Понравились проекты?
Свяжитесь с нами!

ИИ и компьютерное зрение в промышленности

Рассказываем, где применимо компьютерное зрение, как разработать и внедрить на предприятии

Благодаря развитию нейросетей компьютерное зрение вышло на новый уровень. Современные системы машинного зрения для производства позволяют обрабатывать данные непосредственно в точке генерации или вблизи нее, повышая быстродействие, надежность и экономическую эффективность.

В статье рассказываем об основных сценариях применения промышленного компьютерного зрения, этапах разработки и внедрения. Также кратко обозначим возможные трудности и варианты их решения.

Терминология и общие принципы работы

Первые алгоритмы распознавания появились еще в 1970-х, решали только простейшие задачи, не могли отличить апельсин от яблока или прочитать рукописный текст. По мере развития технологий компьютерное зрение стало важной частью четвертой промышленной революции.

Компьютерное зрение (CV) — область технологий анализа визуальных данных в различных условиях с помощью компьютера или ИИ.

Машинное, или техническое зрение, более узкий термин. Его используют, когда говорят о промышленных системах на основе CV, разработанных под конкретные задачи:

  • визуальный осмотр и обнаружение дефектов;
  • позиционирование и измерение деталей;
  • идентификация, сортировка и отслеживание продукции.

Промышленное техническое зрение не отдельное ПО и не обученная под задачи бизнеса нейросеть. С помощью освещения, датчиков/сенсоров и оптики система захватывает изображение, модель CV производит обработку и анализ. На основе заданных критериев система принимает решение и инициирует действие (сигнал оператору, остановка линии, запись в систему, заявка на ремонт).

Сценарии применения компьютерного зрения в промышленности

По прогнозу AIANA, в 2026 году российский рынок компьютерного зрения вырастет на 29%, в основном за счет систем детекции и видеоаналитики на производстве и транспорте. Вот четыре сценария использования промышленного машинного зрения, которые чаще всего дают быстрый и измеримый эффект.

Контроль качества

Для автоматического обнаружения дефектов над конвейером устанавливаются камеры, фиксирующие изделие. Изображение поступает на промышленный компьютер или локальный сервер, где с помощью сверточной нейросети (CNN) и детекторов в реальном времени классифицируют объекты и локализуют дефекты.

Производство газобетонных блоков

Машинное зрение для выявления дефектов на производственной линии. При обнаружении брака система подает сигнал оператору или в контроллер линии.

Химическое
производство

Техническое зрение для контроля подачи пакетов с химическими компонентами на участке резиносмешения без участия оператора.

Охрана труда и промышленная безопасность

Для контроля использования СИЗ, трекинга сотрудников и техники, расчета дистанции и фиксации опасных сближений используют детекторы объектов в сочетании со световой демаркацией участков. Нейросеть покадрово анализирует данные с камер, автоматически регистрирует события и отправляет оповещения ответственному лицу.

Использование световой демаркации с ИИ на производстве на 60-70% сокращает трудозатраты службы охраны труда.

Мониторинг оборудования

Для визуального контроля узлов и предиктивного обслуживания промышленное машинное зрение работает в связке с тепловизорами, датчиками вибрации и технологиями дополненной реальности (AR). Система сопоставляет изображения и данные датчиков с критериями износа, прогнозирует остаточный ресурс и формирует заявку на обслуживание.

Промышленное приложение, интегрированное с инфракрасной камерой и AR Задача

Высокоточная диагностика горного конвейерного оборудования для предотвращения аварийных ситуаций.

Результаты
  • Ускорение диагностики в 2 раза и повышение точности на 30%.
  • Повышение безопасности условий труда обходчиков на 60%.
Промышленное приложение с интеграцией инфракрасной камеры и AR
Логистика и склад

Для быстрого распознавания маркировки, ускорения идентификации и учета перемещения грузов камеры размещаются на погрузчиках, кранах-балках или стационарных порталах. Интегрированная с WMS OCR-модель распознает код владельца, серийный номер и контрольную цифру.

Логистический оператор

Сервис идентификации по фотографии грузов с утраченной маркировкой на базе технического зрения.

До 87% выше точность распознавания негабаритных грузов.

Морские грузоперевозки

Программа для автоматического чтения маркировки на контейнерах даже в движении и с загрязнениями.

Нейросеть распознает символы на скорости до 70 км/ч

Этапы внедрения

Чтобы не тратить время и ресурсы на бесконечные проверки перед запуском, не исправлять ошибки и не искать компромиссы, важна правильная последовательность внедрения машинного зрения на производстве.

Этап Содержание Результат
Сбор датасета и подготовка данных Набор изображений со всеми производственными вариациями: партии сырья, освещение, положение изделия, сезонные изменения и редкий брак. Репрезентативный датасет, снижение риска ложных срабатываний
Проектирование зон контроля Подбор камер и освещения, разметка данных. Проект монтажа с учетом рабочей дистанции и вибраций, защиты объективов и подсветки, доступа для обслуживания Техническое оснащение соответствующее задачам
Обучение и валидация модели Выбор архитектуры с балансом точности и скорости на промышленном железе. Проверка на отложенной выборке и в реальных условиях линии. Настройка порогов под цену ошибки. Модель с заданными метриками, механизм дообучения на спорных кадрах
Интеграция с ПЛК, SCADA, MES и ERP Связка с ПЛК и SCADA для сигналов на отбраковку, остановку линии и блокировку оборудования. Обмен данными с MES и ERP. Рост автоматизации, меньше брака, простоев и ручного контроля
FAT и SAT испытания Проверка алгоритма, интерфейсов, рецептов, диагностики и набора образцов. Проверка скорости линии, освещения цеха, уровня вибрации и загрязнения, действий оператора и взаимодействия с оборудованием. Отработанные тестовые сценарии и алгоритм действий при сбоях
Промышленная эксплуатация Вывод в эксплуатацию, интерфейс подтверждения срабатываний, дообучение модели, корректировка регламентов линии. Готовность к тиражированию через перенос обучения

Ошибки внедрения технического зрения

Некачественная проработка датасета. Для обучения модели важно собрать максимально репрезентативную базу с пограничными дефектами, загрязнениями, редкими видами брака, сложными кадрами. А также регулярно дообучать систему на новых партиях и спорных случаях.

Отсутствие единых стандартов оценки. На этапе обучения важно утвердить эталонные образцы, сохранять дефектные кадры, указывать код причины и измерения, чтобы сигнал OK/NOK срабатывал корректно, и система не выдавала ложноположительных и ложноотрицательных результатов.

Низкое качество освещения. Блики на металле, тени от конвейера, смена света из окон или перегоревшая лампа приводят к ошибкам. Чтобы не усложнять алгоритм системы, нужны управляемая подсветка под задачу, защитный кожух для оптики, направляющие, регулярная проверка качества изображения с калибровкой систем.

Неправильно подобранное оборудование. Сначала определяют задачи и ограничения системы, технические требования (производительность, интерфейсы, разрешение, поле зрения и др.). Если закупить свет, оптику и датчики заранее, есть риск, что придется проектировать систему с учетом дополнительных ограничений.

Отсутствие обслуживания системы. Даже если система смонтирована правильно и для техники предусмотрены защитные кожухи, необходимо продумать регламенты для очистки, калибровки, контроля состояния. Для кибербезопасности нужно выделить систему в отдельный защищенный контур, вести журнал изменений и сохранять резервные копии.

Заключение

Данные опубликованных кейсов показывают, что использование на производстве технологии компьютерного зрения в сочетании с нейросетью:

  • на 3–8 п. п. увеличивает общую эффективность оборудования;
  • на 30–50% снижает количество брака на производстве;
  • на 95–99,7% повышает точность обнаружения дефектов;
  • на 40–60% сокращает трудозатраты операторов и специалистов охраны труда.

Что касается окупаемости, в исследовании Cognex указывают, что реалистичный срок составляет 12–24 месяца в зависимости от сценариев, отрасли и качества данных. Лучше начинать с пилота на одном участке, планировать проект с запасом по срокам на обучение модели и донастройку технического зрения под особенности производства.