華南理工大学の王振民教授：水中ロボット溶接と積層造形の応用には大きな余地がある

海洋石油工学、海洋科学研究、海洋救助などの分野の急速な発展に伴い、水中ロボット設備の需要が増加しています。また、政府が水中ロボットにさらに注目するにつれて、資本市場は徐々に水中ロボットに向かっています。現在、多くの水中ロボット企業が多額の資金調達を獲得しており、中国の水中ロボット製造企業は継続的に成長しています。「OFweek 2018 中国知能製造業革新発展サミットフォーラム」で、華南理工大学の王振民教授は「水中ロボット知能溶接と積層造形」と題する素晴らしい講演を行いました。王振民教授は、人々の海洋および内陸水資源開発活動の増加に伴い、水中ロボット溶接と積層造形は幅広い応用空間を開拓し、海洋島や岩礁の建設、沖合の油田やガス田、ダム建設、大型船舶の修理、核漏洩事故の緊急水中修理から軍事沿岸防衛プロジェクトなどまで、水中ロボット設備は主要設備の建設と自動メンテナンスに強力なサポートを提供すると指摘しました。

現在、水中ロボット市場はまだ初期段階にあります。その主な理由は、この分野における資金的および技術的な障壁が比較的高いことです。特に、実際のエンジニアリング操作に使用される水中ロボットは、システム構造が複雑で、開発サイクルが長く、産業化が非常に困難であり、投資に一定のリスクがあります。また、国内の水中ロボット市場は大きいものの、真に有能な企業は多くなく、産業上の優位性が形成されておらず、業界の巨人も存在しない。

水中ロボット溶接と積層造形技術の問題は早急に解決する必要がある<br /> 我が国は水中ロボットの溶接や積層造形に関する研究を比較的遅れて開始したため、水中作業の範囲、効率、環境空間、深さなど、諸外国とは大きな隔たりがあります。諸外国は基本的に水深1000メートルからスタートしており、我が国はまだ探索段階にあります。水中溶接・付加設備の開発サイクルは長く、投資額も大きい。現在、国内企業の多くは依然として水中ロボットで操作しており、既存の水中操作ロボット企業は生き残り圧力にさらされている。
しかし、中国は長年にわたり水中ロボット技術においても一定の進歩を遂げてきた。例えば、ハードウェアの面では、水中移動プラットフォーム、水中車輪式全位置インテリジェント溶接ロボット、深海潜水ロボットなどで大きな進歩がありました。水中画像処理アルゴリズムの面では、多眼ステレオビジョン技術とマルチ情報融合センシングを使用して、水中溶接画像の3次元座標を取得し、ロボットが溶接を追跡するための位置情報を提供します。高性能水中ロボット溶接電源の面では、水中ロボット専用のDSCベースの超高周波インバータSiC溶接電源も進歩し、インバータ周波数は200kHzに達します。水中環境に適した溶接材料も大きな進歩を遂げました。

水中の環境と媒体は非常に特殊であり、水中溶接では多くの困難な問題を解決する必要があります。王振民氏は、水中ロボット溶接の実現において克服すべき主な技術的困難は次の通りだと述べた。
（１）粗い位置決め：すなわち、複雑な水中空間環境の認識、水中視覚駆動制御など。
（２）軌道計画：複雑な水中環境におけるインテリジェント無軌道移動プラットフォーム（浮遊式・軌道式・車輪式吸着）＋多自由度ロボットアームの運動軌道計画。
（３）精密位置決め：水中マシンビジョン、レーザー/超音波センシング、ロボットアームの手と目の協調制御。
（4）溶接設備：超高周波水中溶接電源＋水中ワイヤ送給装置＋マイクロ排水装置＋故障診断保護装置。
（５）品質予測：水中溶接アーク挙動と溶融池動的シミュレーション、電気信号の高速解析、専門家データベースの構築等

中国の水中ロボット溶接と積層造形には大きな可能性がある<br /> 水中工学における機会には課題が伴います。将来の市場競争で優位に立つためには、水中インテリジェント機器の開発を加速する必要があります。水中ロボット溶接と積層造形の今後の発展について、王振民氏は以下の提案をまとめた。

まず、イノベーションシステムを改善し、自主的な技術研究開発を強化することです。コア技術は物乞いでは入手できません。将来を見据えた共通技術研究と先進的な科学技術成果の転換を促進するために、政府、産業界、学界、研究、応用を連携させたイノベーションシステムを確立する必要があります。水中ロボットには、主に、シミュレーション、インテリジェント制御、水中ターゲットの検出と識別、水中ナビゲーション（位置決め）、通信、エネルギーシステムという 6 つの主要技術が含まれます。当社は、独自の知的財産権を持つ新技術を開発するとともに、積極的に外国の特許を追跡し、潜在的な特許紛争を積極的に回避するとともに、独自の知的財産権の保護を強化しなければなりません。

第二に、産業発展への信頼を築き、国産設備を積極的に支援しなければなりません。国内の設備メーカーはユーザーのニーズを深く理解し、自社の技術力を積極的に発揮し、産業発展への信頼を築く必要がある。ユーザー企業も国産設備に耐障害性と改善の余地を与え、わが国の水中ロボット溶接と積層造形産業の競争力向上を共同で推進する必要がある。

第三に、開放性を高め、国際協力と競争に積極的に参加します。国際先進企業との技術協力を強化し、積極的に合併・買収、株式投資、ベンチャーキャピタルを実施し、海外研究開発センターを設立するか、外国企業が中国に研究開発基地や研究開発センターを設立するよう誘導し、外国先進企業の技術成果を全面的に導入、消化、統合し、国内の研究開発レベルと工学応用能力の全体的な向上を推進する必要がある。

4番目に、支援体制を確立し、業界支援サービスを向上させる必要があります。国際標準化作業を積極的に主導または参加し、標準システムを改善します。人材評価システムとインセンティブメカニズムを改善し、論文のみ、タイトルのみ、学歴のみの問題を打破し、科学研究者の科学研究成果の転換に対する公平性、オプションインセンティブ、報酬分配政策を実施します。科学研究管理をさらに最適化し、科学研究のパフォーマンスを向上させ、水中ロボット溶接と積層造形産業の発展ニーズに適合する科学研究雰囲気と生態環境を形成します。

技術革新が産業変革を推進する<br /> 総合制御、インテリジェントセンサー、統合測位・ナビゲーション、水中通信などの主要技術の発展により、水中ロボットの知能はさらに向上し、水中工学におけるより複雑なタスクを実行できるようになります。今後数年間の水中工学の動向について、王振民氏は、水中操作ロボットの専門化の度合いがますます高くなると考えています。将来的には、特別なニーズを満たし、特定のタスクを完了できるように専用機器が構成される予定です。そのため、水中特殊ロボットの種類はますます増え、分業もますます細かくなり、専門化の度合いもますます高まるでしょう。さらに、人間とコンピュータの相互作用制御もより成熟するでしょう。水中作業ロボット技術の発展傾向は、人間とロボットが協力してより複雑なタスクを完了することです。さらに、水中ロボットは、スマートセンサーのマルチ情報インテリジェント融合および構成技術を使用して、ネットワークを介した大規模な通信システムを確立し、ロボット間およびロボットと人間の間の通信および協力メカニズムを確立し、人間とコンピューターの相互作用インターフェースを改善し、水中操作ロボットの安定性、実用性、信頼性を高めます。

水中溶接と積層造形は、プロセス計画、機器のリアルタイム制御、センシングと検出、情報処理、ロボットの動作制御を含む、多分野にわたる学際的なプロジェクトです。そのうち、インテリジェント制御技術は水中作業ロボットの自律性の向上を目的としており、そのアーキテクチャは人間の脳や神経系に相当します。人工知能の最も重要な特徴は、認識と学習の能力、知識を生み出し、それをより良く応用する能力であり、新たな科学技術革命の中核技術となっています。

王振民氏は、新世代の人工知能の発展が、水中ロボットの溶接や積層造形技術の発展を促進する巨大な原動力になると考えている。水中ロボット溶接および積層造形プロセスに人工知能を導入することで、水中ロボット溶接および積層造形システムが複雑で不確実な問題に対処する能力が本質的に向上し、良好な発展の見通しが得られます。さらに、IoTなどの高度な情報技術を追加することで、溶接プロセス中に収集されたデータをクラウドコンピューティングプラットフォーム上で分析・判断することができ、水中溶接と付加製造の現場とバックエンド制御との相互接続が可能になります。将来的には、水中溶接ロボットや積層造形ロボットの開発目標は、知覚・判断能力に加え、フィードバック・意思決定能力を備えたインテリジェント溶接ロボットとなるでしょう。

出典: OFweek Robotics Network

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