钢结构机器换人动力、进展、部件及核心在哪？

焊接需求大，但焊工短缺&焊工成本上升。

1.钢结构机器换人动力

必要性：焊接需求大，焊工短缺&焊工成本持续上升

 钢结构行业健康发展，焊接需求持续增长。2022年我国钢结构加工制造总产量10140万吨。《钢结构行业十四五规划及2035年远景目 标》提出，到2025年钢结构产量达到1.4亿吨，到2035年产量达到2亿吨，预计未来十年产量CAGR约5%，焊接需求增速或与产量持平。 经验丰富的焊工短缺现象严重。钢结构焊接生产环境较差、焊接经验要求高。目前老一代焊工逐渐退休，新一代年轻人当焊工意愿低， 但焊工需求持续增加，导致焊工缺口持续扩大：根据中国政府网新闻，2022年第四季度全国招聘大于求职“最缺工”的100个职业排 行中，焊工位列第12名。根据人社部、工信部、教育部公布的《制造业人才发展规划指南》统计，预计到2025年，全国制造业重点领 域人才缺口将接近3000万人，缺口率将达48%，技能型人才供应将呈现供不应求的状态，主要集中在10个重点制造业领域里，包括船 舶制造、汽车制造、工业机械设备打磨等。焊工成本或将持续增加。目前焊工平均年薪已经超过18万元/人，且经验丰富的成熟焊工年薪更高，考虑到焊工供给紧张且需求持续 增加，未来焊工的平均薪水有逐渐上升趋势。

迫切性：①钢结构企业有迫切的降本诉求 

 智能化是钢结构行业产业升级的关键，政策支持产业升级。2021年12月，工业和信息化部、国家发展和改革委员会等八部门联合印发 《“十四五”智能制造发展规划》：70%的规模以上制造业企业基本实现数字化网络化，建成500个以上引领行业发展的智能制造示范 工厂。钢结构行业体量庞大，但因为集中度低、产品非标属性强，传统钢结构的焊接环节通常依赖人工操作，智能化程度较落后。焊 接智能化可以显著提升焊接环节的生产效率和精确度、缩短生产周期、降低焊接环节成本，是钢结构行业发展的必然趋势。

 钢结构企业盈利能力弱，智能化渗透提升将有效提升盈利能力。2023年，国内龙头钢结构企业平均毛利率13.4%，平均净利率仅3.2%， 利润微薄。同时行业的费用率难有下降空间：以行业龙一鸿路钢构为例，近四年公司期间费用率约6%，其中用于智能化研究的研发费 用率3%，其他期间费用率合计仅3%，下降空间几乎为0。参考国信证券建材组报告《鸿路钢构（002541.SZ）-钢结构制造商龙头，智能 化升级引领者》，智能焊接机器人渗透率每提升5%，公司的毛利率将提升0.3个百分点（净利率也将提升0.3个百分点）。因此，钢结 构企业迫切需要提升智能化，降低营业成本，提升公司的盈利能力。

②智能焊接机器人的成本已经低于焊工

智能焊接工作站主要构成包括：机器人本体、焊接设备（焊枪和焊接电源）、系统（总控和视觉）。参考柏楚电子公司公告，工作站 总成本28万元； 根据柏楚电子定向募集说明书，焊工的平均焊接能力约为400吨/人/年，假设焊接工人年薪约15万元，一条万吨钢结构生产线的年人工 焊接成本约为375万元； 假设一套焊接机器人的成本30万元，每个焊接机器人可替代2-3个人工，同时每3台机器人需要1名普通操作工，普通操作工人年薪为10 万元，一条万吨钢结构生产线的年智能焊接成本约为330万元。考虑到机器人技术进步带来的成本下降、人工成本上升和机器人折旧， 机器人的性价比有望持续提升。

钢结构机器换人动力：技术瓶颈已有突破

技术可行性：智能焊接厚积薄发，核心技术瓶颈有所突破。此前受智能化能力不足制约，我国的焊接机器人仅能完成标准化工件的焊接。我国从2015年开始推进智能制造战略，2021年部分龙头 企业具备了研发智能焊接机器人的能力，2023年部分钢构龙头企业开始尝试智能焊接机器人，智能焊接机器人的技术瓶颈正在被突破。

2.钢结构机器换人进展

机器换人进展：龙头企业具有智能化改造基因。 投入智能化的意愿强。鸿路钢构拥有业内最大的钢结构产能。根据鸿路钢构公司公告，预计到2024年底，公司钢结构产品产能将达到 520万吨，未来或将进一步扩产至1000万吨，焊工短缺问题对其影响会越来越显著； 部分生产环节已实现智能化改造，具有智能化基因。鸿路钢构是行业中为数不多的，已经完成切割环节智能化改造的钢结构企业。切 割环节成本下降后，公司更有动力提升焊接环节智能化水平。

因生产流程、技术要求、成本等原因，钢结构机器换人进展领先。 钢结构：钢构行业焊接需求旺盛，有部分钢结构件（如钢梁、钢柱等）形状较为规则，焊接难度较小，焊接自动化的适用性较强，适 合智能焊接机器人迈出第一步。 船舶：船舶结构庞大、形状多变、工作环境较为特殊，这对自动化设备的适应性、精度和稳定性要求较高。同时造船业的生产周期长 且项目复杂，自动化设备的投入和回报周期较长，初期愿意尝试的智能焊接机器人企业较少。在钢结构的智能焊接机器人技术相对成 熟后，船舶行业有望尽快引入智能焊接机器人。 航空航天等行业：应用场景更为复杂、焊接难度更大，待技术成熟后航空航天等行业有望逐步引入智能焊接机器人。

3.智能焊接机器人：无需人工编程，焊接过程全自动化

智能焊接机器人借助离线编程软件、控制系统、视觉定位摆脱人工约束，独立完成焊工的“判断和调整”。主要部件包括： 1）离线编程软件：智能焊接第一环，生成焊接路径，检查焊接路径合法性，相当于成熟焊工的“焊接经验和焊接工艺”； 2）智能焊接控制系统：实现运动控制、定位焊接起点、偏差校正等功能，集中控制各环节，相当于成熟焊工的“大脑”； 3）智能焊缝跟踪系统：探测焊缝，并实时修正焊接过程中的偏差，提供精确的微观视觉，相当于成熟焊工的“眼睛” ； 4）其他选配件（智能焊接机器人工作站、工件视觉定位系统、焊接变位机等）：提高智能焊接的准确性、灵活性、自动化程度； 5）机器人本体、焊枪、焊接电源等：合计占总成本的50%左右，标准程度高，可沿用传统产品，无需额外升级，相当于成熟焊工的“手”。

4.智能焊接机器换人核心在于算法和Know-how工艺库

智能焊接机器人的核心变化在于软件算法（大脑、眼）和工艺know-how（工艺库、眼）。智能焊接机器人的加工流程包括： 1）导入图纸：从Tekla，Revit等建筑设计软件里导出需要焊接的钢结构工件模型。 2）设置焊缝：对钢结构工件模型进行编辑，设置焊缝，生成坡口并设置焊道顺序。 3）生成焊接路径：在数字孪生系统中编辑机器人焊接动作，进行运动仿真，确认加工路径正确没有碰撞，并生成焊接加工站运行指令。

 4）进行焊接：3D相机扫描整个工件，对工件进行识别和空间定位，并校正焊缝的加工位置数据。然后机器人根据焊接指令运动到焊缝 起始位置进行焊接。焊接过程涉及机器人姿态自适应调整，动态规划路径以及自动避障，焊接工艺选择匹配，焊缝跟踪传感器控制，图 像信号处理，焊缝位置识别及跟踪过程以及焊接工艺参数实时调整，最终完成零件的焊接。 5）调整工件位置：通过变位机旋转翻转工件，调整工件位置实现连续焊接。