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超高清視頻技術點亮“工業之眼”

   2022-08-13 400
導讀

  如果說傳統工廠如同一個個“黑盒子”,生產制造全生命周期皆蒙著一層“神秘面紗”,讓人“看不透”“摸不清”,那么,現代工廠則被打造成了一個個“玻璃盒子”,“研、產、供、銷”各個環節皆因超高清視頻技術而變得更透明、更安全、更高效??梢哉f,超高清點亮了“工業之眼”,為智能制造駛入快車道注入了強勁的驅動力

  如果說傳統工廠如同一個個“黑盒子”,生產制造全生命周期皆蒙著一層“神秘面紗”,讓人“看不透”“摸不清”,那么,現代工廠則被打造成了一個個“玻璃盒子”,“研、產、供、銷”各個環節皆因超高清視頻技術而變得更透明、更安全、更高效??梢哉f,超高清點亮了“工業之眼”,為智能制造駛入快車道注入了強勁的驅動力。

  近日,工信部電子信息司、國家廣播電視總局科技司公示了擬入選超高清視頻典型應用案例名單,工業制造領域有15個典型案例入選,充分展現了超高清視頻技術在工業可視化、缺陷檢測、機器人巡檢、人機協作交互等場景的廣泛應用空間。

  大大提升工業可視化水平

  在現代化工業生產制造中,工業可視化能夠讓管理者在第一時間發現生產制造過程中存在的問題,并及時、高效地解決。因此,打造工業生產可視化系統成為現代工業企業的最佳選擇,而超高清視頻技術正是實現可視化的關鍵。

  工欲善其事,必先利其器。大規模生產和柔性自動化制造對于機器視覺的需求日益強烈,而工業鏡頭又是工業領域機器視覺的關鍵組成部分。相較于普通鏡頭,工業鏡頭需要具備更高的清晰度、更高的光譜矯正能力、更強的光譜透射能力等。湖南長步道光學科技有限公司推出的1.5億超高清像素大靶面鏡頭填補了小倍率高分辨率鏡頭市場的空白。該鏡頭可廣泛應用于OLED檢測,從手表屏到100英寸的大屏幕均可適用;也可用于3C、手機點亮檢測?!?.5億超高清像素大靶面工業鏡頭搭配151MP的相機,即使微米級屏幕缺陷依然能輕易被檢測出來,讓一切缺陷無所遁形,大幅提高面板行業的生產準確率?!焙祥L步道光學科技有限公司CTO吳沛林對《中國電子報》記者說道。

  高端制造的生產場景復雜,工業可視化難度較高,對超高清視頻技術的需求也更為旺盛。比如,芯片制造過程中,傳統晶圓缺陷檢測方法主要依靠顯微鏡和人眼直接檢測,成本高、效率低,且容易形成主觀誤差,因此機器視覺技術應用于晶圓檢測逐漸成為主流趨勢。超高清視頻技術的引入可以讓機器視覺檢測變得更高效、更準確、更具經濟效益。

  上海極清慧視科技有限公司推出的8K超高清晶圓檢測圖像采集平臺集自研的8K超高清攝像機、配套鏡頭和定制光源系統于一體,有效提高了機器視覺技術在晶圓缺陷檢測的準確率、檢測效率,降低了成本。極清慧視設計部部長林良煌在接受《中國電子報》記者采訪時表示:“國內集成電路、芯片制造行業蓬勃發展,需要大量配套的國產芯片制造設備和檢測設備,該方案服務于AOI視覺檢測設備,應用前景廣闊?!?/p>

  大量超高清視頻設備的應用倒逼機器視覺系統的數據采集能力大幅提升。超高清視頻技術的應用使機器視覺系統獲取到的數據量更大,從而對數據應用系統分析數據的效率要求更高,數據應用系統對不良解析分析的效率和準確率是被關注的重點?;钴S在全球顯示領域前沿的京東方廣泛采用機器視覺系統管控產品與設備的外觀質量,結合超高清視頻與數據分析技術,推出了一套“工業視覺+數據應用”方案。京東方利用大數據平臺的運算能力、基于滿足業務需要的分析算法、利用顯示面板行業經驗的分析方法,構成了一套固化經驗知識、智能挖掘根因的不良根因分析系統(RCA),現已在京東方多個工廠落地實施。

  “超高清視頻設備的應用提升了機器視覺系統的數據采集能力,從而對檢測數據的處理要求也越來越高?!本〇|方副總裁、中祥英總經理王洪博士表示,“超高清技術的應用,使設備不良采集圖片的清晰度大幅提升,高質量圖片經過機器視覺(ADC)系統的處理,得到精確的生產不良數據后,將數據再導入智能不良根因分析系統(RCA)進行不良分析、追溯、預測。從而,實現了數據分析過程可視化,得到的分析結果也更準確,讓我們可以對生產過程中的不良做到防患于未然?!痹诰珳噬a方面,BOE(京東方)工業互聯網平臺可根據生產情況智能核算排產計劃,將整體生產效率提升30%以上;在產品品控方面,通過采集設備端參數,構建缺陷模型,打通生產調度系統,實現產品缺陷率降低75%,新品良率周期縮短43%;在產業鏈協同方面,打通產業鏈各環節并協同管理,庫存量減少25%,訂單履約周期縮短30%,產業鏈成本降低25%,實現上下游高效協同。BOE(京東方)工業互聯網平臺在短短一年內,已為全國200多家企業提供數字化轉型服務,大幅提升企業運營管理效率,加速推動產業數字化轉型。

  讓缺陷檢測更精準、安全

  能上天入地,還能下水,電力、石化、煤礦、安防、消防、交通……尤其在一些人力缺乏、高危、高難行業,巡檢機器人已然成為萬眾矚目的“新星”。相關統計數據顯示,預計到2026年,中國智能巡檢機器人市場規模將達26億元。

  作為通信傳輸的樞紐,運營商通信機房的安全運行至關重要。在天津移動的機房中,基于“5G﹢AI”超高清視頻分析的巡檢機器人系統有條不紊地進行工程建設安全審核、設備巡檢和遠程點檢。運營商機房的通信設備缺陷檢測情況復雜,存在儀表指針識別、數字識別、狀態燈識別、連接線識別等多種識別方式?!?G﹢AI”機房巡檢機器人可通過集成超高清視頻攝像機,以5G網絡傳輸圖像并進行AI分析,準確定位出物體的詳細信息,如類別、位置和邊緣,并準確判別出異常狀況并發出告警。據了解,自應用以來,天津移動安全巡檢費用下降32%,覆蓋場景從之前的12個增加到了41個,巡檢高質量完成率也從35%提升至65%。目前該案例已被推廣至工廠、園區、變電站、城市地下管廊、電力隧道管井及其他室外場所。

  在汽車制造過程中,超高清視頻技術應用扮演起“巡檢員”的角色,為汽車質量和安全把關。比如,汽車軸類工件表面缺陷多用熒光磁粉檢測。有裂痕瑕疵的零件通磁后,本身形成的磁場會因為瑕疵而出現磁場不均,此時吸附的熒光磁粉會比均勻磁場分布時吸附的更多,在紫外光的照射下會呈現綠色熒光,使得瑕疵可見。人眼判斷帶有主觀性,且會受制于極端環境,如黑暗、高溫、高壓、污染等的影響。機器視覺則可以很好地解決這些問題。金石機器人銀川有限公司自行研制的機器人視覺識別系統結合超高清視頻技術,用機器代替人眼,現已在長安馬自達發動機有限公司長安馬自達曲軸生產線上得到了成功應用,走上了與海外產品同臺競技的舞臺。

  超高清視頻技術應用為高端檢測設備研發創造了優勢條件。眾所周知,電子元器件,尤其是高端半導體芯片在生產過程中的缺陷檢測是一大難點。相較而言,我國在高端檢測設備系統的研發起步時間短,技術水平、功能、效率,都有較大的差距。不過,這一情況近兩年來得到了明顯改善。1.51億像素及以上的高清高精度成像、結合傳統算法和深度學習算法的缺陷檢測亞像素算法、靈活開放的軟件架構,??禉C器人超高清高精度柔性化自動質量檢測系統在4k顯示屏幕生產、電路PCB生產,以及光伏、鋰電等行業得到應用。

  ??禉C器人產品總監張振華在接受《中國電子報》記者采訪時表示:“這種基于視覺技術的超高清高精度柔性化自動質量檢測系統,具備超高分辨率、圖像質量優異、算法智能等特性,可以達到超高的識別精度和產線柔性,被廣泛應用于高端電子制造業的各種應用中,能夠幫助企業提升生產過程的自動化程度和生產效率,同時提升產品質量及附加價值?!?/p>

  打通智慧工廠“眼鼻耳”

  工業4.0時代,打造智能工廠成為制造業企業轉型升級的潮流。據工信部透露,截至目前,我國已建成700多個數字化車間、智能工廠,智能制造試點示范項目生產效率平均提高48%。超高清視頻與5G、人工智能、虛擬現實等新一代信息技術的融合應用,催生大量的新場景、新應用、新模式,實現了生產制造效率和效能的雙提升。

  走進鞍鋼股份智慧鋼廠,現代化的冶煉生產操控設備讓人耳目一新。曾經忙碌于生產線上的工人師傅們如今只需坐在轉爐連鑄集控中心,通過超高清視頻監控設備,即可輕松地將整個煉鋼生產過程盡收眼底,還能進行吊車遠程指揮、廢鋼智能識別、無人化鋼水運輸、轉爐智能兌鐵、鋼包定位等操作,實現煉鋼生產過程集中化、少人化、自動化、智慧化。

  鞍鋼股份首席信息官趙慶濤表示:“煉鋼工序復雜、生產環境危險度高,可視化管理和遠程生產調控成為現代鋼鐵企業必備的輔助系統,我們利用超高清視頻結合圖像識別等技術,自動采集、記錄、發送生產過程相關數據,有效提高了在惡劣環境下圖像識別能力和現場自動化控制水平,在減少人工巡視操作、降低生產安全事故、確保裝備物資安全、優化生產過程管理、提高生產管理效率等方面發揮了積極作用?!?/p>

  在湖北荊州,荊州移動聯手美的打造的全球首個家電制造領域“5G全連接工廠”于近日正式上線。千余臺高效運轉的自動化機器設備、15個應用場景、已經上線的2500多個5G CPE等終端設備,讓整個生產線實現了真正意義上的“全流程環節、全業務場景、全生產要素”的5G全流程管理。要實現真正意義上的“全連接”,機器視覺是其中的關鍵一環。為了讓機器的“眼睛”看得更清楚、判斷更準確,該工廠通過部署超高清攝像頭采集PCB電路板的圖像,并結合5G網絡大帶寬、低延時特性,將數據傳輸至部署在邊緣云上的圖像分析系統,以此來自動判斷PCB是否存在缺陷,反饋分析結果。據悉,未來,該工廠還將部署分揀機器人,根據圖像識別系統結果,代替人工挑出不良產品。荊州移動項目經理王婷對《中國電子報》記者說道:“在荊州其他制造業工廠內還有很多的基于機器視覺的檢測、識別、測量、定位的應用,超高清技術將孵化出更多的業務場景,為企業注智賦能?!?/p>

  早在2019年,工業和信息化部、國家廣播電視總局、中央廣播電視總臺聯合印發的《超高清視頻產業發展行動計劃(2019—2022年)》就明確提出,要加快超高清工業內窺鏡、工業相機、生產線自動檢測設備等的產業化,推動超高清視頻技術在工業可視化、缺陷檢測、產品組裝定位引導、機器人巡檢、人機協作交互等場景下的應用,圍繞電子、汽車、航空航天等規模大、精度高的工業生產場景打造一批可推廣的典型應用。

  如今看來,在國家政策引導和產、學、研、用等各界的通力合作之下,超高清視頻技術已然在工業制造領域形成星火燎原之勢,以蓬勃的科技力量為產業騰飛插上了一雙隱形的翅膀。以夢為馬,未來可期。從“中國制造”到“中國智造”“中國創造”,工業強國之夢已近在眼前。


 
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