新形势下探讨智能视觉物联网在工业自动化中的实际应用

李琳莉

（飞卓科技（上海）股份有限公司，上海，201505）

0 引言

互联网技术的应用带动了工业信息化的发展,但随着时间的推移也加速了这一发展空间的逐步缩小。价格的透明化、激烈的市场竞争,导致工业发展水平不断地下降,也促成了工业信息化、自动化的进一步落实和应用。近两年疫情的影响导致全球经济发展缓慢低迷,原材料价格受到各种因素的影响价格不断地上浮。而劳动力成本的上升以及技能型工业化人才的缺失也给这一状况增加了更多的压力，因此，快速布局从传统的以人工生产为主的生产制造业转为以高科技、互联网为主的新型发展模式成为企业发展的必经之路，而智能视觉物联网技术与工业自动化技术的相互融合就是其中一条切合工业生产实际需求之路。

1 智能视觉物联网与工业自动化简述

“智能视觉物联网”(或简称为”视觉物联网”)由中科院自动化研究所生物识别与安全技术研究中心李子青教授于2010年提出。视觉物联网涉及物联网的视觉感知部分，利用各类图像获取传感器，包括监控摄像机、手机、数码相机等，获取人、车、物图像或视频视觉数据，提取视觉标签并采用智能分析技术对视觉信息进行处理。它充分结合了互联网以及智能化两种关键技术，将原本生产线的信息利用视觉图像以及传感器等技术获得相应的数据和信息,然后再结合这些数据信息进行生产管理和资源再分配[1]。智能视觉物联网技术将传感、智能化以及网络应用三大技术有机地结合在一起，对工业自动化的生产实践的深入拓展有极大的引领作用。

工业自动化发展演变过程如下：18世纪末期，工业1.0以蒸汽动力驱动机械生产。20世纪初期，电力促使迈向工业2.0，进行大量产品生产。1970年代电子结合IT促成自动化生产，亦即持续至今的工业3.0。接下来是工业物联网和工业4.0，以网络系统来监控、分析并改善制造营运。网络系统的构建是未来智能工厂的基础，同时智能工厂的营运成败又直接取决于数据收集、处理和分析能力，针对以上能力智能视觉物联网系统恰恰又有得天独厚的优势，因此，具备智能视觉物联网体系架构的工业自动化生产就如虎添翼了，二者的融合发展也自然成为工业发展的大势所趋了。

从工业发展的角度出发，采用工业生产自动化之后的工业生产模式在实际应用过程中具备了更大的潜力。尤其是在视觉物联网技术的融合作用下，能够加速促进工业自动化应用的整体水平，扩充其技术在实际应用领域的有效性。采用了智能物联网技术的工业生产线对产线中的产品、生产模式以及数量更方便进行统筹规划,让生产更加契合实际需求，能够真正实现结合市场的发展而实施生产的目标。

以珠江三角洲为主的劳动密集型制造加工地东莞为例。东莞作为该区域的重点劳动加工型产业集中地,为了能够在这种大环境和大背景下稳步地发展。政府推出以科技带动生产,通过对制造业的转型升级,将东莞原有依赖大量劳动生产的企业转变成为通过技术替代人工、提升产能的生产方式,从而有效地降低成本投入,并提升生产效率,继而抵消通货膨胀所带来的影响。而且随着科学技术的应用升级,智能视觉物联网的发展与互联网之间形成更加紧密地关联,通过互联网的方式,智能视觉物联网技术在工业自动化生产实践中能充分地得以发挥作用,从而彻底地将传统的以人工生产为主的生产制造业转为以高科技、互联网为主的新型发展模式。

2 视觉物联网在工业自动化应用中的系统解决方案

2.1 系统架构图

传统的工业自动化应用大多采用工业传感器，采集设备相关工艺参数，然后将采集到的数据信息统一传给PLC或DCS系统，通过PLC或DCS做逻辑运算及相关工艺控制，最后将设备各主要工艺参数及状态通过上位机实时展示，包括历史曲线、实时曲线、设备运行、故障及报警状态等信息。而随着视觉物联网技术的不断发展，结合工业生产线的新的需求，比如：①缺陷监测，产品表面的信息正确与否、有无缺失、错位、破损等检测；②工业测量，检测产品的外观尺寸，实现非接触性测量；③视觉定位，检测产品目标位置，进行位置确认，引导机器抓取等动作；④信息识别，识别不同的目标和对象，如字符、二维码、颜色等。以上各种新生需求促使我们不断把视觉物联网技术与工业自动化技术深入融合，最终形成一套兼备视觉物联网技术与工业自动化应用技术为一体的生产控制系统，其系统架构如图1所示。

图1 视觉物联网在工业自动化中应用系统架构图

从图中我们可以看出,每一条生产线不但有传统的工业传感器（检测温度、压力、物液位、流量等参数）、还有以机器视觉为基础的标签检测传感器（摄像头、相机、录像机等）。类似这样一套系统通常广泛应用于化工行业、半导体生产等领域。无论哪条生产线配备视觉物联网技术，都可以利用网络化技术将生产线上的信息转化成实际的工艺数据，正确的指导生产行为。单纯从生产角度出发,用先进的技术手段替代传统的人工模式,或许这种方式前期投入成本较高,但是它能有效地提升整体的生产效率、减少人力资源的管理成本,减少劳动力投入成本，从长远看，仍然是值得的。再从企业管理者的角度出发,将生产与信息化网络结合在一起,对各种生产资料进行统筹规划,帮助管理者对有限资源进行合理分配,最终达到节约成本投入的目的[2]。

2.2 视觉物联网关键技术移动标签的应用研究

采用移动标签的方式实现对各项数据的采集。针对于移动标签的检测是生产线上必不可少的检测工具，它能够实现对标签数据采集和汇总，为后续的计算作业提供先决的基础条件。为了能够实现应用目标，在实际设计过程中会通过软、硬件两个部分执行。硬件方面主要是依托于成像技术，具体来说就是光路成像技术的应用,它在实际应用过程中对图像进行预处理,从而为后续的图像工作提供充分地准备。而软件部分则是结合了数字图像处理技术以及数据库的信息应用,利用数字成像技术可以解决字符识别的问题，尤其是移动过程中的标签,需要应用一定的光学技术消除其在移动过程中的模糊问题,继而提升成像的清晰度,用于对图像内容进行识别分析[3]。而在数据库这一部分,为了能够满足该系统的功能应用,通过增加新元素来实现功能应用的扩充，能够有效地提升对数据运行处理和分析能力,结合B/S架构,逐步形成了一套结合智能化实时数据输入端口+服务器端口+客户端口的全过程化的应用模式。

3 视觉物联网技术在工业自动化的实际应用

3.1 智能视觉检测在工业生产中品质检测方面的应用

智能视觉物联网技术实际上早在21世纪之初就已经被提出并加以应用,但是理论与实践之间仍存在较大的差距,导致实际应用技术范围非常有限,比如说，过去一向以人力为主的太阳能、LED产业，据统计就有超过20%的人力投注在产品品质检测方面，因这种产品检测作业模式单调且冗长，特别容易使作业人员出现疲劳、注意力分散等问题。而现在在工业生产设备中加入可视化的检测系统,通过系统中自带的传感器以及摄像头等设备,能够对生产线的产品品质进行全面的检测和监控,而且能够将实时数据进行汇总回传,这样就能够帮助管理者及时了解相关信息。利用这种检测方式不仅能够实现对生产线上所有产品的检验检测,有效降低不合格产品的出现,同时也可以进一步地提升检测的效率,改变传统依赖人工进行检测的模式,极大地提升了检测的效率,节约了人员的投入成本[4]。

3.2 视觉识别在提升汽车马达生产线中检测水平方面的应用

视觉识别物联网技术在工业产品检测方面的应用非常广泛。在各种生产领域很多生产线就都开始借助这项技术来提升自己生产线的检测水平。比如在汽车马达生产线中，为了能够提升马达的性能，在对马达内部的线圈进行测量时,往往会对线圈的计量有着非常高的要求，而采用该项技术后便能够极大地满足对于精准度的要求,如果精准度无法达到设计标准,就无法进行使用，影响后续的销售。在没有引用该技术之前沿用传统的生产方式,在完成产品生产之后完全凭借人力进行检测，不仅无法达到设计预期的精准度,而且也会增加人力资源的投入，耗时又耗力。而引入视觉物联网这项技术,就能够有效地结合产品的特性进行针对性地研发,配比3D测量技术以及建立数学模型的方式设计对应的检测系统,然后就可以直接将产品的测量工作交给自动化检测系统中[5]。通过这种技术的改进不仅能够提升产品检测的精准度，避免人力检测的耗时和疏忽,更有效地提升了检测的效率,同时，对于企业来说这不仅是优化了检测技术,也同步提升了企业自身的竞争力,为企业在市场中的合理化竞争提供强有力的支撑。

3.3 视觉技术与机器人的结合应用

随着工业自动化应用水平的提升,实际上在很多生产线上已经出现了替代传统人力操作的机器人,尤其是一些简单的重复性的劳动更容易被机器人取代。而智能视觉技术的应用与机械化的系统进行充分地融合,通过这种融合能使工业自动化应用中的机器人更加具备“人性化”,让它们能够获得更具思考力的“头脑”,更精准的“眼睛”[6]。比如，在有机器人参与的工业自动化生产场景中，通过应用视觉技术与机器人整合，可对工件位置实时进行定位、导引机器人进行相应精准动作。过去，机器人动作时，因没有视觉配合，必须事先根据工件的自身信息提前规划好行径路线，机器人按照预定路线到达指定位置后再做相应动作，因此，这种应用不但大为受限且缺少弹性，若工件规格有所变化，就必须重新编程，而如今在机器人身上加入视觉识别装置后，由视觉传感器实时反馈工件当前信息给机器人控制器，让机器人自主判断工件的形状、颜色、位置，即便尺寸、位置较之前有所变动，也不必重新编写程序，如此可大幅提升自动化产线的弹性。

4 结束语

通过本文对智能视觉物联网及工业自动化的简单分析、二者在生产实践中的相互融合及实际应用，我们可以看出,智能视觉物联网技术的融合应用对工业化生产来说不仅是一项应用技术领域的技术延伸拓展,更是工业化进程发展中的必然趋势。而且随着这项融合技术在实践过程中的不断应用和发展完善,在不同领域的企业中,该技术已经结合各类企业实际的生产需求促进了生产方式的变革。从根本上来看,企业通过科学技术来改变生产方式,也是其提升核心竞争力的重要方式。从长远来看,这是一条带动企业长远发展,获取更大经济效益的唯一途径。所以现代企业必须注重对前沿科学技术的应用,通过不断地应用实践寻找到符合自己企业发展的技术应用方式,从而相互推动相互促进,真正地为我国的企业发展提供助力。