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重庆江津,向智能制造进发

张冰冰 · 2020-09-22
制造业智能升级痛点是数据、算法、技术落地。

流水线上,一道强光打在刚灌装好的白酒酒瓶上。

酒瓶的另一边,质检人员肉眼盯住强光照射出来的光影,从光影中辨别出酒液是否含有杂质和悬浮物、酒液是否达到净含量要求、酒瓶是否无缺陷。三个标准皆通过,瓶装酒才能进入下一个包装工序。

这是瓶装酒酒液灯检环节,这种高度依赖人工的质检方法,需要占据整个包装车间60%的人力,至今仍在大部分酒类工厂中使用。哪怕像江小白这样的重庆白酒酿酒龙头企业,拥有先进的数字化灌装生产线,白酒质检环节也仍然高度依赖人工。

强光对人眼刺激极大,加上仔细观察的高用眼需求,灯检环节半小时或一小时就需要轮班,以降低对质检人员眼睛的损害。同时,人眼在强光下极易疲劳,漏检错检等情况无法避免,哪怕经验最丰富的质检员,也会出现失误。

这是中国工业生产智能化升级的一个缩影,大量耗费人力、效率低、对人有损伤的生产场景需要被更智能高效的生产方式替换。

在重庆,江津区政府联合阿里云天池、江小白公司,在构想另一种智能化的瓶装酒灯检场景:酒瓶的一边,机器收集光影图像,将图像信息转化为数据,智能算法分析数据,判断出酒液是否符合标准。

通过“团结湖杯”数智重庆·全球产业赋能创新大赛,这种构想正在一步步落地。

“团结湖杯”数智重庆·全球产业赋能创新大赛

智能升级痛点:数据、算法、技术落地

摸清企业难点是推动创新升级的前提。重庆江津区向全区规模以上工业企业发放400余份调查问卷,联合阿里云天池大数据众智平台对100余家企业进行拉网式排查,与41家企业进行深度沟通,实地走访重庆伟星新型建材有限公司、重庆江小白酒业有限公司、太极集团重庆中药二厂有限公司等8家企业。调研发现,企业智能升级的痛点集中在数据、算法、技术落地上。

综合调研结果和各方优势,最终重庆市大数据应用发展管理局、重庆市江津区人民政府主办联合阿里云,确定以开放式创新竞赛的形式吸引创新技术和传统制造业结合。针对“算法”难题,举办以“瓶装白酒疵品质检”为主题的智能算法赛;针对“技术落地”难题举办聚焦智能仓储、最优排产、订单匹配、视觉质检四大赛道的创新应用赛。

“数据”的难题则落在了具备深厚技术经验的阿里云达摩院身上。基础数据是智能升级的第一步,传统制造业几乎没有数据积累,数据采集的数量和质量如果差强人意,与大数据相依存的智能算法就无法发挥最大效能。采集到瓶装白酒生产线上的准确数据,是创新大赛能取得实质意义的基础。

瓶装白酒缺陷类型复杂、缺陷极小给数据采集带来了极大困难。“拿到江小白的第一批样本以后,我们发现可能很难用静态的问题来解决,另外缺陷标注也非常的重要。“阿里巴巴达摩院算法专家魏溪含回顾说,”一定要深入产线去了解一线质检员的工作情况,了解实际的业务问题,把业务问题转换未来算法可以理解的问题。

为此,阿里云达摩院工程师扎进生产线、调研产业需求、学习瓶装酒质检知识,根据产线流程和质检要求设计数据采集方案,在不影响流水线的前提下采集数据。酒液的数采方案模拟了流水线酒样翻转+灯检的步骤,以捕捉其中物质的动态特性,使得实验数据和实际情况不脱节,保证算法检测的落地成果。

数据采集阶段共计为3000余瓶酒样拍摄2万张实验图像,经过数据清洗、标注等流程,得到了比赛专用数据集,总共包含10余种缺陷类型。有了可靠的基础数据,算法就有了大展拳脚的舞台。

硬核赛制:一切以落地为目标

算法需要的是硬实力,为了评选出真正能解决问题的算法技术,大赛组委会拿出专业精神,严谨、系统地设置了整个数据评测和评比机制。训练算法模型、系统实时评测、代码镜像、代码审核、复现测评答案等,这些专业的数据测评方式被科学地写进了赛制里。

仅复赛就跨越一个月时间,分为两个阶段,不同阶段里系统每天提供多次实时评测,按照评测指标从高到低进行排序评出A榜和B榜,最终取20%A榜+50%B榜成绩换算分值,加权计分后排名前6的参赛队伍选手受邀参加决赛。

严谨换来的是实实在在的成果。在针对瓶盖、标贴、喷吗等检测项的初赛中,选手以各类卷积神经网络检测模型为基础,结合缺陷的特点将各种计算机视觉技术用于改进模型,在各类缺陷上取得了优异的表现,单个类别的识别准确率最高可达到99%。

对于酒液缺陷,选手合理利用了酒液的动态特性,通过算法将酒液中移动的缺陷目标检测出,比起未利用动态特性的方法,准确率能够提升30%以上,最终酒液缺陷的检测准确率能够达到95%以上。

与互联网对新经济行业的颠覆不同,在工业制造智能化升级的道路上,很难有一个通用技术去解决所有的问题。这样深入行业、提供定制化技术解决方案的升级方式,将是未来的方向。

本次大赛的创新应用赛同样关注具体的解决方案。“视觉质检”赛道的评比中,参赛项目中科慧远的AOI智能检测系列设备可以实现玻璃盖板品质全检漏检率小于3%,过检率小于5%,远低于行业人工全检5%~10%的误判率,设备工作效率是人工检测的21倍以上。

“智能仓储”赛道,作为参赛项目的快仓,在2019年6月首发第三代智能机器人,已能运用超声波、红外、单点激光等多传感器感知技术来实现有效避障,实现“货到人”+“车到人”并行作业模式,高峰期平均每天完成天猫超市全品类10万单订单的入库、拣选、打包、分拔等,整体效率提升了3倍左右。

数字转型:不是颠覆,而是融合

9月12日,智能算法赛决赛举行,进入决赛的选手针对算法成果进行答辩,最后按照复赛成绩70%、决赛成绩30%(创新性12%、实用性8%、扩展性5%、现场表现5%)进行计算。经过严谨的评判,最终“一支优秀的队伍”获得算法赛冠军。“我要抱大腿”获得亚军,“CV dancer”获得季军,吹风磁暴救救我、Spring、球球君获得极客奖。

对于算法落地我们团队认为需要考虑三个方面,分别是精度、效率、可扩展性。”冠军队伍代表、来自浙江大学的何淑婷表示,“我们提出的方案是一个高精度、几乎不增加额外计算代价、即插即用的方案,适用于任何的检测网络”。

9月16日,总决赛在江津区团结湖大数据智能产业园举办。10支进入创新应用赛决赛的队伍分别进行路演及答辩。评委综合方案的质量、商业价值、选手现场表现等因素进行评选,最终熵智科技(深圳)有限公司夺得创新应用赛金奖。

总决赛现场项目路演

9月17日,以此次大赛为契机,重庆江津区召集产、学、研、用各界专家,以高峰论坛的形式深入探讨“运用云计算、大数据和人工智能等前沿技术推进消费品工业高质量发展”,让技术创新企业与地方政府、学术界、产业界、投资圈等各界专家的直接对话与深度交流,为重庆江津“智能制造”发展把脉献策。

“数智赋能消费品工业高质量发展”高峰论坛

浙江大学教授、浙江大学机械工程学院院长杨华勇在大会寄语中表示,制造业场景需要信息技术带动,数字转型不是颠覆制造业,是融合、共同发展、引领传统产业向数字化转型升级。“期待重庆市江津区把握产业数字化升级的历史机遇,加快推动消费品工业高质量发展,实现江津制造产业的变革性发展,为江津制造引领重庆制造,希望重庆制造在全球也打出自己新的品牌。”

中国工程院院士、西北工业大学常务副校长黄维,中国航空工业集团公司信息技术中心原首席顾问、中国船舶独立董事宁振波教授,中国工程院制造业研究室首席专家董景辰教授,阿里云数字工业业务总监朱金童围绕智能制造主题分享了精彩观点。

论坛最后,江小白酒业有限公司生产总裁唐鹏飞、阿里云数字工业业务总监朱金童共同完成“酒体智能质检商业合作签约仪式”,本次大赛成果将实际应用到白酒生产流程中,推动智能制造升级迈步。

重庆江津区:转型需要决心和魄力

智能制造是重构制造业新格局的重要动力和抢占制造业竞争制高点的必由之路,但迈向智能制造之路并非坦途。

前沿技术尚未成熟,工业生产场景千变万化,一个智能化技术在工业生产线中的落地往往需要耗费数年的时间,投入巨大且难以复制,消费品工业更是如此。政府的决心和落实能力决定了产业升级和工业智能化的环境土壤。

重庆市江津区是重庆工业大区,国家新型工业化(装备制造和粮油食品)产业示范基地。全区规模以上工业企业420家,世界500强企业23家,消费品工业是江津区五大支柱产业之一。数据显示,2019年,江津全区规模以上工业实现产值1288亿元,其中规模以上消费品工业产值达252亿元。

在消费品工业升级这条难而正确的道路上,江津区展现出了决心和魄力。

2018 年,江津区委区政府出台了《江津区以大数据智能化为引领的创新驱动发展行动计划(2018-2020 年)》,明确在强化大数据智能化产业招商引资的同时,加快信息技术与实体经济深度融合发展,重点通过支持企业机器人换人、数字生产线、数字车间、智能工厂建设加快推进智能制造升级发展,促进“江津制造”向“江津智造”转变。

江津区深入实施以大数据智能为引领的创新驱动战略,推动数字经济和实体经济深度融合,大力发展战略性新兴产业,新培育科技企业超过100家、新增智能化改造项目200多个,致力打造团结湖大数据智能产业园、大数据智能化应用场景、发展智能硬件,人工智能等智能产业,现在引进大数据智能化相关项目30多个。

“团结湖杯”数智重庆·全球产业赋能创新大赛是江津区深度参与中国国际智能产业博览会的有力举措,也是深层次拥抱数字化、智能化发展的前提。通过与阿里云天池平台合作,为当地产业数字化转型聚集创新生态。

重庆市大数据应用发展管理局副局长杨帆表示,希望大赛能够成为促进新一代信息技术与实体经济融合发展的长期性赛事,推动挖掘更多的应用场景,创造更多的智能化新产品、新模式、新职业。

本次大赛中,由选手开发的算法将会落地产生实际价值,在实际质检任务重发挥重要角色,降低人力成本,创造经济效益,助力行业数字化。

面向未来:向智能制造进发

智能制造是未来的方向,中国拥有前所未有的良好环境。

技术层面,中国大力倡导的5G、AI、人工智能算法等新技术相关日趋成熟,人才储备、数据储备处于领先地位;经济层面,中国正在从增量崛起转向存量变革,存量变革的发展迫切需要进行工业互联网改革,整个产业升级和效率提升迫在眉睫。

同时,中国拥有最广阔的制造业市场和消费市场,机遇与挑战,势均力敌地摆在城市管理者、传统生产者、创新创业者面前。谁最能接近生产场景、敢想敢做,谁就能占得先机、握住新一轮工业变革的入场券。

工厂流水线上,强光之下,视觉识别设备收集酒液数据,快速准确完成质检工作;小型机器人完成合格货物的包装;无人车将货物送到合理的仓储地点;机械手臂完成货物分拣和装车……在各方努力之下,相信这样的智能化工厂场景一定不会太远。

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