智能制造

案例分享丨借力AR+AI，江鈴汽車實現發動機智能裝配

2018-11-06 來源：評論：0

摘要：作為我國最大的整車制造和出口商之一，江鈴汽車借助AR和AI技術的運用，成功實現了發動機的智能裝配，工廠的智能化水平得到顯著提升。

　　目前，物聯網、AR/VR、云計算、大數據、人工智能等新一代信息技術廣泛滲透于經濟社會各個領域，尤其是對制造業的影響越來越強。AR技術應用于智能制造，就是運用智能眼鏡、圖像識別等先進信息技術，深度挖掘工業大數據價值，融合物聯網與云計算等，實現工業制造場景的智能化人機交互和管控。與此同時，AR技術在汽車生產、制造、維修、培訓等領域的應用，也已經引起了眾多企業的關注。作為我國最大的整車制造和出口商之一，江鈴汽車借助AR和AI技術的運用，成功實現了發動機的智能裝配，工廠的智能化水平得到顯著提升。

　　一、企業背景

　　江鈴汽車集團公司是我國汽車整車出口基地和輕型柴油商用車最大的出口商之一，列2018中國制造業企業500強第88位，中國企業500強第205位。2017年，江鈴集團實現整車銷售43.8萬輛，實現營業收入806億元。

　　江鈴集團擁有六大整車制造基地（青云譜基地、小藍基地、昌北基地、望城基地、撫州基地、太原基地），整車產品涵蓋商用車、乘用車、專用車及新能源汽車，擁有JMC系列、FORD系列、陸風系列、馭勝系列、ISUZU系列、晶馬系列、騏鈴系列、純電動車系列等汽車品牌，同時具備汽車發動機、變速箱、車身、車架、前橋、后橋等六大總成自主研發制造能力，形成了融數字化平臺、發動機設計、整車設計、造型設計、試驗開發五位一體的核心能力，建有國家級企業技術中心和博士后科研工作站。江鈴集團業務除涵蓋汽車整車和汽車零部件外，也廣泛涉足汽車進出口、汽車金融、汽車回收拆解、汽車發動機再制造、工程機械、物流、房地產等領域。

　　二、助力發動機智能裝配

　　2015年3月5日，李克強在全國兩會上作《政府工作報告》時首次提出“中國制造2025”的宏大計劃，以創新驅動、質量為先為指導思想，加快從制造大國轉向制造強國。

　　為響應國家“中國制造2025”和南昌市工業強基戰略要求，江鈴汽車集團一直致力于提升基于多品種混線生產環境下的智能制造水平。過去幾年，通過不斷的對生產線的升級改造（如以機器換人、導入MES信息系統等），工廠智能化水平已得到大幅提升。在一些難以實現自動化的工位仍采用傳統的人工作業方式，江鈴汽車集團與深圳增強現實技術有限公司（0glass）經過研究，認為應用AR技術可以進一步提高這些智能制造場合的質量控制、生產效率、安全水平，對降低工人的勞動強度也有幫助。

　　江鈴汽車集團借助AR+AI技術，實現發動機智能化裝配，將會帶來以下四點好處：

　　1.借助AR技術，讓復雜的汽車發動機制造過程可視化，防止制造過程中發生錯誤，大大提高生產效率、提升制造品質。

　　2.借助AR實現操作者自身的安全監控和生產過程的安全監控，確保整體制造生產安全。

　　3.借助AR和AI的融合，使得復雜的發動機組裝過程中零部件和工作流程的精準識別，確保生產過程使用正確的零部件和使用正確的工藝和正確的參數進行裝配，保證汽車是按質按量及時交付。

　　4.借助AR和AI的融合，將生產過程中形成的以人為中心的生產數據以及以生產對象為中心的數據進行融合，形成真正意義上的汽車生產大數據，供汽車維修、設計作參考依據。從而讓整個汽車從設計開始到生命周期的終止，全部的數據形成一個完整的數據鏈，形成真正的智慧生產。

　　三、發動機裝配AR工作輔助系統

　　在不增加自動化設備和不改變工藝流程的前提下，0glass將AR工業解決方案應用于江西五十鈴發動機有限公司的發動機裝配過程，為發動機裝配過程開發一套發動機裝配AR工作輔助系統（EA-PSS，Engine Assembly PSS），通過圖像識別、人工智能算法等技術實現發動機裝配過程中的零件投料、下線核驗，實現投料的智能防錯、下線的自動核驗，實現發動機裝配零件投料、下線核驗的實時、可視化管理，對裝配工作實時糾錯，提高裝配效率，降低出錯率，降低生產成本。

　　整個系統包含四個功能模塊：零件投料防錯模塊（PPM）、裝配下線核檢模塊（FCM）、裝配操作監督模塊（AMM）、裝配操作指導模塊（AGM）。

　　在發動機裝配車間的物理信息系統中，發動機裝配AR工作輔助系統處在發動機裝配車間的MES系統和發動機裝配物理場景之間，是MES系統的智能觸角。

　　EA-PSS與發動機裝配車間MES系統進行數據對接：

　?。?）數據加載：EA-PSS系統從MES系統加載發動機裝配過程中涉及到當前工作步驟、零部件型號、規格、庫存位置等信息；

　?。?）數據存儲：EA-PSS系統將識別的發動機裝配場景的狀態、結果、操作過程等數據存儲到MES系統。

　　（3）MES系統通過EA-PSS系統實現對發動機裝配的過程監督和質量控制。

　　EA-PSS系統對發動機裝配物理場景的感知和控制：

　?。?）智能感知：EA-PSS系統通過高清攝像頭采集發動機裝配場景中的裝配零部件、投料零部件、以及工人操作過程的姿態、手勢等圖像，發給后臺服務端進行圖像識別，實現當前工作場景語義的自動感知；

　?。?）聯動控制：基于當前工作場景語義的自動感知，EA-PSS系統自動記錄車間生產情況，生成車間生產報表，并發送相應的刺激信號給發動機裝配車間的生產控制系統，實現生產設備的預警、聯動。

　　EA-PSS系統分為兩部分：智能終端和后臺服務器端。

　　智能終端所要完成的功能有：

　?。?）人機交互：觸控、語音等手段實現人機的信息交互。

　　（2）圖像采集：通過攝像頭采集發動機裝配場景的圖片和視頻。

　　（3）信息顯示：實現發動機裝配場景生產數據的可視化，必要時以增強現實（文本、圖片、三維動畫等）方式實現數據的可視化。

　　根據發動機裝配場景生產的具體步驟，信息顯示可以是當前設備的運行狀態或相應的預警信息，也可以是工人的工作結果或指導信息。

　　后臺服務器端所要完成的功能有：

　?。?）用戶管理：分配用戶不同的權限，管理用戶登陸的身份驗證。

　?。?）任務管理：實現任務的工作分解，按照發動機裝配實際流水線將工作及其標準推送相應的工人。

　?。?）算法管理：基于圖像識別發動機設備及其零部件的狀態、裝配工人的操作結果，管理圖像識別的算法庫。

　?。?）數據管理：控制系統數據的流向，處理數據。

　　當智能終端采集到圖像時，后臺服務器調用相應算法對圖像進行識別，將識別結果交給MES實現生產聯動。

　　智能終端和后臺服務器端的交互示例：

　　四、典型案例

　　江鈴汽車集團與日本五十鈴株式會社合資建立的江西五十鈴發動機公司是一家面向社會客戶的柴油機開發制造企業，目前的生產產品包含4大系列300多個品種，產品技術在國內輕型車用柴油機行業具備領先地位。

　　江西五十鈴發動機有限公司的RZ4E發動機裝配線是一條完全按照ISUZU公司IM理念設計的生產線，物料全部KIT化投放，運用光電感應、照相、仿形、計數等各類防錯技術70多項，具備行業領先的過程質量控制能力。但要實現產品零缺陷目標，生產線在投料準確性、作業過程指導與監督、下線核驗等環節進一步提高技術管控能力。

　　但在一些難以實現自動化的工位（如發動機裝配線），仍需要采用傳統的人工作業方式去實現，應用0glass的發動機裝配AR工作輔助系統（EA-PSS），很好地彌補效率、安全等方面的不足。

　　以RZ4E發動機裝配線的后處理總成裝配（OP270）和線束總成裝配（OP300）兩工序為例。OP270工序裝配后處理總成時需按規定的順序擰緊28個螺栓，OP300工序需按類分序裝配線束總成的28個插頭和27個卡扣，且不得漏插。以前螺栓擰緊與線束插接順序的保證完全依賴員工的熟練度和自覺性。本項目在不增加自動化設備和不改變工藝流程的前提下，通過對RZ4E發動機精確的三維模型進行AR注冊跟蹤和場景虛實融合顯示，實現了裝配前對零件正確性的核驗、裝配過程中對員工每一個作業動作進行提示和檢查、裝配完成后對裝配正確性進行核驗，實現了該兩道裝配工序的零缺陷目標。

　　OP270的預裝催化器總成裝配指導

　　OP300裝線束總成裝配指導

　　通過將0glass AR工業解決方案應用于江西五十鈴發動機有限公司的發動機裝配過程，為發動機裝配過程開發一套發動機裝配AR工作輔助系統（EA-PSS，Engine Assembly PSS），通過圖像識別、人工智能算法等技術實現發動機裝配過程中的零件投料、裝配操作、下線核驗，實現投料的智能防錯、裝配操作監督和指導、下線的自動核驗，實現發動機裝配防錯防誤的實時、可視化管理，對裝配工作實時糾錯，提高裝配效率，降低出錯率，降低生產成本。

　　五、下一步發展計劃

　　在江西五十鈴發動機有限公司的RZ4E發動機裝配線項目試點示范基礎上，一是在江鈴集團發動機型號全系列、裝配全流程的深入推廣；二是與發動機裝配的信息物理系統深入融合，以AR+AI的方式助力江鈴汽車集團的智能制造。

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