2021-09-07

基于5G融合机器视觉技术的工业互联网应用示范项目

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一、项目背景

美的集团创立于1968年,是一家消费电器、暖通空调、机器人与自动化系统、智能供应链(物流)的科技集团,是《财富》世界500强榜单中排名第一的中国白色家电制造企业。美的集团旗下拥有三家上市公司、四大产业集团,美的集团有员工8万人,并在全国设有强大的销售网络,及在13个国家设有海外机构,是中国最具规模的白色家电生产基地和出口基地之一。

作为国内最大的白电生产创造企业,美的集团一直致力于实现机械化全自动生产以替代人力生产。2017年1月6日,美的集团正式以37亿欧元(约合292亿人民币)的价格完成了对于全球四大工业机器人公司——库卡(KUKA)94.55%股份的收购,通过自动化技术驱动的制造产业升级。2019年7月,美的集团与中国移动签订了5G战略合作协议,计划与中国移动集团合作开展5G智能工厂试点建设,以进一步提高现生产自动化、网络化及AI智能化水平,并逐步实现美的集团更多的生产制造线的5G+工业互联网改造。

工业互联网的通信涉及固定设备和移动设备,如注塑机、冲压机、机械臂、AGV等,目前以有线、Wi-Fi为主的烟囱式工业互联网难以适应产品快速迭代和柔性制造的需求。利用5G低延时、大连接的特性,可以很好满足工业大数据采集以及远程设备的要求。5G的大带宽特性也能够使得以机器视觉技术的人工智能深度学习、ORC识别的方式进行缺陷检测成为可能。并将机器视觉技术应用于进行融合定位和障碍物判断,经低时延5G网络上传位置和运动信息,实现工业场景中AGV在接收任务后或远程控制中的自动避障。

二、项目实施

1.总体实施思路与架构

本项目在美的集团顺德洗涤制造有限公司试点,采用以5G+工业互联网为代表的新一代信息技术,更好地满足美的洗涤公司降本增效、产线柔性化制造、设备快速迭代的发展需求,输出涵盖美的洗涤智慧工厂总装、电子、钣金、注塑等生产环节,同时升级物流、能源、SCADA、中控等流程的5G 智慧工厂解决方案。

应用层:实现采集类、控制类、交互类业务,从而实现5G工业互联网的核心应用。

平台层:与美的数据中心通过光纤专线连接,连接计算平台、大数据平台、AI平台、云平台。

网络层:通过MEC方案将敏感数据在园区内计算,更适应实时、安全、易于管理等需求。

终端层:接入包括库卡机器人、电子看板、MES扫码器、工业相机等工业设备。


2.应用场景与技术方案

(1)生产数据无线化采集场景:对MES扫码、联机数控机床等设备进行5G化改造,解决生产数据无法实时采集和WIFI网络不稳定的问题。5G网络将在作为试点工厂MES系统的主载体,基于工业网络升级,缩短IT网络检修和改造对生产影响。

(2)机器视觉缺陷检测:通过部署超高清摄像头采集PCB电路板的图像,并结合5G网络大带宽、低延时特性,将数据传输至部署在边缘云上的图像分析系统,自动判断PCB是否存在缺陷,并反馈分析结果, 未来,还将部署分拣机器人可根据图像识别系统结果挑出不良产品。



基于5G大带宽技术,生产线机器视觉检测直接以无线的方式部署4K清晰度以上的超高清工业摄像头,避免了布线成本以及对产线的影响。同时采集的产品高清图像通过极低的时延传输至AI平台,通过人工智能技术的深度学习图像分类模型进行计算,对产线上的元器件进行实时自动分析,实现产品的智能实时检测。系统实现自动判断标注,杜绝人工检测过程的漏检错检问题;同时,所有单元无线组网,可按需、快速、灵活组合。

5G高速率所保证的超高清晰度视频可大大提高人工智能分析的准确率,并可利用网络切片和移动边缘计算技术在降低传输时延同时,为美的快速部署端到端工业专网,解决工业企业所关注的数据不出厂问题。

(3)5G AGV控制:采用5G网络对电子车间生产路线进行改造,在5G AGV机器人上嵌入RFID,可通过无线连接灵活调整线路、联动生产监控系统,实现AGV物料灵活调度。

部署在工业互联网平台的AGV管理支撑系统可实现计算资源的云共享,实现工作算法迭代优化,系统调度能力的提高,提供技术人员在远端应急介入能力。

三、实施效果

1、降低生产成本

在标准化产线中,人较于机器的生产效率低,成本高,且出错率高,通过机器换人的方式,可以大大提升产线生产效率。具有智能化行为特征的AGV机器人应用可实现产线的机器换人,同时在疫情期间很好地解决工人人员到位不及时问题,加快企业复工复产。预计三年节约试点项目工厂的运维成本300万。

2、生产质量提升

通过机器视觉融合5G技术进行产品缺陷检测,提高0.1%的良品率,对本试点项目中的大规模制造企业每年可实现2000万以上的经济效益提升。