機器視覺行業(yè)發(fā)展概況

機器視覺行業(yè)發(fā)展概況

機器視覺行業(yè)發(fā)展概況（一）機器視覺行業(yè)基本介紹1、機器視覺系統(tǒng)組成機器視覺是指用機器代替人眼來做測量和判斷，是人工智能正在快速發(fā)展的一個分支。機器視覺系統(tǒng)由光學照明與成像、圖像采集、圖像處理和分析、信息決策與應用執(zhí)行四個部分組成。2、機器視覺系統(tǒng)優(yōu)勢相比于人眼識別，機器視覺在速度、精度、環(huán)境適應性、客觀性、效率性、感光范圍等方面優(yōu)勢明顯，具有檢測速度快、識別精度高、工作時間長、信息方便集成、適應惡劣環(huán)境等核心特征。機器視覺系統(tǒng)是智能制造裝備的重要組成部分。智能制造裝備是指具有感知、分析、推理、決策、控制功能的制造裝備，它是先進制造技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)的集成和深度融合。機器視覺作為機器的眼睛和視覺大腦，屬于智能裝備感知、分析部分的關(guān)鍵零部件，也是整個智能制造系統(tǒng)中的重要信息輸入端口。智能制造的實現(xiàn)需要廣泛聯(lián)通各類生產(chǎn)設備，并通過智能控制系統(tǒng)將各類生產(chǎn)設備所采集的信息進行匯總和分析，最終做出高效、精確的自主決策，而機器視覺技術(shù)是生產(chǎn)設備采集信息的重要方式，是智能制造的基礎。（二）機器視覺行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀1、國外機器視覺發(fā)展較早，應用場景不斷擴充，全球市場規(guī)模持續(xù)提升機器視覺相較于人眼識別在速度、精度、適應性、效率性等方面的優(yōu)勢顯著，已成為智能制造領(lǐng)域中的重要組成部分。隨著自身技術(shù)的成熟和各行業(yè)智能制造需求的增長，機器視覺的應用場景不斷擴充，在電子制造、平板顯示、汽車、印刷、半導體、食品飲料包裝、制藥、生命科學等眾多行業(yè)均成功應用。根據(jù)數(shù)據(jù)，2015-2020年全球機器視覺市場規(guī)模不斷增長，2020年已達到107億美元。未來隨著應用領(lǐng)域的不斷豐富，全球機器視覺產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模有望進一步提升。2、我國機器視覺產(chǎn)業(yè)起步晚，發(fā)展迅速，未來前景廣闊我國機器視覺產(chǎn)業(yè)起步較晚，早期主要以技術(shù)引進的方式快速掌握國外機器視覺的先進經(jīng)驗。近年來，國家大力推進制造業(yè)轉(zhuǎn)型和智能制造，國內(nèi)制造業(yè)升級轉(zhuǎn)型和的趨勢明顯加快，我國機器視覺行業(yè)迎來了空前的發(fā)展機遇，市場規(guī)模快速提升。根據(jù)機器視覺產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（CMVU）數(shù)據(jù)，2020年我國機器視覺產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模達到128億元。2016年-2020年，年復合增長率達到27．42%。預計2025年，我國機器視覺產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模達到393．13億元。（三）機器視覺行業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢嵌入式系統(tǒng)技術(shù)是以計算機技術(shù)為基礎，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等要求嚴格的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)由硬件和軟件組成，軟件內(nèi)容包括軟件運行環(huán)境及其操作系統(tǒng)，硬件內(nèi)容包括嵌入式處理器、存儲器、通信模塊等。嵌入式系統(tǒng)技術(shù)在機器視覺中的應用不斷拓展，形成以智能相機為代表的智能化機器視覺設備。相比于基于上位機的視覺技術(shù)，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)將用于實現(xiàn)圖像處理和深度學習算法的AI模塊集成至工業(yè)相機，實現(xiàn)邊緣智能，能夠同時勝任圖像采集與數(shù)據(jù)處理工作。隨著技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過程中的高精度化、高自動化對機器視覺檢測系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)的存儲和傳輸都提出了更高的要求，傳輸過程中的大容量數(shù)據(jù)、高分辨率圖像給上位機的算法處理帶來了嚴峻的考驗。采集卡主要作用為將相機輸出的圖像信號采集到圖像處理和存儲設備中。圖像處理板卡主要作用為利用其硬件完成對圖像的各種復雜處理，應用在數(shù)據(jù)量大或?qū)崟r性高的應用場合。為解決大容量數(shù)據(jù)的處理問題，以德國Basler為代表的采集卡廠商，推出帶預處理功能的數(shù)字圖像采集卡，該卡利用FPGA+軟件平臺，預先完成一部分圖像處理工作，簡化了上位機的算法處理壓力。隨著FPGA技術(shù)和并行處理技術(shù)等多種底層技術(shù)的發(fā)展，圖像采集卡的預處理能力和圖像處理板卡處理能力未來將日益強化，大數(shù)據(jù)量復雜運算的實時處理都變?yōu)榭赡?，上位機將成為簡單的信息交互界面。作為神經(jīng)網(wǎng)絡的高階發(fā)展產(chǎn)物，深度學習通過大腦仿生使得計算機從經(jīng)驗中學習知識，根據(jù)層次化概念體系理解環(huán)境，進而去擬人化地解決難以形式化描述的任務。深度學習的常用模型主要包括循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡和稀疏編碼等，主要應用于圖像處理、數(shù)據(jù)分析、語音識別等領(lǐng)域。基于深度學習的缺陷視覺檢測，借助特征可視化手段對深度學習模型提取到的特征進行可視化分析來檢測產(chǎn)品瑕疵，提升分級模型訓練的準確度，實現(xiàn)產(chǎn)品缺陷的高效準確分級，解決工業(yè)生產(chǎn)過程中外觀檢測的痛點和難點。相比于傳統(tǒng)檢測手段，基于深度學習的視覺檢測在產(chǎn)品缺陷檢測中應用具有更高效及自動的提取特征能力、突出的抽象和表達能力。然而，復雜的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境、多種多樣的生產(chǎn)工藝等因素，造成外觀缺陷種類和特征各不相同。目前，基于深度學習的缺陷視覺檢測系統(tǒng)在行業(yè)應用上尚無通用的檢測算法，針對不同的應用場景，需要分析設計最優(yōu)的圖像采集和檢測方案。未來，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，深度學習技術(shù)有望與機器視覺系統(tǒng)在工業(yè)檢測領(lǐng)域充分融合，進一步提升生產(chǎn)制造過程中的檢測水平。SCADA：重點在于數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控處理SCADA:（SupervisoryControlAndDataAcquisition，監(jiān)測控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)），是以計算機為基礎的實時分布式系統(tǒng)，可對現(xiàn)場設備進行遠程控制和監(jiān)控，并為安全生產(chǎn)、調(diào)度、管理、優(yōu)化和故障診斷提供依據(jù)。SCADA系統(tǒng)的設計用來收集現(xiàn)場信息，將這些信息傳輸?shù)接嬎銠C系統(tǒng)，并且用圖像或文本的形式顯示這些信息。SCADA系統(tǒng)重點突出數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控處理。SCADA系統(tǒng)集成了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和HMI軟件，以提供集中的監(jiān)視和控制，以便進行過程的輸入和輸出?？梢詰糜陔娏Α⒁苯?、石油、化工、燃氣、鐵路等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領(lǐng)域。SCADA系統(tǒng)主要由監(jiān)控中心、通訊系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)三部分組成。上位機與下位機由通訊系統(tǒng)連接，上位機定位監(jiān)控中心，主要負責監(jiān)控，下位機主要由PLC、RTU、現(xiàn)場儀表、現(xiàn)場人機界面等組成，主要負責控制。2021年全球SCADA市場規(guī)模約90億美元。根據(jù)ISA數(shù)據(jù)預測，2021年全球SCADA市場規(guī)模為92億美元，預計到2026年將達到132億美元，年復合年增長率7．6%增長。2020年中國SCADA市場規(guī)模約124億。根據(jù)頭豹研究院數(shù)據(jù)，中國SCADA市場規(guī)模從2014年的77．1億元穩(wěn)步上升至2018年的100．2億元，年復合增長率為6．8%，未來隨著工業(yè)技術(shù)與信息技術(shù)深度融合，信息化逐漸帶動工業(yè)化，SCADA應用普及度將繼續(xù)提升，預計未來五年，中國SCADA行業(yè)的發(fā)展增速將提升至12．0%，到2023年，中國SCADA行業(yè)市場規(guī)模有望達到176．6億元。前三大應用場景為電力、市政與石油天然氣。從應用占比來看，電力行業(yè)式SCADA系統(tǒng)應用占比最大的領(lǐng)域，占比達到30．5%，其次是市政、石油天然氣，分別占比25．3%、16．6%。PLC：工控系統(tǒng)中的重要底層控制部件PLC（ProgrammableLogicController，可編程邏輯控制器）是一種以微處理器為基礎，集合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機械設備或生產(chǎn)過程，可以將控制指令隨時載入內(nèi)存進行儲存與執(zhí)行。用戶編制的控制程序表達了生產(chǎn)過程的工藝要求，將其存入PLC的用戶程序存儲器，運行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC于上世紀60年代末研制出應用于汽車制造業(yè)，PLC是從摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，70年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，所以被命名為可編程邏輯控制器。PLC具有適用范圍廣、可靠性高、編程簡單、使用方便等特點。PLC主要由CPU結(jié)構(gòu)、存儲器、I/O單元、電源模塊、外部設備接口等部分組成。大中型PLC主要用于項目型市場，小型PLC應用于OEM市場。國內(nèi)大中型PLC主要應用于項目型市場，產(chǎn)品的安全性、可靠性、穩(wěn)定性和網(wǎng)絡通信能力要求比較高，如汽車、冶金、電力、化工、建材等；小型PLC主要應用于OEM市場，如紡織機械、包裝機械、起重機械、食品機械等器械設備。中國PLC市場主要由外資品牌主導。歐美品牌主要以西門子、羅克韋爾、施耐德、GE為代表。西門子在中國市場占而有率44%，占據(jù)領(lǐng)先的市場地位，其大型、中型、小型PLC產(chǎn)品的可靠性、穩(wěn)定性等性能較為良好，在大型、中型PLC市場中具有較強競爭優(yōu)勢，羅克韋爾排名第四，市占率為5%，但是其在大型PLC產(chǎn)品是絕對的龍頭；日韓品牌主要以三菱、歐姆龍、LG為代表。主要依靠較高的性價比和渠道優(yōu)勢占據(jù)一定的市場份額，其中以三菱和歐姆龍為代表的日本PLC在小型控制系統(tǒng)等細分領(lǐng)域中應用較多；本土品牌市占率僅11%，主要以信捷電氣、匯川技術(shù)、麥格米特、和利時為代表，市場規(guī)模相對較小，目前本土品牌主要以提供小型PLC產(chǎn)品為主。過程裝備與控制工程的發(fā)展趨勢過程裝備與控制工程在工業(yè)等不同領(lǐng)域中的地位表現(xiàn)越來越重要，國家加大了對人才的培養(yǎng)力度，在人才的培養(yǎng)中，對理論知識的掌握程度要求較高，技術(shù)人員對知識必須扎實、熟練的掌握。所謂控制工程，就是實現(xiàn)對設備或者儀器的高效率控制，逐步實現(xiàn)自動化與智能化，實現(xiàn)生產(chǎn)制造能力的不斷提高。隨著時代的發(fā)展，人們對智能化的依賴程度逐漸加大。只有對不同的產(chǎn)業(yè)進行高效的控制，才能實現(xiàn)設備的高效運轉(zhuǎn)，同時，保證生產(chǎn)質(zhì)量。不同國家、不同地區(qū)的企業(yè)可能管理理念有所不同，生產(chǎn)模式各異、技術(shù)水平參差不齊，但是都需要對現(xiàn)代化設備進行控制，很多公司已經(jīng)成功應用了過程控制的設備和技術(shù)，不僅實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，而且提高了生產(chǎn)質(zhì)量以及生產(chǎn)效率。在生產(chǎn)中，遠程控制技術(shù)不斷發(fā)展。智能化水平不斷提高，在控制過程中，安全性以及穩(wěn)定性也得到不斷改善，企業(yè)獲得了更大的經(jīng)濟效益。向智能化方向發(fā)展已經(jīng)成為傳統(tǒng)控制方式的發(fā)展趨勢，智能化發(fā)展改變了傳統(tǒng)的手工控制方式以及生產(chǎn)方式。采用遠程控制方式將傳統(tǒng)的控制方式和現(xiàn)代化的控制技術(shù)有機的融合起來，通過計算機、網(wǎng)絡等現(xiàn)代化的媒體完成了操作需求，實現(xiàn)了生產(chǎn)任務。這種發(fā)展趨勢，在提高產(chǎn)量的同時，保證了全過程的安全性。避免出現(xiàn)安全事故，消除一系列的安全隱患。為人們的安全和經(jīng)濟效益提供了保障。過程控制行業(yè)基本概念過程控制在工業(yè)領(lǐng)域是指以厚度、水分、成分、溫度和壓力等工藝參數(shù)作為被控變量的自動控制，是計算機及時地采集檢測數(shù)據(jù)，經(jīng)過算法得出最佳值迅速地對控制對象進行自動控制和自動調(diào)節(jié)，也被稱為實時控制。過程控制是保持生產(chǎn)穩(wěn)定、降低消耗及成本、提高生產(chǎn)質(zhì)量的重要手段。DCS：是流程工業(yè)控制系統(tǒng)的核心DCS（DistributedControlSystem，集散控制系統(tǒng)）是以微處理器為基礎，采用分散控制、集中顯示、分而自治、綜合協(xié)調(diào)的設計原則的新一代儀表控制系統(tǒng)。DCS采用集中監(jiān)控的方式協(xié)調(diào)本地控制器以執(zhí)行整個生產(chǎn)過程，將各個分站進行數(shù)據(jù)交流和整合，完成滿足客戶需求的控制。DCS是流程工業(yè)控制系統(tǒng)的核心，它采用控制分散、管理集中的設計思想，采用多層分級、合作自治的結(jié)構(gòu)形式，主要應用于基于物理和化學變化生產(chǎn)、加工過程屬于連續(xù)系統(tǒng)的流程工業(yè)領(lǐng)域。DCS由輸入輸出模塊、通信模塊、控制器和人機界面組成，用于實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集、控制和監(jiān)視功能。DCS主要由三站一線組成：工程師站、操作員站、現(xiàn)場控制站、系統(tǒng)網(wǎng)絡。工程師站對DCS進行離線的配置、組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護的網(wǎng)絡接點。操作員站處理一切與運行操作有關(guān)的人機界面功能的網(wǎng)絡節(jié)點?，F(xiàn)場控制站是DCS的核心，對現(xiàn)場I/O處理并實現(xiàn)直接數(shù)字控制（DDC）功能的網(wǎng)絡節(jié)點。系統(tǒng)網(wǎng)絡是連接系統(tǒng)各個站的橋梁，由于DCS是由各種不同功能的站組成的，這些站之間必須實現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)傳輸，以實現(xiàn)系統(tǒng)總體的功能。2020年全球DCS市場規(guī)模約169億美元。根據(jù)ReportLinker數(shù)據(jù)顯示，2020年全球DCS市場規(guī)模約為169億美元，預計到2027年全球DCS市場規(guī)模將達到215億美元，年復合增速約為3．5%。2020年中國DCS市場規(guī)模約87億人民幣。根據(jù)睿工業(yè)數(shù)據(jù)，2019年度國內(nèi)DCS市場規(guī)模為87．4億元，同比增長7．2%。2020年受到新冠疫情影響，項目建設有所延緩，預計DCS市場或?qū)⒊霈F(xiàn)下滑。但隨著工業(yè)復制化持續(xù)提升，DCS的運用將逐步開始向高端、大型、聯(lián)合控制和注重后續(xù)維護的方向發(fā)展，預計DCS市場仍會保持5-6%的平均年增長率。DCS應用行業(yè)眾多，化工、石化和電力是最大領(lǐng)域。從下游應用行業(yè)來看，化工、石化和電力三大行業(yè)占據(jù)80．7%的市場。2019年化工行業(yè)依然為第一大市場，規(guī)模達到32．3億元，同比增長17．4%；石化行業(yè)規(guī)模達到17億元，同比增長14．3%；電力行業(yè)規(guī)模為21．3億元，同比下降4．6%。中控技術(shù)市占率近三成，位列行業(yè)第一。本土品牌：以中控技術(shù)、和利時為主，市場份額分別分別占比27%與15%；外資品牌：主要以歐美系的艾默生、霍尼韋爾、西門子、ABB，和日系品牌橫河電機為主，市場份額分別占比16%、10%、6%、7%、6%；化工領(lǐng)域主要以中控技術(shù)、和利時、霍尼韋爾、橫河電機為主；電力領(lǐng)域主要以ABB、艾默生、和利時、西門子為主；石化領(lǐng)域主要以中控技術(shù)、霍尼韋爾、艾默生、橫河電機為主。過程控制行業(yè)未來發(fā)展趨勢傳統(tǒng)模式下，工業(yè)自動化行業(yè)內(nèi)自動控制系統(tǒng)與自動檢測系統(tǒng)相對獨立，自動檢測系統(tǒng)提供商專注于提供專業(yè)的檢測設備，自動控制系統(tǒng)提供商專注于對各類設備進行系統(tǒng)集成和控制。隨著全球工業(yè)和制造業(yè)正向著一體化、數(shù)字化和智能化的方向發(fā)展，對檢測、控制設備等均出現(xiàn)更精細化、專業(yè)化的要求，對自動化的需求上也將從單一系統(tǒng)轉(zhuǎn)向整體解決方案。面對下游行業(yè)對于自動化產(chǎn)品的需求，過程控制企業(yè)在設備生產(chǎn)和發(fā)展上更加關(guān)注下游行業(yè)的生產(chǎn)場景，由原有的僅提供專業(yè)檢測設備或控制集成服務逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樘峁z測、控制一體的解決方案。工控系統(tǒng)主要包括PLC、DCS和SCADA三大類工業(yè)控制系統(tǒng)（ICS，Industrialcontrolsystem）是各式各樣控制系統(tǒng)類型的總稱，是由各種自動化控制組件以及對實時數(shù)據(jù)進行采集、監(jiān)測的過程控制組件，共同構(gòu)成的確保工業(yè)基礎設施自動化運行、過程控制與監(jiān)控的業(yè)務流程管控系統(tǒng)。工業(yè)軟件分為嵌入式軟件（工業(yè)通信、汽車電子等）、研發(fā)設計類（CAX、PLM等）、生產(chǎn)制造類（MES、DCS等）、信息管理類（ERP、CRM等）。而生產(chǎn)制造類軟件主要包括：生產(chǎn)控制類（PLC/DCS/SCADA）和制造執(zhí)行類（MES）。工業(yè)控制系統(tǒng)涵蓋了多種類型的控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）、分布式控制系統(tǒng)（DCS）、可編程邏輯控制器（PLC）。在ISA-95企業(yè)管理系統(tǒng)與控制系統(tǒng)集成的五層系統(tǒng)中，PLC屬于Level1，而DCS屬于Level1和Level2，而SCADA則屬于Level2。DCS與SCADA是一種控制系統(tǒng)，PLC只是一種控制裝置。在工業(yè)自動化和控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中，PLC作為重要的底層控制部件，通常應用在SCADA和DCS系統(tǒng)中，用于實現(xiàn)工業(yè)設備的具體操作與工藝控制，PLC控制系統(tǒng)重要的基礎。DCS與SCADA側(cè)重點不同。SCADA側(cè)重于各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測，SCADA主要用于控制點分散，比如天然氣的長輸管道、電力調(diào)度系統(tǒng)等等。DCS側(cè)重于分散控制，也兼具了SCADA的功能?；旧?/p>