彈條制造數(shù)字化轉(zhuǎn)型項目
近年來高鐵發(fā)展迅速，如何保證產(chǎn)品的安全性與可靠性，提高產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)產(chǎn)品的精準溯源，顯得尤為重要。在鐵路產(chǎn)品制造行業(yè)中，對于提高彈條產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)精準溯源，最主要的兩點制約因素在于如何提高原料數(shù)量的準確性及成品檢驗的精準及時，傳統(tǒng)的原料計數(shù)方式稱重、計數(shù)器等都存在一定誤差，誤差率通常在千分之三左右，該誤差隨著生產(chǎn)環(huán)節(jié)累計，增加了追溯的困難性，成品檢驗人工檢測方式檢測精準度不高，抽檢頻次低，影響生產(chǎn)前端的品質(zhì)管控。
基于行業(yè)現(xiàn)狀，作為高鐵工務(wù)工程產(chǎn)品關(guān)鍵部件制造商的北京鐵科首鋼軌道技術(shù)股份有限公司一直致力于數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型工作并啟動彈條制造數(shù)字化轉(zhuǎn)型項目（以下簡稱”項目”），打造智能化車間。項目采用視覺識別技術(shù)，對原料計數(shù)和成品檢驗裝置進行數(shù)字化創(chuàng)新研發(fā)，協(xié)同上下游環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了精準計數(shù)、在線檢測、協(xié)同生產(chǎn)，將生產(chǎn)各環(huán)節(jié)網(wǎng)絡(luò)互通，數(shù)據(jù)精準共享，可視化呈現(xiàn)。針對彈條生產(chǎn)過程兩個重要環(huán)節(jié)：原料投入、成品入庫，規(guī)劃做到精準計數(shù)，精準檢驗，提升效率。打破原有傳統(tǒng)技術(shù)，借力而行，使用新興技術(shù)，賦能工廠建設(shè)。
基于視覺識別技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期溯源
項目采用視覺識別技術(shù)，在鐵路行業(yè)推廣，視覺計數(shù)可解決大批量生產(chǎn)產(chǎn)品的精準計數(shù)問題，從而實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期溯源，提高鐵路產(chǎn)品的安全性和可溯源性。視覺檢測可以應用在產(chǎn)品檢測要求全方位快速檢測，精準檢測，釋放人工。結(jié)合生產(chǎn)制造系統(tǒng)、倉儲系統(tǒng)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)等，可布局智能工廠生態(tài)體系。隨著視覺識別、商業(yè)智能、人工智能和增強現(xiàn)實等技術(shù)的融合，可以使制造端更智能，業(yè)務(wù)端更方便，財務(wù)端更精細，節(jié)省成本并提高盈利能力。
在原料計數(shù)環(huán)節(jié)，采用“二值化處理”和“斑點分析“基礎(chǔ)技術(shù)，對原料碼放截面利用CCD圖像傳感器獲取實時圖像，經(jīng)過斑點工具對圖像處理檢測，再通過二值化處理后，查詢白色斑點的個數(shù)進行計數(shù)。
在成品檢驗環(huán)節(jié)，彈條定位上采用三維掃描儀的彈條定位方法，并研究開發(fā)了掃描儀與機器人間的標定方法，將兩者的坐標系進行關(guān)聯(lián)統(tǒng)一，利用機器人實現(xiàn)對彈條的自動化抓取與放置。目標與模型匹配階段，先采用3Dsc (3D形狀上下文特征）方法進行粗配準，之后采用ICP（迭代最近點）算法進行精配準，獲取彈條在淬火網(wǎng)帶上與CAD模型之間的對應關(guān)系。在行業(yè)內(nèi)第一個實現(xiàn)了彈條運動且雜亂狀態(tài)下的隨機抓取，是實現(xiàn)彈條自動在線檢測的關(guān)鍵步驟。
基于3D激光掃描技術(shù)實現(xiàn)對彈條全尺寸檢測
項目基于3D激光掃描技術(shù)，實現(xiàn)對彈條全尺寸自動化檢測，主要檢測尺寸精度達到±0.1mm，在行業(yè)內(nèi)屬于首創(chuàng)。同時，項目針對彈條的具體特征以及需自動化檢測的尺寸，研究開發(fā)了彈條的自動化三維激光掃描技術(shù)，通過一種手持式激光掃描儀技術(shù)，實現(xiàn)對彈條的全自動快速掃描，獲取彈條的幾何點云信息。基于三維掃描數(shù)據(jù)，針對彈條的具體檢測項目，定制各種不同的檢測方法，如特征圓數(shù)據(jù)提取、特征面數(shù)據(jù)提取、面中心點數(shù)據(jù)提取、最高點數(shù)據(jù)提取等等。根據(jù)提取的特征再進行距離、半徑、高度、寬度等測量要素的計算，最后將計算結(jié)果與定義值進行比較，在限差范圍內(nèi)為合格，超出限差范圍為不合格。
助力鐵路行業(yè)降本增效，創(chuàng)造廣泛的應用效益和社會價值
項目實施上線后，原料計數(shù)環(huán)節(jié)最終實現(xiàn)原有千分之三誤差降低到近乎零誤差，成品檢驗環(huán)節(jié)實現(xiàn)檢驗自動抓取，24小時在線監(jiān)測，檢測效率由人工檢測一件約Smin,降低到全尺寸一件約2min,檢測效率是人工的2.5倍。在抽檢頻率，抽檢的均布性等方面系統(tǒng)檢測相較于人工檢測都有巨大優(yōu)勢。
其中，在原料視覺計數(shù)應用效益方面形成三大特點。
其一，產(chǎn)品追溯，提高定尺計數(shù)的準確度，為產(chǎn)品全生命周期追溯打好基礎(chǔ)；
其二，數(shù)據(jù)校核，對數(shù)據(jù)的真實性、可靠性，實現(xiàn)可直觀、便捷的校驗，做到有據(jù)可查，有據(jù)可依；
其三，自動化，整合車間現(xiàn)有設(shè)備、軟件，實現(xiàn)過程自動運轉(zhuǎn)，提升車間自動化水平。
同時，在成品視覺檢測的應用效益方面創(chuàng)造兩點價值。
其一，可以大大降低人工勞動強度，員工可以從頻繁的抽檢尺寸中解放出來，更多地進行現(xiàn)場設(shè)備的巡檢及模具調(diào)整技能的提升；有利于提高員工的專業(yè)技能水平。
其二，檢測效率方面，系統(tǒng)檢測一件約2min,人工全尺寸一件約Smin,檢測效率是人工的2.5倍；系統(tǒng)可以實現(xiàn)24小時在線檢測，在抽檢頻率，抽檢的均布性等方面系統(tǒng)檢測相較于人工檢測都有巨大優(yōu)勢。
項目在鐵路行業(yè)應用落地創(chuàng)造了廣泛的社會價值。方案可解決大批量生產(chǎn)產(chǎn)品的精準計數(shù)問題，不規(guī)則產(chǎn)品全方位快速檢測問題。在行業(yè)中屬首創(chuàng)，全過程自主研制，具有較大的創(chuàng)新性意義。同時，生產(chǎn)過程的自動化，對企業(yè)的生產(chǎn)效率提高的同時，也對生產(chǎn)過程規(guī)范化、精細化，進一步提升企業(yè)治理能力。對鐵路行業(yè)基于數(shù)智化轉(zhuǎn)型實現(xiàn)降本增效具有良好的示范效應。
本文章選自中國上市公司協(xié)會發(fā)布的《中國上市公司數(shù)字化轉(zhuǎn)型典型案例》