基于AI視覺(jué)技術(shù)構(gòu)建柔性生產(chǎn)數(shù)字化車間

當(dāng)前中國(guó)快速進(jìn)入老齡化社會(huì)，人口紅利逐漸消失，企業(yè)用工難招工難日益顯著。面對(duì)當(dāng)前困局，為繼續(xù)推動(dòng)中國(guó)從制造大國(guó)走向制造強(qiáng)國(guó)，需要加快建設(shè)數(shù)字化車間，用自動(dòng)化設(shè)備替代繁重的人工勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的智能化和信息化。星網(wǎng)銳捷結(jié)合新一代信息技術(shù)構(gòu)建數(shù)字化車間。本文總結(jié)了星網(wǎng)銳捷構(gòu)建數(shù)字化車間的背景、總體目標(biāo)和主要研究?jī)?nèi)容，供電子制造業(yè)企業(yè)探索企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型參考。

背景情況

當(dāng)前中國(guó)電子制造行業(yè)還存在大量的人工作業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，依賴人工經(jīng)驗(yàn)，效率不高且易出錯(cuò)。例如：電路板的測(cè)試、產(chǎn)品的鎖附螺絲、裝配件完整性檢查、外觀檢查、產(chǎn)品功能/性能測(cè)試、裝配打外、堆棧板等一系列的生產(chǎn)制程。隨著中國(guó)進(jìn)入老齡化社會(huì)，人口紅利的逐漸消失使得用工成本高，招工越來(lái)越難，這是勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)包括電子制造業(yè)近年來(lái)遇到的共同問(wèn)題。

為應(yīng)對(duì)這一問(wèn)題，近年來(lái)國(guó)家工信部開啟“機(jī)器換人”計(jì)劃，來(lái)提高生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)力規(guī)模和成本，開始走上“智能制造”之路：鼓勵(lì)和引導(dǎo)通過(guò)大規(guī)模的技術(shù)創(chuàng)新，在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)從勞動(dòng)密集轉(zhuǎn)向資本技術(shù)密集；通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新達(dá)到技術(shù)密集，從而為經(jīng)濟(jì)發(fā)展創(chuàng)造出有力的技術(shù)條件，促進(jìn)國(guó)家提升整體產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定、可持續(xù)增長(zhǎng)。新的生產(chǎn)與管理技術(shù)也是技術(shù)創(chuàng)新的重要表現(xiàn)，提高了工業(yè)制造的生產(chǎn)率，如機(jī)械化與自動(dòng)化設(shè)備、信息化管理等。這些技術(shù)進(jìn)步不但擴(kuò)大了產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)對(duì)勞動(dòng)力的需求，而且大幅提高了社會(huì)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，從而創(chuàng)造了持續(xù)不斷的人口紅利與技術(shù)紅利穩(wěn)步增長(zhǎng)的局面。越來(lái)越多的企業(yè)開始引進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)，打造現(xiàn)代化的數(shù)字化車間，解決企業(yè)招工用工難的問(wèn)題，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)大幅度提升品質(zhì)，加強(qiáng)企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。電子行業(yè)的巨頭，如格力的黑燈工廠，過(guò)去一萬(wàn)人的工廠現(xiàn)在只需1 000人，在AI的加持下，無(wú)人操作對(duì)精度、質(zhì)量、效率帶來(lái)了顛覆性變化；小米的智能工廠年產(chǎn)百萬(wàn)臺(tái)高端手機(jī)，該工廠可實(shí)現(xiàn)全廠生產(chǎn)管理過(guò)程、機(jī)械加工過(guò)程和包裝儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程的全程自動(dòng)化黑燈生產(chǎn)，過(guò)去貼片機(jī)前后端需要四五位工人，現(xiàn)在依靠自主研發(fā)的設(shè)備，可以完全替代了人力。相比行業(yè)巨頭投入巨資建設(shè)全新的黑燈工廠，目前數(shù)量眾多的中小企業(yè)沒(méi)有充足的資金投入，也缺少相關(guān)的技術(shù)能力，他們更需要在現(xiàn)有的條件上，進(jìn)行數(shù)字化車間的改造，從而減少對(duì)人工的依賴，提升生產(chǎn)效率。星網(wǎng)銳捷正是從中小企業(yè)進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型的實(shí)際情況出發(fā)，基于AI視覺(jué)技術(shù)，打造和改造數(shù)字化車間，從而實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)。

數(shù)字化車間構(gòu)建目標(biāo)

星網(wǎng)銳捷構(gòu)建數(shù)字化車間，打造具有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平AI視覺(jué)軟件基礎(chǔ)平臺(tái)，應(yīng)用于電子產(chǎn)品智能柔性生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)省人或無(wú)人化，提高生產(chǎn)效率及品質(zhì)，生產(chǎn)全過(guò)程管控和可追溯性，形成一套完整的解決方案并推向市場(chǎng)，提升中國(guó)電子產(chǎn)品制造企業(yè)的自動(dòng)化和智能化水平，數(shù)字化車間總體規(guī)劃如圖1所示。數(shù)字化車間構(gòu)建目標(biāo)為 1）以人工智能解決用工問(wèn)題（依賴人工經(jīng)驗(yàn)，招工難，老年化、繁重重復(fù)勞動(dòng)等）； 2）穩(wěn)定的生產(chǎn)作業(yè)，提升品質(zhì)； 3）少人化、無(wú)人化； 4）提升生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

數(shù)字化車間內(nèi)容

將AI視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，從構(gòu)建數(shù)字化車間整體規(guī)劃，到生產(chǎn)作業(yè)、質(zhì)量管控等各個(gè)場(chǎng)景，打造柔性生產(chǎn)的數(shù)字化車間。

（1）軟件平臺(tái)——AI視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字化車間總體設(shè)計(jì)

數(shù)字化車間技術(shù)架構(gòu)如圖2所示。通過(guò)AI視覺(jué)軟件基礎(chǔ)平臺(tái)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中不同作業(yè)環(huán)節(jié)的工藝要求、經(jīng)驗(yàn)值、作業(yè)方法等進(jìn)行軟件算法轉(zhuǎn)換，再通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)后，通過(guò)控制軟件系統(tǒng)與輔助機(jī)械手進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)。同時(shí)依托智能化的服務(wù)平臺(tái)，分析大數(shù)據(jù)和建立模型及模擬預(yù)測(cè)的方式，結(jié)合監(jiān)控裝置設(shè)備反饋回來(lái)的站情中心的信息，進(jìn)行綜合管理，質(zhì)量管控和設(shè)備管理等應(yīng)用場(chǎng)景，并與設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、終控平臺(tái)、物流控制等自動(dòng)化互聯(lián)系統(tǒng)（如AGV搬運(yùn)、自動(dòng)化設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、機(jī)器人工作站和檢測(cè)設(shè)備）進(jìn)行銜接。

（2）PCBA板卡無(wú)人測(cè)試——AI視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用于質(zhì)量管控

電路板的測(cè)試，通常需要人工拔插通電、放入固定屏蔽箱等一系列的操作，耗時(shí)耗力，通過(guò)AI視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用及機(jī)械手的輔助，原有人工測(cè)試工作，完全實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化作業(yè)。PCBA板卡無(wú)人測(cè)試具有自動(dòng)上下板、裝治具、各類測(cè)試、掃碼等作業(yè)功能，ATE工具自動(dòng)對(duì)接通信，測(cè)試數(shù)據(jù)可追溯。測(cè)試工藝可靈活定制，測(cè)試過(guò)程自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化作業(yè)。適用于各類PCBA 主板。PCBA板卡無(wú)人測(cè)試如圖3所示。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)： 1）工藝流程可配置，預(yù)先設(shè)定多種生產(chǎn)工藝，柔性生產(chǎn)； 2）自動(dòng)監(jiān)測(cè)屏蔽箱工作狀態(tài)，系統(tǒng)自動(dòng)分配測(cè)試工站； 3）多種機(jī)型同時(shí)測(cè)試（MAX：3種）； 4）可活動(dòng)式測(cè)試小車，便于工裝治具NG時(shí)，不停線并移出線外處理； 5）可達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

（3）螺絲鎖附——AI視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用在生產(chǎn)作業(yè)

這是基于AI視覺(jué)技術(shù)在緊固件作業(yè)中的創(chuàng)新式應(yīng)用。通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)和AI視覺(jué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別產(chǎn)品、自動(dòng)找孔、自動(dòng)定位、自動(dòng)鎖附等作業(yè)，支持多角度斜面鎖附。設(shè)備適用范圍廣，可滿足多品種、少批量產(chǎn)品生產(chǎn)的螺絲鎖附需求。產(chǎn)品內(nèi)部與外部螺絲的鎖附，依靠人工方式容易出現(xiàn)漏鎖、浮鎖、劃傷產(chǎn)品等問(wèn)題，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)和AI視覺(jué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)識(shí)別產(chǎn)品、自動(dòng)找孔、自動(dòng)定位、自動(dòng)鎖附，無(wú)工裝、動(dòng)態(tài)定位、多角度、斜面鎖附作業(yè)，在各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)中均表現(xiàn)優(yōu)秀，整體應(yīng)用效果可達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

導(dǎo)入AI視覺(jué)鎖螺絲設(shè)備后可使生產(chǎn)鎖螺絲環(huán)節(jié)效率提升50%、產(chǎn)品優(yōu)化率100%、鎖附環(huán)節(jié)工時(shí)利用率提升80%、生產(chǎn)效率提升20%。螺絲鎖附如圖4所示。

設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)： 1）產(chǎn)品識(shí)別定位時(shí)間小0.5s，產(chǎn)品定位精度偏差小于0.2mm； 2）螺絲孔位識(shí)別時(shí)間小于0.5s，螺絲孔位識(shí)別精度偏差小于0.2mm； 3）單顆螺絲鎖附小于4s，正常鎖付成功率大于99.5%； 4）無(wú)工裝、動(dòng)態(tài)定位、精準(zhǔn)鎖附；產(chǎn)品可以任意方向（多角度，斜面鎖付）進(jìn)入設(shè)備作業(yè)，無(wú)須軌道限位和導(dǎo)向； 5）可達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

（4）智能品質(zhì)檢測(cè)——AI視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用于質(zhì)量管控

這是基于AI視覺(jué)技術(shù)在內(nèi)外觀檢測(cè)作業(yè)中的創(chuàng)新式應(yīng)用。通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練及圖像處理、特征識(shí)別、字符識(shí)別等，能有效識(shí)別出產(chǎn)品的內(nèi)外觀不良。設(shè)備適用范圍廣，可滿足多品種、少批量產(chǎn)品生產(chǎn)的內(nèi)外觀檢測(cè)需求。產(chǎn)品在生產(chǎn)裝配過(guò)程中，通過(guò)人工檢查產(chǎn)品的部件完整性、外觀的完好性，容易出現(xiàn)漏檢、視覺(jué)疲勞等因素，造成不良品流入市場(chǎng)；而智能品質(zhì)檢測(cè)設(shè)備通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，能有效識(shí)別出產(chǎn)品的內(nèi)、外觀不良，支持多面、任意角度的不良檢測(cè)，形成完整的品質(zhì)數(shù)據(jù)追溯鏈，整體應(yīng)用可達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

檢測(cè)內(nèi)容： 1）內(nèi)觀包含檢器件有無(wú)、檢安裝方向、檢插線、點(diǎn)膠、走線及需要確認(rèn)的產(chǎn)品內(nèi)部裝配特征等； 2）外觀包含螺絲、標(biāo)簽、絲印、劃痕及需要確認(rèn)的產(chǎn)品外部特征等。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)： 設(shè)備支持多面、任意角度的不良檢測(cè)；可根據(jù)產(chǎn)品SN數(shù)據(jù)采集外觀視覺(jué)信息，形成完整的作業(yè)數(shù)據(jù)追溯；產(chǎn)品識(shí)別定位時(shí)間小0.5s；產(chǎn)品定位精度偏差小于0.2mm；可達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

（5）智能產(chǎn)品測(cè)試——AI視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用于質(zhì)量管控

為了確保產(chǎn)品在功能方面、性能方面的良好，通過(guò)AI視覺(jué)與測(cè)試裝備相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化測(cè)試的智能產(chǎn)品測(cè)試生產(chǎn)線，達(dá)到無(wú)人化作業(yè)，同時(shí)提升測(cè)試效率與產(chǎn)品質(zhì)量。導(dǎo)入智能產(chǎn)品測(cè)試裝備后可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試，系統(tǒng)記錄測(cè)試全過(guò)程實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的產(chǎn)品測(cè)試過(guò)程追溯；可以節(jié)省人力、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提升測(cè)試效率，產(chǎn)品的測(cè)試過(guò)程實(shí)現(xiàn)可追溯性、提高生產(chǎn)效率。設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)包括：產(chǎn)品識(shí)別定位時(shí)間小0.5s；產(chǎn)品視覺(jué)定位精度偏差小于0.2mm；單設(shè)備每小時(shí)完成150個(gè)產(chǎn)品測(cè)試；無(wú)人化作業(yè)。

（6）自動(dòng)裝箱裝?！狝I視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)作業(yè)

產(chǎn)品下線包裝時(shí)，通過(guò)AI視覺(jué)技術(shù)，完成產(chǎn)品信息自動(dòng)采集、不良品與良品的自動(dòng)區(qū)分，良品自動(dòng)裝入包裝箱，替代原有人工人作業(yè)，同時(shí)提升生產(chǎn)效率。自動(dòng)裝箱裝棧采集產(chǎn)品上的二維碼（正面或反面），將產(chǎn)品條碼與裝箱的條碼綁定，并上傳系統(tǒng)；自動(dòng)將漏過(guò)站&NG品放入NG區(qū)，同時(shí)從備品區(qū)抓取合格品（帶條碼信息）補(bǔ)入裝箱，適用于電子產(chǎn)品。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)： 兼容托盤尺寸范圍為214mm x298mm、267mmx370mm；UPH≥5 000pcs/h，產(chǎn)品換型操作便捷；操作員工1人；生產(chǎn)信息對(duì)接MES（智能制造執(zhí)行系統(tǒng)）。自動(dòng)裝箱、裝棧如圖6所示。

（7）最終目標(biāo)——建立應(yīng)用AI視覺(jué)技術(shù)的智能柔性生產(chǎn)線

視覺(jué)技術(shù)、AI軟件算法、控制系統(tǒng)、智能化服務(wù)平臺(tái)應(yīng)于生產(chǎn)制造過(guò)程（例如PCBA測(cè)試、裝配、檢驗(yàn)、產(chǎn)品測(cè)試、裝箱和裝棧等生產(chǎn)環(huán)節(jié)），與機(jī)械手、自動(dòng)化裝置等協(xié)同，實(shí)現(xiàn)省人或無(wú)人化、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率及品質(zhì)，降低制造成本，以及生產(chǎn)全過(guò)程管控和實(shí)時(shí)完整的可追溯性等，很好地解決了各場(chǎng)景中的困擾，實(shí)現(xiàn)了少人或無(wú)人化，提高生產(chǎn)效率及品質(zhì)，降低制造成本；同時(shí)通過(guò)自主研發(fā)、申請(qǐng)軟著、專利等技術(shù)積累及市場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的沉淀，給中國(guó)電子信息企業(yè)帶來(lái)直接或間接的經(jīng)濟(jì)效益。

結(jié)束語(yǔ)

星網(wǎng)銳捷數(shù)字化車間打造的應(yīng)用AI視覺(jué)技術(shù)的柔性智能生產(chǎn)線，解決制造業(yè)用工難的行業(yè)痛點(diǎn)，極大提高生產(chǎn)效率，提升產(chǎn)品質(zhì)量；相關(guān)解決方案推向市場(chǎng)后，幫助電子行業(yè)企業(yè)提升自動(dòng)化和智能化水平，每年帶動(dòng)應(yīng)用方新增100億的產(chǎn)值；星網(wǎng)銳捷也將加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)，提升創(chuàng)新能力，持續(xù)以創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案賦能傳統(tǒng)行業(yè)，全面助力數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)。

審核編輯 ：李倩