高端產(chǎn)業(yè)、民生領(lǐng)域多面手，季華實驗室豐“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”，生產(chǎn)線上的機器人依舊忙碌，在流水線上“抓”過來一個個電路板，完成系列測試，然后再“抓”回流水線上等待下一個流程。

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

作為廣東省委、省政府啟動的首批4家廣東省實驗室之一，季華實驗室科研隊伍扎根佛山，著力探索在新型舉國體制下關(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’試點，推動傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)智能化數(shù)字化轉(zhuǎn)型。”這是科研團隊X Lab（X實驗室）的其中一項未來計劃。季華實驗室的先進技術(shù)研發(fā)項目，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，為企業(yè)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級問題，并力求通過自主研發(fā)攻關(guān)，切實解決它們的發(fā)展瓶頸。

在美的“工作”的AI自編程快速部署機器人

只能完成“硬性”動作？

科研團隊賦予“眼睛”和“大腦”

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

這些都是產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，給出的現(xiàn)實“問題”。

3C、家電行業(yè)本是大灣區(qū)最主要的產(chǎn)業(yè)之一，但來自季華實驗室的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，目前該行業(yè)機器人密度僅為40臺/萬人，而汽車行業(yè)機器人密度達到750臺/萬人。在3C、家電行業(yè)現(xiàn)有工人中，約有30%是流水線上無專業(yè)技能的低端普工。

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

溫志慶告訴南都記者，一般的工業(yè)機器人在使用過程中，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構(gòu)才能上線工作，并且在每次產(chǎn)品換型時，都需要重新修改程序、夾爪、定位機構(gòu)等才能再次使用。

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

季華實驗室智能機器人工程研究中心常務(wù)副主任溫志慶

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?，多品種、小批量柔性生產(chǎn)的需求，慢慢地給3C、家電行業(yè)工業(yè)機器人大規(guī)模使用造成了困難。這讓智能機器人工程研究中心意識到，機器人的快速部署和快速換產(chǎn)變得越來越重要。

自編程快速部署機器人應(yīng)運而生。瞄準(zhǔn)這個需求，自編程機器人革新了工業(yè)機器人的使用方法，基于國際先進水平“元學(xué)習(xí)”算法，通過語言、動作、手勢、圖像等多維度多模態(tài)智能感知與人機共融技術(shù)，讓機器人具有一個“聰明的大腦”和“明亮的眼睛”。

季華實驗室智能機器人工程研究中心

溫志慶介紹，團隊的研發(fā)人員包括多名畢業(yè)于中國和歐美一流高校的AI研發(fā)人員，有著很強的知識背景和豐富的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗，在結(jié)合最新的AI前沿研究成果的基礎(chǔ)上，團隊通過對“元學(xué)習(xí)”算法深入研究、開發(fā)與訓(xùn)練測試，實現(xiàn)了物品種類識別、位姿識別，人手示范動作模仿等“元知識”，為工業(yè)場景下機器人快速應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

與工人共線工作、同步換產(chǎn)

儼然一個高級“機器普工”

在美的電器廚業(yè)的產(chǎn)線上，AI自編程快速部署機器人，已經(jīng)實現(xiàn)了與工人共線工作、同步換產(chǎn)，儼然一個機器普工……當(dāng)下，溫志慶領(lǐng)銜的團隊已同美的集團簽訂正式商業(yè)采購合同，自編程機器人已在家電產(chǎn)業(yè)PCB柔性檢測產(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項目。

除了已經(jīng)應(yīng)用的機器人，南都記者看到，在溫志慶的實驗室還有一群正在測試中的針對不同工序的機器人，將實現(xiàn)“成熟一個工藝，推廣一個工藝替代”。

結(jié)合機器視覺和人工智能，對散亂的元器件準(zhǔn)確抓取和安裝；對不同類型的電路板識別定位；一個機器人工作站對應(yīng)多個檢測臺作業(yè)；定制的可兼容多電路板的夾爪實現(xiàn)多種電路板的自動抓取與放置；可以24小時在線運行不停歇……自編程機器人使生產(chǎn)制造向數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型升級變得更加簡單、快速和靈活。

生產(chǎn)線上的AI自編程快速部署機器人

回想起當(dāng)初與美的集團的“戰(zhàn)略會師”，溫志慶用了“即刻”這個詞來形容?！坝捎诩译娦袠I(yè)的用工荒問題在逐年上升，美的在通過智能化改造，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器人這一新產(chǎn)品時，即刻表示出了強烈的興趣，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，團隊也針對美的的需求開發(fā)了專用的柔性夾爪，實現(xiàn)了現(xiàn)有同類產(chǎn)品的全適應(yīng)，從而實現(xiàn)從軟件到硬件的柔性化。

自編程機器人的“上線工作”，讓工業(yè)機器人的上線部署周期從3至7天縮減到1個小時以內(nèi)。從多達一周縮減至1個小時以內(nèi)，大幅度減少的時間成本意味著什么？效率的提升和機器人使用成本的降低?！白詣踊O(shè)備的換產(chǎn)用時能做到與人工產(chǎn)線換產(chǎn)類似，同時避免了工人動作的不穩(wěn)定性、效率波動、人員流動等問題，能真正實現(xiàn)敏捷制造、混線生產(chǎn)、可重構(gòu)柔性生產(chǎn)。”溫志慶表示，在實現(xiàn)不改變現(xiàn)有人工流水線布局的前提下，機器人可以說是即插即用，機臺靈活可以隨意推動，無縫銜接現(xiàn)有工藝流程。

而通過對某個工藝的不斷復(fù)制應(yīng)用，每臺自編程機器人都會日漸變成這個工藝的“熟手技工”。同時，自編程機器人還可以結(jié)合AR/VR、AIoT、5G、數(shù)字雙胞胎等技術(shù)進行實時遠程運維，實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，最終實現(xiàn)“機器人即服務(wù)”（Robot-As-A-Service，RAAS）。RAAS可快速靈活地為用戶在合適的時間和地點，按需提供機器人，降低了機器人的使用門檻和用戶的前期資金投入。

食品領(lǐng)域數(shù)智化的“刷臉”檢測

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

學(xué)霸團隊與食品制造企業(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。

“包括計算機技術(shù)、人工智能和數(shù)據(jù)挖掘等檢測技術(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)用到機械化和自動化，但相對高端制造業(yè)來說整體生產(chǎn)工藝和檢測技術(shù)還比較傳統(tǒng)?！痹诩救A實驗室A區(qū)，X Lab（X實驗室）核心成員王晨卉博士的研究領(lǐng)域正是食品科技，王晨卉加入到這個團隊大家庭的原因之一，就是希望將實驗室里的先進技術(shù)，應(yīng)用并推動傳統(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。

X Lab（X實驗室）核心成員王晨卉博士

這個項目，也是基于產(chǎn)業(yè)需求和技術(shù)落地應(yīng)用雙向互動的“一拍即合”。

“我們有技術(shù)，希望實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，生產(chǎn)企業(yè)有需求，這是互相促進和推進的項目?！蓖醭炕苷f。

王晨卉所在的團隊負責(zé)人是季華實驗室特聘研究員畢海，在多次實地考察和一系列的深入交流后，團隊聯(lián)合海天味業(yè)、九江酒廠等本地龍頭企業(yè)，基于佛山市國創(chuàng)生物發(fā)酵食品技術(shù)創(chuàng)新中心，針對釀造食品傳統(tǒng)生產(chǎn)過程的產(chǎn)業(yè)升級瓶頸，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，探索人工智能、光學(xué)檢測、與自動化領(lǐng)域的發(fā)展邊界。

這個過程中，團隊的目標(biāo)是實現(xiàn)既達到無預(yù)處理、無損、無接觸、快速、簡便等優(yōu)勢的檢測技術(shù)狀態(tài)，還要“接地氣”真正實現(xiàn)與產(chǎn)業(yè)實際相結(jié)?！耙M可能降低設(shè)備的成本，也要最大程度地簡化使用流程”。王晨卉說。

堪比“刷臉”技術(shù)

釀造食品質(zhì)量快速檢測

要實現(xiàn)既能應(yīng)用先進技術(shù)，設(shè)備還要“接地氣”符合企業(yè)實際應(yīng)用并不是件簡單的事兒，這是團隊最大的挑戰(zhàn)也是最大動力。

在王晨卉的對面，另一位同事正在對企業(yè)送來的日常生產(chǎn)樣品進行檢測，這是最近一段時間他們工作的日常，對大量樣本進行檢測，并做數(shù)據(jù)庫的積累。

季華實驗室 X Lab（X實驗室）

據(jù)介紹，針對白酒、食醋、醬油等傳統(tǒng)食品釀造工業(yè)生產(chǎn)過程中對無損、快速、智能檢測手段的需求，結(jié)合相關(guān)釀造食品的特點，團隊選擇深度學(xué)習(xí)輔助光譜作為核心技術(shù)，進行新一代檢測技術(shù)與設(shè)備的研發(fā)。為實現(xiàn)智能光譜檢測技術(shù)的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，自主研發(fā)了多個適用于實時檢測、抽樣檢測、成品儲存運輸過程監(jiān)控等不同質(zhì)量監(jiān)測場景的新型設(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)檢實驗中進行了驗證，結(jié)果準(zhǔn)確率超過90%，已申請了四項發(fā)明專利。

為實現(xiàn)以上成果與專利的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，推進白酒生產(chǎn)過程中的無損快速品控，團隊與廣東九江酒廠有限公司簽署了合作協(xié)議：“白酒智能化檢測技術(shù)與裝備研究（第一階）”。

這對企業(yè)來說意味著什么？過去檢測一項指標(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。

“打個比方，我們想描述一個人的話，可能要知道他的基本特征，各項指標(biāo)逐一獲取并對比后才知道這是不是我要找的人，但現(xiàn)在依托計算機圖像識別系統(tǒng)，一張照片或者刷一下臉，就知道是不是這個人。”王晨卉說，“我們現(xiàn)在做的有些類似刷臉技術(shù)，讓企業(yè)通過一個流程很簡單的數(shù)據(jù)采集手段，就可以判定產(chǎn)品的質(zhì)量是不是合格。”

X Lab（X實驗室） 樣品檢測中

據(jù)了解，自2022年初與九江酒廠的合作項目啟動以來，團隊已完成設(shè)備設(shè)計、樣機組裝、方法優(yōu)化。數(shù)據(jù)庫建立、分析模型優(yōu)化、軟件開發(fā)等工作正在有序推進。相關(guān)技術(shù)和設(shè)備有望在2022年內(nèi)在合作企業(yè)進行應(yīng)用測試。

“雙向奔赴”

讓更多先進技術(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，企業(yè)家非常支持，愿意實打?qū)嵧度?，積極配合實驗室的研究工作?！背錾诩珠L春，在新加坡獲得博士學(xué)位的王晨卉畢業(yè)后就來到了佛山，從最初對這座城市“不是非常了解，只是知道佛山是全國制造業(yè)的中心”，到如今與企業(yè)互動中深刻體會到“有家就有佛山造”的城市實力。季華實驗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，提升企業(yè)創(chuàng)新能力添磚加瓦。

和王晨卉一樣，實驗室的同事們很多都來自全國各地，“說不上愿景，我們的目標(biāo)就是希望通過我們的努力，能夠為基礎(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。讓我們的技術(shù)真正在企業(yè)實現(xiàn)應(yīng)用?！比缃瘢诿赖墓S上班，已經(jīng)是季華實驗室魏晟博士工作的日常，除了自己團隊研發(fā)的機器人，魏晟對整個車間數(shù)智化轉(zhuǎn)型的流程如數(shù)家珍。

“對于佛山的數(shù)智化轉(zhuǎn)型升級工作，我認為除了要為現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)數(shù)智化轉(zhuǎn)型升級外，還要嘗試演變、孵化、引進新的高端產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)更大的增量式發(fā)展。”溫志慶告訴南都記者，對于科研團隊而言，除了希望得到財政上的支持外，更希望得到人才、場地、資本對接、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，并為試錯進行一定補償，科研成果只有在使用過程中不斷完善，才能最終落地并取得優(yōu)良應(yīng)用成果?！睖刂緫c說道。

專題策劃：裘萍 何惠文

統(tǒng)籌：路漫漫

采寫：南都記者 劉鈺瀅 路漫漫 實習(xí)生 陳映萍

攝影：南都記者 鄭俊彬

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