时作业。喷涂存在如下问题：喷涂施工作业环境恶劣，人员职业风险高、用工成本高；电弧喷涂工艺重复单调，作业随机性大，存在重复性或漏喷。人工作业对经验要求高，人工随意性较强，喷幅控制，喷涂质量靠工人技能水平不可控，质量难以稳定保障。电弧喷涂机随人工移动，作业中断弧飞丝现象多，设备故障率较高效率低。

与人工操作相比，电弧喷涂机器人在技术方面，能够通过协同控制，保证金属涂层性能及均匀一致性，可以有效避免过喷、漏喷及无效喷涂现象，提高了材料利用率，大大提高了生产效率。

智能化涂装系统要求可按高度仿真实施、在工件模型、工艺模型导入时，根据技术参数，自动生成基本作业程序，实现喷涂全过程自动化、连续化。

钢箱梁及绗架智能涂装示意

适应性强，满足不同桥梁结构的涂装要求，如钢箱梁、钢桁架梁、钢箱拱、钢管拱等桥梁。

智能涂装的意义：

从宏观方面看，供给侧改革效果显著，未来智能制造成为新动力；未来智能制造将成为保持工业持续快速发展的源动力。劳动力、产业转型、政策和技术四大引擎将大力推进中国智能制造改革浪潮。

从行业发展看，桥梁制造及涂装一直是传统的劳动力密集作业行业，特别是金属热喷涂，存在金属粉尘，作业环境差，作业效率低，劳动成本高等多种不利因素。因此，通过智能化作业实现产业升级已经迫在眉睫。

机器人电弧喷涂作业具备以下优势：

1）近几年产业工人老龄化导致劳动力优势急剧减弱，导致劳动力成本大幅上升。机器人作业可以大幅减少和替代人工作业，提高效能降低成本。

2）产业工业附加值低，产能利用率低，倒逼行业转型通过智能化实现生产效率提高，降本增效目标。

3）响应国家智能制造2025规划政策要求，行业自上而下实现支撑智能制造体系变革的紧迫性要求。

4）大功率电弧喷涂设备已经成熟，智能机器人技术已经日趋成熟，为实现智能化电弧喷涂作业提供可靠技术基础，桥梁领域智能化改革需求强烈，势在必行。

国内主要跨海大桥智能涂装的应用现状

大型桥隧智能涂装特点：钢梁体量规模大、结构相似，质量要求严格，具备自动化、智能化制造前提和内在需求。

大型桥隧智能涂装成功投产应用项目有上海建冶公司承建的深中通道、黄茅海跨海通道等国家重大项目。

深中通道项目钢箱梁智能电弧喷涂机器人应用探索

参考电弧喷涂技术以往经验，借鉴深中通道钢壳智能涂装等项目智能化经验，结合深中通道钢箱梁的特点，上海建冶集团与武船重工联手对智能电弧喷涂技术进行积极探索研究，针对性的设计研发了项目钢箱梁智能电弧喷涂机器人方案，采用一些新技术理念的智能装备，实现了钢箱梁外表面底部锌铝合金涂层采用机器人喷涂过程的自动化、智能化作业。

智能电弧喷涂场地规划

上海建冶武船中山基地拥有一喷三涂共四间涂装车间，只需对车间进行相应的智能化改造就能满足项目智能化生产线要求，且基于涂装硬件条件研究改造成本最低、周期最短的智能化涂装生产线，满足智能涂装要求。智能电弧喷涂车间为独立全封闭作业车间，配备完善的除尘系统以及除湿系统。

深中通道涂装体系：

智能电弧喷涂机器人设计

智能电弧喷涂机器人方案先进高效、稳定可靠、切实有效。采用两台电弧喷涂机器人协同作业可实现钢箱梁外表面智能喷涂施工。

车间设计

智能电弧喷涂车间为独立全封闭车间，如下图示。对车间辅助设施进行了改造，满足智能化作业需求。采用两台轨道式电弧喷涂机器人完成钢箱梁外表面底部及侧面的电弧喷涂作业。由2台地面轨道式小车装载大功率电弧喷涂设备并搭配多轴机器人完成电弧喷涂作业。

智能电弧喷涂机器人作业图

智能电弧喷涂机器人实现了桥梁外部电弧喷涂喷锌铝连续作业，作业稳定，质量可靠，生产效率达到90平米/Hr以上。现场人工作业喷涂机由13台减少到7-8台，有效减少了现场人工和作业台机数量。使用效果良好。

智能电弧喷涂机器人主要功能

智能电弧喷涂机器人系统具有如下功能：①自动推丝、控温控气及安全预警；②远程监控；③人机示教及数控指令（G代码）编程导入。

电弧喷涂机器人编程及模拟仿真

智能涂装控制中心

智能化涂装生产线配备总控室和分控室。在总控制室内搭建B/S构架的智能专用监控管理系统平台，包括可实现对电弧喷涂机器人以及喷砂、喷漆生产作业进行全局监控、关键信息传送/交互、智能设备远程预警、生产及质量检测数据分析等，形成高度协作的智能化涂装生产线。

智能控制中心及信息系统

适用机器人作业的大功率电弧喷涂机

采用国内首台设计开发的大功率电弧喷涂电源以及高效电弧喷枪系统作为单元。

主要特点：

1.更强大的电流，更小的烧损。（大电流设计，配合专利空气冷却系统，稳定高效）

2.更高速的气流，更细的雾化。（保压及三重雾化设计，保证涂层颗粒更细更均匀）

3.更高效的沉积，更高的效率。（提高1倍效率，提升20%沉积）

4.更稳定的送丝，更快的响应。（采用伺服电机配合两组动力送丝轮，可送锌铝合金丝）

5.更坚固的结构，更少的维护。（采用快速维护设计，简单维护即可长时间工作）

跨海大桥钢箱梁智能电弧喷涂主要优点

经济效益：作业人员数量减少，风险降低，作业环境安全环保；节约人工及辅助耗材，提高利润率。智能涂装大幅提高电弧喷涂的效能，可大幅降低锌铝丝主材成本，提高利润率。智能电弧喷涂为车间内连续无人化高效作业，相比人工喷涂节省了现场多人工多设备的复杂作业；采用智能化电弧喷涂有效减少了对技术工人的需求；有效节约了因人工作业现场杂乱，不断整理产生的环境、安全因素等造成的等费用支出；因此节约大量人工、机械、材料、管理等费用成本。

总结

智能化电弧喷涂作业能显著改善产品质量、材料用量大大减少、节省人工成本支出、节省空间及降低能耗，减少职业健康安全隐患。

通过对同行业智能涂装应用探讨以及我公司负责的深中通道G03标项目自主研发的智能电弧喷涂机器人施工应用的总结分析，采用成熟可靠的轨道式小车机构，搭载智能电弧喷涂机器人和先进的大功率电弧喷涂设备系统，更好的操作性，可以实现生产过程的智能化、自动化，提高生产效率和产品质量。机器人系统具有模型导入和离线编程，并能兼容钢管拱、钢桁架和钢板梁，可提高行业电弧喷涂施工技术水平，促进电弧喷涂作业向数字化、智能化升级转型。

跨海大桥钢箱梁智能电弧喷涂技术展望

采用先进的机器人技术和高效的电弧喷涂设备技术结合，最终可实现对跨海大桥大型钢箱梁钢结构件的无人智能电弧喷涂防腐作业，最大限度实现智能涂装的有效利用。

未来，智能涂装机器人系统可根据需要进行更多桥梁结构以及其它大型钢结构表面的电弧喷涂和涂装智能化作业。应用市场巨大，前景广阔。