科学小实验 | 实验台厂家

作为高端产业和民生的多才多艺的参与者,吉华实验室拥有“佛山之藻”的翅膀

位于佛山顺德北滘的美的洗涤电器制造车间里,就算是到了“饭点”,生产线上的机器人依旧忙碌,在流水线上“抓”过来一个个电路板,完成系列测试,然后再“抓”回流水线上等待下一个流程。

这个“行业首创”,是与工厂相隔仅20余公里季华实验室智能机器人工程研究中心自主研发的AI自编程快速部署机器人。

作为广东省委、省政府启动的首批4家广东省实验室之一,季华实验室科研队伍扎根佛山,着力探索在新型举国体制下关键核心技术攻关的佛山模式、广东路径。而制造业大市佛山,面临着制造生产数字化、智慧化加速转型并迈入中高端层次的迫切需要。其中,不仅仅是高端制造业,民生、轻工业领域以及更多中小微企业同样需要转型。

“积极参与佛山市‘科创中国’试点,推动传统制造业企业智能化数字化转型。”这是科研团队X Lab(X实验室)的其中一项未来计划。季华实验室的先进技术研发项目,正与制造业生产的数智化转型“双向奔赴”,以佛山本地产业需求为出发点,为企业发现产业升级问题,并力求通过自主研发攻关,切实解决它们的发展瓶颈。

在美的“工作”的AI自编程快速部署机器人

只能完成硬性动作?

科研团队赋予眼睛大脑

季华实验室智能机器人工程研究中心常务副主任温志庆和同事们,在一系列实地调研后发现,很多中小企业对工业机器人望而却步,3C、家电行业应用远低于汽车行业。

这些都是产业发展过程中,给出的现实“问题”。

3C、家电行业本是大湾区最主要的产业之一,但来自季华实验室的调查数据显示,目前该行业机器人密度仅为40台/万人,而汽车行业机器人密度达到750台/万人。在3C、家电行业现有工人中,约有30%是流水线上无专业技能的低端普工。

上一个版本的“机器换人”,以及“在流水线重复着同样的动作”的智能化已经不能满足未来产业转型升级的需求和趋势。机械臂、机械手或能一定程度上解决生产当中更为“硬性”的动作,然而却达不到灵活需求。

温志庆告诉南都记者,一般的工业机器人在使用过程中,需要专业工程师做大量的标定、示教、编程等前期准备工作,还要配合定制的专用夹爪和辅助定位机构才能上线工作,并且在每次产品换型时,都需要重新修改程序、夹爪、定位机构等才能再次使用。

“这就造成了除前期投资大外,机器人应用的使用成本高及缺少配套专业技术人员等问题,然而这也正是大多数中小企业对应用机器人望而却步的一个主要原因。”温志庆直点出当下中小企业“不敢用”机器人开展数智化转型的痛点所在。

季华实验室智能机器人工程研究中心常务副主任温志庆

随着3C、家电行业的制造范式正逐渐从大规模生产转向规模化定制,多品种、小批量柔性生产的需求,慢慢地给3C、家电行业工业机器人大规模使用造成了困难。这让智能机器人工程研究中心意识到,机器人的快速部署和快速换产变得越来越重要。

自编程快速部署机器人应运而生。瞄准这个需求,自编程机器人革新了工业机器人的使用方法,基于国际先进水平“元学习”算法,通过语言、动作、手势、图像等多维度多模态智能感知与人机共融技术,让机器人具有一个“聪明的大脑”和“明亮的眼睛”。

季华实验室智能机器人工程研究中心

温志庆介绍,团队的研发人员包括多名毕业于中国和欧美一流高校的AI研发人员,有着很强的知识背景和丰富的产业化经验,在结合最新的AI前沿研究成果的基础上,团队通过对“元学习”算法深入研究、开发与训练测试,实现了物品种类识别、位姿识别,人手示范动作模仿等“元知识”,为工业场景下机器人快速应用奠定了基础。

与工人共线工作、同步换产

俨然一个高级机器普工

在美的电器厨业的产线上,AI自编程快速部署机器人,已经实现了与工人共线工作、同步换产,俨然一个机器普工……当下,温志庆领衔的团队已同美的集团签订正式商业采购合同,自编程机器人已在家电产业PCB柔性检测产线应用,并纳入了美的电器厨业事业部2022年智能车间改造重点项目。

除了已经应用的机器人,南都记者看到,在温志庆的实验室还有一群正在测试中的针对不同工序的机器人,将实现“成熟一个工艺,推广一个工艺替代”。

结合机器视觉和人工智能,对散乱的元器件准确抓取和安装;对不同类型的电路板识别定位;一个机器人工作站对应多个检测台作业;定制的可兼容多电路板的夹爪实现多种电路板的自动抓取与放置;可以24小时在线运行不停歇……自编程机器人使生产制造向数字化、智能化转型升级变得更加简单、快速和灵活。

生产线上的AI自编程快速部署机器人

回想起当初与美的集团的“战略会师”,温志庆用了“即刻”这个词来形容。“由于家电行业的用工荒问题在逐年上升,美的在通过智能化改造,减少用工等方向上一直都十分重视。因此,在了解到我们的自编程机器人这一新产品时,即刻表示出了强烈的兴趣,并为我们的产品完善提供了大量的建议和帮助。”相应地,团队也针对美的的需求开发了专用的柔性夹爪,实现了现有同类产品的全适应,从而实现从软件到硬件的柔性化。

自编程机器人的“上线工作”,让工业机器人的上线部署周期从3至7天缩减到1个小时以内。从多达一周缩减至1个小时以内,大幅度减少的时间成本意味着什么?效率的提升和机器人使用成本的降低。“自动化设备的换产用时能做到与人工产线换产类似,同时避免了工人动作的不稳定性、效率波动、人员流动等问题,能真正实现敏捷制造、混线生产、可重构柔性生产。”温志庆表示,在实现不改变现有人工流水线布局的前提下,机器人可以说是即插即用,机台灵活可以随意推动,无缝衔接现有工艺流程。

而通过对某个工艺的不断复制应用,每台自编程机器人都会日渐变成这个工艺的“熟手技工”。同时,自编程机器人还可以结合AR/VR、AIoT、5G、数字双胞胎等技术进行实时远程运维,实现规模化应用,最终实现“机器人即服务”(Robot-As-A-Service,RAAS)。RAAS可快速灵活地为用户在合适的时间和地点,按需提供机器人,降低了机器人的使用门槛和用户的前期资金投入。

食品领域数智化的“刷脸”检测

传统民生产业如何并跑高端制造业?

学霸团队与食品制造企业一拍即合

正所谓,没有落后的产业,只有落后的技术和发展模式。

在佛山,除了机器人、家电和汽车等领域已经开始数智化转型,同样食品、饮料、调味品等与民生息息相关的产业也紧密与创新链加速融合。

“包括计算机技术、人工智能和数据挖掘等检测技术已有很多,但大都应用于高端制造业领域,如显示设备、汽车、新能源等。跟我们日常生活息息相关的发酵食品领域,如醋、酱油、白酒等食品产业,尽管已经应用到机械化和自动化,但相对高端制造业来说整体生产工艺和检测技术还比较传统。”在季华实验室A区,X Lab(X实验室)核心成员王晨卉博士的研究领域正是食品科技,王晨卉加入到这个团队大家庭的原因之一,就是希望将实验室里的先进技术,应用并推动传统食品产业以及更大范围的轻工产业数智化转型升级。

X Lab(X实验室)核心成员王晨卉博士

这个项目,也是基于产业需求和技术落地应用双向互动的“一拍即合”。

“我们有技术,希望实现产业化,生产企业有需求,这是互相促进和推进的项目。”王晨卉说。

王晨卉所在的团队负责人是季华实验室特聘研究员毕海,在多次实地考察和一系列的深入交流后,团队联合海天味业、九江酒厂等本地龙头企业,基于佛山市国创生物发酵食品技术创新中心,针对酿造食品传统生产过程的产业升级瓶颈,在人工智能辅助光谱分析方法与设备、传统食品生产全自动装备等领域开展深入系统的研发工作。以传统食品生产工艺为起点,探索人工智能、光学检测、与自动化领域的发展边界。

这个过程中,团队的目标是实现既达到无预处理、无损、无接触、快速、简便等优势的检测技术状态,还要“接地气”真正实现与产业实际相结。“要尽可能降低设备的成本,也要最大程度地简化使用流程”。王晨卉说。

堪比技术

酿造食品质量快速检测

要实现既能应用先进技术,设备还要“接地气”符合企业实际应用并不是件简单的事儿,这是团队最大的挑战也是最大动力。

在王晨卉的对面,另一位同事正在对企业送来的日常生产样品进行检测,这是最近一段时间他们工作的日常,对大量样本进行检测,并做数据库的积累。

季华实验室 X Lab(X实验室)

据介绍,针对白酒、食醋、酱油等传统食品酿造工业生产过程中对无损、快速、智能检测手段的需求,结合相关酿造食品的特点,团队选择深度学习辅助光谱作为核心技术,进行新一代检测技术与设备的研发。为实现智能光谱检测技术的产业应用,自主研发了多个适用于实时检测、抽样检测、成品储存运输过程监控等不同质量监测场景的新型设备。利用以上设备,开发人工智能辅助光谱方法,相关技术在18种广东传统白酒产品的质检实验中进行了验证,结果准确率超过90%,已申请了四项发明专利。

为实现以上成果与专利的产业转化,推进白酒生产过程中的无损快速品控,团队与广东九江酒厂有限公司签署了合作协议:“白酒智能化检测技术与装备研究(第一阶)”。

这对企业来说意味着什么?过去检测一项指标可能需要10-30分钟。技术落地应用后,有望在5分钟内完成全部指标的检测。

“打个比方,我们想描述一个人的话,可能要知道他的基本特征,各项指标逐一获取并对比后才知道这是不是我要找的人,但现在依托计算机图像识别系统,一张照片或者刷一下脸,就知道是不是这个人。”王晨卉说,“我们现在做的有些类似刷脸技术,让企业通过一个流程很简单的数据采集手段,就可以判定产品的质量是不是合格。”

X Lab(X实验室) 样品检测中

据了解,自2022年初与九江酒厂的合作项目启动以来,团队已完成设备设计、样机组装、方法优化。数据库建立、分析模型优化、软件开发等工作正在有序推进。相关技术和设备有望在2022年内在合作企业进行应用测试。

双向奔赴

让更多先进技术落地应用

“佛山制造业给了研发人员广阔的应用的市场,企业家非常支持,愿意实打实投入,积极配合实验室的研究工作。”出生于吉林长春,在新加坡获得博士学位的王晨卉毕业后就来到了佛山,从最初对这座城市“不是非常了解,只是知道佛山是全国制造业的中心”,到如今与企业互动中深刻体会到“有家就有佛山造”的城市实力。季华实验室还与佛山市海天调味食品股份有限公司、华南理工大学等一道共同申报了“广东省调味食品制造业创新中心”和“佛山市调味食品制造业创新中心”,为企业打造研发平台,提升企业创新能力添砖加瓦。

和王晨卉一样,实验室的同事们很多都来自全国各地,“说不上愿景,我们的目标就是希望通过我们的努力,能够为基础民生产业的现代化、数字化和智能化转型作出贡献。让我们的技术真正在企业实现应用。”如今,在美的工厂上班,已经是季华实验室魏晟博士工作的日常,除了自己团队研发的机器人,魏晟对整个车间数智化转型的流程如数家珍。

“对于佛山的数智化转型升级工作,我认为除了要为现有产业实现产业数智化转型升级外,还要尝试演变、孵化、引进新的高端产业,实现更大的增量式发展。”温志庆告诉南都记者,对于科研团队而言,除了希望得到财政上的支持外,更希望得到人才、场地、资本对接、应用推广等全方位的支持。

“政府要引导企业积极尝试新技术、新产品、新材料,并为试错进行一定补偿,科研成果只有在使用过程中不断完善,才能最终落地并取得优良应用成果。”温志庆说道。

专题策划:裘萍 何惠文

统筹:路漫漫

采写:南都记者 刘钰滢 路漫漫 实习生 陈映萍

摄影:南都记者 郑俊彬

You might also like

Leave A Reply

Your email address will not be published.

此站点使用Akismet来减少垃圾评论。了解我们如何处理您的评论数据