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機(jī)器視覺為工業(yè)4.0構(gòu)建四大核心能力
發(fā)布時(shí)間：2019-05-24
縱觀人類歷史長(zhǎng)河，工業(yè)時(shí)代以前的生產(chǎn)力增長(zhǎng)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(jī)為標(biāo)志的機(jī)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(shí)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(jì)算機(jī)為標(biāo)志的自動(dòng)化工業(yè)革命3.0實(shí)現(xiàn)了程序化自動(dòng)化生產(chǎn)，不但解放了體力勞動(dòng)，還部分接管了腦力勞動(dòng)，工業(yè)邁入“無人（少人）化”。
社會(huì)進(jìn)步永遠(yuǎn)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(gè)性化的方向發(fā)展，必定要走向無人生產(chǎn)、靈動(dòng)制造之路，工業(yè)4.0時(shí)代唯有發(fā)展智能制造，別無它途。
一、工業(yè)4.0時(shí)代的技術(shù)特點(diǎn)——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(shí)，未來10年我國智能制造的首要目的是在解放勞動(dòng)力的前提下實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)力與生產(chǎn)質(zhì)量的進(jìn)一步提高，我們認(rèn)為核心競(jìng)爭(zhēng)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(gè)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(shí)代，特別是工業(yè)信息時(shí)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(dòng)化中信息的獲取能力，信息將不再是單一維度的簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)，而是廣域立體的海量數(shù)據(jù)，同時(shí)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(dá)到1微米，速度可以達(dá)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(zhǎng)時(shí)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(shí)時(shí)、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(jí)“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(dòng)作，實(shí)現(xiàn)“深度感知、智慧決策、自動(dòng)執(zhí)行”，成為“智人”，讓自動(dòng)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(gè)智能化（智能識(shí)別、智能測(cè)量、智能檢測(cè)、智能互聯(lián)）。
視覺圖像到底要發(fā)展哪些技術(shù)，究竟會(huì)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(gè)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(jī)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(dòng)作，生產(chǎn)效率提高了百倍，一個(gè)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(gè)成像單元同時(shí)工作，實(shí)現(xiàn)多角度立體成像，大范圍毫米級(jí)成像和超精密微米級(jí)成像相結(jié)合，每個(gè)成像單元的速度都到達(dá)了每秒1000幀以上，整個(gè)系統(tǒng)同時(shí)獲取的圖像信息超過每秒1萬幀，都可以實(shí)時(shí)處理并綜合完成目標(biāo)定位，精確測(cè)量，發(fā)出精確動(dòng)作指令。
同時(shí)，另外10個(gè)成像單元對(duì)產(chǎn)品，立即進(jìn)行多角度多維度掃描，確認(rèn)質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)。忽然，某個(gè)產(chǎn)品的一個(gè)焊點(diǎn)出現(xiàn)問題了，合格焊接面積2微米，實(shí)際只達(dá)到了0.85微米，這將導(dǎo)致信號(hào)傳輸?shù)淖杩乖龃蠖构ぷ黝l率達(dá)不到正常范圍，視覺系統(tǒng)立即導(dǎo)引檢驗(yàn)機(jī)器人，剔除廢品至分支工序進(jìn)行修復(fù)。
組裝車間超過500個(gè)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(diǎn)偏差的瞬時(shí)，共發(fā)現(xiàn)5個(gè)異常，包括驅(qū)動(dòng)電流的一個(gè)微小波動(dòng)、一次動(dòng)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(gè)關(guān)節(jié)的潤(rùn)滑接近保養(yǎng)壽命，立即進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償潤(rùn)滑，故障隱患排除，系統(tǒng)飛速運(yùn)轉(zhuǎn)如常……
上述場(chǎng)景遠(yuǎn)不能覆蓋工業(yè)4.0的全部，但管中窺豹，可見一斑。面對(duì)這些要求，視覺圖像技術(shù)需要重點(diǎn)構(gòu)建四大核心能力。
第一，智能識(shí)別。識(shí)別的目的是為下一步操作找到目標(biāo)，目標(biāo)識(shí)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(cè)量。測(cè)量是工業(yè)的基礎(chǔ)，沒有測(cè)量就沒有產(chǎn)品，測(cè)量的功夫高低就看精準(zhǔn)度。
第三，智能檢測(cè)。檢測(cè)是在測(cè)量的基礎(chǔ)上完成的，根據(jù)測(cè)量結(jié)果和目標(biāo)之間的偏離度，判斷合格與否。但是檢測(cè)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(diǎn)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(diǎn)采集互聯(lián)，同時(shí)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(huì)衍生出深度學(xué)習(xí)、智能優(yōu)化、智能預(yù)測(cè)等等創(chuàng)新能力，顯示出大數(shù)據(jù)的魅力，才會(huì)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(huì)進(jìn)入目標(biāo)不斷升級(jí)，技術(shù)上精益求精，創(chuàng)新腳步永不停息的時(shí)代！而中國從事機(jī)器視覺的企業(yè)正逢其時(shí)，要努力發(fā)展核心能力和加強(qiáng)創(chuàng)新，同時(shí)大力聯(lián)合自動(dòng)化設(shè)備商、機(jī)器人制造商，“為機(jī)器植入眼睛和大腦”，讓視覺圖像技術(shù)成為中堅(jiān)，扛起制造產(chǎn)業(yè)升級(jí)的大旗！
三、時(shí)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(duì)于在勞動(dòng)力密集時(shí)代嘗到甜頭而對(duì)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(dòng)心和決心，一經(jīng)發(fā)動(dòng)必將高速改變局面，我國工業(yè)也將走向新的高度。
機(jī)器視覺行業(yè)重點(diǎn)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(xiàng)目運(yùn)作，規(guī)?；笈繎?yīng)用的產(chǎn)品開發(fā)鳳毛麟角，遠(yuǎn)不成氣候，這也是我國制造業(yè)普遍自動(dòng)化程度低，自我革新驅(qū)動(dòng)力弱所致。
但是中國的機(jī)器視覺的先行者在相對(duì)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(yàn)，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(huì)引爆視覺圖像行業(yè)高速發(fā)展，中國機(jī)器視覺也必須責(zé)無旁貸的擔(dān)當(dāng)這個(gè)歷史使命，助力中國工業(yè)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，知難而進(jìn)，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(shí)代的選擇。中國視覺行業(yè)發(fā)展30年，歷史機(jī)遇絕不容錯(cuò)過，再不必嗟嘆未逢其時(shí)，我們需要的是趕快行動(dòng)，發(fā)揮蓬勃的才智，展現(xiàn)旺盛的創(chuàng)新，在時(shí)代大潮中論英雄！
