李琳莉

（飛卓科技（上海）股份有限公司，上海，201505）

0 引言

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用帶動了工業(yè)信息化的發(fā)展,但隨著時間的推移也加速了這一發(fā)展空間的逐步縮小。價(jià)格的透明化、激烈的市場競爭,導(dǎo)致工業(yè)發(fā)展水平不斷地下降,也促成了工業(yè)信息化、自動化的進(jìn)一步落實(shí)和應(yīng)用。近兩年疫情的影響導(dǎo)致全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢低迷,原材料價(jià)格受到各種因素的影響價(jià)格不斷地上浮。而勞動力成本的上升以及技能型工業(yè)化人才的缺失也給這一狀況增加了更多的壓力，因此，快速布局從傳統(tǒng)的以人工生產(chǎn)為主的生產(chǎn)制造業(yè)轉(zhuǎn)為以高科技、互聯(lián)網(wǎng)為主的新型發(fā)展模式成為企業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路，而智能視覺物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與工業(yè)自動化技術(shù)的相互融合就是其中一條切合工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際需求之路。

1 智能視覺物聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)自動化簡述

“智能視覺物聯(lián)網(wǎng)”(或簡稱為”視覺物聯(lián)網(wǎng)”)由中科院自動化研究所生物識別與安全技術(shù)研究中心李子青教授于2010年提出。視覺物聯(lián)網(wǎng)涉及物聯(lián)網(wǎng)的視覺感知部分，利用各類圖像獲取傳感器，包括監(jiān)控?cái)z像機(jī)、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等，獲取人、車、物圖像或視頻視覺數(shù)據(jù)，提取視覺標(biāo)簽并采用智能分析技術(shù)對視覺信息進(jìn)行處理。它充分結(jié)合了互聯(lián)網(wǎng)以及智能化兩種關(guān)鍵技術(shù)，將原本生產(chǎn)線的信息利用視覺圖像以及傳感器等技術(shù)獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)和信息,然后再結(jié)合這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行生產(chǎn)管理和資源再分配[1]。智能視覺物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將傳感、智能化以及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用三大技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，對工業(yè)自動化的生產(chǎn)實(shí)踐的深入拓展有極大的引領(lǐng)作用。

工業(yè)自動化發(fā)展演變過程如下：18世紀(jì)末期，工業(yè)1.0以蒸汽動力驅(qū)動機(jī)械生產(chǎn)。20世紀(jì)初期，電力促使邁向工業(yè)2.0，進(jìn)行大量產(chǎn)品生產(chǎn)。1970年代電子結(jié)合IT促成自動化生產(chǎn)，亦即持續(xù)至今的工業(yè)3.0。接下來是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0，以網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來監(jiān)控、分析并改善制造營運(yùn)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的構(gòu)建是未來智能工廠的基礎(chǔ)，同時智能工廠的營運(yùn)成敗又直接取決于數(shù)據(jù)收集、處理和分析能力，針對以上能力智能視覺物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)恰恰又有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，因此，具備智能視覺物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的工業(yè)自動化生產(chǎn)就如虎添翼了，二者的融合發(fā)展也自然成為工業(yè)發(fā)展的大勢所趨了。

從工業(yè)發(fā)展的角度出發(fā)，采用工業(yè)生產(chǎn)自動化之后的工業(yè)生產(chǎn)模式在實(shí)際應(yīng)用過程中具備了更大的潛力。尤其是在視覺物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合作用下，能夠加速促進(jìn)工業(yè)自動化應(yīng)用的整體水平，擴(kuò)充其技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域的有效性。采用了智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的工業(yè)生產(chǎn)線對產(chǎn)線中的產(chǎn)品、生產(chǎn)模式以及數(shù)量更方便進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃,讓生產(chǎn)更加契合實(shí)際需求，能夠真正實(shí)現(xiàn)結(jié)合市場的發(fā)展而實(shí)施生產(chǎn)的目標(biāo)。

以珠江三角洲為主的勞動密集型制造加工地東莞為例。東莞作為該區(qū)域的重點(diǎn)勞動加工型產(chǎn)業(yè)集中地,為了能夠在這種大環(huán)境和大背景下穩(wěn)步地發(fā)展。政府推出以科技帶動生產(chǎn),通過對制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級,將東莞原有依賴大量勞動生產(chǎn)的企業(yè)轉(zhuǎn)變成為通過技術(shù)替代人工、提升產(chǎn)能的生產(chǎn)方式,從而有效地降低成本投入,并提升生產(chǎn)效率,繼而抵消通貨膨脹所帶來的影響。而且隨著科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用升級,智能視覺物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與互聯(lián)網(wǎng)之間形成更加緊密地關(guān)聯(lián),通過互聯(lián)網(wǎng)的方式,智能視覺物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)自動化生產(chǎn)實(shí)踐中能充分地得以發(fā)揮作用,從而徹底地將傳統(tǒng)的以人工生產(chǎn)為主的生產(chǎn)制造業(yè)轉(zhuǎn)為以高科技、互聯(lián)網(wǎng)為主的新型發(fā)展模式。

2 視覺物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)自動化應(yīng)用中的系統(tǒng)解決方案

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

傳統(tǒng)的工業(yè)自動化應(yīng)用大多采用工業(yè)傳感器，采集設(shè)備相關(guān)工藝參數(shù)，然后將采集到的數(shù)據(jù)信息統(tǒng)一傳給PLC或DCS系統(tǒng)，通過PLC或DCS做邏輯運(yùn)算及相關(guān)工藝控制，最后將設(shè)備各主要工藝參數(shù)及狀態(tài)通過上位機(jī)實(shí)時展示，包括歷史曲線、實(shí)時曲線、設(shè)備運(yùn)行、故障及報(bào)警狀態(tài)等信息。而隨著視覺物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)線的新的需求，比如：①缺陷監(jiān)測，產(chǎn)品表面的信息正確與否、有無缺失、錯位、破損等檢測；②工業(yè)測量，檢測產(chǎn)品的外觀尺寸，實(shí)現(xiàn)非接觸性測量；③視覺定位，檢測產(chǎn)品目標(biāo)位置，進(jìn)行位置確認(rèn)，引導(dǎo)機(jī)器抓取等動作；④信息識別，識別不同的目標(biāo)和對象，如字符、二維碼、顏色等。以上各種新生需求促使我們不斷把視覺物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與工業(yè)自動化技術(shù)深入融合，最終形成一套兼?zhèn)湟曈X物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與工業(yè)自動化應(yīng)用技術(shù)為一體的生產(chǎn)控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 視覺物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)自動化中應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)圖

從圖中我們可以看出,每一條生產(chǎn)線不但有傳統(tǒng)的工業(yè)傳感器（檢測溫度、壓力、物液位、流量等參數(shù)）、還有以機(jī)器視覺為基礎(chǔ)的標(biāo)簽檢測傳感器（攝像頭、相機(jī)、錄像機(jī)等）。類似這樣一套系統(tǒng)通常廣泛應(yīng)用于化工行業(yè)、半導(dǎo)體生產(chǎn)等領(lǐng)域。無論哪條生產(chǎn)線配備視覺物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，都可以利用網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)將生產(chǎn)線上的信息轉(zhuǎn)化成實(shí)際的工藝數(shù)據(jù)，正確的指導(dǎo)生產(chǎn)行為。單純從生產(chǎn)角度出發(fā),用先進(jìn)的技術(shù)手段替代傳統(tǒng)的人工模式,或許這種方式前期投入成本較高,但是它能有效地提升整體的生產(chǎn)效率、減少人力資源的管理成本,減少勞動力投入成本，從長遠(yuǎn)看，仍然是值得的。再從企業(yè)管理者的角度出發(fā),將生產(chǎn)與信息化網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起,對各種生產(chǎn)資料進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃,幫助管理者對有限資源進(jìn)行合理分配,最終達(dá)到節(jié)約成本投入的目的[2]。

2.2 視覺物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)移動標(biāo)簽的應(yīng)用研究

采用移動標(biāo)簽的方式實(shí)現(xiàn)對各項(xiàng)數(shù)據(jù)的采集。針對于移動標(biāo)簽的檢測是生產(chǎn)線上必不可少的檢測工具，它能夠?qū)崿F(xiàn)對標(biāo)簽數(shù)據(jù)采集和匯總，為后續(xù)的計(jì)算作業(yè)提供先決的基礎(chǔ)條件。為了能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用目標(biāo)，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中會通過軟、硬件兩個部分執(zhí)行。硬件方面主要是依托于成像技術(shù)，具體來說就是光路成像技術(shù)的應(yīng)用,它在實(shí)際應(yīng)用過程中對圖像進(jìn)行預(yù)處理,從而為后續(xù)的圖像工作提供充分地準(zhǔn)備。而軟件部分則是結(jié)合了數(shù)字圖像處理技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫的信息應(yīng)用,利用數(shù)字成像技術(shù)可以解決字符識別的問題，尤其是移動過程中的標(biāo)簽,需要應(yīng)用一定的光學(xué)技術(shù)消除其在移動過程中的模糊問題,繼而提升成像的清晰度,用于對圖像內(nèi)容進(jìn)行識別分析[3]。而在數(shù)據(jù)庫這一部分,為了能夠滿足該系統(tǒng)的功能應(yīng)用,通過增加新元素來實(shí)現(xiàn)功能應(yīng)用的擴(kuò)充，能夠有效地提升對數(shù)據(jù)運(yùn)行處理和分析能力,結(jié)合B/S架構(gòu),逐步形成了一套結(jié)合智能化實(shí)時數(shù)據(jù)輸入端口+服務(wù)器端口+客戶端口的全過程化的應(yīng)用模式。

3 視覺物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)自動化的實(shí)際應(yīng)用

3.1 智能視覺檢測在工業(yè)生產(chǎn)中品質(zhì)檢測方面的應(yīng)用

智能視覺物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)際上早在21世紀(jì)之初就已經(jīng)被提出并加以應(yīng)用,但是理論與實(shí)踐之間仍存在較大的差距,導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用技術(shù)范圍非常有限,比如說，過去一向以人力為主的太陽能、LED產(chǎn)業(yè)，據(jù)統(tǒng)計(jì)就有超過20%的人力投注在產(chǎn)品品質(zhì)檢測方面，因這種產(chǎn)品檢測作業(yè)模式單調(diào)且冗長，特別容易使作業(yè)人員出現(xiàn)疲勞、注意力分散等問題。而現(xiàn)在在工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中加入可視化的檢測系統(tǒng),通過系統(tǒng)中自帶的傳感器以及攝像頭等設(shè)備,能夠?qū)ιa(chǎn)線的產(chǎn)品品質(zhì)進(jìn)行全面的檢測和監(jiān)控,而且能夠?qū)?shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總回傳,這樣就能夠幫助管理者及時了解相關(guān)信息。利用這種檢測方式不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對生產(chǎn)線上所有產(chǎn)品的檢驗(yàn)檢測,有效降低不合格產(chǎn)品的出現(xiàn),同時也可以進(jìn)一步地提升檢測的效率,改變傳統(tǒng)依賴人工進(jìn)行檢測的模式,極大地提升了檢測的效率,節(jié)約了人員的投入成本[4]。

3.2 視覺識別在提升汽車馬達(dá)生產(chǎn)線中檢測水平方面的應(yīng)用

視覺識別物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)產(chǎn)品檢測方面的應(yīng)用非常廣泛。在各種生產(chǎn)領(lǐng)域很多生產(chǎn)線就都開始借助這項(xiàng)技術(shù)來提升自己生產(chǎn)線的檢測水平。比如在汽車馬達(dá)生產(chǎn)線中，為了能夠提升馬達(dá)的性能，在對馬達(dá)內(nèi)部的線圈進(jìn)行測量時,往往會對線圈的計(jì)量有著非常高的要求，而采用該項(xiàng)技術(shù)后便能夠極大地滿足對于精準(zhǔn)度的要求,如果精準(zhǔn)度無法達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),就無法進(jìn)行使用，影響后續(xù)的銷售。在沒有引用該技術(shù)之前沿用傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式,在完成產(chǎn)品生產(chǎn)之后完全憑借人力進(jìn)行檢測，不僅無法達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期的精準(zhǔn)度,而且也會增加人力資源的投入，耗時又耗力。而引入視覺物聯(lián)網(wǎng)這項(xiàng)技術(shù),就能夠有效地結(jié)合產(chǎn)品的特性進(jìn)行針對性地研發(fā),配比3D測量技術(shù)以及建立數(shù)學(xué)模型的方式設(shè)計(jì)對應(yīng)的檢測系統(tǒng),然后就可以直接將產(chǎn)品的測量工作交給自動化檢測系統(tǒng)中[5]。通過這種技術(shù)的改進(jìn)不僅能夠提升產(chǎn)品檢測的精準(zhǔn)度，避免人力檢測的耗時和疏忽,更有效地提升了檢測的效率,同時，對于企業(yè)來說這不僅是優(yōu)化了檢測技術(shù),也同步提升了企業(yè)自身的競爭力,為企業(yè)在市場中的合理化競爭提供強(qiáng)有力的支撐。

3.3 視覺技術(shù)與機(jī)器人的結(jié)合應(yīng)用

隨著工業(yè)自動化應(yīng)用水平的提升,實(shí)際上在很多生產(chǎn)線上已經(jīng)出現(xiàn)了替代傳統(tǒng)人力操作的機(jī)器人,尤其是一些簡單的重復(fù)性的勞動更容易被機(jī)器人取代。而智能視覺技術(shù)的應(yīng)用與機(jī)械化的系統(tǒng)進(jìn)行充分地融合,通過這種融合能使工業(yè)自動化應(yīng)用中的機(jī)器人更加具備“人性化”,讓它們能夠獲得更具思考力的“頭腦”,更精準(zhǔn)的“眼睛”[6]。比如，在有機(jī)器人參與的工業(yè)自動化生產(chǎn)場景中，通過應(yīng)用視覺技術(shù)與機(jī)器人整合，可對工件位置實(shí)時進(jìn)行定位、導(dǎo)引機(jī)器人進(jìn)行相應(yīng)精準(zhǔn)動作。過去，機(jī)器人動作時，因沒有視覺配合，必須事先根據(jù)工件的自身信息提前規(guī)劃好行徑路線，機(jī)器人按照預(yù)定路線到達(dá)指定位置后再做相應(yīng)動作，因此，這種應(yīng)用不但大為受限且缺少彈性，若工件規(guī)格有所變化，就必須重新編程，而如今在機(jī)器人身上加入視覺識別裝置后，由視覺傳感器實(shí)時反饋工件當(dāng)前信息給機(jī)器人控制器，讓機(jī)器人自主判斷工件的形狀、顏色、位置，即便尺寸、位置較之前有所變動，也不必重新編寫程序，如此可大幅提升自動化產(chǎn)線的彈性。

4 結(jié)束語

通過本文對智能視覺物聯(lián)網(wǎng)及工業(yè)自動化的簡單分析、二者在生產(chǎn)實(shí)踐中的相互融合及實(shí)際應(yīng)用，我們可以看出,智能視覺物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合應(yīng)用對工業(yè)化生產(chǎn)來說不僅是一項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)延伸拓展,更是工業(yè)化進(jìn)程發(fā)展中的必然趨勢。而且隨著這項(xiàng)融合技術(shù)在實(shí)踐過程中的不斷應(yīng)用和發(fā)展完善,在不同領(lǐng)域的企業(yè)中,該技術(shù)已經(jīng)結(jié)合各類企業(yè)實(shí)際的生產(chǎn)需求促進(jìn)了生產(chǎn)方式的變革。從根本上來看,企業(yè)通過科學(xué)技術(shù)來改變生產(chǎn)方式,也是其提升核心競爭力的重要方式。從長遠(yuǎn)來看,這是一條帶動企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展,獲取更大經(jīng)濟(jì)效益的唯一途徑。所以現(xiàn)代企業(yè)必須注重對前沿科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用,通過不斷地應(yīng)用實(shí)踐尋找到符合自己企業(yè)發(fā)展的技術(shù)應(yīng)用方式,從而相互推動相互促進(jìn),真正地為我國的企業(yè)發(fā)展提供助力。