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摘要：在离散制造型企业特别是电子制造企业生产过程中，小批量、多品种的订单模式已成为企业生产常态，不连续的生产及组装工艺，造就了多工位人工工作站和产线相结合的生产模式。传统的工作站只具备了工序生产的基本功能，无法自动实现人机协同生产中的质量检查，能实时防错、可演示工序操作步骤的智能工作站需求应运而生，并将成为相关企业的迫切需求。本文介绍了工业视觉技术的可行性、必要性和E-SOP系统功能，着重分析了基于工业视觉技术和E-SOP的智能工作站系统，并对智能工作站的发展现状和未来趋势做了简单分析。

关键词：视觉技术、E-SOP、智能检查、智能工作站

1.背景分析

在我国，离散制造型企业分布的行业较广，主要有：机械加工、电子元器件制造、汽车、家用电器、医疗设备、玩具生产等。而在离散制造型企业生产活动中，小批量、多品种的订单模式已成为企业生产常态，此种状态无法实现有规模的自动化、智能化产线，则有规律的按工艺流程布置的多工位人工工作站和产线相结合的生产模式就成为企业刚需，传统的工作站只具备了工工序生产的基本功能，无法自动实现人机协同生产中的质量检查，能实时防错、可演示工序操作步骤的智能工作站需求应运而生，并将成为相关企业的迫切需求。

工业视觉技术已广泛应用于产品瑕疵诊断、工况监视、产品外观质量控制等领域。既能满足一些危险环境和人工视觉难以实现的场合检测，也可解决人工检测速度慢、检测准确率不稳定、质检员的检测水平不一致等问题，可大大提高生产效率、速度和生产的自动化程度，降低人工成本。

E-SOP是一套电子作业指导书系统，即利用计算机技术和电子设备相结合实现SOP电子化。纸质版的SOP方式已应用非常广泛，而电子化、无纸化的E-SOP方式将逐渐成为人机协同工作中作业指导领域的主流趋势。

基于工业视觉技术和E-SOP的智能工作站通过视觉技术、计算机技术、安灯系统、智能工具和工作站相结合，具备工序操作电子引导、数据采集与分析、智能检查、提前防错等功能，解决了人机协同工作中产生的一切人为因素导致的质量问题，是未来人机协同工作站的发展方向，有着广阔的应用前景。

2.基于图像处理的工业视觉技术可行性和必要性分析

2.1可行性分析

（1）、技术上，工业视觉伴随着CCD/CMOS传感技术、计算机技术、嵌入式技术、现场总线技术的发展，CCD视觉检测技术已经逐步发展成为工业自动化生产过程中不可或缺的关键组成子系统。工业视觉被应用于各行业的生产设备中，助力行业设备升级，提高产线工艺水平，提升产品的质量和成品率，是现代工业的核心技术之一。

（2）、行业上，工业视觉技术已经被广泛应用于触摸屏、FPD、激光加工、太阳能、半导体、PCB、SMT、机器人与工厂自动化、食品饮料、制药、消费电子产品加工、汽车制造等行业，极大地提高了产品质量、降低生产成本，最终提升人类对工业产品的物质与精神满足。

（3）、应用场景上，工业视觉技术的主要应用场景为定位、测量、检查、识读等。生产过程中或最终产品的质量检查是企业生产活动中非常重要的组成部分，工业视觉检查将逐渐替代人工视觉检查，排除人为因素干扰，实现稳定可靠质量检查。

（4）、由于工业视觉技术已非常成熟，应用场景也非常广泛，可排除人为因素和环境因素干扰，具备稳定、可靠、一致性高的特点，将在人机协同工作中取代员工做过程或最终结果质量检查，使其在人机协同的智能工作站推广应用成为可能。

2.2必要性分析

（1）、一些危险环境或人工视觉范围难以满足的场合，需要用相机视觉系统替代人工视觉。

（2）、产品重复性检查、视觉易疲劳场合，可能出现检查速度慢，准确率不稳定情况，需要用相机视觉系统替代人工视觉。

（3）、质检员水平不一致或不同时间发挥不一致，导致产品质量检查结果不稳定。

（4）、需要过程检查及质量追溯场合，人工无法实现有效过程质量追溯，需要用相机视觉系统替代人工视觉进行检查。

（5）、对于有一定技术含量的质检人员，企业需求远大于市场供给，人员招聘困难，自动化、智能化手段将成为企业刚需，相机视觉系统也将成为人机协同智能工作站中的必然选项。

3.E-SOP系统功能说明

E-SOP（Electronic-Standard Operating Procedure即电子作业指导书）是采用电子看板的方式取代张贴的纸质作业指导书的软件系统，主要功能有：基础信息管理、工艺管理、数据查询、权限管理。可以实现作业指导书统一管理、集中控制、快速发放，从而实现无纸化办公、提高生产换产速度、产品质量及企业形象。

基础信息管理：对所需用到的E-SOP信息进行维护管理，对相关工单进行信息的输入、修改、调取、管理等工作，系统支持文件导入和手动输入等方式，比如图片、word、Excel、PPT、视频等多种格式。

工艺管理：①条码扫描、自动显示E-SOP和SOP视频播放，站点员工工作时，通过手持扫码设备扫描物料，调出对应作业指导书，按工步进行安装等工作，也可调出对应工步视频，进行培训和学习。②不良信息记录和生产数据统计，生产过程中，发现有瑕疵产品零件，可选择对应质量问题进行上报，也可以手动输入新的质量问题上报，生产完成后系统可直接统计产品数量。③工位报警，出现缺料、设备异常、质量异常等情况，站点员工可手动触发终端告警信号，控制终端就会收到报警信息，进行及时处理。④快速换产，更换新产品安排生产时，只需在管理主机或终端上切换相应电子作业指导书即可实现，站点工作时，可直接进行条码扫描完成产品换产计划。

数据查询：生产数据统计、生产记录查询、电子看板实时数据查看。

权限管理：用户管理、权限设置、密码变更等。

通过以上功能，解决了传统SOP的换产速度慢、问题记录慢、问题反映慢、标准作业形式及培训单一等问题，实现了人机协同工作中最大程度的电子化、数字化，是未来精益生产中智能工作站的标配，具有重要的实用价值。

4.基于工业视觉技术和E-SOP的智能工作站系统

4.1系统概述

传统的人机协同工作站多采用纸质SOP及电子货架方式进行工件粗加工或组装，过程的质量控制和最终结果检验完全靠人工完成，人为因素和质检水平决定了质量检查结果不一定可靠、稳定，有较大的局限性。在产能激增的情况下，如何快速稳定的完成质量检查是许多企业的迫切需求。

基于工业视觉技术和E-SOP的智能工作站系统是一个集合电子货架、安灯系统、工业视觉技术和E-SOP的新系统，仅需把原来的SOP方式替换为E-SOP并增加工业视觉系统即可，升级优化后的工作站，员工只需按提示步骤操作即可，过程检查和最终结果检查交给视觉系统完成，降低了对员工的技能和劳动强度的要求。

该智能工作站具备以下特点：

（1）、采用工业视觉技术实现快速稳定的过程和结果质量检查;

（2）、采用E-SOP系统实现标准作业指导书电子化、无纸化，培训学习多样化;

（3）、具备电子货架防错、工步引导防错和视觉检查防错的三重防错技术，实现傻瓜式操作;

（4）、提供软件数据接口，可接入企业信息化系统，实现数据互联互通，从而实现数据上传以及工作站或产线在后台的快速换产。

4.2系统构架

基于工业视觉技术和E-SOP的智能工作站系统，其原理框图如图1所示：

图1左侧部分为传统工作站配置，其电子货架、安灯系统、电动工具等和控制器连接，由控制器控制其通断、提示和报警。

图1右侧部分在传统工作站的基础上增加工业视觉和E-SOP等工控系统，把原来普通工具替换为智能工具。工业视觉系统包含智能相机和视觉系统软件，视觉系统软件在智能相机内运行，E-SOP包含电子作业指导书系统和触摸工控一体化的电子看板，扫码枪和E-SOP系统连接，智能工具配套控制器通过网线和工控机连接，把采集到的相关数据保存在工控机上，工控机配套软件接口系统可以和上位机连接实现数据传输。

4.3系统工作原理

基于工业视觉技术和E-SOP的智能工作站系统主要由传统的电子货架、安灯系统和新技术的工业视觉系统、E-SOP系统、扫码枪及智能工具等组成。其运行模式如下所示：

员工手持条码枪扫描待组装部件条码，E-SOP电子看板直接弹出对应工序操作作业指导书，指导书上有本步骤操作所需物料和对应智能工具扭矩或其它参数信息，员工根据电子看板上的信息，调出本次工作对应的智能工具扭矩或其它参数。而电子货架所需物料为提前配置好的，同时每种物料都有指示灯进行位置指示，电子看板上的操作步骤所需物料在扫码枪第一次扫码待组装产品时，电子货架上的指示灯就同时亮起了，员工只需取对应物料，即可开始工作。此时，若扫码枪、电子货架指示灯或智能工具异常，则按压呼叫按钮，安灯系统开始工作，报警指示灯亮起，同时远程控制室（若有）也会出现报警提示。

若以上操作步骤正常，则进行安装工作，智能工具会提供实时扭矩或其它参数信息，同时也会进行超限报警，若智能工具工作正常，则完成一个工序步骤工作，根据需要进行此步骤视觉检查，检查是否有漏装等质量问题。如果有，则再次检查，以确认是否误判，第二次检查后仍判断为不合格，则放入不合格区域，在电子看板上记录信息并上报，继续下一个产品的生产。如果视觉检查判断为正常，则根据作业指导书继续下一步生产，直至此零部件全部工序生产完成。

重复上述动作，开始新的零部件生产，直至完成本次生产任务。工作流程如下图2所示：

随着工业相机智能化的发展，已可把视觉系统软件集成到相机中，提前通过合适的检测方法（比如良品学习检测、黑白面积检测等），把各种规格的良品图像特征进行学习并储存在软件系统中，控制系统可调用不同产品种类，使视觉软件系统对当前生产的产品图像进行比对检查，并判断是否合格。

视觉检查系统主要包括图像获取、图像分析、数据管理及人机交互等功能。其中图像获取模块硬件部分主要包括照明光源、相机、镜头、图像采集卡等。图像分析软件算法部分主要包括图像的预处理与检查处理，预处理是对图像数据进行加工，使我们需要的图像特征更加明显;检查处理是根据图像特征对特征有无或瑕疵缺陷进行检查。数据管理及人机交互是对于检查到的物体是否合格以及去向根据实际需要做相应的处理。工作流程如下图3所示：

5.智能工作站发展趋势及建议

5.1发展趋势

工业视觉技术在产品定位、尺寸测量、质量检查、条码及字符识别等方面的应用已得到广泛认可，但在人机协同的智能工作站中才刚刚开始，还没有普及。传统工作站的模式是员工操作、人工检查，人为因素在产品质量判断中占比很重，是生产中瓶颈之一，如何突破这一瓶颈，提高产品质量，是企业急需解决的问题，此时“傻瓜式”操作、智能化判断就应运而生，而基于工业视觉技术和E-SOP的智能工作站刚好就满足了这个要求，它必然成为离散制造型企业生产组装过程中的刚性需求，在半导体、PCB、消费单子产品等行业有广阔的市场空间。

5.2推广应用难点

虽然基于工业视觉技术和E-SOP的智能工作站市场需求广阔而且势在必行，但目前离散制造型企业仍以传统工作站为主要生产方式，而且站点众多，新的生产方式需要对其升级改造，同时需要较大的资金投入，对企业来讲，暂时可能是一种负担，所以推广起来可能有一定的困难。另外，工业视觉技术虽然技术比较先进，但它也需要良品的不断学习，需要有一定的技术水平人员做换产准备工作，而离散制造型企业最大特点就订单小而产品种类多，且更换品种速度快，这就需要企业具备一定的管理水平和技术支撑。

5.3发展思路建议

目前智能工作站的发展机遇与挑战并存，前景光明但可参考成功案例不多，因此，对于智能工作站的发展做如下建议：

（1）、坚定方向，趁早进入。

智能工作站是离散制造型企业未来的必然选择，但随着工业视觉技术的发展，市场的开放性和竞争性也是必然趋势，为抢占市场高点，必须提早进入研究和布局。

（2）、产品标准化，降低设备费用投入。

把工业视觉系统、E-SOP系统标准化，减少开发工作量，降低设备成本，从而减少客户改造和新建费用，提高客户的投入产出效益比。

（3）、降低客户使用难度，提高产品售后服务能力。

采用智能化视觉系统，减少客户换产难度，增加培训，使客户使用更加便捷，同时提高产品售后服务能力，减少客户的后顾之忧。

6.结束语

随着工业视觉技术的发展，E-SOP系统标准化日趋完善，离散制造型企业对“傻瓜式”操作、智能化判断的设备需求更加强烈，而基于工业视觉技术和E-SOP的智能工作站刚好具备了这些特点，也将成为这类企业的刚性需求。这也将对此类企业带来了一场技术和管理变革。本文提出的基于工业视觉技术和E-SOP的智能工作站解决方案，与已存在的传统工作站有一定的兼容性和可实现性，既可在原来基础上优化改造也可直接新造，灵活而方便。随着投入成本的降低和使用便捷性的提高，智能工作站必将得到快速推广及应用。

参考文献

中国电子技术标准化研究院.智能制造标准化.北京.清华大学出版社，2019

李培根、高亮.智能制造概论.北京：清华大学出版社，2021

贾云得.机器视觉.北京：科学出版社，2000

吴娱.数字图像处理.北京：邮电大学出版社，2017

作者简介：王飞虎（1982-），男，中级工程师，河南，本科，多年从事企业智能制造定制化的设计研究及项目实施工作，主要研究方向为设备、生产线的自动化、数字化和智能化，特别在提高企业产品质量和生产效率方面有深入的研究。

电话：18072978918，邮箱：18072978918@126.com

张嘉文（1983-），男，浙江，本科，多年从事企业智能制造定制化服务工作，特别是在规划设计、项目管理方面有深入的研究。