【FIDS·名家讲坛】同兴协进 · 潘勇丨木质家具的自动识别智能喷涂技术
时间:2020-09-04 10:53来源:山东省家具协会 点击:
次
8月29日，由协会主办的第五届家居产业供给侧创新与发展峰会在潍坊圆满举行，国内外领军技术企业专家就智能喷涂、全屋五金、水性漆、饰面纸、环保设备和高定用胶等新技术应用进行了深入探讨，为继续扩大会议成果，分享精彩观点，现陆续将各位嘉宾现场演讲实录与大家分享。
一、同兴协进发展历程
了解同兴协进。同兴协进是一家从事家具涂装领域数十年的科技型智能整厂涂装设备制造企业，专注于制造“优化、高效、科技、环保”的智能涂装机械，下设青岛同兴协进涂装设备有限公司、青岛久孚机械科技有限公司和越南久孚机械科技有限公司等三家公司。在粉体液体静电涂装设备、自动喷涂设备、UV涂装流水线喷涂设备的研发和制造外，研发了国内第一款3D视觉（免编程免示教）喷涂机器人，利用3D散斑激光扫描仪，自动识别流水线上的产品形状，将信息传给人机界面操作系统，指挥机械手高仿摸拟人工对产品进行喷涂，从而实现以机代人的喷涂作业。
公司依托家具行业发展，利用最新科技，结合实际科学规划，致力于创造三大价值：减少客户由于工艺、设备、油漆等因素配合测试的时间造成的成本损失；研发成熟的工艺应用，为客户提高最快产能效益；用最先进的技术提高产能，实现以机械代替人工，进一步推动企业的生产自动化管理革命。
二、人工智能的发展现状
（一）人工智能的提出。六十多年前的达特茅斯会议，提出了“Artifitial Intelligence(人工智能)”的课题，目的是让逐渐成熟的计算机能够代替人类解决一些感知、认知乃至决策的问题。这样一个课题是如此令人神往，也迅速吸引了大量学者的眼球，相关的研究也如火如荼地开展了起来。
（二）初步探索。初学者们解决人工智能问题的思路，是以人为师，通过专家编制规则的方法，教机器下棋、认字乃至语音识别。在今天看来，这样的方法是完全南辕北辙的——人类的视听器官虽然很发达，却并没有能力总结提炼其中的规律。于是，人工智能的美好憧憬中迎来了残酷的现实，学者们发现解决问题是如此遥远，围观群众也一度认为人工智能的学者都是骗子。
（三）找到思路。既然靠人指导不行，那就要祭出“实事求是”的法宝，从数据里统计规律。在这样数据+统计的方法论下，诸如人脸识别、手写识别等一些较为简单的问题取得了重大进展，而在当时最困难的问题——大词表连续语音识别上，统计方法也是史无前例地造就了实验室中“基本可用”的系统。到此时，我们感觉找到了解决人工智能问题的基本思路。
（四）遇到瓶颈。数据+统计模型的方法盛行以后，也很快遇到了瓶颈：数据量的提升并不总能带来识别率的提高。当然，我们很早就知道“深度模型”比“浅层模型”学习数据的能力强，无奈这种模型的计算代价极高，只能望洋兴叹。拿语音识别为例，在“基本可用”到“实用”之间的鸿沟，十几年都没有跨过去，于是大家又转向悲观，觉得人工智能还只是个梦。
（五）GPU的应用。继续坚持在“深度神经网络”这条战线上的学者很少，因为做这个是拿不到基金的。其中有一位老前辈Jeffrey Hinton，和他的学生Alex一起，发现用GPU计算算神经网络，能大幅提高速度，于是这种模型居然可能实用了。一旦实用，深度模型可以疯狂吸收数据的优势就发挥出来了，于是在语音识别、图像识别等领域带来了飞跃式的进展。
（六）发展趋势。人工智能的行业发展趋势，由于大规模数据+大规模算力的基本方法论已经成熟，今后的发展路径是十分清楚的：在那些数据储备充分、商业价值清晰的场景，人工智能会迅猛发展，投身于这样的行业中期发展会非常好；而医疗、教育这类领域，由于电子化数据的整理与积累尚需时日，可以需要一个较为漫长的发展过程。
三、木制品喷涂现状及机械手喷涂的发展
喷涂行业的痛点。一、标准化程度低，家具门窗类工件品种多、批次少；二、定位难，大型车难以精确定位；工件摆放随意，形状多样；三、高污染，人工劳动强度大、高污染、鞋底喷胶有毒有害；四、人工成本高，质量不均，喷涂工招聘难且贵；铝材人工喷涂质量难以保证。
传统喷涂设备缺点。传统涂装设备普遍比较简单粗糙，油漆工艺陈旧落后，油漆比较浪费、大量污染物直接排放，在现阶段国家环保要求更高、油漆工艺更新的大背景下，淘汰更新传统喷涂设备已成大趋势，传统喷涂设备的更新之际也将成为喷涂机器人替代的契机。
人工作业环境恶劣。喷漆作业本身的作业环境恶劣、对喷漆工人技术熟练的高要求以及80、90后们对工作的可选择性大等一系列的原因，使得喷涂相关的作业人员招工成为难题。利用喷涂机器人进行喷涂作业，除了重复精度好，工作效率高外，还能够使工人从恶劣的工作环境中解放出来。
产业链规模化成必然趋势。眼下我国市场低端应用的竞争最为激烈，各个行业都在进一步整合，头部企业对喷涂车间的自动化改造成为刚需。因此，推动龙头企业加速形成，引领行业发展走向规范。智能化、自动化、标准化、数字化将成为喷涂机器人主要应用方向。2019年中国喷涂机器人市场规模将达到99.13亿元，同比增长25%。目前汽车及零部件喷涂市场占相当大的份额，家具、家电、服装等通用行业需求后续将逐步释放，预计到2021年市场规模有望达到150亿元。
3D视觉（免编程免示教）喷涂的诞生。随着定制家居的逐步盛行，小批量多品种的产品越来越多。前几年也有很多企业在开发木制家具的机械手喷涂设备，主要分为两种：第一，示教编程。示教编程指由人工导引机器人末端执行器（安装于机器人关节结构末端的夹持器、工具、焊枪、喷枪等），或由人工操作导引机械模拟装置，或用示教盒（与控制系统相连接的一种手持装置，用以对机器人进行编程或使之运动）完成程序的编制，来使机器人完成预期的动作，就是你拿着机械手来模拟喷油工的喷油轨迹。这种编程对工件要求太高，不能根据工件位置姿态规划喷涂路径。第二，3D模拟。运用3D编程模拟的方法编辑出部件的形状，然后模拟油漆工喷涂的轨迹。这两种机械手喷涂的运用其实在实际的家具喷涂中会遇到很多问题，因为家具的产品结构太多了，放置的位置和角度也会出现变化，这就导致的喷涂效果不理想。所以为了彻底解决这一问题，同兴协进就开发了3D视觉（免编程免示教）机械手喷涂。
3D视觉（免编程免示教）喷涂诞生的原理。公司和北京大学、上海大学、哈尔滨工业大学等高校合作，把人工智能识别的技术引入到机械手喷涂中。首先3D相机采集产品外形并进行AI识别类型，抓取工件信息和扫描产品结构之后，AI识别处理，降噪、平滑、修补并判别产品种类，计算空间坐标及姿态；海量迭代计算，模拟技师熟练动作；根据工艺包积累参数智能生成运动轨迹，然后把喷涂的轨迹命令传输给机械手规划喷涂的轨迹（不需要示教和编程）。最后通过6轴机器人完美执行喷涂工艺。工人只需要把产品放到生产线上就可以了（任意产品、任意放置均可），只要喷油工能喷到的地方，机械手就能喷得到，并且能够达到五年喷涂技师的水平。
传统喷涂设备的经验改造。第一，同兴协进将传统的往复喷涂机加宽到4米，这样减小了喷漆的时候油漆气雾交叉污染，两个枪架之间喷漆没有相互影响。而喷到传送带带上面的油漆再通过下面自动清洁、自动回收的装置再回收进一步利用，在提高喷涂效果的同时提高了油漆利用率。通过经验发现，10公分以内的家具部件或产品均可以通过自动往复喷漆设备喷涂。第二，行业内首次改造加长UV自动喷漆机到40米。因为UV干燥的溶剂挥发时间通常在8-10分钟，如果将原有的24米UV干燥隧道炉加长至40米，则可以将传送带的速度由3-4m/min提升自5m/min，可提高产能20%以上，也降低了传送带清洁溶剂使用率，节约了加工成本。
最后，希望运用我们的智能涂装经验、新技术、新技术、新工艺，把好的东西运用到家具行业的喷涂中，给各位家具企业解决一些实际问题，能够推动家具行业智能生产的进一步发展。
