基于AI视觉技术构建柔性生产数字化车间

当前中国快速进入老龄化社会，人口红利逐渐消失，企业用工难招工难日益显著。面对当前困局，为继续推动中国从制造大国走向制造强国，需要加快建设数字化车间，用自动化设备替代繁重的人工劳动，实现生产的智能化和信息化。

星网锐捷结合新一代信息技术构建数字化车间。本文总结了星网锐捷构建数字化车间的背景、总体目标和主要研究内容，供电子制造业企业探索企业数字化转型参考。

数字化车间构建目标

星网锐捷构建数字化车间，打造具有国内领先水平AI视觉软件基础平台，应用于电子产品智能柔性生产线，实现省人或无人化，提高生产效率及品质，生产全过程管控和可追溯性，形成一套完整的解决方案并推向市场，提升中国电子产品制造企业的自动化和智能化水平，数字化车间总体规划如图1所示。

数字化车间构建目标为：

1）以人工智能解决用工问题（依赖人工经验，招工难，老年化、繁重重复劳动等）；

2）稳定的生产作业，提升品质；

3）少人化、无人化；

4）提升生产效率，降低生产成本。

   

数字化车间内容

将AI视觉技术应用于生产的各个环节，从构建数字化车间整体规划，到生产作业、质量管控等各个场景，打造柔性生产的数字化车间。

（1）软件平台——AI视觉技术应用于数字化车间总体设计

数字化车间技术架构如图2所示。通过AI视觉软件基础平台，对生产过程中不同作业环节的工艺要求、经验值、作业方法等进行软件算法转换，再通过机器学习后，通过控制软件系统与辅助机械手进行生产作业。

同时依托智能化的服务平台，分析大数据和建立模型及模拟预测的方式，结合监控装置设备反馈回来的站情中心的信息，进行综合管理，质量管控和设备管理等应用场景，并与设备联网、终控平台、物流控制等自动化互联系统（如AGV搬运、自动化设备状态监控、机器人工作站和检测设备）进行衔接。

（2）PCBA板卡无人测试——AI视觉技术应用于质量管控

电路板的测试，通常需要人工拔插通电、放入固定屏蔽箱等一系列的操作，耗时耗力，通过AI视觉技术的应用及机械手的辅助，原有人工测试工作，完全实现了无人化作业。PCBA板卡无人测试具有自动上下板、装治具、各类测试、扫码等作业功能，ATE工具自动对接通信，测试数据可追溯。测试工艺可灵活定制，测试过程自动控制，实现无人化作业。适用于各类PCBA 主板。PCBA板卡无人测试如图3所示。

技术优势：1）工艺流程可配置，预先设定多种生产工艺，柔性生产；2）自动监测屏蔽箱工作状态，系统自动分配测试工站；3）多种机型同时测试（MAX：3种）；4）可活动式测试小车，便于工装治具NG时，不停线并移出线外处理；5）可达到国内先进水平。

（3）螺丝锁附——AI视觉技术应用在生产作业

这是基于AI视觉技术在紧固件作业中的创新式应用。通过机器学习和AI视觉技术实现自动识别产品、自动找孔、自动定位、自动锁附等作业，支持多角度斜面锁附。设备适用范围广，可满足多品种、少批量产品生产的螺丝锁附需求。产品内部与外部螺丝的锁附，依靠人工方式容易出现漏锁、浮锁、划伤产品等问题，通过机器学习和AI视觉技术实现了自动识别产品、自动找孔、自动定位、自动锁附，无工装、动态定位、多角度、斜面锁附作业，在各项技术指标中均表现优秀，整体应用效果可达到国内先进水平。

导入AI视觉锁螺丝设备后可使生产锁螺丝环节效率提升50%、产品优化率100%、锁附环节工时利用率提升80%、生产效率提升20%。螺丝锁附如图4所示。

设备关键技术指标：1）产品识别定位时间小0.5s，产品定位精度偏差小于0.2mm；2）螺丝孔位识别时间小于0.5s，螺丝孔位识别精度偏差小于0.2mm；3）单颗螺丝锁附小于4s，正常锁付成功率大于99.5%；4）无工装、动态定位、精准锁附；产品可以任意方向（多角度，斜面锁付）进入设备作业，无须轨道限位和导向；5）可达到国内先进水平。

（4）智能品质检测——AI视觉技术应用于质量管控

这是基于AI视觉技术在内外观检测作业中的创新式应用。通过视觉系统学习和训练及图像处理、特征识别、字符识别等，能有效识别出产品的内外观不良。设备适用范围广，可满足多品种、少批量产品生产的内外观检测需求。

产品在生产装配过程中，通过人工检查产品的部件完整性、外观的完好性，容易出现漏检、视觉疲劳等因素，造成不良品流入市场；而智能品质检测设备通过视觉系统学习和训练，能有效识别出产品的内、外观不良，支持多面、任意角度的不良检测，形成完整的品质数据追溯链，整体应用可达到国内先进水平。

检测内容：1）内观包含检器件有无、检安装方向、检插线、点胶、走线及需要确认的产品内部装配特征等；2）外观包含螺丝、标签、丝印、划痕及需要确认的产品外部特征等。

技术优势：设备支持多面、任意角度的不良检测；可根据产品SN数据采集外观视觉信息，形成完整的作业数据追溯；产品识别定位时间小0.5s；产品定位精度偏差小于0.2mm；可达到国内先进水平。

（5）智能产品测试——AI视觉技术应用于质量管控

为了确保产品在功能方面、性能方面的良好，通过AI视觉与测试装备相结合，实现全自动化测试的智能产品测试生产线，达到无人化作业，同时提升测试效率与产品质量。

导入智能产品测试装备后可实现自动化测试，系统记录测试全过程实现实时的产品测试过程追溯；可以节省人力、降低劳动强度、提升测试效率，产品的测试过程实现可追溯性、提高生产效率。

设备关键技术指标包括：产品识别定位时间小0.5s；产品视觉定位精度偏差小于0.2mm；单设备每小时完成150个产品测试；无人化作业。

（6）自动装箱装栈——AI视觉技术应用于生产作业

产品下线包装时，通过AI视觉技术，完成产品信息自动采集、不良品与良品的自动区分，良品自动装入包装箱，替代原有人工人作业，同时提升生产效率。

自动装箱装栈采集产品上的二维码（正面或反面），将产品条码与装箱的条码绑定，并上传系统；自动将漏过站&NG品放入NG区，同时从备品区抓取合格品（带条码信息）补入装箱，适用于电子产品。

技术优势：兼容托盘尺寸范围为214mm x298mm、267mmx370mm；UPH≥5 000pcs/h，产品换型操作便捷；操作员工1人；生产信息对接MES（智能制造执行系统）。自动装箱、装栈如图6所示。

（7）最终目标——建立应用AI视觉技术的智能柔性生产线

视觉技术、AI软件算法、控制系统、智能化服务平台应于生产制造过程（例如PCBA测试、装配、检验、产品测试、装箱和装栈等生产环节），与机械手、自动化装置等协同，实现省人或无人化、降低劳动强度、提高生产效率及品质，降低制造成本，以及生产全过程管控和实时完整的可追溯性等，很好地解决了各场景中的困扰，实现了少人或无人化，提高生产效率及品质，降低制造成本；同时通过自主研发、申请软著、专利等技术积累及市场应用经验的沉淀，给中国电子信息企业带来直接或间接的经济效益。

结束语

星网锐捷数字化车间打造的应用AI视觉技术的柔性智能生产线，解决制造业用工难的行业痛点，极大提高生产效率，提升产品质量；相关解决方案推向市场后，帮助电子行业企业提升自动化和智能化水平，每年带动应用方新增100亿的产值；星网锐捷也将加强技术攻关，提升创新能力，持续以创新产品和解决方案赋能传统行业，全面助力数字化转型升级。