AI在工業(yè)制造領(lǐng)域的落地案例分享

（文/程文智）AI技術(shù)已經(jīng)發(fā)展多年，已經(jīng)從大家所熟知的手機(jī)拍照、美顏、安防監(jiān)控，以及語(yǔ)音識(shí)別等應(yīng)用領(lǐng)域，擴(kuò)展到了工業(yè)制造領(lǐng)域。這幾年AI在工業(yè)制造領(lǐng)域內(nèi)也有了很多的成功落地項(xiàng)目。目前AI技術(shù)在工業(yè)制造領(lǐng)域比較廣泛的應(yīng)用，包括AI機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)、增產(chǎn)提效，以及智能化供應(yīng)鏈管理等。

不久前，TE Connectivity在主題為“點(diǎn)燃AI創(chuàng)想，連動(dòng)產(chǎn)學(xué)結(jié)合”線上媒體圓桌會(huì)上，來(lái)自TE自動(dòng)化制造技術(shù)（AMT）團(tuán)隊(duì)的幾位專家成員介紹了一些AI技術(shù)在工廠成功落地的項(xiàng)目，以及TE AI Cup今年幾個(gè)有創(chuàng)意的獲獎(jiǎng)項(xiàng)目。

據(jù)TE總工程師兼全球自動(dòng)化制造技術(shù)團(tuán)隊(duì)總監(jiān)張丹丹博士介紹，他們的這個(gè)團(tuán)隊(duì)主要服務(wù)于TE的工廠，為工廠提供一站式的自動(dòng)化、智能化解決方案，以應(yīng)對(duì)生產(chǎn)中的挑戰(zhàn)；同時(shí)，他們還會(huì)將TE全球各地不同工廠、不同產(chǎn)品線上的需求，進(jìn)行分析、梳理，開(kāi)發(fā)具有創(chuàng)新性的解決方案，從一個(gè)試點(diǎn)開(kāi)始，并逐步推廣，以幫助TE整體上提升制造運(yùn)營(yíng)的自動(dòng)化和智能化水平。下面，我們介紹一下TE這些年來(lái)比較成功的一些落地案例。

AI顯微鏡的項(xiàng)目

AI顯微鏡項(xiàng)目是TE全球自動(dòng)化制造技術(shù)團(tuán)隊(duì)高級(jí)專家工程師兼中國(guó)礦業(yè)大學(xué)碩士生導(dǎo)師周磊首先推薦的一個(gè)AI+制造項(xiàng)目。據(jù)他介紹，因?yàn)門E內(nèi)部有非常多關(guān)于質(zhì)量檢測(cè)的需求，如何將AI應(yīng)用到質(zhì)檢工序中，提高生產(chǎn)效率成為了工廠的一個(gè)需求。為了滿足工廠的這個(gè)需求，他們團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了AI顯微鏡。

“該AI顯微鏡特別適合于在產(chǎn)線當(dāng)中對(duì)不良品通過(guò)圖像的方法進(jìn)行檢測(cè)。它的技術(shù)是把人工智能與機(jī)器視覺(jué)技術(shù)相結(jié)合，采集產(chǎn)品照片，并通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)的方法自動(dòng)生成產(chǎn)品的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用于對(duì)生產(chǎn)線產(chǎn)品的檢測(cè)與質(zhì)量判斷?！敝芾诓┦勘硎?。

他同時(shí)介紹了AI顯微鏡的幾大優(yōu)勢(shì)：

? 一是AI顯微鏡可以自動(dòng)學(xué)習(xí)產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，不需要額外編寫程序。

? 二是機(jī)器在進(jìn)行判斷。它不會(huì)疲勞，而且它的檢測(cè)速度更快，一致性更高。

? 三是AI顯微鏡可以保存大量的實(shí)際產(chǎn)品照片，用于持續(xù)地學(xué)習(xí)，使檢測(cè)的精度持續(xù)提高。

據(jù)悉，目前TE已經(jīng)在全球的50多家工廠部署了AI顯微鏡。同時(shí)，周磊博士還強(qiáng)調(diào)，AI顯微鏡是本著能夠把AI技術(shù)在產(chǎn)線當(dāng)中實(shí)際去使用的目的去做研發(fā)的，“所以我們?cè)陂_(kāi)發(fā)和推動(dòng)部署的過(guò)程中充分地考慮了工廠同事操作時(shí)的易用性和便利性?！?br />
張丹丹博士補(bǔ)充說(shuō)，AI顯微鏡是AI機(jī)器視覺(jué)非常典型的應(yīng)用。實(shí)際上，AI顯微鏡最初是由中國(guó)工廠的需求應(yīng)運(yùn)而生的?！拔覀儎傞_(kāi)始和TE傳感器深圳工廠進(jìn)行試點(diǎn)合作，試點(diǎn)之后有了不錯(cuò)的成果，證明該技術(shù)是可以落地的。”隨后，TE在該基礎(chǔ)上，把這個(gè)技術(shù)逐步推動(dòng)到TE全球的多家工廠。當(dāng)前，AI顯微鏡已經(jīng)在TE全球的50多家工廠得到了部署。

飛拍AI檢測(cè)系統(tǒng)

飛拍AI檢測(cè)系統(tǒng)是周磊博士分享的一個(gè)AI機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域的應(yīng)用案例，該系統(tǒng)在TE順德工廠內(nèi)已經(jīng)部署?！捌鋵?shí)在TE內(nèi)部有一個(gè)非常強(qiáng)烈的需求，那就是產(chǎn)品的多面外觀快速檢測(cè)，一般稱之為多面產(chǎn)品的快速外觀檢測(cè)需求?！彼诜窒碇斜硎尽?br />
而傳統(tǒng)的機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)，無(wú)法滿足在高速情況下對(duì)產(chǎn)品的多個(gè)面進(jìn)行快速外觀檢測(cè)，因此，此類檢測(cè)多由人工進(jìn)行。他們團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的飛拍AI檢測(cè)系統(tǒng)，主要解決了三個(gè)難點(diǎn)：

? 第一個(gè)難點(diǎn)，如何實(shí)現(xiàn)同時(shí)進(jìn)行多面檢測(cè)。他們?cè)诋a(chǎn)品線上安裝了特定材質(zhì)的轉(zhuǎn)盤，結(jié)合多角度工業(yè)級(jí)相機(jī)，攻克了這個(gè)難點(diǎn)。

? 第二個(gè)難點(diǎn)，如何實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)。多面檢測(cè)其實(shí)意味著在同一個(gè)時(shí)間內(nèi)增加了需要檢測(cè)的產(chǎn)品表面的數(shù)目，他們?cè)谶@個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中結(jié)合了飛拍（fly-in）檢測(cè)技術(shù)，可以做到在整個(gè)產(chǎn)品檢測(cè)過(guò)程當(dāng)中，產(chǎn)品無(wú)需任何停頓，大大加快了檢測(cè)速度。

? 第三個(gè)難點(diǎn)，如何實(shí)現(xiàn)柔性制造。以TE順德工廠為例，如何用同一套檢測(cè)系統(tǒng)兼容不同的尺寸、對(duì)不同料號(hào)的多面體產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)。為此，周磊博士他們團(tuán)隊(duì)量身定制了AI視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)。

最終，這套飛拍AI檢測(cè)系統(tǒng)在TE順德工廠成功部署，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)多面體產(chǎn)品進(jìn)行快速外觀檢測(cè)的功能，相比于人工檢測(cè)更穩(wěn)定，也更加精確。而且，外觀檢測(cè)并不是定量檢測(cè)，每一個(gè)檢測(cè)員的標(biāo)準(zhǔn)都略有差異。使用AI檢測(cè)系統(tǒng)，它可以學(xué)習(xí)特定操作員的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，并持續(xù)不斷穩(wěn)定的使用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)，最終達(dá)到提高效率的目的。

也就是說(shuō)，TE開(kāi)發(fā)的 “飛拍AI檢測(cè)系統(tǒng)”既節(jié)約了人工，又提升了效率。

TE AI Cup用競(jìng)賽培養(yǎng)人才

這幾年，工廠的智能化升級(jí)已經(jīng)成為了大勢(shì)所趨，如果工廠的效率更高，做出來(lái)的產(chǎn)品將會(huì)更加具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。但在工廠智能化轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，必然需要用到大量的技術(shù)人才，這些技術(shù)人才如何培養(yǎng)呢？

2018年，TE全球運(yùn)營(yíng)副總裁魯異博士發(fā)起，TE自動(dòng)化制造技術(shù)團(tuán)隊(duì)組織了TE AI Cup競(jìng)賽，通過(guò)競(jìng)賽的方式，讓人才更快速地成長(zhǎng)起來(lái)。據(jù)TE官方介紹，大賽的參賽隊(duì)伍由在校大學(xué)生組成，一般4到6人。每支隊(duì)伍會(huì)舉薦一位同學(xué)作為隊(duì)長(zhǎng)，并邀請(qǐng)一名該校的老師作為高校指導(dǎo)老師。隊(duì)伍組建成功后，TE會(huì)為每個(gè)隊(duì)伍配置一名TE的工程師作為團(tuán)隊(duì)的工程師顧問(wèn)，在參賽過(guò)程中與學(xué)生進(jìn)行交流和指導(dǎo)。

比賽共設(shè)立綜合獎(jiǎng)項(xiàng)一二三等獎(jiǎng)，及若干單項(xiàng)獎(jiǎng)（包括最佳創(chuàng)新獎(jiǎng)、最佳節(jié)能減排獎(jiǎng)等）。獲獎(jiǎng)隊(duì)伍將贏取相應(yīng)的獎(jiǎng)學(xué)金、獎(jiǎng)杯、參賽獲獎(jiǎng)證書(shū)。此外，TE歡迎參賽選手申請(qǐng)TE的實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)。

最新的TE AI Cup 2021-2022賽事共吸引了全球超過(guò)百名學(xué)生的參與。他們共組成了23支團(tuán)隊(duì)，用近一年的時(shí)間，應(yīng)用AI技術(shù)，為結(jié)對(duì)的工廠在實(shí)際生產(chǎn)中面臨的挑戰(zhàn)提供創(chuàng)新的解決方案。

本屆大賽共分為兩大類別：AI機(jī)器視覺(jué)和AI制程監(jiān)控。參賽隊(duì)伍需要選擇一個(gè)類別，結(jié)合TE工廠提供的工業(yè)制造場(chǎng)景中的真實(shí)挑戰(zhàn)，開(kāi)發(fā)相應(yīng)的解決方案。比賽過(guò)程包含了：比賽前期的宣講會(huì)、組隊(duì)、參賽隊(duì)伍提交參賽方案的方向、項(xiàng)目啟動(dòng)會(huì)、參賽隊(duì)伍培訓(xùn)會(huì)、比賽過(guò)程中的定期交流和進(jìn)度跟進(jìn)、決賽。

TE AI Cup 2021-2022比賽設(shè)有大賽評(píng)委會(huì)。評(píng)委會(huì)通過(guò)統(tǒng)一的評(píng)分表，分別從設(shè)計(jì)方案的創(chuàng)新性、可落地性、對(duì)其他工業(yè)場(chǎng)景的可復(fù)制性，以及項(xiàng)目的完整度，四大維度來(lái)對(duì)參賽作品進(jìn)行打分。

本次大賽的結(jié)果在4月28日已經(jīng)公布，其中，

冠軍獲得者

Urameshi團(tuán)隊(duì)，來(lái)自墨西哥索諾拉大學(xué)（Universidad de Sonora in Mexico）

亞軍獲得者

Venados團(tuán)隊(duì)，來(lái)自墨西哥埃莫西約技術(shù)學(xué)院（Instituto Technologic de Hermosillo in Mexico）

廈門大學(xué)團(tuán)隊(duì)，來(lái)自中國(guó)廈門大學(xué)

季軍獲得者

SWUFER團(tuán)隊(duì)，來(lái)自中國(guó)西南財(cái)經(jīng)大學(xué)

AI SONORA團(tuán)隊(duì)，來(lái)自墨西哥蒙特雷理工大學(xué)索諾拉北部分校 (ITESM Campus Sonora Norte in Mexico)

The Firefly團(tuán)隊(duì)，來(lái)自中國(guó)蘇州大學(xué)

這幾年，大賽涌現(xiàn)出來(lái)了不少優(yōu)秀的AI落地項(xiàng)目，比如：

? 榮獲2021-2022賽事金獎(jiǎng)的是來(lái)自墨西哥索諾拉大學(xué)（Universidad de Sonora in Mexico）的Urameshi團(tuán)隊(duì)。該團(tuán)隊(duì)為TE汽車事業(yè)部位于墨西哥埃莫西約 (Hermosillo) 的工廠開(kāi)發(fā)了結(jié)合缺陷品圖片合成器的AI視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)。它創(chuàng)新地解決了工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品線常因缺陷樣本量不夠而無(wú)法引入AI視覺(jué)檢測(cè)，只能采取人工檢測(cè)的挑戰(zhàn)。這套系統(tǒng)在比賽測(cè)試階段的檢測(cè)精度幾乎達(dá)到了100%。

? 獲得2021-2022屆三等獎(jiǎng)的是來(lái)自蘇州大學(xué)的The Firefly團(tuán)隊(duì)。他們?yōu)門E工業(yè)事業(yè)部蘇州工廠開(kāi)發(fā)了一套基于人工智能的自反饋調(diào)速系統(tǒng)，用以解決工廠某接插件設(shè)備想要提速增效的需求。該系統(tǒng)包含三層：數(shù)據(jù)收集和存儲(chǔ)層、算法分析層，及反饋與控制層。通過(guò)不斷執(zhí)行以上三層，形成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)兼顧自動(dòng)調(diào)速算法、算法普適性、避免設(shè)備撞擊的算法改進(jìn)等，可以幫助工廠在保證設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量的前提下，提升設(shè)備的速度值。在比賽測(cè)試環(huán)節(jié)，這套系統(tǒng)在TE工業(yè)事業(yè)部蘇州工廠試運(yùn)行了三個(gè)月時(shí)間，成功地將工廠的測(cè)試設(shè)備生產(chǎn)力提高了約10%。

? 在TE AI Cup 2019-2020賽事中，華南理工大學(xué)為TE順德工廠利用“AI機(jī)器視覺(jué)技術(shù)”開(kāi)發(fā)了一套“無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)”，用于塑膠件的外觀檢測(cè)。賽后，這套AI解決方案不僅被部署到了TE順德工廠，并在這一年里完成了2.0的迭代，實(shí)現(xiàn)了從僅應(yīng)用于半成品外觀檢測(cè)，到應(yīng)用于成品生產(chǎn)線功能性檢測(cè)的升級(jí)。相比傳統(tǒng)的檢測(cè)方式，“無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)” 具有部署快、效率高、準(zhǔn)確度高的優(yōu)勢(shì)。以檢測(cè)一個(gè)塑膠件為例，它的運(yùn)行時(shí)間僅為0.33秒，且準(zhǔn)確度可達(dá)99%以上。

結(jié)語(yǔ)

從這些實(shí)際案例中，可以看到AI技術(shù)正在工廠中成功落地，助力工廠提升效率和品質(zhì)，降低成本。當(dāng)然，目前最為緊缺的其實(shí)是人才問(wèn)題，畢竟這是一個(gè)新的賽道，好在現(xiàn)在已經(jīng)有越來(lái)越多的學(xué)校、機(jī)構(gòu)和企業(yè)已經(jīng)在人才培養(yǎng)上行動(dòng)起來(lái)了。