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機器視覺為工業(yè)4.0構(gòu)建四大核心能力
發(fā)布時間：2019-05-24
縱觀人類歷史長河，工業(yè)時代以前的生產(chǎn)力增長幾不可察，而近200多年生產(chǎn)力發(fā)生飛躍式變化正是得益于工業(yè)革命。以蒸汽機為標(biāo)志的機械化工業(yè)革命1.0使人的體力被解放和大幅提升；以電力為標(biāo)志的電氣化工業(yè)革命2.0實現(xiàn)了大規(guī)模流水線作業(yè)，開創(chuàng)了產(chǎn)品批量標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的新模式；以電子和計算機為標(biāo)志的自動化工業(yè)革命3.0實現(xiàn)了程序化自動化生產(chǎn)，不但解放了體力勞動，還部分接管了腦力勞動，工業(yè)邁入“無人（少人）化”。
社會進步永遠離不開以人為本，工業(yè)生產(chǎn)滿足人們基本需求以后，必定向著越來越精致化、人性化、個性化的方向發(fā)展，必定要走向無人生產(chǎn)、靈動制造之路，工業(yè)4.0時代唯有發(fā)展智能制造，別無它途。
一、工業(yè)4.0時代的技術(shù)特點——視覺與圖像技術(shù)是核心（從“智眼”到“智人”）。
國務(wù)院《中國制造2025》非常務(wù)實，未來10年我國智能制造的首要目的是在解放勞動力的前提下實現(xiàn)生產(chǎn)力與生產(chǎn)質(zhì)量的進一步提高，我們認為核心競爭力還是比的“快速”和“精準(zhǔn)”（精準(zhǔn)是能力，也是質(zhì)量）。智能制造的核心是“智”。“智”的核心是什么——就是信息獲取的快和準(zhǔn)、信息處理的快和準(zhǔn)。一個人的武功高低，要看“手眼身法步”，要想成為智能制造的武林高手，“眼力”和“招法”的水準(zhǔn)是核心之中的核心。
視覺與圖像技術(shù)是20世紀(jì)人類最偉大技術(shù)之一。人們感知外界信息的80%是通過眼睛獲得的，圖像包含的信息量是最巨大的。信息時代，特別是工業(yè)信息時代，視覺圖像技術(shù)注定將成為扛鼎。
視覺技術(shù)，極大提高了工業(yè)自動化中信息的獲取能力，信息將不再是單一維度的簡單數(shù)據(jù)，而是廣域立體的海量數(shù)據(jù)，同時在速度、尺寸、光譜等維度大大突破人眼極限。例如：視覺系統(tǒng)基本覆蓋全光譜，分辨率可以達到1微米，速度可以達到每秒上億幀，這在速度和精度上都大大超出了當(dāng)前的工業(yè)制造水平，甚至滿足未來相當(dāng)長時間更加精密、更加高速的制造要求，完全可保障在工業(yè)制造中信息獲取的快和準(zhǔn)。另一方面，圖像技術(shù)飛速發(fā)展，讓海量圖像信息得以高速、實時、智能的被分析利用，大大提高了人的判決速度，越來越接近人的智慧程度，助推工業(yè)生產(chǎn)中信息處理的快和準(zhǔn)。
視覺與圖像技術(shù)相結(jié)合就是給工業(yè)設(shè)備安裝了一雙超級“智眼”。
未來的工業(yè)生產(chǎn)將以“智眼”為核心，裝備在千千萬萬、形形色色的設(shè)備上，指揮各種各樣的“手、腳、身體”動作，實現(xiàn)“深度感知、智慧決策、自動執(zhí)行”，成為“智人”，讓自動化智能化工業(yè)制造插上翅膀騰飛！
二、視覺技術(shù)服務(wù)工業(yè)4.0的技術(shù)架構(gòu)——四個智能化（智能識別、智能測量、智能檢測、智能互聯(lián)）。
視覺圖像到底要發(fā)展哪些技術(shù)，究竟會如何改變我們的工業(yè)，讓我們想像一下未來生產(chǎn)制造的景象吧。
在一個電子產(chǎn)品的生產(chǎn)車間，各種芯片和元器件的尺寸已經(jīng)從幾mm~幾十mm縮小到幾微米到幾十微米，元器件的焊接和組裝在視覺系統(tǒng)的導(dǎo)引下由生產(chǎn)機器人如做外科手術(shù)般精密的操作，由于器件的尺寸和質(zhì)量都減小了幾百倍，裝配速度大幅提高，每秒鐘可以完成上百次動作，生產(chǎn)效率提高了百倍，一個包含了上千元器件的電子產(chǎn)品在流水作業(yè)中只需10秒鐘就制造完成。
視覺系統(tǒng)采用了10個成像單元同時工作，實現(xiàn)多角度立體成像，大范圍毫米級成像和超精密微米級成像相結(jié)合，每個成像單元的速度都到達了每秒1000幀以上，整個系統(tǒng)同時獲取的圖像信息超過每秒1萬幀，都可以實時處理并綜合完成目標(biāo)定位，精確測量，發(fā)出精確動作指令。
同時，另外10個成像單元對產(chǎn)品，立即進行多角度多維度掃描，確認質(zhì)量是否達標(biāo)。忽然，某個產(chǎn)品的一個焊點出現(xiàn)問題了，合格焊接面積2微米，實際只達到了0.85微米，這將導(dǎo)致信號傳輸?shù)淖杩乖龃蠖构ぷ黝l率達不到正常范圍，視覺系統(tǒng)立即導(dǎo)引檢驗機器人，剔除廢品至分支工序進行修復(fù)。
組裝車間超過500個成像單元監(jiān)控各種環(huán)境指標(biāo)，并把全部圖像數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)綜合到中央信息服務(wù)器，經(jīng)過分析，在出現(xiàn)焊點偏差的瞬時，共發(fā)現(xiàn)5個異常，包括驅(qū)動電流的一個微小波動、一次動作微小阻滯……問題找到了，圖像分析和歷史數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)其中一個關(guān)節(jié)的潤滑接近保養(yǎng)壽命，立即進行自動補償潤滑，故障隱患排除，系統(tǒng)飛速運轉(zhuǎn)如常……
上述場景遠不能覆蓋工業(yè)4.0的全部，但管中窺豹，可見一斑。面對這些要求，視覺圖像技術(shù)需要重點構(gòu)建四大核心能力。
第一，智能識別。識別的目的是為下一步操作找到目標(biāo)，目標(biāo)識別要從大量信息中找到關(guān)鍵特征，需要把海量信息快速收斂，其智能程度要求高，準(zhǔn)確度和可靠度是關(guān)鍵。
第二，智能測量。測量是工業(yè)的基礎(chǔ)，沒有測量就沒有產(chǎn)品，測量的功夫高低就看精準(zhǔn)度。
第三，智能檢測。檢測是在測量的基礎(chǔ)上完成的，根據(jù)測量結(jié)果和目標(biāo)之間的偏離度，判斷合格與否。但是檢測往往不是單一指標(biāo)的結(jié)果比較，需要多信息多指標(biāo)綜合分析判斷，基于復(fù)雜邏輯的智能化判斷是關(guān)鍵。
第四，智能互聯(lián)。“未來是數(shù)據(jù)的世界”，數(shù)據(jù)互聯(lián)將迸發(fā)無窮的創(chuàng)造力。就像人的大腦神經(jīng)元，當(dāng)信息和節(jié)點超過一定數(shù)量，就能產(chǎn)生自主學(xué)習(xí)、自主創(chuàng)造能力，創(chuàng)造才是智慧，創(chuàng)造才是發(fā)展之源。當(dāng)圖像的海量數(shù)據(jù)在多節(jié)點采集互聯(lián)，同時將人員、設(shè)備、生產(chǎn)物資、環(huán)境、工藝等等數(shù)據(jù)互聯(lián)，就會衍生出深度學(xué)習(xí)、智能優(yōu)化、智能預(yù)測等等創(chuàng)新能力，顯示出大數(shù)據(jù)的魅力，才會展示出工業(yè)4.0的真正威力。
面向未來工業(yè)的視覺圖像的硬件、軟件、集成技術(shù)發(fā)展，將會進入目標(biāo)不斷升級，技術(shù)上精益求精，創(chuàng)新腳步永不停息的時代！而中國從事機器視覺的企業(yè)正逢其時，要努力發(fā)展核心能力和加強創(chuàng)新，同時大力聯(lián)合自動化設(shè)備商、機器人制造商，“為機器植入眼睛和大腦”，讓視覺圖像技術(shù)成為中堅，扛起制造產(chǎn)業(yè)升級的大旗！
三、時代之選，行業(yè)之幸，中國之幸！
工業(yè)4.0概念，最大的受益者是中國，對于在勞動力密集時代嘗到甜頭而對威脅尚不敏感的中國制造業(yè)如當(dāng)頭棒喝，又似醍醐灌頂。發(fā)展制造業(yè)是中國的國家戰(zhàn)略，《中國制造2025》已經(jīng)昭示了政府的動心和決心，一經(jīng)發(fā)動必將高速改變局面，我國工業(yè)也將走向新的高度。
機器視覺行業(yè)重點聚焦服務(wù)工業(yè)。在過去很多年的發(fā)展中規(guī)模始終偏小，研發(fā)多以項目運作，規(guī)模化大批量應(yīng)用的產(chǎn)品開發(fā)鳳毛麟角，遠不成氣候，這也是我國制造業(yè)普遍自動化程度低，自我革新驅(qū)動力弱所致。
但是中國的機器視覺的先行者在相對狹小空間積極拓展，積蓄能量，積累了相當(dāng)一批人才、技術(shù)與管理經(jīng)驗，例如在成像及照明、軟件算法等高端技術(shù)與國外基本相當(dāng)或差距很小，我們的一些產(chǎn)品甚至在性能和技術(shù)創(chuàng)新方面超過國外同類，盡管在產(chǎn)品化方面諸如可靠性、易用性存在短板，但差距也不甚大。當(dāng)前，我國制造業(yè)的變革一定會引爆視覺圖像行業(yè)高速發(fā)展，中國機器視覺也必須責(zé)無旁貸的擔(dān)當(dāng)這個歷史使命，助力中國工業(yè)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，知難而進，后來居上！
視覺與圖像技術(shù)是工業(yè)4.0的重要核心，互促發(fā)展是技術(shù)的必然，更是時代的選擇。中國視覺行業(yè)發(fā)展30年，歷史機遇絕不容錯過，再不必嗟嘆未逢其時，我們需要的是趕快行動，發(fā)揮蓬勃的才智，展現(xiàn)旺盛的創(chuàng)新，在時代大潮中論英雄！
