摘要 在沒有進(jìn)行固定設(shè)備投資的情況下，食品和飲料包裝商可選用多種解決方案以增加產(chǎn)量，從而實(shí)現(xiàn)更高的生產(chǎn)力和更多的利潤。越來越流行的方案是利用機(jī)器視覺完成質(zhì)量檢驗(yàn)以減少可接受的浪費(fèi)上限并且提高投資收益（ROI）。目前科技的進(jìn)步已經(jīng)使機(jī)器視覺的使用在中小型包裝商中變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，由此他們達(dá)到了更好的效果并且努力追求品牌風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避，并且已經(jīng)已取得消費(fèi)者和零售商的信賴。 緒論 為了避免采用固定資產(chǎn)投資的方法提高產(chǎn)量，生產(chǎn)過程的優(yōu)化對于食品和飲料公司而言意義重大，為此他們做出了不斷的大量的投入。與其它行業(yè)相比，微薄的利潤率以及來自于消費(fèi)者、零售商和管理機(jī)構(gòu)對產(chǎn)品的質(zhì)量和種類越來越高的要求是他們采用這種改良后的方法的主要原因?？紤]到對投資收益的影響，每一項(xiàng)投資計(jì)劃都將得到詳細(xì)的審查，只有對投資收益影響最大（提高ROI）的和最緊急的方案才會(huì)被實(shí)施。通過采用目前這種得到更多關(guān)注的和更能擔(dān)負(fù)得起的機(jī)器視覺方案，許多包裝商正在降低生產(chǎn)過程中的浪費(fèi)上限并且提高了包裝質(zhì)量。這樣就提高了投資收益并且使得更多的資金密集型生產(chǎn)向技術(shù)密集型生產(chǎn)轉(zhuǎn)化，在質(zhì)量提高的同時(shí)，也得到了消費(fèi)者和零售商更多的信賴。 投資收益促成三種不同減少浪費(fèi)的方案 包裝商通常會(huì)認(rèn)為沒有必要去修復(fù)沒有破損的東西，比如，制造商在可接受水平的浪費(fèi)和不能忍受嚴(yán)重浪費(fèi)概念之間一般會(huì)有一個(gè)閾值，通常，某種檢驗(yàn)（人工的或者半自動(dòng)的）將會(huì)協(xié)助鑒別可接受浪費(fèi)和不可忍受的浪費(fèi)，這種檢驗(yàn)通常在生產(chǎn)過程中或者末級包裝階段進(jìn)行。人工檢查在很多情形下可以對多種缺點(diǎn)進(jìn)行可靠的檢測，但其只能是輪班進(jìn)行的在低水平下達(dá)到較高的但不能再提高生產(chǎn)率，這樣就大大限制了檢驗(yàn)產(chǎn)品的數(shù)量。在很多情況下，機(jī)器視覺系統(tǒng)能夠顯著提高檢驗(yàn)產(chǎn)品的數(shù)量，減少人為過失、視覺疲勞和反復(fù)性動(dòng)作損傷，提高生產(chǎn)速度和精確度。以下是最普遍的三種預(yù)防浪費(fèi)的方案： 1.將機(jī)器視覺作為一種診斷工具來監(jiān)測貴重機(jī)器中需要修復(fù)的問題； 2．在液位過高或者過低，標(biāo)簽傾斜或者打碼系統(tǒng)打出的不是字母而是亂碼的情況下，通過機(jī)器視覺檢驗(yàn)來限制生產(chǎn)、包裝和噴碼過程中原料的浪費(fèi)； 3.利用機(jī)器視覺排除供應(yīng)鏈中不適合銷售的產(chǎn)品。 即使將浪費(fèi)閾值向下作一個(gè)微小的調(diào)整，所節(jié)省的大量的成本說明機(jī)器視覺檢驗(yàn)系統(tǒng)的投資的合理性，并且可以提高底線盈利能力。 檢驗(yàn)生產(chǎn)日期批號和標(biāo)簽質(zhì)量 采集數(shù)據(jù)以診斷機(jī)器問題 包裝問題的出現(xiàn)常常是機(jī)器可檢查到的特定元件需要維修或者更換的征兆。維修部分設(shè)備的費(fèi)用只是更換整個(gè)機(jī)器費(fèi)用的一小部分，需要的停機(jī)時(shí)間也比較短。大多數(shù)的包裝機(jī)器的使用將會(huì)持續(xù)很多年，除非出現(xiàn)了持續(xù)的問題。機(jī)器視覺系統(tǒng)能夠通過人機(jī)接口提供實(shí)時(shí)的錄像來監(jiān)視生產(chǎn)過程，也可以在上傳圖像到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)以位圖的形式對圖像進(jìn)行存儲(chǔ)和計(jì)時(shí)打印。用這樣的錄像和圖像進(jìn)行診斷可以縮短故障檢修期和減少廢品帶來的損失。 減少浪費(fèi)和泄漏 按照規(guī)定，在符合標(biāo)準(zhǔn)的未裝滿的情況下，瓶裝液位允許的公差范圍是很窄的。然而，企業(yè)利益要求裝瓶時(shí)外溢保持到最小限度。機(jī)器視覺系統(tǒng)能夠?qū)σ何贿M(jìn)行檢驗(yàn)以達(dá)到符合標(biāo)準(zhǔn)的裝瓶時(shí)所需產(chǎn)品的最低要求并在外溢導(dǎo)致過多的產(chǎn)品泄漏時(shí)發(fā)出警報(bào)。 監(jiān)視裝瓶時(shí)的外溢和未滿 另一種情況中，噴碼系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)用墨過量導(dǎo)致噴碼污濁而看不清字母。在高速的包裝線上，看起來極少的過量用墨累計(jì)起來每星期會(huì)造成好幾百美元的浪費(fèi)。 [align=center]排除掉有標(biāo)簽缺陷的不適合銷售的產(chǎn)品 [/align] 視覺傳感器檢測破損的標(biāo)簽 標(biāo)簽破損、污染或位置不當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品往往會(huì)對產(chǎn)品品牌造成不良的影響還會(huì)引起人們對產(chǎn)品的質(zhì)量提出質(zhì)疑。當(dāng)這樣的產(chǎn)品沒有售出仍然擺放在貨架上時(shí)，問題就更嚴(yán)重了。如果標(biāo)簽問題影響到一些柜臺(tái)的銷量，零售商可能會(huì)返貨以挽回聲譽(yù)或者將產(chǎn)品作為試用品牌，這樣的情況會(huì)對零售商作出是否促銷新產(chǎn)品或維持現(xiàn)有商品的在架的決定時(shí)起到消極的作用。將視覺傳感器安在標(biāo)簽后面或者紙盒前面進(jìn)行監(jiān)測，可以防止有標(biāo)簽缺陷的產(chǎn)品進(jìn)入供應(yīng)鏈。 機(jī)器視覺成為主流 更多的使用者可承受的視覺系統(tǒng)解決方案 在過去的五年里，由于科技的進(jìn)步，機(jī)器視覺硬件的價(jià)格不斷下降，其操作系統(tǒng)也更容易安裝。這樣硬件與軟件的結(jié)合使廠內(nèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師將視機(jī)器覺檢驗(yàn)添加到生產(chǎn)過程各個(gè)階段成為可能。2003年四月，Control Engineering雜志發(fā)表了他們最近對機(jī)器視覺系統(tǒng)用途的調(diào)查并且記錄了其發(fā)展趨勢： ＊ 從2003年到2004年初，受訪者中，有33%的人期望視覺系統(tǒng)的需求增加，而多數(shù)人（62%）認(rèn)為需求應(yīng)該保持到原水平。 ＊ 受訪用戶普遍表示購買六套視覺系統(tǒng)共計(jì)花費(fèi)59925美元。 ＊ 在多種通訊平臺(tái)中，受訪者中贊成使用基于TCP/IP協(xié)議的Ethernet的占73%，而贊成使用DeviceNet的也上升到46%。 機(jī)器視覺行業(yè)的專家Mark Sippel說，“一個(gè)關(guān)于機(jī)器視覺系統(tǒng)的新的復(fù)合型市場在美國發(fā)展起來了，旨在實(shí)現(xiàn)視覺系統(tǒng)向更小的體積，更低成本和簡潔操作。”他還說，“這個(gè)市場雖然在以PC機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集裝置上取得了一些銷量，然而這個(gè)市場中仍然有很多人不習(xí)慣使用價(jià)格在12，000美元以上的比較復(fù)雜的機(jī)器視覺系統(tǒng)，現(xiàn)如今他們愿意在這方面投資，因?yàn)樵S多系統(tǒng)僅需要7，000美元或者更少，這樣他們將很快得到投資回報(bào)?！? 任務(wù)導(dǎo)向型解決方案 大多數(shù)機(jī)器視覺產(chǎn)品適用于單條生產(chǎn)線或者單個(gè)機(jī)器系統(tǒng)，完成一些特殊的任務(wù)。直到最近，機(jī)器視覺系統(tǒng)制造商設(shè)計(jì)出了一種適合完成多種任務(wù)通用的產(chǎn)品，因此生產(chǎn)方法完全改變，在系統(tǒng)編程、通訊和重新設(shè)置方面也增加了很多的復(fù)雜性。正如Sippel所說的，“現(xiàn)在的趨勢是朝著任務(wù)導(dǎo)向型機(jī)器視覺產(chǎn)品發(fā)展，而這些產(chǎn)品將很多部件集中于一個(gè)區(qū)域內(nèi)，能夠發(fā)揮優(yōu)良性能?！? 視覺產(chǎn)品的簡要回顧 第一批任務(wù)導(dǎo)向型視覺產(chǎn)品的例子出現(xiàn)在市場大約在五年以前，它采用單一的視覺傳感器來處理模式匹配或簡單的像素計(jì)算，這些產(chǎn)品將光源、照相機(jī)、透鏡和處理工具集中到一個(gè)需要最小配置的緊湊的裝置中，后來制造商對這樣的產(chǎn)品進(jìn)行了徹底的改進(jìn)，他們提供消費(fèi)者擔(dān)負(fù)得起的產(chǎn)品使之得到普遍應(yīng)用，同時(shí)充分減少工程方面的要求使系統(tǒng)能夠工作。 第二代視覺產(chǎn)品 Sippel說，“人們對包括食品飲料、制藥和保健美容產(chǎn)品在內(nèi)的基礎(chǔ)包裝業(yè)的的越來越濃厚的興趣，充分說明了市場對高水平機(jī)器視覺系統(tǒng)功能和設(shè)置簡易性的需求。其中的一種新型的任務(wù)導(dǎo)向型視覺傳感器專門用來檢驗(yàn)日期碼。”這些系統(tǒng)在照相機(jī)、光源和透鏡等的選擇上更具廣泛性和靈活性，與第一代產(chǎn)品相比主要的不同點(diǎn)是將檢驗(yàn)設(shè)置縮減到最少步驟。日期碼檢驗(yàn)專用傳感器比具有日期碼檢驗(yàn)功能的多用視覺系統(tǒng)更加有效，比如, Omron公司生產(chǎn)的F210 CF型日期碼檢驗(yàn)器及四大重要特點(diǎn)于一身： 1.內(nèi)置字庫：省略對傳感器的文字的教授過程； 2.高級檢驗(yàn)算法：可以在有印刷缺陷的情況下保證檢驗(yàn)精確性； 3.自動(dòng)日歷升級：初始設(shè)置后可以自動(dòng)升級到相關(guān)日期； 4.常用碼模板：可以減少設(shè)置步驟，比如“生產(chǎn)”日期，“最佳使用”日期，“終止使用”日期。 具有光學(xué)特性驗(yàn)證的視覺系統(tǒng) 現(xiàn)在的包裝上都帶有大量與消費(fèi)者和制造商相關(guān)的重要信息：日期碼/批號/廠家和保質(zhì)期/食用期。為了確保打印信息正確性和數(shù)據(jù)的完整性，許多包裝商采用機(jī)器視覺系統(tǒng)來完成光學(xué)特性檢驗(yàn)（OCV）和光學(xué)字符識(shí)別（OCR）。 [align=center]OCV/OCR技術(shù)的發(fā)展 [/align] 近年來OCV/OCR方面取得的巨大進(jìn)步簡化了設(shè)置步驟并且提高了檢驗(yàn)的可靠性。一個(gè)主要的進(jìn)展就是創(chuàng)造內(nèi)置字庫使視覺系統(tǒng)能夠識(shí)別常用文字，在此之前，用戶不得教傳感器每次讀一個(gè)所用字符，設(shè)置過程冗長而且單調(diào)乏味。Omron公司通過使用以獲得專利的QUEST算法使檢驗(yàn)更具可靠性，這種算法能夠檢測和校驗(yàn)文字錯(cuò)誤。典型的標(biāo)記錯(cuò)誤包括缺點(diǎn)或文字缺少筆劃、線條寬度不一致、傾斜、大小不一和污點(diǎn)，這樣標(biāo)記不完整的產(chǎn)品在進(jìn)入零售商的供應(yīng)鏈之前就可以被排除出去。 更有效的協(xié)調(diào) “分布式智能意味著機(jī)器視覺裝置將能檢驗(yàn)生產(chǎn)過程中的每一個(gè)位置，來幫助系統(tǒng)作出排除或取出這個(gè)位置上不符合標(biāo)準(zhǔn)部分的決定，而不是一直等到其離開生產(chǎn)線?！盨ippel說，“增強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)功能意味著對單個(gè)檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集的改良，更好的質(zhì)量監(jiān)測和走向辨別?！蹦壳氨泵赖貐^(qū)最流行的可供選擇的網(wǎng)絡(luò)包括Ethernet和DeviceNet，而帶現(xiàn)場總線通訊的視覺傳感器在歐洲和南美部分地區(qū)很受歡迎。 [align=center]市場現(xiàn)狀和消費(fèi)者的信賴 [/align] 如今很多包裝商相信這個(gè)市場交易原則：“包裝就等于品牌?！笔聦?shí)上，消費(fèi)者也把產(chǎn)品包裝的每一個(gè)方面視為品牌。關(guān)鍵要素¬（如標(biāo)簽、保質(zhì)期和營養(yǎng)成分信息）和拆封警示安全要素都有助于打造一個(gè)良好的品牌形象。 有風(fēng)險(xiǎn)么？ 在過去，食品飲料包裝商在建立和保持品牌價(jià)值上投入了巨大的財(cái)力。近年來，優(yōu)先考慮達(dá)到最小的品牌風(fēng)險(xiǎn)這樣的做法才流行開來。在ARC咨詢集團(tuán)最近發(fā)表的研究《食品與飲料行業(yè)工廠級支付費(fèi)用全球縱覽》里，該文的作者對質(zhì)量控制故障導(dǎo)致的問題作了量化。他們指出，“因質(zhì)量不達(dá)標(biāo)而收回產(chǎn)品的成本是產(chǎn)品分銷時(shí)所用的五倍……回收產(chǎn)品的成本是巨大的，特別是當(dāng)公司出口商品或開拓新市場的時(shí)候。其它方面的比如清理生產(chǎn)車間或銷毀某些不合格產(chǎn)品和清除商業(yè)障礙的成本，往往是主要的利潤損失?！辈捎孟駲C(jī)器視覺系統(tǒng)這樣的在線質(zhì)量檢驗(yàn)裝置，能夠?qū)Τ霈F(xiàn)的問題進(jìn)行提前警報(bào)或?qū)⑵渫耆柚??？傊b商采用當(dāng)今這樣更加經(jīng)濟(jì)的機(jī)器視覺質(zhì)量檢驗(yàn)方案，花費(fèi)相對較少的投資，就可以大大降低其賬本底線。在降低因收回產(chǎn)品或其它調(diào)整活動(dòng)所帶來的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，保持一個(gè)高質(zhì)量品牌形象所帶來的額外收益，使得包裝商們把機(jī)器視覺質(zhì)量檢驗(yàn)系統(tǒng)的使用看作其成功的基本因素。產(chǎn)品包裝是消費(fèi)者在貨架前面作出購買決定的關(guān)鍵。任何的包裝缺陷都會(huì)使消費(fèi)者對于品牌質(zhì)量心目中的形象大打折扣，往往導(dǎo)致商品滯銷。在這時(shí)，由于經(jīng)濟(jì)上的壓力和來自恐怖主義、產(chǎn)品回收和對食品安全問題的擔(dān)憂等方面的干擾信息，消費(fèi)者對品牌的信任和零售商對品牌的銷售允諾特別容易喪失，導(dǎo)致消費(fèi)者對品牌忠誠度受到波動(dòng)。包裝商現(xiàn)在正在尋求保持消費(fèi)者和零售商信任的辦法以增加現(xiàn)有的營業(yè)額并為其新產(chǎn)品樹立良好的形象。