新形勢下探討智能視覺物聯網在工業自動化中的實際應用

李琳莉

（飛卓科技（上海）股份有限公司，上海，201505）

0 引言

互聯網技術的應用帶動了工業信息化的發展,但隨著時間的推移也加速了這一發展空間的逐步縮小。價格的透明化、激烈的市場競爭,導致工業發展水平不斷地下降,也促成了工業信息化、自動化的進一步落實和應用。近兩年疫情的影響導致全球經濟發展緩慢低迷,原材料價格受到各種因素的影響價格不斷地上浮。而勞動力成本的上升以及技能型工業化人才的缺失也給這一狀況增加了更多的壓力，因此，快速布局從傳統的以人工生產為主的生產制造業轉為以高科技、互聯網為主的新型發展模式成為企業發展的必經之路，而智能視覺物聯網技術與工業自動化技術的相互融合就是其中一條切合工業生產實際需求之路。

1 智能視覺物聯網與工業自動化簡述

“智能視覺物聯網”(或簡稱為”視覺物聯網”)由中科院自動化研究所生物識別與安全技術研究中心李子青教授于2010年提出。視覺物聯網涉及物聯網的視覺感知部分，利用各類圖像獲取傳感器，包括監控攝像機、手機、數碼相機等，獲取人、車、物圖像或視頻視覺數據，提取視覺標簽并采用智能分析技術對視覺信息進行處理。它充分結合了互聯網以及智能化兩種關鍵技術，將原本生產線的信息利用視覺圖像以及傳感器等技術獲得相應的數據和信息,然后再結合這些數據信息進行生產管理和資源再分配[1]。智能視覺物聯網技術將傳感、智能化以及網絡應用三大技術有機地結合在一起，對工業自動化的生產實踐的深入拓展有極大的引領作用。

工業自動化發展演變過程如下：18世紀末期，工業1.0以蒸汽動力驅動機械生產。20世紀初期，電力促使邁向工業2.0，進行大量產品生產。1970年代電子結合IT促成自動化生產，亦即持續至今的工業3.0。接下來是工業物聯網和工業4.0，以網絡系統來監控、分析并改善制造營運。網絡系統的構建是未來智能工廠的基礎，同時智能工廠的營運成敗又直接取決于數據收集、處理和分析能力，針對以上能力智能視覺物聯網系統恰恰又有得天獨厚的優勢，因此，具備智能視覺物聯網體系架構的工業自動化生產就如虎添翼了，二者的融合發展也自然成為工業發展的大勢所趨了。

從工業發展的角度出發，采用工業生產自動化之后的工業生產模式在實際應用過程中具備了更大的潛力。尤其是在視覺物聯網技術的融合作用下，能夠加速促進工業自動化應用的整體水平，擴充其技術在實際應用領域的有效性。采用了智能物聯網技術的工業生產線對產線中的產品、生產模式以及數量更方便進行統籌規劃,讓生產更加契合實際需求，能夠真正實現結合市場的發展而實施生產的目標。

以珠江三角洲為主的勞動密集型制造加工地東莞為例。東莞作為該區域的重點勞動加工型產業集中地,為了能夠在這種大環境和大背景下穩步地發展。政府推出以科技帶動生產,通過對制造業的轉型升級,將東莞原有依賴大量勞動生產的企業轉變成為通過技術替代人工、提升產能的生產方式,從而有效地降低成本投入,并提升生產效率,繼而抵消通貨膨脹所帶來的影響。而且隨著科學技術的應用升級,智能視覺物聯網的發展與互聯網之間形成更加緊密地關聯,通過互聯網的方式,智能視覺物聯網技術在工業自動化生產實踐中能充分地得以發揮作用,從而徹底地將傳統的以人工生產為主的生產制造業轉為以高科技、互聯網為主的新型發展模式。

2 視覺物聯網在工業自動化應用中的系統解決方案

2.1 系統架構圖

傳統的工業自動化應用大多采用工業傳感器，采集設備相關工藝參數，然后將采集到的數據信息統一傳給PLC或DCS系統，通過PLC或DCS做邏輯運算及相關工藝控制，最后將設備各主要工藝參數及狀態通過上位機實時展示，包括歷史曲線、實時曲線、設備運行、故障及報警狀態等信息。而隨著視覺物聯網技術的不斷發展，結合工業生產線的新的需求，比如：①缺陷監測，產品表面的信息正確與否、有無缺失、錯位、破損等檢測；②工業測量，檢測產品的外觀尺寸，實現非接觸性測量；③視覺定位，檢測產品目標位置，進行位置確認，引導機器抓取等動作；④信息識別，識別不同的目標和對象，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網技術與工業自動化技術深入融合，最終形成一套兼備視覺物聯網技術與工業自動化應用技術為一體的生產控制系統，其系統架構如圖1所示。

圖1 視覺物聯網在工業自動化中應用系統架構圖

從圖中我們可以看出,每一條生產線不但有傳統的工業傳感器（檢測溫度、壓力、物液位、流量等參數）、還有以機器視覺為基礎的標簽檢測傳感器（攝像頭、相機、錄像機等）。類似這樣一套系統通常廣泛應用于化工行業、半導體生產等領域。無論哪條生產線配備視覺物聯網技術，都可以利用網絡化技術將生產線上的信息轉化成實際的工藝數據，正確的指導生產行為。單純從生產角度出發,用先進的技術手段替代傳統的人工模式,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，從長遠看，仍然是值得的。再從企業管理者的角度出發,將生產與信息化網絡結合在一起,對各種生產資料進行統籌規劃,幫助管理者對有限資源進行合理分配,最終達到節約成本投入的目的[2]。

2.2 視覺物聯網關鍵技術移動標簽的應用研究

采用移動標簽的方式實現對各項數據的采集。針對于移動標簽的檢測是生產線上必不可少的檢測工具，它能夠實現對標簽數據采集和匯總，為后續的計算作業提供先決的基礎條件。為了能夠實現應用目標，在實際設計過程中會通過軟、硬件兩個部分執行。硬件方面主要是依托于成像技術，具體來說就是光路成像技術的應用,它在實際應用過程中對圖像進行預處理,從而為后續的圖像工作提供充分地準備。而軟件部分則是結合了數字圖像處理技術以及數據庫的信息應用,利用數字成像技術可以解決字符識別的問題，尤其是移動過程中的標簽,需要應用一定的光學技術消除其在移動過程中的模糊問題,繼而提升成像的清晰度,用于對圖像內容進行識別分析[3]。而在數據庫這一部分,為了能夠滿足該系統的功能應用,通過增加新元素來實現功能應用的擴充，能夠有效地提升對數據運行處理和分析能力,結合B/S架構,逐步形成了一套結合智能化實時數據輸入端口+服務器端口+客戶端口的全過程化的應用模式。

3 視覺物聯網技術在工業自動化的實際應用

3.1 智能視覺檢測在工業生產中品質檢測方面的應用

智能視覺物聯網技術實際上早在21世紀之初就已經被提出并加以應用,但是理論與實踐之間仍存在較大的差距,導致實際應用技術范圍非常有限,比如說，過去一向以人力為主的太陽能、LED產業，據統計就有超過20%的人力投注在產品品質檢測方面，因這種產品檢測作業模式單調且冗長，特別容易使作業人員出現疲勞、注意力分散等問題。而現在在工業生產設備中加入可視化的檢測系統,通過系統中自帶的傳感器以及攝像頭等設備,能夠對生產線的產品品質進行全面的檢測和監控,而且能夠將實時數據進行匯總回傳,這樣就能夠幫助管理者及時了解相關信息。利用這種檢測方式不僅能夠實現對生產線上所有產品的檢驗檢測,有效降低不合格產品的出現,同時也可以進一步地提升檢測的效率,改變傳統依賴人工進行檢測的模式,極大地提升了檢測的效率,節約了人員的投入成本[4]。

3.2 視覺識別在提升汽車馬達生產線中檢測水平方面的應用

視覺識別物聯網技術在工業產品檢測方面的應用非常廣泛。在各種生產領域很多生產線就都開始借助這項技術來提升自己生產線的檢測水平。比如在汽車馬達生產線中，為了能夠提升馬達的性能，在對馬達內部的線圈進行測量時,往往會對線圈的計量有著非常高的要求，而采用該項技術后便能夠極大地滿足對于精準度的要求,如果精準度無法達到設計標準,就無法進行使用，影響后續的銷售。在沒有引用該技術之前沿用傳統的生產方式,在完成產品生產之后完全憑借人力進行檢測，不僅無法達到設計預期的精準度,而且也會增加人力資源的投入，耗時又耗力。而引入視覺物聯網這項技術,就能夠有效地結合產品的特性進行針對性地研發,配比3D測量技術以及建立數學模型的方式設計對應的檢測系統,然后就可以直接將產品的測量工作交給自動化檢測系統中[5]。通過這種技術的改進不僅能夠提升產品檢測的精準度，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，對于企業來說這不僅是優化了檢測技術,也同步提升了企業自身的競爭力,為企業在市場中的合理化競爭提供強有力的支撐。

3.3 視覺技術與機器人的結合應用

隨著工業自動化應用水平的提升,實際上在很多生產線上已經出現了替代傳統人力操作的機器人,尤其是一些簡單的重復性的勞動更容易被機器人取代。而智能視覺技術的應用與機械化的系統進行充分地融合,通過這種融合能使工業自動化應用中的機器人更加具備“人性化”,讓它們能夠獲得更具思考力的“頭腦”,更精準的“眼睛”[6]。比如，在有機器人參與的工業自動化生產場景中，通過應用視覺技術與機器人整合，可對工件位置實時進行定位、導引機器人進行相應精準動作。過去，機器人動作時，因沒有視覺配合，必須事先根據工件的自身信息提前規劃好行徑路線，機器人按照預定路線到達指定位置后再做相應動作，因此，這種應用不但大為受限且缺少彈性，若工件規格有所變化，就必須重新編程，而如今在機器人身上加入視覺識別裝置后，由視覺傳感器實時反饋工件當前信息給機器人控制器，讓機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線的彈性。

4 結束語

通過本文對智能視覺物聯網及工業自動化的簡單分析、二者在生產實踐中的相互融合及實際應用，我們可以看出,智能視覺物聯網技術的融合應用對工業化生產來說不僅是一項應用技術領域的技術延伸拓展,更是工業化進程發展中的必然趨勢。而且隨著這項融合技術在實踐過程中的不斷應用和發展完善,在不同領域的企業中,該技術已經結合各類企業實際的生產需求促進了生產方式的變革。從根本上來看,企業通過科學技術來改變生產方式,也是其提升核心競爭力的重要方式。從長遠來看,這是一條帶動企業長遠發展,獲取更大經濟效益的唯一途徑。所以現代企業必須注重對前沿科學技術的應用,通過不斷地應用實踐尋找到符合自己企業發展的技術應用方式,從而相互推動相互促進,真正地為我國的企業發展提供助力。