“最强大脑”科研院所如何赋能制造业数智化转型？

已经在美的电器厨业的产线上“上班”的AI自编程快速部署机器人。

季华实验室　X　Lab(X实验室)。

AI智能视觉检测相机。

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位于佛山顺德北滘的美的洗涤电器制造车间,就算到了“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,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余公里的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。

研发这个机器人的想法,源于调研发现3C家电行业机器人应用远低于汽车行业、中小企业对工业机器人望而却步等痛点难点后,作为“最强大脑”的实验室决定为企业做点什么。深入调研后,科研团队为工业机器人加上了“眼睛”和“大脑”。

这是佛山深化产学研用结合,推动创新链产业链融合的缩影。

在制造业大市佛山,数智化不仅要应用于高端制造业,民生、轻工业领域以及更多中小微企业同样迫切需要转型。

本期南都记者走进佛山的多个“最强大脑”,看科研院所如何结合本地产业需求,真正赋能并引领制造业数智化转型。

A “出题”

机器人只能完成“硬性”动作?

科研团队赋予它们“眼睛”和“大脑”

要“答好卷”,首先要“出好题”。

研发任务的目标是解决实际问题,需要由企业和市场“出题”。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,3C、家电行业本是大湾区最主要的产业之一,但目前3C家电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。

“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。“这就造成了前期投资大,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。”

随着3C、家电行业的制造范式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”。

供需“两端”存在“两难”问题?

为产业链搭建“朋友圈”

科研机构思考的不仅是如何让机器人更“聪明”,还有搭建产业链平台、“朋友圈”。

作为较早集聚佛山的科研院所之一,位于南海的佛山广工大数控装备协同创新研究院(以下简称“广工大研究院”)从建院之初,就已积极探索制造业数智化转型发展路径,在企业服务、技术研发、产业孵化转化、人才培养等方面为佛山产业数智化转型赋能。

从2015年开始,在市、区科技、工信等部门的指导下,研究院组建专家团队踏遍佛山五区,走访调研200余家本地企业,把脉问诊形成了佛山工业机器人应用需求报告、企业智能工厂改造报告等数十份数字化转型产业分析报告。

当下,广工大研究院手握两个“法宝”:中国(广东)机器人集成创新中心(以下简称“集成创新中心”)在去年4年份由其接手运营管理,以此为契机,全国首家工业机器人集成应用超市(以下简称“集成应用超市”)于今年1月正式上线。从2017年开始布局培育的半导体集成电路、人工智能领域,已经搭建了创新中试平台,形成产业集聚的模式。

集成创新中心已集聚近30家机器人企业,重点针对佛山家电、建材、机械装备等领域机器人应用需求,打造“一核多园”机器人产业生态圈。在其机器人产业生态圈领域,广工大研究院承接了产业监测项目,怎么通过机器人上下游的产业来支撑数智化转型,也在团队走访调研的范围当中。“针对不同企业软件或硬件不足的问题,在数字化转型的过程中,研究院从不同细分领域的行业有组织地去开展服务。”佛山广工大研究院副院长杨淑爱表示,真正实现数字化、智能化,需要有打通数据的一体化平台。

传统产业如何“并跑”高端制造业?

学霸团队与食品制造企业“一拍即合”

在佛山,除了机器人、家电和汽车等领域已开始数智化转型,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。

“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。

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,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合。

B “解题”

堪比“刷脸”技术

酿造食品质量快速检测

“出题”的是产业,答题则是企业与来自各方的“最强大脑”紧密携手。

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

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。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,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)”。“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。”王晨卉说。

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。

与工人共线工作、同步换产

俨然一个高级“机器普工”

在季华实验室B区,另一组团队也忙得马不停蹄。

在美的电器厨业的生产线上,AI自编程快速部署机器人,已实现与工人共线工作、同步换产,俨然一个高级“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；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。

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。

“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”。

自主研发智能视觉检测相机一年为企业省上百万元成本

为了应对各行各业对制造业数智化转型的迫切需求,广工大研究院还专门组建了一支集算法、软件、机械、控制传感系统设计于一体的智能装备研发团队,在图像和机器视觉技术领域进行积极探索。

在研究院6楼的实验室里,研究院技术研发部技术总监王华龙将检测样品整齐有序地放到自动流水线上,智能相机就开始工作,一旦发现不符合标准的产品,监控平台就会发出标记记录。机器视觉检测代替了生产线上的人工检测,助推每条生产线减少6个以上目检人员,单品检测效率提高30%以上,起码可以为企业节省上百万元的成本。

2021年,该项目入选佛山市科协创新新驱动助力工程项目,也成为广工大研究院自主研发成果赋能制造业企业的生动实践。

经过一年左右的研究攻关,去年11月,约100余套成品小批量投产至实际企业生产线上,主要流向PC电路板检测、包装行业零件摆放及尺寸测量等制造环节,在物体识别、尺寸测量等功能上具有稳定性好、测量精度高、不间断运作等特点。

除了自主机器视觉研发成果以外,研究院的“嫁接桥梁”担当更为突显。如何打通数智化转型过程中的平台数据一体化?通过扫一扫打开微信小程序,点击首页的“免费发需求”,这是由佛山高新区联合广工大研究院共同打造的智汇+智能制造技术众包平台,专注于解决生产型企业自动化和智能化升级改造需求,致力于实现智能制造领域供需双方的利益效率最大化。

全国首家工业机器人集成应用超市,则为机器人供需双方提供B2B一站式服务,解决机器人应用“最后一公里”问题。在集成应用超市首页,“一站式机器人应用集成解决方案”在主视觉处滚动,最新的机器人方案、行业需求以及服务中心、资源中心在首行可供浏览,它们面对的是佛山各大制造行业领域,多种类机器人产品可供在此对接。从企业发布需求到创新中心接单,而后出具最优解决方案,进入确认环节的即将上产线的“机器人们”也蓄势待发。

C 融合

佛山制造给了研发团队广阔的应用市场

近日,佛山市产业“六大升级行动”方案印发。提出到2026年,全市规模以上工业企业80％实现数字化智能化转型发展,数字化智能化转型企业累计达到6950家。建设广东省制造业创新中心3家,新增省重点实验室3家。

在这个过程中,不仅创新链和产业链加速融合,人才的聚集和技术研发应用也在双向促进。

在美的工厂上班,已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。

“企业家非常支持,实打实的投入,积极配合实验室研究工作。”王晨卉毕业后就来到佛山,从最初“只是知道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。和王晨卉一样,实验室的同事们很多都来自全国各地,“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。让更多先进技术真正在企业实现应用。”

一方面是佛山制造给了研发人员广阔的应用市场；另一方面研发团队尽己所能,让更多的先进技术落地应用,推动产业转型升级、企业降本增效。

作为湾区人才科创高地,广工大研究院也在人才培养方面给出了一种参考模式:包括与省内外多所高校持续开展研究生联合培养、专业技能人才培养,通过建立一批专业涵盖工业机器人、3D打印等企业技术骨干、项目总监为主的校外导师团队,并提供企业化实践项目,培养具有创新思维和创新实践能力的高层次产业工匠。

温志庆告诉南都记者,对科研团队而言,除了希望得到财政上的支持,更希望得到人才、场地、资本对接、应用推广等全方位的支持,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。