自動化生產線中智能系統(tǒng)的應用

熊壯

摘要：現(xiàn)代制造業(yè)的趨勢是由大規(guī)模定制、小批量、產品類型的高可變性以及自動化生產系統(tǒng)生命周期中不斷變化的產品組合所定義的。這些趨勢意味著更復雜的自動化生產系統(tǒng)，它支持自動化生產系統(tǒng)物理布局的變化，包括大量的技術更新。自動化生產系統(tǒng)的復雜性，包括自動化硬件和自動化軟件（今后稱為軟件）。為此，本文對自動化生產線的智能生產系統(tǒng)進行了研究和分析。

Abstract： The trend of modern manufacturing is defined by mass customization， small batch， high variability of product types and the ever-changing product portfolio in the life cycle of automated production system. These trends mean more complex automated production systems， which support changes in the physical layout of automated production systems， including a large number of technology updates. The complexity of automated production system， including automation hardware and automation software （hereafter referred to as software）. Therefore， this paper studies and analyzes the intelligent production system of automatic production line.

關鍵詞：自動化生產線;智能系統(tǒng);應用分析

Key words： automation production line;intelligent system;application analysis

中圖分類號：TP274? ? ? ? ? ? ? ? ? ?; ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）20-0201-02

1? 自動化生產線概述

自動化生產是指生產設備按照一定的程序和指令自動操作和控制而不需要人工干預的生產過程。自動化生產線是指生產過程中的工藝流程，包括原材料投入、工藝選擇、原材料運輸、設備、成品檢驗和一系列生產加工。自動化生產線具有開放性特點，其各工序接觸非常緊密，任何環(huán)節(jié)都不能出錯，否則，整個自動化生產過程都會受到嚴重影響。自20世紀以來，自動化生產已廣泛應用于各個行業(yè)，大大減少了人們繁重的體力勞動，有效地提高了勞動生產率，降低了企業(yè)生產成本，提高了企業(yè)生產的市場競爭力。隨著自動化生產技術的快速發(fā)展和廣泛應用，機械制造業(yè)有著廣闊的發(fā)展空間。技術進步使工廠現(xiàn)代化，以適應市場的需求和競爭力?？梢哉f，生產過程中的自動化，其目的是促進生產過程，使生產過程得到優(yōu)化，能夠以更低的成本、更高的質量、更短的時間生產產品。

2? 自動化生產線智能化建設

2.1 可視化監(jiān)控系統(tǒng)設計

大多數交通相關應用，如道路交通監(jiān)控或停車場訪問控制的關鍵點之一，是在非受控開放環(huán)境中自動檢測和識別車牌號碼的可能性。本文項目的目標是指定、設計、開發(fā)和測試一個低成本的視覺系統(tǒng)，用于在微受控環(huán)境中識別移動物體上的符號群。這些符號群被認為是由靜態(tài)攝像機前移動的萬能字體可變大小的字符組成的。此外，該系統(tǒng)需要在實時操作的情況下，識別各種可能的非最佳環(huán)境條件（影響照明和角色的可能視點）。

在智能系統(tǒng)中的傳感單元負責獲取所需速率的圖像，并將其傳送給金字塔處理程序，以開始圖像分析任務。使用了一個傳統(tǒng)的高端攝像頭，增加了一個預處理單元，提供了一些“智能”，具有以下特點：首先能夠從主機處理器遠程控制攝像機參數。因此，可以處理采集參數對環(huán)境條件（如光照）的動態(tài)適應能力。能夠執(zhí)行結構簡單，但計算昂貴的信號處理操作，如FIR濾波。同時還能夠作為有限數量視頻領域的中間存儲器。在本文的系統(tǒng)當中傳感單元以每秒50個字段的速度工作，空間分辨率為每行756像素，每個字段288行。實時處理的要求迫使開發(fā)者考慮降低待處理圖像的時間解析度和空間分辨率的可能性。

它作為傳感器幀存儲和視頻輸入流之間的一個軟件接口，另一個分析軟件作為車輛自動化視覺監(jiān)控系統(tǒng)的控制軟件系統(tǒng)能夠使所有輸入圖像數據在不同的分辨率水平，以便于和加快進一步處理。通過對傳感器提供的全分辨率圖像進行欠采樣濾波（以避免混疊），降低了圖像的空間分辨率。傳感器單元處理過濾操作的能力大大降低了對信息處理的要求。

此外，系統(tǒng)當中還包含了圖像處理單元，它由三個鏈式主板組成，每個主板都插入了幾個處理器。第一個模塊構成接口和圖形模塊（IGM），通過數字視頻接口和一個串行通信通道與傳感器進行通信。第二個是圖像處理板（IPB），它運行圖像處理軟件來實時識別車牌號碼。最后，第三個模塊構成了通信與外部設備接口模塊（CEDIM），該模塊負責在外部存儲設備中加載處理結果的同時，通過標準PC與操作人員進行接口。

在圖像處理的軟件系統(tǒng)設計的過程中，系統(tǒng)整體的工作方式如下：首先，檢測場景中的移動物體（汽車）的入侵，定位車牌，并應用模式識別算法提取車牌號限制在車牌區(qū)域。此外，為了提高采集圖像的質量，還周期性地對采集的環(huán)境條件（采光、對比度）進行了局部分析，以便根據需要修改凸輪時間參數。

在軟件系統(tǒng)目標入侵檢測系統(tǒng)的設計過程中，該模塊主要負責檢測進入場景的形狀相似的物體（車輛）。結果是處理鏈中的下一個模塊開始對所選圖像進行操作的觸發(fā)信號。實現(xiàn)了基于標準顯著性檢驗的不同算法的組合。由于這種處理必須應用于傳感器單元每秒提供的25個字段中的每一個字段，為了滿足實時操作，需要高計算效率。采用金字塔處理程序提供的低分辨率圖像（水平和垂直場維數均為二次采樣）和限制算法在預定義的圖像敏感區(qū)域進行操作兩種不同的方法降低了檢測算法的圖像像素數。

在軌跡檢測模塊的軟件設計過程中，一旦一個物體進入觀察到的場景，它就會被跟蹤，以確定哪個圖像可能保存完整的車牌。因此，避免了只用部分板材進行圖像處理。提出了一種基于差分的車輛跟蹤算法，該算法利用車輛攝像機視點和入侵方向的先驗信息。采用與前面模塊相同的策略實現(xiàn)實時操作。本地化是進行了下采樣圖像，而勾畫作業(yè)的子區(qū)域的全分辨率的。這兩個進程都是系統(tǒng)中成本最高的任務。本地化是基于字符特征的存在。汽車車牌被認為是高密度的相當細的暗線或曲線的圖像。線敏感濾波器應用于圖像，局部化處理尋找圖像中的矩形區(qū)域，包含對這個線濾波器的響應最大值，這是通過累積函數計算出來的。車牌的輪廓描繪是基于輪廓分析技術使用先驗形狀和展弦比約束。這些操作，在全分辨率圖像上執(zhí)行，僅限于在本地化步驟中定義的圖像區(qū)域。其結果是一個按比例計算的圖，其中保存了要扣除和處理的車牌字符。

2.2 案例分析

在本文的案例當中，將開發(fā)一條具有精益生產理念的生產線。這條生產線將采用arm高性能A9處理器控制的電子系統(tǒng)，使這個項目成為一個創(chuàng)新設計。ARM處理器將負責圖1所示的所有生產線的控制。這條生產線將包含由處理器控制的機器和設備。這種處理器將涉及新技術，這些新技術來源于新知識的使用。新控制技術的創(chuàng)新涉及新科學概念表現(xiàn)的方法、裝備和/或技能，從而為研究和研究所增加了價值。采用了一種新的生產方式，旨在消除浪費。為了實現(xiàn)這一目標，采用了小批量生產、定量生產、減少庫存、高質量重點等技術。這種新方法被稱為智能自動化生產系統(tǒng)。自動化領域的發(fā)展帶來了工業(yè)需求的滿足以及一系列的優(yōu)勢。為了完善生產過程，工業(yè)自動化在企業(yè)內部開拓了新的領域。因此，提出的解決方案通過一個自動系統(tǒng)，目標是一套軟件，將運行在實時管理的ARM處理器。這些軟件以計算進程的形式運行，并發(fā)通過使用處理器共享時間運行的小進程，這樣的設計方式能夠明顯降低生產成本，生產速度快，故障可能性小，性能更好。

現(xiàn)在已經有一些機器可以進行自動化的焊接修正，在此工藝中生產了700塊印版/小時，印版的數量隨模型的不同而不同。在裝載機的源板的整個生產過程中，可以觀察到引起重復性勞損的因果風險因素，尤其是在手和手指上，被認為是符合人體工程學的不正確，這就是捏力。這種類型的產品處理有一個很大的機會影響操作員，因為活動是執(zhí)行的所有生產周期的時間。公司的目標之一是避免工作疾病和人員流動，這是本工作的后果和主要之一。一旦人們知道為了避免人機工程學問題，提高生產的質量和效率，建立一個精益生產線系統(tǒng)的目的是消除90%的崗位，現(xiàn)在的循環(huán)不那么復雜，只需要4秒時間完成原有的。有必要開發(fā)一個具有創(chuàng)新性特點的系統(tǒng)來改進生產過程，確定在設計所提出的系統(tǒng)時需要遵循的標準。

使用柔性和可重新配置的設備有助于商行更具競爭力的市場。在開始一項新任務之前，這些設備往往需要先準備好。因此，在機器上進行工件調度時，必須將準備時間與加工時間分開考慮。此外，準備時間并不總是確切地知道，因此準備時間應當視為隨機變量。真正的問題是確定生產的任務計劃和最小三個目標：交貨時間，生產成本和生產時間。該系統(tǒng)根據生產需求，與任務調度和不相關的并行機器協(xié)同工作。該方法的目的是為生產系統(tǒng)的操作提供一套滿意的解決方案，并為生產排序決策提供即時的支持。圖4顯示了生產線上使用的設備的描述。敏捷是一個新興的概念，集中在對動蕩和動態(tài)的市場的迅速反應。敏捷性意味著從供應鏈的角度整合所有相關的物流操作。公司期望的效益包括：公司資源的產量增加30%，勞動成本降低60%，公司材料浪費降低20%。

一個自動化系統(tǒng)將執(zhí)行與操作人員相同的技術行動，糾正故障并改進所涉及的程序因素，從而保證更好的生產效率。該項目是在研究了其他工業(yè)過程中已經存在的可能的自動化解決方案之后構想出來的，以便生成一個可行的替代方案。隨著自動化工業(yè)的發(fā)展，傳感器、氣動執(zhí)行器和集成化plc等多種自動化元件正在市場上得到應用，這些元件對于生產過程至關重要。自動化生產工藝的生產周期為18s至5個鋼板3.6個鋼板/s，在最短的生產周期內，每小時可生產1000個鋼板，比手工生產每小時多300個鋼板。自動化流程滿足這一目標是非常重要的，因為在更換操作系統(tǒng)時，系統(tǒng)要克服手工流程的局限性，同時又不能滿足公司的需求，生產率的誤差幅度應該更大。

3? 結束語

綜上所述，在自動化生產車間的智能系統(tǒng)設計的過程中，由于通過軟件實現(xiàn)的系統(tǒng)功能的比例正在增加，因此強烈需要支持自動化工程師處理這種復雜性的概念。軟件以及這個領域的軟件工程需要滿足特定的需求，例如關于實時性和可靠性。使軟件進化成為可能的基本方法，如變異性建模、跟蹤等，目前僅限于軟件領域。對于自動化產品，例如洗衣機和自動化生產系統(tǒng)，例如生產（自動化）產品的系統(tǒng)，這些基本方法需要適應其他學科，并與眾所周知的和公認的特定領域的方法相聯(lián)系，例如機械工程中的設計結構矩陣。

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