高端產(chǎn)業(yè)、民生領(lǐng)域多面手，季華實(shí)驗(yàn)室豐“智造佛山”羽翼

位于佛山順德北滘的美的洗滌電器制造車間里，就算是到了“飯點(diǎn)”，生產(chǎn)線上的機(jī)器人依舊忙碌，在流水線上“抓”過(guò)來(lái)一個(gè)個(gè)電路板，完成系列測(cè)試，然后再“抓”回流水線上等待下一個(gè)流程。

這個(gè)“行業(yè)首創(chuàng)”，是與工廠相隔僅20余公里季華實(shí)驗(yàn)室智能機(jī)器人工程研究中心自主研發(fā)的AI自編程快速部署機(jī)器人。

作為廣東省委、省政府啟動(dòng)的首批4家廣東省實(shí)驗(yàn)室之一，季華實(shí)驗(yàn)室科研隊(duì)伍扎根佛山，著力探索在新型舉國(guó)體制下關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)的佛山模式、廣東路徑。而制造業(yè)大市佛山，面臨著制造生產(chǎn)數(shù)字化、智慧化加速轉(zhuǎn)型并邁入中高端層次的迫切需要。其中，不僅僅是高端制造業(yè)，民生、輕工業(yè)領(lǐng)域以及更多中小微企業(yè)同樣需要轉(zhuǎn)型。

“積極參與佛山市‘科創(chuàng)中國(guó)’試點(diǎn)，推動(dòng)傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)智能化數(shù)字化轉(zhuǎn)型?！边@是季華實(shí)驗(yàn)室 X Lab（X實(shí)驗(yàn)室）的其中一項(xiàng)未來(lái)計(jì)劃。季華實(shí)驗(yàn)室的先進(jìn)技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目，正與制造業(yè)生產(chǎn)的數(shù)智化轉(zhuǎn)型“雙向奔赴”，以佛山本地產(chǎn)業(yè)需求為出發(fā)點(diǎn)，為企業(yè)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)問(wèn)題，并力求通過(guò)自主研發(fā)攻關(guān)，切實(shí)解決它們的發(fā)展瓶頸。

機(jī)器人只能完成“硬性”動(dòng)作？

科研團(tuán)隊(duì)賦予“眼睛”和“大腦”

季華實(shí)驗(yàn)室智能機(jī)器人工程研究中心常務(wù)副主任溫志慶和同事們，在一系列實(shí)地調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，很多中小企業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人望而卻步，3C、家電行業(yè)應(yīng)用遠(yuǎn)低于汽車行業(yè)。

這些都是產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中，給出的現(xiàn)實(shí)“問(wèn)題”。

3C、家電行業(yè)本是大灣區(qū)最主要的產(chǎn)業(yè)之一，但來(lái)自季華實(shí)驗(yàn)室的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，目前該行業(yè)機(jī)器人密度僅為40臺(tái)/萬(wàn)人，而汽車行業(yè)機(jī)器人密度達(dá)到750臺(tái)/萬(wàn)人。在3C、家電行業(yè)現(xiàn)有工人中，約有30%是流水線上無(wú)專業(yè)技能的低端普工。

上一個(gè)版本的“機(jī)器換人”，以及“在流水線重復(fù)著同樣的動(dòng)作”的智能化已經(jīng)不能滿足未來(lái)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的需求和趨勢(shì)。機(jī)械臂、機(jī)械手或能一定程度上解決生產(chǎn)當(dāng)中更為“硬性”的動(dòng)作，然而卻達(dá)不到靈活需求。

溫志慶告訴南都記者，一般的工業(yè)機(jī)器人在使用過(guò)程中，需要專業(yè)工程師做大量的標(biāo)定、示教、編程等前期準(zhǔn)備工作，還要配合定制的專用夾爪和輔助定位機(jī)構(gòu)才能上線工作，并且在每次產(chǎn)品換型時(shí)，都需要重新修改程序、夾爪、定位機(jī)構(gòu)等才能再次使用。

“這就造成了除前期投資大外，機(jī)器人應(yīng)用的使用成本高及缺少配套專業(yè)技術(shù)人員等問(wèn)題，然而這也正是大多數(shù)中小企業(yè)對(duì)應(yīng)用機(jī)器人望而卻步的一個(gè)主要原因。”溫志慶直點(diǎn)出當(dāng)下中小企業(yè)“不敢用”機(jī)器人開展數(shù)智化轉(zhuǎn)型的痛點(diǎn)所在。

隨著3C、家電行業(yè)的制造范式正逐漸從大規(guī)模生產(chǎn)轉(zhuǎn)向規(guī)?；ㄖ疲嗥贩N、小批量柔性生產(chǎn)的需求，慢慢地給3C、家電行業(yè)工業(yè)機(jī)器人大規(guī)模使用造成了困難。這讓智能機(jī)器人工程研究中心意識(shí)到，機(jī)器人的快速部署和快速換產(chǎn)變得越來(lái)越重要。

AI自編程快速部署機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。瞄準(zhǔn)這個(gè)需求，AI自編程機(jī)器人革新了工業(yè)機(jī)器人的使用方法，基于國(guó)際先進(jìn)水平“元學(xué)習(xí)”算法，通過(guò)語(yǔ)言、動(dòng)作、手勢(shì)、圖像等多維度多模態(tài)智能感知與人機(jī)共融技術(shù)，讓機(jī)器人具有一個(gè)“聰明的大腦”和“明亮的眼睛”。

季華實(shí)驗(yàn)室智能機(jī)器人工程研究中心

溫志慶介紹，團(tuán)隊(duì)的研發(fā)人員包括多名畢業(yè)于中國(guó)和歐美一流高校的AI研發(fā)人員，有著很強(qiáng)的知識(shí)背景和豐富的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)，在結(jié)合最新的AI前沿研究成果的基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)“元學(xué)習(xí)”算法深入研究、開發(fā)與訓(xùn)練測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了物品種類識(shí)別、位姿識(shí)別，人手示范動(dòng)作模仿等“元知識(shí)”，為工業(yè)場(chǎng)景下機(jī)器人快速應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

與工人共線工作、同步換產(chǎn)

儼然一個(gè)高級(jí)“機(jī)器普工”

在美的電器廚業(yè)的產(chǎn)線上，AI自編程快速部署機(jī)器人，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了與工人共線工作、同步換產(chǎn)，儼然一個(gè)機(jī)器普工……當(dāng)下，溫志慶領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)已同美的集團(tuán)簽訂正式商業(yè)采購(gòu)合同，自編程機(jī)器人已在家電產(chǎn)業(yè)PCB柔性檢測(cè)產(chǎn)線應(yīng)用，并納入了美的電器廚業(yè)事業(yè)部2022年智能車間改造重點(diǎn)項(xiàng)目。

除了已經(jīng)應(yīng)用的機(jī)器人，南都記者看到，在溫志慶的實(shí)驗(yàn)室還有一群正在測(cè)試中的針對(duì)不同工序的機(jī)器人，將實(shí)現(xiàn)“成熟一個(gè)工藝，推廣一個(gè)工藝替代”。

結(jié)合機(jī)器視覺和人工智能，對(duì)散亂的元器件準(zhǔn)確抓取和安裝；對(duì)不同類型的電路板識(shí)別定位；一個(gè)機(jī)器人工作站對(duì)應(yīng)多個(gè)檢測(cè)臺(tái)作業(yè)；定制的可兼容多電路板的夾爪實(shí)現(xiàn)多種電路板的自動(dòng)抓取與放置；可以24小時(shí)在線運(yùn)行不停歇……自編程機(jī)器人使生產(chǎn)制造向數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)變得更加簡(jiǎn)單、快速和靈活。

回想起當(dāng)初與美的集團(tuán)的“戰(zhàn)略會(huì)師”，溫志慶用了“即刻”這個(gè)詞來(lái)形容?！坝捎诩译娦袠I(yè)的用工荒問(wèn)題在逐年上升，美的在通過(guò)智能化改造，減少用工等方向上一直都十分重視。因此，在了解到我們的自編程機(jī)器人這一新產(chǎn)品時(shí)，即刻表示出了強(qiáng)烈的興趣，并為我們的產(chǎn)品完善提供了大量的建議和幫助?！毕鄳?yīng)地，團(tuán)隊(duì)也針對(duì)美的的需求開發(fā)了專用的柔性?shī)A爪，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有同類產(chǎn)品的全適應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)從軟件到硬件的柔性化。

自編程機(jī)器人的“上線工作”，讓工業(yè)機(jī)器人的上線部署周期從3至7天縮減到1個(gè)小時(shí)以內(nèi)。從多達(dá)一周縮減至1個(gè)小時(shí)以內(nèi)，大幅度減少的時(shí)間成本意味著什么？效率的提升和機(jī)器人使用成本的降低?！白詣?dòng)化設(shè)備的換產(chǎn)用時(shí)能做到與人工產(chǎn)線換產(chǎn)類似，同時(shí)避免了工人動(dòng)作的不穩(wěn)定性、效率波動(dòng)、人員流動(dòng)等問(wèn)題，能真正實(shí)現(xiàn)敏捷制造、混線生產(chǎn)、可重構(gòu)柔性生產(chǎn)?！睖刂緫c表示，在實(shí)現(xiàn)不改變現(xiàn)有人工流水線布局的前提下，機(jī)器人可以說(shuō)是即插即用，機(jī)臺(tái)靈活可以隨意推動(dòng)，無(wú)縫銜接現(xiàn)有工藝流程。

而通過(guò)對(duì)某個(gè)工藝的不斷復(fù)制應(yīng)用，每臺(tái)自編程機(jī)器人都會(huì)日漸變成這個(gè)工藝的“熟手技工”。同時(shí)，自編程機(jī)器人還可以結(jié)合AR/VR、AIoT、5G、數(shù)字雙胞胎等技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程運(yùn)維，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，最終實(shí)現(xiàn)“機(jī)器人即服務(wù)”（Robot-As-A-Service，RAAS）。RAAS可快速靈活地為用戶在合適的時(shí)間和地點(diǎn)，按需提供機(jī)器人，降低了機(jī)器人的使用門檻和用戶的前期資金投入。

傳統(tǒng)民生產(chǎn)業(yè)如何“并跑”高端制造業(yè)？

學(xué)霸團(tuán)隊(duì)與食品制造企業(yè)“一拍即合”

正所謂，沒有落后的產(chǎn)業(yè)，只有落后的技術(shù)和發(fā)展模式。

在佛山，除了機(jī)器人、家電和汽車等領(lǐng)域已經(jīng)開始數(shù)智化轉(zhuǎn)型，同樣食品、飲料、調(diào)味品等與民生息息相關(guān)的產(chǎn)業(yè)也緊密與創(chuàng)新鏈加速融合。

“包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能和數(shù)據(jù)挖掘等檢測(cè)技術(shù)已有很多，但大都應(yīng)用于高端制造業(yè)領(lǐng)域，如顯示設(shè)備、汽車、新能源等。跟我們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的發(fā)酵食品領(lǐng)域，如醋、醬油、白酒等食品產(chǎn)業(yè)，盡管已經(jīng)應(yīng)用到機(jī)械化和自動(dòng)化，但相對(duì)高端制造業(yè)來(lái)說(shuō)整體生產(chǎn)工藝和檢測(cè)技術(shù)還比較傳統(tǒng)?！痹诩救A實(shí)驗(yàn)室A區(qū)，X Lab（X實(shí)驗(yàn)室）核心成員王晨卉博士的研究領(lǐng)域正是食品科技，王晨卉加入到這個(gè)團(tuán)隊(duì)大家庭的原因之一，就是希望將實(shí)驗(yàn)室里的先進(jìn)技術(shù)，應(yīng)用并推動(dòng)傳統(tǒng)食品產(chǎn)業(yè)以及更大范圍的輕工產(chǎn)業(yè)數(shù)智化轉(zhuǎn)型升級(jí)。

這個(gè)項(xiàng)目，也是基于產(chǎn)業(yè)需求和技術(shù)落地應(yīng)用雙向互動(dòng)的“一拍即合”。

“我們有技術(shù)，希望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，生產(chǎn)企業(yè)有需求，這是互相促進(jìn)和推進(jìn)的項(xiàng)目。”王晨卉說(shuō)。

王晨卉所在的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人是季華實(shí)驗(yàn)室特聘研究員畢海，在多次實(shí)地考察和一系列的深入交流后，團(tuán)隊(duì)聯(lián)合海天味業(yè)、九江酒廠等本地龍頭企業(yè)，基于佛山市國(guó)創(chuàng)生物發(fā)酵食品技術(shù)創(chuàng)新中心，針對(duì)釀造食品傳統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程的產(chǎn)業(yè)升級(jí)瓶頸，在人工智能輔助光譜分析方法與設(shè)備、傳統(tǒng)食品生產(chǎn)全自動(dòng)裝備等領(lǐng)域開展深入系統(tǒng)的研發(fā)工作。以傳統(tǒng)食品生產(chǎn)工藝為起點(diǎn)，探索人工智能、光學(xué)檢測(cè)、與自動(dòng)化領(lǐng)域的發(fā)展邊界。

這個(gè)過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)既達(dá)到無(wú)預(yù)處理、無(wú)損、無(wú)接觸、快速、簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)的檢測(cè)技術(shù)狀態(tài)，還要“接地氣”真正實(shí)現(xiàn)與產(chǎn)業(yè)實(shí)際相結(jié)?！耙M可能降低設(shè)備的成本，也要最大程度地簡(jiǎn)化使用流程”。王晨卉說(shuō)。

季華實(shí)驗(yàn)室 X Lab（X實(shí)驗(yàn)室）正在進(jìn)行樣品檢測(cè)

堪比“刷臉”技術(shù)

釀造食品質(zhì)量快速檢測(cè)

要實(shí)現(xiàn)既能應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，設(shè)備還要“接地氣”符合企業(yè)實(shí)際應(yīng)用并不是件簡(jiǎn)單的事兒，這是團(tuán)隊(duì)最大的挑戰(zhàn)也是最大動(dòng)力。

在王晨卉的對(duì)面，另一位同事正在對(duì)企業(yè)送來(lái)的日常生產(chǎn)樣品進(jìn)行檢測(cè)，這是最近一段時(shí)間他們工作的日常，對(duì)大量樣本進(jìn)行檢測(cè)，并做數(shù)據(jù)庫(kù)的積累。

季華實(shí)驗(yàn)室 X Lab（X實(shí)驗(yàn)室）

據(jù)介紹，針對(duì)白酒、食醋、醬油等傳統(tǒng)食品釀造工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)無(wú)損、快速、智能檢測(cè)手段的需求，結(jié)合相關(guān)釀造食品的特點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)選擇深度學(xué)習(xí)輔助光譜作為核心技術(shù)，進(jìn)行新一代檢測(cè)技術(shù)與設(shè)備的研發(fā)。為實(shí)現(xiàn)智能光譜檢測(cè)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，自主研發(fā)了多個(gè)適用于實(shí)時(shí)檢測(cè)、抽樣檢測(cè)、成品儲(chǔ)存運(yùn)輸過(guò)程監(jiān)控等不同質(zhì)量監(jiān)測(cè)場(chǎng)景的新型設(shè)備。利用以上設(shè)備，開發(fā)人工智能輔助光譜方法，相關(guān)技術(shù)在18種廣東傳統(tǒng)白酒產(chǎn)品的質(zhì)檢實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果準(zhǔn)確率超過(guò)90%，已申請(qǐng)了四項(xiàng)發(fā)明專利。

為實(shí)現(xiàn)以上成果與專利的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，推進(jìn)白酒生產(chǎn)過(guò)程中的無(wú)損快速品控，團(tuán)隊(duì)與廣東九江酒廠有限公司簽署了合作協(xié)議：“白酒智能化檢測(cè)技術(shù)與裝備研究（第一階）”。

這對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)意味著什么？過(guò)去檢測(cè)一項(xiàng)指標(biāo)可能需要10-30分鐘。技術(shù)落地應(yīng)用后，有望在5分鐘內(nèi)完成全部指標(biāo)的檢測(cè)。

“打個(gè)比方，我們想描述一個(gè)人的話，可能要知道他的基本特征，各項(xiàng)指標(biāo)逐一獲取并對(duì)比后才知道這是不是我要找的人，但現(xiàn)在依托計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別系統(tǒng)，一張照片或者刷一下臉，就知道是不是這個(gè)人?！蓖醭炕苷f(shuō)，“我們現(xiàn)在做的有些類似刷臉技術(shù)，讓企業(yè)通過(guò)一個(gè)流程很簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)采集手段，就可以判定產(chǎn)品的質(zhì)量是不是合格?！?/p>

據(jù)了解，自2022年初與九江酒廠的合作項(xiàng)目啟動(dòng)以來(lái)，團(tuán)隊(duì)已完成設(shè)備設(shè)計(jì)、樣機(jī)組裝、方法優(yōu)化。數(shù)據(jù)庫(kù)建立、分析模型優(yōu)化、軟件開發(fā)等工作正在有序推進(jìn)。相關(guān)技術(shù)和設(shè)備有望在2022年內(nèi)在合作企業(yè)進(jìn)行應(yīng)用測(cè)試。

“雙向奔赴”

讓更多先進(jìn)技術(shù)落地應(yīng)用

“佛山制造業(yè)給了研發(fā)人員廣闊的應(yīng)用的市場(chǎng)，企業(yè)家非常支持，愿意實(shí)打?qū)嵧度?，積極配合實(shí)驗(yàn)室的研究工作?！背錾诩珠L(zhǎng)春，在新加坡獲得博士學(xué)位的王晨卉畢業(yè)后就來(lái)到了佛山，從最初對(duì)這座城市“不是非常了解，只是知道佛山是全國(guó)制造業(yè)的中心”，到如今與企業(yè)互動(dòng)中深刻體會(huì)到“有家就有佛山造”的城市實(shí)力。季華實(shí)驗(yàn)室還與佛山市海天調(diào)味食品股份有限公司、華南理工大學(xué)等一道共同申報(bào)了“廣東省調(diào)味食品制造業(yè)創(chuàng)新中心”和“佛山市調(diào)味食品制造業(yè)創(chuàng)新中心”，為企業(yè)打造研發(fā)平臺(tái)，提升企業(yè)創(chuàng)新能力添磚加瓦。

和王晨卉一樣，實(shí)驗(yàn)室的同事們很多都來(lái)自全國(guó)各地，“說(shuō)不上愿景，我們的目標(biāo)就是希望通過(guò)我們的努力，能夠?yàn)榛A(chǔ)民生產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化、數(shù)字化和智能化轉(zhuǎn)型作出貢獻(xiàn)。讓我們的技術(shù)真正的在企業(yè)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用?！?/p>

如今，在美的工廠上班，已經(jīng)是季華實(shí)驗(yàn)室魏晟博士工作的日常，除了自己團(tuán)隊(duì)研發(fā)的機(jī)器人，魏晟對(duì)整個(gè)車間數(shù)智化轉(zhuǎn)型的流程如數(shù)家珍。

“對(duì)于佛山的數(shù)智化轉(zhuǎn)型升級(jí)工作，我認(rèn)為除了要為現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)數(shù)智化轉(zhuǎn)型升級(jí)外，還要嘗試演變、孵化、引進(jìn)新的高端產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)更大的增量式發(fā)展?！睖刂緫c告訴南都記者，對(duì)于科研團(tuán)隊(duì)而言，除了希望得到財(cái)政上的支持外，更希望得到人才、場(chǎng)地、資本對(duì)接、應(yīng)用推廣等全方位的支持。

“政府要引導(dǎo)企業(yè)積極嘗試新技術(shù)、新產(chǎn)品、新材料，并為試錯(cuò)進(jìn)行一定補(bǔ)償，科研成果只有在使用過(guò)程中不斷完善，才能最終落地并取得優(yōu)良應(yīng)用成果。”溫志慶說(shuō)道。