自动化生产线中智能系统的应用

熊壮

摘要：现代制造业的趋势是由大规模定制、小批量、产品类型的高可变性以及自动化生产系统生命周期中不断变化的产品组合所定义的。这些趋势意味着更复杂的自动化生产系统，它支持自动化生产系统物理布局的变化，包括大量的技术更新。自动化生产系统的复杂性，包括自动化硬件和自动化软件（今后称为软件）。为此，本文对自动化生产线的智能生产系统进行了研究和分析。

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.

关键词：自动化生产线;智能系统;应用分析

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

中图分类号：TP274                   ;                   文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2020）20-0201-02

1  自动化生产线概述

自动化生产是指生产设备按照一定的程序和指令自动操作和控制而不需要人工干预的生产过程。自动化生产线是指生产过程中的工艺流程，包括原材料投入、工艺选择、原材料运输、设备、成品检验和一系列生产加工。自动化生产线具有开放性特点，其各工序接触非常紧密，任何环节都不能出错，否则，整个自动化生产过程都会受到严重影响。自20世纪以来，自动化生产已广泛应用于各个行业，大大减少了人们繁重的體力劳动，有效地提高了劳动生产率，降低了企业生产成本，提高了企业生产的市场竞争力。随着自动化生产技术的快速发展和广泛应用，机械制造业有着广阔的发展空间。技术进步使工厂现代化，以适应市场的需求和竞争力。可以说，生产过程中的自动化，其目的是促进生产过程，使生产过程得到优化，能够以更低的成本、更高的质量、更短的时间生产产品。

2  自动化生产线智能化建设

2.1 可视化监控系统设计

大多数交通相关应用，如道路交通监控或停车场访问控制的关键点之一，是在非受控开放环境中自动检测和识别车牌号码的可能性。本文项目的目标是指定、设计、开发和测试一个低成本的视觉系统，用于在微受控环境中识别移动物体上的符号群。这些符号群被认为是由静态摄像机前移动的万能字体可变大小的字符组成的。此外，该系统需要在实时操作的情况下，识别各种可能的非最佳环境条件（影响照明和角色的可能视点）。

在智能系统中的传感单元负责获取所需速率的图像，并将其传送给金字塔处理程序，以开始图像分析任务。使用了一个传统的高端摄像头，增加了一个预处理单元，提供了一些“智能”，具有以下特点：首先能够从主机处理器远程控制摄像机参数。因此，可以处理采集参数对环境条件（如光照）的动态适应能力。能够执行结构简单，但计算昂贵的信号处理操作，如FIR滤波。同时还能够作为有限数量视频领域的中间存储器。在本文的系统当中传感单元以每秒50个字段的速度工作，空间分辨率为每行756像素，每个字段288行。实时处理的要求迫使开发者考虑降低待处理图像的时间解析度和空间分辨率的可能性。

它作为传感器帧存储和视频输入流之间的一个软件接口，另一个分析软件作为车辆自动化视觉监控系统的控制软件系统能够使所有输入图像数据在不同的分辨率水平，以便于和加快进一步处理。通过对传感器提供的全分辨率图像进行欠采样滤波（以避免混叠），降低了图像的空间分辨率。传感器单元处理过滤操作的能力大大降低了对信息处理的要求。

此外，系统当中还包含了图像处理单元，它由三个链式主板组成，每个主板都插入了几个处理器。第一个模块构成接口和图形模块（IGM），通过数字视频接口和一个串行通信通道与传感器进行通信。第二个是图像处理板（IPB），它运行图像处理软件来实时识别车牌号码。最后，第三个模块构成了通信与外部设备接口模块（CEDIM），该模块负责在外部存储设备中加载处理结果的同时，通过标准PC与操作人员进行接口。

在图像处理的软件系统设计的过程中，系统整体的工作方式如下：首先，检测场景中的移动物体（汽车）的入侵，定位车牌，并应用模式识别算法提取车牌号限制在车牌区域。此外，为了提高采集图像的质量，还周期性地对采集的环境条件（采光、对比度）进行了局部分析，以便根据需要修改凸轮时间参数。

在软件系统目标入侵检测系统的设计过程中，该模块主要负责检测进入场景的形状相似的物体（车辆）。结果是处理链中的下一个模块开始对所选图像进行操作的触发信号。实现了基于标准显著性检验的不同算法的组合。由于这种处理必须应用于传感器单元每秒提供的25个字段中的每一个字段，为了满足实时操作，需要高计算效率。采用金字塔处理程序提供的低分辨率图像（水平和垂直场维数均为二次采样）和限制算法在预定义的图像敏感区域进行操作两种不同的方法降低了检测算法的图像像素数。

在轨迹检测模块的软件设计过程中，一旦一个物体进入观察到的场景，它就会被跟踪，以确定哪个图像可能保存完整的车牌。因此，避免了只用部分板材进行图像处理。提出了一种基于差分的车辆跟踪算法，该算法利用车辆摄像机视点和入侵方向的先验信息。采用与前面模块相同的策略实现实时操作。本地化是进行了下采样图像，而勾画作业的子区域的全分辨率的。这两个进程都是系统中成本最高的任务。本地化是基于字符特征的存在。汽车车牌被认为是高密度的相当细的暗线或曲线的图像。线敏感滤波器应用于图像，局部化处理寻找图像中的矩形区域，包含对这个线滤波器的响应最大值，这是通过累积函数计算出来的。车牌的轮廓描绘是基于轮廓分析技术使用先验形状和展弦比约束。这些操作，在全分辨率图像上执行，仅限于在本地化步骤中定义的图像区域。其结果是一个按比例计算的图，其中保存了要扣除和处理的车牌字符。

2.2 案例分析

在本文的案例当中，将开发一条具有精益生产理念的生产线。这条生产线将采用arm高性能A9处理器控制的电子系统，使这个项目成为一个创新设计。ARM处理器将负责图1所示的所有生产线的控制。这条生产线将包含由处理器控制的机器和设备。这种处理器将涉及新技术，这些新技术来源于新知识的使用。新控制技术的创新涉及新科学概念表现的方法、装备和/或技能，从而为研究和研究所增加了价值。采用了一种新的生产方式，旨在消除浪费。为了实现这一目标，采用了小批量生产、定量生产、减少库存、高质量重点等技术。这种新方法被称为智能自动化生产系统。自动化领域的发展带来了工业需求的满足以及一系列的优势。为了完善生产过程，工业自动化在企业内部开拓了新的领域。因此，提出的解决方案通过一个自动系统，目标是一套软件，将运行在实时管理的ARM处理器。这些软件以计算进程的形式运行，并发通过使用处理器共享时间运行的小进程，这样的设计方式能够明显降低生产成本，生产速度快，故障可能性小，性能更好。

现在已经有一些机器可以进行自动化的焊接修正，在此工艺中生产了700块印版/小时，印版的数量随模型的不同而不同。在装载机的源板的整个生产过程中，可以观察到引起重复性劳损的因果风险因素，尤其是在手和手指上，被认为是符合人体工程学的不正确，这就是捏力。这种类型的产品处理有一个很大的机会影响操作员，因为活动是执行的所有生产周期的时间。公司的目标之一是避免工作疾病和人员流动，这是本工作的后果和主要之一。一旦人们知道为了避免人机工程学问题，提高生产的质量和效率，建立一个精益生产线系统的目的是消除90%的岗位，现在的循环不那么复杂，只需要4秒时间完成原有的。有必要开发一个具有创新性特点的系统来改进生产过程，确定在设计所提出的系统时需要遵循的标准。

使用柔性和可重新配置的設备有助于商行更具竞争力的市场。在开始一项新任务之前，这些设备往往需要先准备好。因此，在机器上进行工件调度时，必须将准备时间与加工时间分开考虑。此外，准备时间并不总是确切地知道，因此准备时间应当视为随机变量。真正的问题是确定生产的任务计划和最小三个目标：交货时间，生产成本和生产时间。该系统根据生产需求，与任务调度和不相关的并行机器协同工作。该方法的目的是为生产系统的操作提供一套满意的解决方案，并为生产排序决策提供即时的支持。图4显示了生产线上使用的设备的描述。敏捷是一个新兴的概念，集中在对动荡和动态的市场的迅速反应。敏捷性意味着从供应链的角度整合所有相关的物流操作。公司期望的效益包括：公司资源的产量增加30%，劳动成本降低60%，公司材料浪费降低20%。

一个自动化系统将执行与操作人员相同的技术行动，纠正故障并改进所涉及的程序因素，从而保证更好的生产效率。该项目是在研究了其他工业过程中已经存在的可能的自动化解决方案之后构想出来的，以便生成一个可行的替代方案。随着自动化工业的发展，传感器、气动执行器和集成化plc等多种自动化元件正在市场上得到应用，这些元件对于生产过程至关重要。自动化生产工艺的生产周期为18s至5个钢板3.6个钢板/s，在最短的生产周期内，每小时可生产1000个钢板，比手工生产每小时多300个钢板。自动化流程满足这一目标是非常重要的，因为在更换操作系统时，系统要克服手工流程的局限性，同时又不能满足公司的需求，生产率的误差幅度应该更大。

3  结束语

综上所述，在自动化生产车间的智能系统设计的过程中，由于通过软件实现的系统功能的比例正在增加，因此强烈需要支持自动化工程师处理这种复杂性的概念。软件以及这个领域的软件工程需要满足特定的需求，例如关于实时性和可靠性。使软件进化成为可能的基本方法，如变异性建模、跟踪等，目前仅限于软件领域。对于自动化产品，例如洗衣机和自动化生产系统，例如生产（自动化）产品的系统，这些基本方法需要适应其他学科，并与众所周知的和公认的特定领域的方法相联系，例如机械工程中的设计结构矩阵。

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