3D视觉：高端制造和智能制造机器人的关键技术应用

3D视觉：高端制造和智能制造机器人的关键技术应用—— 恰佩克新锐企业获奖者微链科技专访

当前，全球制造业正加快迈向高端化、数字化、智能化时代，制造业是我国国民经济的主体，占我国GDP近30%，我国已成为世界第一制造大国，因此高端制造、智能制造对我国制造业竞争力的影响越来越大。

从美国工业互联网到德国工业4.0，再到中国制造2025，各个国家开展制造业竞争，都有一个目标，那就是提高生产效率、提高产品质量，通过互联网技术、信息技术、大数据技术以及人工智能技术+机器人技术，促进各国的智能制造。

《中国制造2025》是由国务院于2015年5月印发的部署全面推进实施制造强国的战略文件，是中国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领。工业和信息化部主要领导曾强调，将“智能制造”作为“中国制造2025”的主攻方向，抓住智能装备和智能产品的研发和生产，通过高档数字机床、工业机器人等智能制造装备和智能化生产建材，加快可穿戴产品、智能家电、服务机器人等智能化产品的研发和产业化，大力推进制造过程的智能化。

首先我们要清楚，什么是高端制造？什么又是智能制造？

微链科技COO张宇接受希鸥网采访时分享，高端制造是相对低端制造来说的，生产纸巾、矿泉水、生产美国大选用的小旗子，一般是来料加工，本身还是劳动密集型产业，属于低端制造，而高端制造具有高附加值，是一种拥有核心竞争力的制造业，比如高铁、大飞机、船舶制造等。

智能制造则是融合包含了一些高科技，比如人工智能、5G、云计算、大数据等，多种技术叠加，给予机器智慧，能够让机器处理复杂场景。智能制造基于大数据、物联网等新一代信息技术与制造技术的集成，能够自主动态地适应制造环境变化，实现产品从设计制造到回收再利用全生命周期的高效化、优质化、绿色化、网络化、个性化的制造系统或者模式。

弄明白什么是高端制造和智能制造，我们再看国情。目前，我国传统制造业总体上处于转型升级的过渡阶段，相当多的企业在产业分工中处于中低端环节，但很多企业仍满足于低成本竞争，使用智能设备的动力不足。即使一些引入智能设备的企业，也仅停留在初级应用阶段。

总结来说，虽然中国是全球制造大国，但很多制造企业仍然面临三大问题，一是生产效率偏低，二是产品质量不高，三是关键零部件核心装备进口率偏高，对西方技术依赖性高。这就迫切需要推进智能制造机器人技术来加速制造业由中低端向高端转型升级，推动高质量发展。突如其来的新冠疫情，使得制造企业需要根据客户需求进行个性化和定制化生产，如果没有智能制造设备加持，企业很可能失去订单。

“疫情背景下，具备柔性化生产特质的智能制造让企业可以在短期内重建一条个性化生产线，推动产品快速更新迭代。智能制造将发挥巨大作用。”中国工程院院士王耀南近日接受采访时表示。

图一：中国工程院院士王耀南在恰佩克发言

除工程院院士身份外，王耀南还是机器人视觉感知与控制技术国家工程实验室主任、湖南大学机器人学院院长，作为智能制造领域的资深专家，他在8月28日的第十届中国国际机器人高峰论坛上表示，目前传统的机器人环境感知适应性比较弱，和机器人协作效率比较低，无法满足高端装备制造业的需求。

“一要突破机器人的实时感知视角，二是突破机器人在线的规划和自主决策，三是突破机器人怎么样让多个机器人协同作业。如何攻克这三大技术，如何在高端制造中机器人柔性的，小批量定制化生产，这是高端制造和智能制造机器人关键技术需要解决的问题。”王耀南说。

王耀南院士的发言引起了与会者的共鸣。全球领先的3D机器人视觉技术公司，微链道爱科技公司的COO张宇当然明白和理解为工业机器人装上大脑和眼睛的重要性。作为本届恰佩克新锐企业奖获得者，张宇先生接受了希鸥网的采访。

图二：张宇先生代表微链科技领取恰佩克新锐企业奖

张宇告诉希鸥网，传统制造一般来料加工，主要是依靠分工和协作来完成生产任务。但拥有高附加值的高端制造和拥有新技术的智能制造的生产流程则一般需要分为感知、认知、决策、控制和执行等几个阶段。

“高端制造和智能制造要实现的是智能化生产，其工作环境相比传统制造要复杂的很多。比如同样的机器和生产线，上午要生产苹果手机，下午可能变成了华为手机，这种情况下，首先，来料和生产工艺都发生了变化，工作机器人需要先感知来料，然后进入认知阶段做判断，判断完之后，要根据生产目标做决策，接着是控制和执行，怎么控制智能设备进行生产，要把货物运输到哪，等等，整个过程都是循环的。这其中，视觉非常重要，因为视觉能够帮助机器做感知和认知，要分辨工料的位置、状态等等，这就是为什么说3D视觉是高端制造和智能制造机器人的关键技术应用。”张宇说。

成立于 2016 年的微链科技是一家 3D 机器人视觉公司，其能够提供国际领先的工业级三维视觉相机和机器视觉认知系统，机器人视觉是机器人可以通过图像或者点云数据识别外部环境并作出类人判断的技术，是机器人拥有智能的基础，是赋予机器人认知能力的必要途径。人工智能技术在3D视觉上有重要应用和体现。

图三：微链科技3D相机

张宇介绍，视觉技术其实已经发展很久，最早是视觉识别、模式识别、图像识别，能够对图片做切分，基于平面和2D在做，最近几年，人工智能技术快速发展和成熟，尤其是深度学习算法、神经网络算法以后，人工智能有了飞跃性发展，3D视觉也是在2015年、2016年左右才被提出，我们公司也是在这个时候成立，因为这时刚刚出现相对成熟的技术能够实现3D视觉。运用最新的算法和技术之后，3D视觉实现了六维可视，包括空间、位姿等，为后续机器人运动提供了重要和必要信息。

谈及中国高端制造和智能制造机器人市场，张宇信心满满。“现在正在发生的新零售模式，几乎要把零售业重新做一遍，制造业将来也是这样，未来可能出现很多无人工厂，智能制造模式将把制造业重新做一遍。中国的制造业发展参差不齐，汽车、航空、高铁和3C制造的素质较高，但主要停留在自动化手段和工业3.0阶段，这个阶段，工厂实现了自动化，对智能感知和认知，还是有欠缺的，下一步将发展成为智能制造。而传统的一些企业，甚至在自动化方面都还欠缺，在成本允许的前提下，可能直接跳到智能制造阶段。未来，不是智能制造的工厂，将可能被淘汰。高端制造和智能制造的发展，自然需要包括3D视觉在内的核心技术的加持，未来市场巨大。”

由于高端制造和智能制造的巨大市场前景，各类提供机器人视觉服务的公司也如雨后春笋。通过张宇的介绍，相比其他视觉公司，微链科技的差异化优势主要体现在三个方面：

第一，传统2D视觉无法满足自动化领域日益复杂的需求，对3D视觉的需求越来越迫切，微链科技团队从2016年开始研发，2018年成立北京微链道爱科技有限公司，专注在深度学习和三维视觉领域的研究。团队有来自普林斯顿大学的博士后和加拿大滑铁卢大学的博士，SFU大学的研究生和清华大学的硕士，团队成员在三维视觉领域有超过10年的研究，师从人工智能领域深度学习教父Geoffrey Hinton和Greg Mori。微链科技团队是一个国际化的团队，拥有3D视觉领域顶级的人才和专家，在技术研发领域具有天然的优势。

其次，对于3D视觉应用，微链是技术和实践相结合，不管是3C还是汽车行业，微链是有典型应用的，能够把技术和真实的应用场景结合。很多技术公司是纯研发技术，没有实际应用场景。

第三，我们公司是双中心模式，研发中心设在加拿大温哥华，运营中心设在中国，因为中国有最大的制造业。和国内友商相比，我的算法最先进，同时我还有中国的市场，补充研发，技术和市场双轮驱动。

在“人机一体、智能制造”成为未来制造业发展趋势下，作为高端制造和智能制造机器人的关键技术应用，3D视觉技术的发展值得关注。