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

當(dāng)前中國快速進入老齡化社會，人口紅利逐漸消失，企業(yè)用工難招工難日益顯著。面對當(dāng)前困局，為繼續(xù)推動中國從制造大國走向制造強國，需要加快建設(shè)數(shù)字化車間，用自動化設(shè)備替代繁重的人工勞動，實現(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、總體目標和主要研究內(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，效率不高且易出錯。例如：電路板的測試、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/性能測試、裝配打外、堆棧板等一系列的生產(chǎn)制程。隨著中國進入老齡化社會，人口紅利的逐漸消失使得用工成本高，招工越來越難，這是勞動密集型產(chǎn)業(yè)包括電子制造業(yè)近年來遇到的共同問題。

為應(yīng)對這一問題，近年來國家工信部開啟“機器換人”計劃，來提高生產(chǎn)效率，降低勞動力規(guī)模和成本，開始走上“智能制造”之路：鼓勵和引導(dǎo)通過大規(guī)模的技術(shù)創(chuàng)新，在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)從勞動密集轉(zhuǎn)向資本技術(shù)密集；通過技術(shù)創(chuàng)新達到技術(shù)密集，從而為經(jīng)濟發(fā)展創(chuàng)造出有力的技術(shù)條件，促進國家提升整體產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)從而實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級，實現(xiàn)經(jīng)濟的穩(wěn)定、可持續(xù)增長。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，如機械化與自動化設(shè)備、信息化管理等。這些技術(shù)進步不但擴大了產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟對勞動力的需求，而且大幅提高了社會的經(jīng)濟價值，從而創(chuàng)造了持續(xù)不斷的人口紅利與技術(shù)紅利穩(wěn)步增長的局面。越來越多的企業(yè)開始引進物聯(lián)網(wǎng)、云計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)招工用工難的問題，提高生產(chǎn)效率，同時大幅度提升品質(zhì)，加強企業(yè)市場競爭力。電子行業(yè)的巨頭，如格力的黑燈工廠，過去一萬人的工廠現(xiàn)在只需1 000人，在AI的加持下，無人操作對精度、質(zhì)量、效率帶來了顛覆性變化；小米的智能工廠年產(chǎn)百萬臺高端手機，該工廠可實現(xiàn)全廠生產(chǎn)管理過程、機械加工過程和包裝儲運過程的全程自動化黑燈生產(chǎn)，過去貼片機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，進行數(shù)字化車間的改造，從而減少對人工的依賴，提升生產(chǎn)效率。星網(wǎng)銳捷正是從中小企業(yè)進行數(shù)字化轉(zhuǎn)型的實際情況出發(fā)，基于AI視覺技術(shù)，打造和改造數(shù)字化車間，從而實現(xiàn)柔性生產(chǎn)。

數(shù)字化車間構(gòu)建目標

星網(wǎng)銳捷構(gòu)建數(shù)字化車間，打造具有國內(nèi)領(lǐng)先水平AI視覺軟件基礎(chǔ)平臺，應(yīng)用于電子產(chǎn)品智能柔性生產(chǎn)線，實現(xiàn)省人或無人化，提高生產(chǎn)效率及品質(zhì)，生產(chǎn)全過程管控和可追溯性，形成一套完整的解決方案并推向市場，提升中國電子產(chǎn)品制造企業(yè)的自動化和智能化水平，數(shù)字化車間總體規(guī)劃如圖1所示。數(shù)字化車間構(gòu)建目標為 1）以人工智能解決用工問題（依賴人工經(jīng)驗，招工難，老年化、繁重重復(fù)勞動等）； 2）穩(wěn)定的生產(chǎn)作業(yè)，提升品質(zhì)； 3）少人化、無人化； 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視覺技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)的各個環(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)量管控等各個場景，打造柔性生產(chǎn)的數(shù)字化車間。

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

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

（2）PCBA板卡無人測試——AI視覺技術(shù)應(yīng)用于質(zhì)量管控

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

技術(shù)優(yōu)勢： 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）自動監(jiān)測屏蔽箱工作狀態(tài)，系統(tǒng)自動分配測試工站； 3）多種機型同時測試（MAX：3種）； 4）可活動式測試小車，便于工裝治具NG時，不停線并移出線外處理； 5）可達到國內(nèi)先進水平。

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

這是基于AI視覺技術(shù)在緊固件作業(yè)中的創(chuàng)新式應(yīng)用。通過機器學(xué)習(xí)和AI視覺技術(shù)實現(xiàn)自動識別產(chǎn)品、自動找孔、自動定位、自動鎖附等作業(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)品等問題，通過機器學(xué)習(xí)和AI視覺技術(shù)實現(xiàn)了自動識別產(chǎn)品、自動找孔、自動定位、自動鎖附，無工裝、動態(tài)定位、多角度、斜面鎖附作業(yè)，在各項技術(shù)指標中均表現(xiàn)優(yōu)秀，整體應(yīng)用效果可達到國內(nèi)先進水平。

導(dǎo)入AI視覺鎖螺絲設(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： 1）產(chǎn)品識別定位時間小0.5s，產(chǎn)品定位精度偏差小于0.2mm； 2）螺絲孔位識別時間小于0.5s，螺絲孔位識別精度偏差小于0.2mm； 3）單顆螺絲鎖附小于4s，正常鎖付成功率大于99.5%； 4）無工裝、動態(tài)定位、精準鎖附；產(chǎn)品可以任意方向（多角度，斜面鎖付）進入設(shè)備作業(yè)，無須軌道限位和導(dǎo)向； 5）可達到國內(nèi)先進水平。

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

這是基于AI視覺技術(shù)在內(nèi)外觀檢測作業(yè)中的創(chuàng)新式應(yīng)用。通過視覺系統(tǒng)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練及圖像處理、特征識別、字符識別等，能有效識別出產(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)外觀檢測需求。產(chǎn)品在生產(chǎn)裝配過程中，通過人工檢查產(chǎn)品的部件完整性、外觀的完好性，容易出現(xiàn)漏檢、視覺疲勞等因素，造成不良品流入市場；而智能品質(zhì)檢測設(shè)備通過視覺系統(tǒng)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，能有效識別出產(chǎn)品的內(nèi)、外觀不良，支持多面、任意角度的不良檢測，形成完整的品質(zhì)數(shù)據(jù)追溯鏈，整體應(yīng)用可達到國內(nèi)先進水平。

檢測內(nèi)容： 1）內(nèi)觀包含檢器件有無、檢安裝方向、檢插線、點膠、走線及需要確認的產(chǎn)品內(nèi)部裝配特征等； 2）外觀包含螺絲、標簽、絲印、劃痕及需要確認的產(chǎn)品外部特征等。

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

（5）智能產(chǎn)品測試——AI視覺技術(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AI視覺與測試裝備相結(jié)合，實現(xiàn)全自動化測試的智能產(chǎn)品測試生產(chǎn)線，達到無人化作業(yè)，同時提升測試效率與產(chǎn)品質(zhì)量。導(dǎo)入智能產(chǎn)品測試裝備后可實現(xiàn)自動化測試，系統(tǒng)記錄測試全過程實現(xiàn)實時的產(chǎn)品測試過程追溯；可以節(jié)省人力、降低勞動強度、提升測試效率，產(chǎn)品的測試過程實現(xiàn)可追溯性、提高生產(chǎn)效率。設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)指標包括：產(chǎn)品識別定位時間小0.5s；產(chǎn)品視覺定位精度偏差小于0.2mm；單設(shè)備每小時完成150個產(chǎn)品測試；無人化作業(yè)。

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

產(chǎn)品下線包裝時，通過AI視覺技術(shù)，完成產(chǎn)品信息自動采集、不良品與良品的自動區(qū)分，良品自動裝入包裝箱，替代原有人工人作業(yè)，同時提升生產(chǎn)效率。自動裝箱裝棧采集產(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)；自動將漏過站&NG品放入NG區(qū)，同時從備品區(qū)抓取合格品（帶條碼信息）補入裝箱，適用于電子產(chǎn)品。

技術(shù)優(yōu)勢： 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)信息對接MES（智能制造執(zhí)行系統(tǒng)）。自動裝箱、裝棧如圖6所示。

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

視覺技術(shù)、AI軟件算法、控制系統(tǒng)、智能化服務(wù)平臺應(yīng)于生產(chǎn)制造過程（例如PCBA測試、裝配、檢驗、產(chǎn)品測試、裝箱和裝棧等生產(chǎn)環(huán)節(jié)），與機械手、自動化裝置等協(xié)同，實現(xiàn)省人或無人化、降低勞動強度、提高生產(chǎn)效率及品質(zhì)，降低制造成本，以及生產(chǎn)全過程管控和實時完整的可追溯性等，很好地解決了各場景中的困擾，實現(xiàn)了少人或無人化，提高生產(chǎn)效率及品質(zhì)，降低制造成本；同時通過自主研發(fā)、申請軟著、專利等技術(shù)積累及市場應(yīng)用經(jīng)驗的沉淀，給中國電子信息企業(yè)帶來直接或間接的經(jīng)濟效益。

結(jié)束語

星網(wǎng)銳捷數(shù)字化車間打造的應(yīng)用AI視覺技術(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，極大提高生產(chǎn)效率，提升產(chǎn)品質(zhì)量；相關(guān)解決方案推向市場后，幫助電子行業(yè)企業(yè)提升自動化和智能化水平，每年帶動應(yīng)用方新增100億的產(chǎn)值；星網(wǎng)銳捷也將加強技術(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。

審核編輯 ：李倩