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“智眼獨具”,機器視覺為工業4.0構建四大核心能力

   日期:2019-04-26     來源:[億歐]    瀏覽:505    評論:0    
核心提示:未來的工業生產將以“智眼”為核心,裝備在千千萬萬、形形色色的設備上,指揮各種各樣的“手、腳、身體”動作,實現“深度感知、智慧決策、自動執行”,成為“智人”,讓自動化智能化工業制造插上翅膀騰飛!

縱觀人類歷史長河,工業時代以前的生產力增長幾不可察,而近200多年生產力發生飛躍式變化正是得益于工業革命。以蒸汽機為標志的機械化工業革命1.0使人的體力被解放和大幅提升;以電力為標志的電氣化工業革命2.0實現了大規模流水線作業,開創了產品批量標準化生產的新模式;以電子和計算機為標志的自動化工業革命3.0實現了程序化自動化生產,不但解放了體力勞動,還部分接管了腦力勞動,工業邁入“無人(少人)化”。

社會進步永遠離不開以人為本,工業生產滿足人們基本需求以后,必定向著越來越精致化、人性化、個性化的方向發展,必定要走向無人生產、靈動制造之路,工業4.0時代唯有發展智能制造,別無它途。

一、工業4.0時代的技術特點——視覺與圖像技術是核心(從“智眼”到“智人”)

國務院《中國制造2025》非常務實,未來10年我國智能制造的首要目的是在解放勞動力的前提下實現生產力與生產質量的進一步提高,我們認為核心競爭力還是比的“快速”和“精準”(精準是能力,也是質量)。智能制造的核心是“智”。“智”的核心是什么——就是信息獲取的快和準、信息處理的快和準。一個人的武功高低,要看“手眼身法步”,要想成為智能制造的武林高手,“眼力”和“招法”的水準是核心之中的核心。

視覺與圖像技術是20世紀人類最偉大技術之一。人們感知外界信息的80%是通過眼睛獲得的,圖像包含的信息量是最巨大的。信息時代,特別是工業信息時代,視覺圖像技術注定將成為扛鼎。

視覺技術,極大提高了工業自動化中信息的獲取能力,信息將不再是單一維度的簡單數據,而是廣域立體的海量數據,同時在速度、尺寸、光譜等維度大大突破人眼極限。例如:視覺系統基本覆蓋全光譜,分辨率可以達到1微米,速度可以達到每秒上億幀,這在速度和精度上都大大超出了當前的工業制造水平,甚至滿足未來相當長時間更加精密、更加高速的制造要求,完全可保障在工業制造中信息獲取的快和準。另一方面,圖像技術飛速發展,讓海量圖像信息得以高速、實時、智能的被分析利用,大大提高了人的判決速度,越來越接近人的智慧程度,助推工業生產中信息處理的快和準。

視覺與圖像技術相結合就是給工業設備安裝了一雙超級“智眼”。

未來的工業生產將以“智眼”為核心,裝備在千千萬萬、形形色色的設備上,指揮各種各樣的“手、腳、身體”動作,實現“深度感知、智慧決策、自動執行”,成為“智人”,讓自動化智能化工業制造插上翅膀騰飛!

二、視覺技術服務工業4.0的技術架構——四個智能化(智能識別、智能測量、智能檢測、智能互聯)

視覺圖像到底要發展哪些技術,究竟會如何改變我們的工業,讓我們想像一下未來生產制造的景象吧。

在一個電子產品的生產車間,各種芯片和元器件的尺寸已經從幾mm~幾十mm縮小到幾微米到幾十微米,元器件的焊接和組裝在視覺系統的導引下由生產機器人如做外科手術般精密的操作,由于器件的尺寸和質量都減小了幾百倍,裝配速度大幅提高,每秒鐘可以完成上百次動作,生產效率提高了百倍,一個包含了上千元器件的電子產品在流水作業中只需10秒鐘就制造完成。

視覺系統采用了10個成像單元同時工作,實現多角度立體成像,大范圍毫米級成像和超精密微米級成像相結合,每個成像單元的速度都到達了每秒1000幀以上,整個系統同時獲取的圖像信息超過每秒1萬幀,都可以實時處理并綜合完成目標定位,精確測量,發出精確動作指令。

同時,另外10個成像單元對產品,立即進行多角度多維度掃描,確認質量是否達標。忽然,某個產品的一個焊點出現問題了,合格焊接面積2微米,實際只達到了0.85微米,這將導致信號傳輸的阻抗增大而使工作頻率達不到正常范圍,視覺系統立即導引檢驗機器人,剔除廢品至分支工序進行修復。

組裝車間超過500個成像單元監控各種環境指標,并把全部圖像數據和其他數據綜合到中央信息服務器,經過分析,在出現焊點偏差的瞬時,共發現5個異常,包括驅動電流的一個微小波動、一次動作微小阻滯……問題找到了,圖像分析和歷史數據分析發現其中一個關節的潤滑接近保養壽命,立即進行自動補償潤滑,故障隱患排除,系統飛速運轉如常……

上述場景遠不能覆蓋工業4.0的全部,但管中窺豹,可見一斑。面對這些要求,視覺圖像技術需要重點構建四大核心能力。

第一,智能識別。識別的目的是為下一步操作找到目標,目標識別要從大量信息中找到關鍵特征,需要把海量信息快速收斂,其智能程度要求高,準確度和可靠度是關鍵。

第二,智能測量。測量是工業的基礎,沒有測量就沒有產品,測量的功夫高低就看精準度。

第三,智能檢測。檢測是在測量的基礎上完成的,根據測量結果和目標之間的偏離度,判斷合格與否。但是檢測往往不是單一指標的結果比較,需要多信息多指標綜合分析判斷,基于復雜邏輯的智能化判斷是關鍵。

第四,智能互聯。“未來是數據的世界”,數據互聯將迸發無窮的創造力。就像人的大腦神經元,當信息和節點超過一定數量,就能產生自主學習、自主創造能力,創造才是智慧,創造才是發展之源。當圖像的海量數據在多節點采集互聯,同時將人員、設備、生產物資、環境、工藝等等數據互聯,就會衍生出深度學習、智能優化、智能預測等等創新能力,顯示出大數據的魅力,才會展示出工業4.0的真正威力。

面向未來工業的視覺圖像的硬件、軟件、集成技術發展,將會進入目標不斷升級,技術上精益求精,創新腳步永不停息的時代!而中國從事機器視覺的企業正逢其時,要努力發展核心能力和加強創新,同時大力聯合自動化設備商、機器人制造商,“為機器植入眼睛和大腦”,讓視覺圖像技術成為中堅,扛起制造產業升級的大旗!

三、時代之選,行業之幸,中國之幸!

工業4.0概念,最大的受益者是中國,對于在勞動力密集時代嘗到甜頭而對威脅尚不敏感的中國制造業如當頭棒喝,又似醍醐灌頂。發展制造業是中國的國家戰略,《中國制造2025》已經昭示了政府的動心和決心,一經發動必將高速改變局面,我國工業也將走向新的高度。

機器視覺行業重點聚焦服務工業。在過去很多年的發展中規模始終偏小,研發多以項目運作,規模化大批量應用的產品開發鳳毛麟角,遠不成氣候,這也是我國制造業普遍自動化程度低,自我革新驅動力弱所致。

但是中國的機器視覺的先行者在相對狹小空間積極拓展,積蓄能量,積累了相當一批人才、技術與管理經驗,例如在成像及照明、軟件算法等高端技術與國外基本相當或差距很小,我們的一些產品甚至在性能和技術創新方面超過國外同類,盡管在產品化方面諸如可靠性、易用性存在短板,但差距也不甚大。當前,我國制造業的變革一定會引爆視覺圖像行業高速發展,中國機器視覺也必須責無旁貸的擔當這個歷史使命,助力中國工業制造業轉型升級,知難而進,后來居上!

視覺與圖像技術是工業4.0的重要核心,互促發展是技術的必然,更是時代的選擇。中國視覺行業發展30年,歷史機遇絕不容錯過,再不必嗟嘆未逢其時,我們需要的是趕快行動,發揮蓬勃的才智,展現旺盛的創新,在時代大潮中論英雄!

 
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