熊壯

摘要：現(xiàn)代制造業(yè)的趨勢(shì)是由大規(guī)模定制、小批量、產(chǎn)品類型的高可變性以及自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)生命周期中不斷變化的產(chǎn)品組合所定義的。這些趨勢(shì)意味著更復(fù)雜的自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)，它支持自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)物理布局的變化，包括大量的技術(shù)更新。自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)的復(fù)雜性，包括自動(dòng)化硬件和自動(dòng)化軟件（今后稱為軟件）。為此，本文對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線的智能生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)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(guān)鍵詞：自動(dòng)化生產(chǎn)線;智能系統(tǒng);應(yīng)用分析

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

中圖分類號(hào)：TP274? ? ? ? ? ? ? ? ? ?; ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）20-0201-02

1? 自動(dòng)化生產(chǎn)線概述

自動(dòng)化生產(chǎn)是指生產(chǎn)設(shè)備按照一定的程序和指令自動(dòng)操作和控制而不需要人工干預(yù)的生產(chǎn)過程。自動(dòng)化生產(chǎn)線是指生產(chǎn)過程中的工藝流程，包括原材料投入、工藝選擇、原材料運(yùn)輸、設(shè)備、成品檢驗(yàn)和一系列生產(chǎn)加工。自動(dòng)化生產(chǎn)線具有開放性特點(diǎn)，其各工序接觸非常緊密，任何環(huán)節(jié)都不能出錯(cuò)，否則，整個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程都會(huì)受到嚴(yán)重影響。自20世紀(jì)以來，自動(dòng)化生產(chǎn)已廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，大大減少了人們繁重的體力勞動(dòng)，有效地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，提高了企業(yè)生產(chǎn)的市場競爭力。隨著自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，機(jī)械制造業(yè)有著廣闊的發(fā)展空間。技術(shù)進(jìn)步使工廠現(xiàn)代化，以適應(yīng)市場的需求和競爭力?？梢哉f，生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化，其目的是促進(jìn)生產(chǎn)過程，使生產(chǎn)過程得到優(yōu)化，能夠以更低的成本、更高的質(zhì)量、更短的時(shí)間生產(chǎn)產(chǎn)品。

2? 自動(dòng)化生產(chǎn)線智能化建設(shè)

2.1 可視化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

大多數(shù)交通相關(guān)應(yīng)用，如道路交通監(jiān)控或停車場訪問控制的關(guān)鍵點(diǎn)之一，是在非受控開放環(huán)境中自動(dòng)檢測(cè)和識(shí)別車牌號(hào)碼的可能性。本文項(xiàng)目的目標(biāo)是指定、設(shè)計(jì)、開發(fā)和測(cè)試一個(gè)低成本的視覺系統(tǒng)，用于在微受控環(huán)境中識(shí)別移動(dòng)物體上的符號(hào)群。這些符號(hào)群被認(rèn)為是由靜態(tài)攝像機(jī)前移動(dòng)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(shí)時(shí)操作的情況下，識(shí)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(diǎn)）。

在智能系統(tǒng)中的傳感單元負(fù)責(zé)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(wù)。使用了一個(gè)傳統(tǒng)的高端攝像頭，增加了一個(gè)預(yù)處理單元，提供了一些“智能”，具有以下特點(diǎn)：首先能夠從主機(jī)處理器遠(yuǎn)程控制攝像機(jī)參數(shù)。因此，可以處理采集參數(shù)對(duì)環(huán)境條件（如光照）的動(dòng)態(tài)適應(yīng)能力。能夠執(zhí)行結(jié)構(gòu)簡單，但計(jì)算昂貴的信號(hào)處理操作，如FIR濾波。同時(shí)還能夠作為有限數(shù)量視頻領(lǐng)域的中間存儲(chǔ)器。在本文的系統(tǒng)當(dāng)中傳感單元以每秒50個(gè)字段的速度工作，空間分辨率為每行756像素，每個(gè)字段288行。實(shí)時(shí)處理的要求迫使開發(fā)者考慮降低待處理圖像的時(shí)間解析度和空間分辨率的可能性。

它作為傳感器幀存儲(chǔ)和視頻輸入流之間的一個(gè)軟件接口，另一個(gè)分析軟件作為車輛自動(dòng)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(shù)據(jù)在不同的分辨率水平，以便于和加快進(jìn)一步處理。通過對(duì)傳感器提供的全分辨率圖像進(jìn)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(duì)信息處理的要求。

此外，系統(tǒng)當(dāng)中還包含了圖像處理單元，它由三個(gè)鏈?zhǔn)街靼褰M成，每個(gè)主板都插入了幾個(gè)處理器。第一個(gè)模塊構(gòu)成接口和圖形模塊（IGM），通過數(shù)字視頻接口和一個(gè)串行通信通道與傳感器進(jìn)行通信。第二個(gè)是圖像處理板（IPB），它運(yùn)行圖像處理軟件來實(shí)時(shí)識(shí)別車牌號(hào)碼。最后，第三個(gè)模塊構(gòu)成了通信與外部設(shè)備接口模塊（CEDIM），該模塊負(fù)責(zé)在外部存儲(chǔ)設(shè)備中加載處理結(jié)果的同時(shí)，通過標(biāo)準(zhǔn)PC與操作人員進(jìn)行接口。

在圖像處理的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，系統(tǒng)整體的工作方式如下：首先，檢測(cè)場景中的移動(dòng)物體（汽車）的入侵，定位車牌，并應(yīng)用模式識(shí)別算法提取車牌號(hào)限制在車牌區(qū)域。此外，為了提高采集圖像的質(zhì)量，還周期性地對(duì)采集的環(huán)境條件（采光、對(duì)比度）進(jìn)行了局部分析，以便根據(jù)需要修改凸輪時(shí)間參數(shù)。

在軟件系統(tǒng)目標(biāo)入侵檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，該模塊主要負(fù)責(zé)檢測(cè)進(jìn)入場景的形狀相似的物體（車輛）。結(jié)果是處理鏈中的下一個(gè)模塊開始對(duì)所選圖像進(jìn)行操作的觸發(fā)信號(hào)。實(shí)現(xiàn)了基于標(biāo)準(zhǔn)顯著性檢驗(yàn)的不同算法的組合。由于這種處理必須應(yīng)用于傳感器單元每秒提供的25個(gè)字段中的每一個(gè)字段，為了滿足實(shí)時(shí)操作，需要高計(jì)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(shù)均為二次采樣）和限制算法在預(yù)定義的圖像敏感區(qū)域進(jìn)行操作兩種不同的方法降低了檢測(cè)算法的圖像像素?cái)?shù)。

在軌跡檢測(cè)模塊的軟件設(shè)計(jì)過程中，一旦一個(gè)物體進(jìn)入觀察到的場景，它就會(huì)被跟蹤，以確定哪個(gè)圖像可能保存完整的車牌。因此，避免了只用部分板材進(jìn)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(jī)視點(diǎn)和入侵方向的先驗(yàn)信息。采用與前面模塊相同的策略實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)操作。本地化是進(jìn)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(gè)進(jìn)程都是系統(tǒng)中成本最高的任務(wù)。本地化是基于字符特征的存在。汽車車牌被認(rèn)為是高密度的相當(dāng)細(xì)的暗線或曲線的圖像。線敏感濾波器應(yīng)用于圖像，局部化處理尋找圖像中的矩形區(qū)域，包含對(duì)這個(gè)線濾波器的響應(yīng)最大值，這是通過累積函數(shù)計(jì)算出來的。車牌的輪廓描繪是基于輪廓分析技術(shù)使用先驗(yàn)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(jié)果是一個(gè)按比例計(jì)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(dāng)中，將開發(fā)一條具有精益生產(chǎn)理念的生產(chǎn)線。這條生產(chǎn)線將采用arm高性能A9處理器控制的電子系統(tǒng)，使這個(gè)項(xiàng)目成為一個(gè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)。ARM處理器將負(fù)責(zé)圖1所示的所有生產(chǎn)線的控制。這條生產(chǎn)線將包含由處理器控制的機(jī)器和設(shè)備。這種處理器將涉及新技術(shù)，這些新技術(shù)來源于新知識(shí)的使用。新控制技術(shù)的創(chuàng)新涉及新科學(xué)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(jià)值。采用了一種新的生產(chǎn)方式，旨在消除浪費(fèi)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，采用了小批量生產(chǎn)、定量生產(chǎn)、減少庫存、高質(zhì)量重點(diǎn)等技術(shù)。這種新方法被稱為智能自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)。自動(dòng)化領(lǐng)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(shì)。為了完善生產(chǎn)過程，工業(yè)自動(dòng)化在企業(yè)內(nèi)部開拓了新的領(lǐng)域。因此，提出的解決方案通過一個(gè)自動(dòng)系統(tǒng)，目標(biāo)是一套軟件，將運(yùn)行在實(shí)時(shí)管理的ARM處理器。這些軟件以計(jì)算進(jìn)程的形式運(yùn)行，并發(fā)通過使用處理器共享時(shí)間運(yùn)行的小進(jìn)程，這樣的設(shè)計(jì)方式能夠明顯降低生產(chǎn)成本，生產(chǎn)速度快，故障可能性小，性能更好。

現(xiàn)在已經(jīng)有一些機(jī)器可以進(jìn)行自動(dòng)化的焊接修正，在此工藝中生產(chǎn)了700塊印版/小時(shí)，印版的數(shù)量隨模型的不同而不同。在裝載機(jī)的源板的整個(gè)生產(chǎn)過程中，可以觀察到引起重復(fù)性勞損的因果風(fēng)險(xiǎn)因素，尤其是在手和手指上，被認(rèn)為是符合人體工程學(xué)的不正確，這就是捏力。這種類型的產(chǎn)品處理有一個(gè)很大的機(jī)會(huì)影響操作員，因?yàn)榛顒?dòng)是執(zhí)行的所有生產(chǎn)周期的時(shí)間。公司的目標(biāo)之一是避免工作疾病和人員流動(dòng)，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(jī)工程學(xué)問題，提高生產(chǎn)的質(zhì)量和效率，建立一個(gè)精益生產(chǎn)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(fù)雜，只需要4秒時(shí)間完成原有的。有必要開發(fā)一個(gè)具有創(chuàng)新性特點(diǎn)的系統(tǒng)來改進(jìn)生產(chǎn)過程，確定在設(shè)計(jì)所提出的系統(tǒng)時(shí)需要遵循的標(biāo)準(zhǔn)。

使用柔性和可重新配置的設(shè)備有助于商行更具競爭力的市場。在開始一項(xiàng)新任務(wù)之前，這些設(shè)備往往需要先準(zhǔn)備好。因此，在機(jī)器上進(jìn)行工件調(diào)度時(shí)，必須將準(zhǔn)備時(shí)間與加工時(shí)間分開考慮。此外，準(zhǔn)備時(shí)間并不總是確切地知道，因此準(zhǔn)備時(shí)間應(yīng)當(dāng)視為隨機(jī)變量。真正的問題是確定生產(chǎn)的任務(wù)計(jì)劃和最小三個(gè)目標(biāo)：交貨時(shí)間，生產(chǎn)成本和生產(chǎn)時(shí)間。該系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)需求，與任務(wù)調(diào)度和不相關(guān)的并行機(jī)器協(xié)同工作。該方法的目的是為生產(chǎn)系統(tǒng)的操作提供一套滿意的解決方案，并為生產(chǎn)排序決策提供即時(shí)的支持。圖4顯示了生產(chǎn)線上使用的設(shè)備的描述。敏捷是一個(gè)新興的概念，集中在對(duì)動(dòng)蕩和動(dòng)態(tài)的市場的迅速反應(yīng)。敏捷性意味著從供應(yīng)鏈的角度整合所有相關(guān)的物流操作。公司期望的效益包括：公司資源的產(chǎn)量增加30%，勞動(dòng)成本降低60%，公司材料浪費(fèi)降低20%。

一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)將執(zhí)行與操作人員相同的技術(shù)行動(dòng)，糾正故障并改進(jìn)所涉及的程序因素，從而保證更好的生產(chǎn)效率。該項(xiàng)目是在研究了其他工業(yè)過程中已經(jīng)存在的可能的自動(dòng)化解決方案之后構(gòu)想出來的，以便生成一個(gè)可行的替代方案。隨著自動(dòng)化工業(yè)的發(fā)展，傳感器、氣動(dòng)執(zhí)行器和集成化plc等多種自動(dòng)化元件正在市場上得到應(yīng)用，這些元件對(duì)于生產(chǎn)過程至關(guān)重要。自動(dòng)化生產(chǎn)工藝的生產(chǎn)周期為18s至5個(gè)鋼板3.6個(gè)鋼板/s，在最短的生產(chǎn)周期內(nèi)，每小時(shí)可生產(chǎn)1000個(gè)鋼板，比手工生產(chǎn)每小時(shí)多300個(gè)鋼板。自動(dòng)化流程滿足這一目標(biāo)是非常重要的，因?yàn)樵诟鼡Q操作系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)要克服手工流程的局限性，同時(shí)又不能滿足公司的需求，生產(chǎn)率的誤差幅度應(yīng)該更大。

3? 結(jié)束語

綜上所述，在自動(dòng)化生產(chǎn)車間的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，由于通過軟件實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能的比例正在增加，因此強(qiáng)烈需要支持自動(dòng)化工程師處理這種復(fù)雜性的概念。軟件以及這個(gè)領(lǐng)域的軟件工程需要滿足特定的需求，例如關(guān)于實(shí)時(shí)性和可靠性。使軟件進(jìn)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(lǐng)域。對(duì)于自動(dòng)化產(chǎn)品，例如洗衣機(jī)和自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)，例如生產(chǎn)（自動(dòng)化）產(chǎn)品的系統(tǒng)，這些基本方法需要適應(yīng)其他學(xué)科，并與眾所周知的和公認(rèn)的特定領(lǐng)域的方法相聯(lián)系，例如機(jī)械工程中的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣。

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