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工業AI在線控制及檢測技術

jh18616091022 ? 來源:AIOT大數據 ? 2023-04-18 14:17 ? 次閱讀

在線自動化測控系統、機器視覺智能檢測系統主要構成及工作原理如下:

(1)在線自動化測控系統

在線自動化測控系統包含片材在線測控系統、激光測厚系統和冷凝水回收/集散控制系統三類產品

片材在線測控系統、激光測厚系統兩類產品搭載的傳感器、檢測原理和檢測指標不同,其中,片材在線測控系統可選擇使用X射線傳感器、β射線傳感器、微波水分傳感器或紅外水分傳感器等一種或多種組合使用,采用射線穿透衰減、微波諧振、紅外線吸收反射原理,用來檢測電池極片、銅箔、薄膜、無紡布、紙張等片材的面密度/厚度/克重/定量、灰分、水分等指標;激光測厚系統使用激光位移傳感器,采用激光反射原理,用來檢測電池極片輥壓后的厚度指標。

片材在線測控系統和激光測厚系統在產品的結構形態和工作原理較為相似,主要由傳感器、掃描架、高速數據處理模塊、上位機(工作站)及控制軟件和供料調節執行機構組成,以“片材在線測控系統”為例對兩類產品的工作原理介紹如下:

①片材在線測控系統

A、產品的構成及功能介紹片材在線測控系統由掃描架搭載傳感器對片材做實時在線精準掃描檢測,高速數據處理模塊對傳感器采集的檢測數據進行濾波、對位和壓縮等預處理后,將檢測數據傳輸至上位機;上位機根據檢測到的實時面密度數據與目標值對比的偏差,通過橫縱向閉環算法計算輸出橫向和縱向控制信號給供料調節執行機構,改變對應的供料量完成閉環反饋控制,從而保證片材品質的穩定一致。同時,系統實時顯示并記錄檢測數據和控制效果。

鋰電池極片面密度在線測控系統為例,閉環控制的系統架構如下圖示:

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a、橫幅控制

該產品使用高速數據處理模塊,具有高速、高精度并行數據采集及處理能力,能夠實時向上位機傳輸采集數據。上位機通過自主研發的橫向對位算法,將純滯后的面密度檢測數據與前段擠出位置的模頭螺栓一一對應,根據實時的面密度數據,自動映射到模頭物理位置,自動調節橫幅分區供料,實現自動橫幅面密度閉環控制,并采用多點解耦算法和反走形算法,有效解決鄰域干擾問題。通過橫幅模頭閉環控制,有效地改善了橫幅涂布面密度與目標值之間的偏差。控制的效果越好,偏離目標值的幅度越小,橫幅閉環控制效果如下圖所示:

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b、縱向控制

采用針對大延時純滯后的預估模型算法,計算控制上料泵的上料量,實現極片縱向涂布面密度的自動閉環控制。縱向閉環控制效果如下圖所示:

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②冷凝水回收/集散控制系統

冷凝水回收控制系統使用可調節熱泵,利用工作蒸汽減壓前后的能量差作為動力,回收利用低品位的尾汽和蒸汽冷凝水系統產生的二次蒸發汽,從而有效降低新鮮蒸汽的消耗量。制漿造紙過程控制是集散控制系統的典型應用案例。通過采集制漿過程中的生產數據,對蒸煮、洗篩漂到打配漿、流送、網部、干燥、卷取等整個工藝過程進行全面控制。該系統可配合片材在線測控系統、機器視覺智能檢測系統使用,全面共享定量、灰分、水分、缺陷等檢測數據,實現了產品最終質量與制漿造紙過程工藝參數的集散控制。

(2)機器視覺智能檢測系統

機器視覺智能檢測系統分為WIS視覺檢測系統、VIS視覺檢測系統和X-ray內部缺陷檢測系統三大類,可實現的檢測功能覆蓋表面瑕疵檢測、內部缺陷檢測和尺寸測量系列產品,具體如下面所示:

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①WIS視覺檢測系統

WIS視覺檢測系統是基于FPGA圖像處理的視覺檢測系統,由光源、鏡頭、CameraLink接口工業線陣相機(以下簡稱“CameraLink相機”)、圖像處理板卡、交換機、上位機(工作站)等構成。工作原理如下圖所示:

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光源、鏡頭、相機等部分負責光學照明、成像和圖像信息采集。在圖像數據處理環節,基于FPGA的圖像處理板卡可直接接入相機信號,進行解碼、缺陷定位、特征提取及缺陷過濾篩選等處理,再將處理結果通過交換機傳輸至上位機進行缺陷信息顯示。同時,根據檢測出的異常情況進行警示或輸出控制信號給輔助控制設備,進行報警、貼標、在線剔除或報廢等處理。區別于其他基于上位機采用純數據采集卡的視覺檢測系統,圖像處理板卡采用全FPGA多路并行流水結構,實現缺陷檢測的本地處理,顯著提高了圖像信息處理速度,保證爆發性或持續性大量缺陷的實時處理,并降低對上位機的算力要求,在高速、寬幅、多相機檢測場景下,一臺上位機可以連接數十臺相機,該種系統性價比優勢突出。

②VIS視覺檢測系統

VIS視覺檢測系統由光源、鏡頭、相機、上位機(工控機)等組成,是一款基于上位機進行圖像信息處理的視覺檢測系統。VIS視覺檢測系統可搭配網口接口的工業線陣相機(以下簡稱“網口相機”)、3D相機、CameraLink相機等使用。VIS視覺檢測系統工作原理如下所示:

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光源、鏡頭、相機等硬件部分主要負責光學照明、成像和圖像信息采集,通過網卡或采集卡等將圖像信息傳輸至工控機,工控機利用視覺算法軟件對成像結果進行處理分析、輸出分析結果,再將處理結果通過交換機傳輸至PLC,PLC實現對報警燈、貼標機等輔助設備的控制。

③X-ray內部缺陷檢測系統

X-ray內部缺陷檢測系統與VIS視覺檢測系統的圖像分析處理原理相似,在圖像采集環節搭配的相機不同,X-ray內部缺陷檢測系統搭配X-rayTDI相機或平板探測器,將X-ray以一定的角度射入鋰電池電芯的邊角位,在檢測器上生成圖像并傳輸至上位機。上位機通過視覺算法軟件查找缺陷信息,從而判斷電芯的質量是否符合工藝要求。

X-ray內部缺陷檢測系統除了具備電芯缺陷信息檢測外,還運用了機器視覺識別和定位功能,集成了電芯搬運、電芯定位、電芯運輸、電芯掃碼、不良品分類以及電芯下料等功能,可實現對電芯檢測信息的追溯管理。

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在線自動化測控系統具備在線測量和實時閉環控制的特點,屬于過程控制領域。

1、過程控制行業發展概況

(1)行業基本概念

①過程控制行業介紹

過程控制在工業領域是指以厚度、水分、成分、溫度和壓力等工藝參數作為被控變量的自動控制,是計算機及時地采集檢測數據,經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節,也被稱為實時控制。過程控制是保持生產穩定、降低消耗及成本、提高生產質量的重要手段。依據具體職能和組成的不同,過程控制技術可分為自動檢測系統、自動控制系統、自動保護系統和自動操縱系統四類。過程控制與工業自動化、產品之間的關系如下圖所示:

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自動檢測系統和自動控制系統類情況如下:

A、自動檢測系統

自動檢測系統是指自動連續地對面密度、厚度、灰分、水分等各種工藝變量進行測量,并在上位機中對測量結果進行分析輸出,為實現自動化控制提供輸入信息。根據測量原理的不同,自動檢測系統可以分為射線式、激光式、微波式、超聲波式等。目前,片材在線自動檢測主要是片材的厚度/面密度/水分或其它成分含量的在線檢測,如厚度(面密度)國際同行通用的檢測方式主要是射線測厚、激光反射測厚、紅外測厚等,水分的主要檢測方式主要是紅外檢測和微波檢測;其他成分檢測主要是射線檢測或紅外檢測。每種檢測方式各有優缺點,具體如下:

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當前片材生產過程中在線實時、非接觸高精度檢測要求日益提升,射線檢測、激光檢測、紅外檢測、微波檢測在相關業務的檢測場景中仍是行業內重點發展的檢測技術,且隨著涂覆、復合等深加工新材料應用場景增多,射線類面密度檢測技術性能明顯優于其他檢測手段,具有廣闊的市場空間。公司各類產品所使用的射線檢測、激光檢測、紅外檢測、微波檢測等檢測技術是行業內主流技術,且符合行業發展趨勢。行業內未出現新的技術替代現有檢測技術。

B、自動控制系統

自動控制系統是指利用自動控制儀表及裝置,對生產過程中某些重要的工藝變量進行自動調節,使它們在受到外界干擾影響偏離正常狀態后,能夠自動地重新回復到規定的范圍之內,從而保證生產的正常進行。按控制原理的不同,自動控制系統分為開環控制系統和閉環控制系統,在開環控制系統中,系統輸出只受輸入的控制,控制精度和抑制干擾的特性都比較差;閉環控制系統是建立在反饋原理基礎之上的,利用輸出量同期望值的偏差對系統進行控制,可獲得比較好的控制性能。

②過程控制對于智能制造的重要性

智能制造需要強大的工業自動化作為支撐。過程控制是工業自動化的重要分支,廣泛應用于新能源電池、薄膜、造紙、無紡布及衛材、醫藥和食品等過程工業領域。隨著人們物質生活水平的提高以及市場競爭的日益激烈,過程工業產品的質量和功能也向更高的層次發展,為滿足優質、高產、低消耗等要求,過程控制已經成為現代過程工業不可或缺的重要組成部分。我國智能制造尚處于起步階段,過程控制作為智能制造在過程工業領域實現的根基,其應用水平將直接影響未來智能制造在過程工業的發展。

(2)過程控制行業發展現狀

①應用領域拓展和檢測精度提高,檢測設備需求旺盛

在工業自動化中,特別是連續生產過程的自動化中,檢測系統是實現生產過程自動化必不可少的技術工具之一。自動檢測系統通過對過程參數的準確檢測,可以及時準確地反映工藝設備的運行工況,為操作人員提供必要的操作依據,為自動控制系統提供必要的信號,是過程控制中重要的前端系統。隨著工業自動化的應用領域不斷拓展和工業生產過程中對于檢測精細度的要求不斷提升,工業自動化產業對于檢測設備的需求日益旺盛。

根據GrandViewResearch數據,2020年全球自動檢測設備規模已達到68.7億美元。未來在全球工業自動化不斷發展的驅動下,市場規模仍將保持持續增長。

從細分領域角度,在線檢測產品主要涉及自動檢測設備中的射線檢測設備、激光檢測設備和微波檢測設備。射線檢測技術、激光檢測技術和微波檢測技術等作為無損檢測技術,應用范圍廣泛。

射線檢測設備方面,工業檢測設備利用射線特質,在不影響、不損害被檢對象使用性能的前提下,檢測物料的缺陷和不均勻性、判斷其狀態。檢測手段的非破壞性、檢測結果的連續性和數據的可視化特性,避免了取樣試驗以點帶面的局限性、彌補了人工感官檢查的不足,使檢查結果更具真實性、科學性,被廣泛應用到工業品成分檢測和內部缺陷等。隨著檢測精度要求提升和下游應用場景的不斷增加,射線檢測需求將保持快速增長。

激光檢測設備方面,激光廣泛應用于儀器與傳感器領域、材料加工與光刻領域、通信與光存儲領域、科研與軍事領域等。激光檢測設備應用的是激光傳感器,

根據MordorIntelligence數據,2020年全球激光傳感器市場規模達到9.89億美元。MordorIntelligence預計未來全球激光傳感器市場規模將以9.61%的年復合增長率持續增長,2026年將達到17億美元。

微波檢測設備方面,微波對非金屬復合材料具有較好的穿透性,多用于檢測塑料、陶瓷、玻璃、橡膠、木材以及各種復合材料等,如檢測紙張/無紡布中的水分、膠接結構和蜂窩結構件中的分層、金屬加工工件表面粗糙度、裂紋等,應用場景廣泛,市場需求量較大。

②工業生產過程日趨復雜,工業控制系統前景廣闊

工業控制系統包括監控控制和數據采集系統,以及分布式控制系統和使用可編程邏輯控制器控制本地化過程的小型控制系統,自動控制系統也屬于工業控制系統范疇。隨著生產技術水平的迅速提高與生產規模的持續擴大,工業領域對于自動控制系統的要求不斷提升,對于工業自動控制系統的需求日益旺盛。

根據AMRAnalysis數據,2019年我國工業控制系統市場規模為105.6億美元。2020年受外部市場環境影響,預計市場規模有所下降。未來隨著工業自動化技術在我國各工業領域的普及和外部市場環境的恢復,我國工業控制市場規模將穩步提升,AMRAnalysis預計2027年我國工業控制系統市場規模將達到151.6億美元。

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(3)過程控制行業未來發展趨勢

①產品形態從單一系統向整體解決方案轉變

傳統模式下,工業自動化行業內自動控制系統與自動檢測系統相對獨立,自動檢測系統提供商專注于提供專業的檢測設備,自動控制系統提供商專注于對各類設備進行系統集成和控制。隨著全球工業和制造業正向著一體化、數字化和智能化的方向發展,對檢測、控制設備等均出現更精細化、專業化的要求,對自動化的需求上也將從單一系統轉向整體解決方案。

面對下游行業對于自動化產品的需求,過程控制企業在設備生產和發展上更加關注下游行業的生產場景,由原有的僅提供專業檢測設備或控制集成服務逐步轉變為提供檢測、控制一體的解決方案。

②行業國產替代趨勢日趨明顯

相較于歐美、日本等國家,我國過程控制產業起步較晚,國外知名廠商占據國內市場的主要份額。

近年來,我國本土工業自動化品牌快速發展。相較于國外企業,本土企業在服務和產品價格上具備明顯優勢。服務方面,本土企業貼近下游用戶,對客戶的需求和現狀有充分了解,能夠快速響應客戶需求,提供全面且有保障的后期服務;價格方面,國內品牌具備成本優勢,更加適合國內中小企業快速發展的節奏,滿足其低成本自動化改造需求。

根據工控網統計,我國2017-2021年工業自動化行業本土品牌市場份額也由2017年的35.7%提升至2021年的42.9%,本土企業市占率增幅明顯。目前,我國過程控制行業仍有廣闊的國產替代空間,未來隨著國內廠商技術的不斷成熟與發展,行業內國產化替代趨勢不斷強化。

2、機器視覺行業發展概況

(1)機器視覺行業基本介紹

①機器視覺系統組成

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展的一個分支。機器視覺系統由光學照明與成像、圖像采集、圖像處理和分析、信息決策與應用執行四個部分組成。

②機器視覺系統優勢

相比于人眼識別,機器視覺在速度、精度、環境適應性、客觀性、效率性、感光范圍等方面優勢明顯,具有檢測速度快、識別精度高、工作時間長、信息方便集成、適應惡劣環境等核心特征。機器視覺與人眼識別各性能指標對比如下表所示:

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③機器視覺系統在工業領域的功能

機器視覺功能主要可歸為四類——識別、測量、定位和檢測,四種功能的實現難度依次遞增,具體介紹如下表所示:

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④機器視覺系統對于智能制造的重要性

機器視覺系統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、信息技術和智能技術的集成和深度融合。機器視覺作為機器的“眼睛”和視覺“大腦”,屬于智能裝備感知、分析部分的關鍵零部件,也是整個智能制造系統中的重要信息輸入端口。智能制造的實現需要廣泛聯通各類生產設備,并通過智能控制系統將各類生產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,而機器視覺技術是生產設備采集信息的重要方式,是智能制造的基礎。

(2)機器視覺行業發展現狀

①國外機器視覺發展較早,應用場景不斷擴充,全球市場規模持續提升

自1969年成像傳感器誕生起,國外機器視覺產業開始萌芽,經多年發展,目前已進入產業發展中期,具體的產業發展階段如下圖所示:

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機器視覺相較于人眼識別在速度、精度、適應性、效率性等方面的優勢顯著,已成為智能制造領域中的重要組成部分。隨著自身技術的成熟和各行業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均成功應用。根據《機器視覺發展白皮書(2021版)》的數據,2015-2020年全球機器視覺市場規模不斷增長,2020年已達到107億美元。未來隨著應用領域的不斷豐富,全球機器視覺產業市場規模有望進一步提升,預計2025年全球機器視覺產業市場規模達到215億美元。

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②我國機器視覺產業起步晚,發展迅速,未來前景廣闊

我國機器視覺產業起步較晚,早期主要以技術引進的方式快速掌握國外機器視覺的先進經驗。憑借我國發達的制造業基礎,我國機器視覺產業高速發展,已進入發展中期,具體的產業發展階段如下圖所示:

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近年來,國家大力推進制造業轉型和智能制造,國內制造業升級轉型和國產化替代的趨勢明顯加快,我國機器視覺行業迎來了空前的發展機遇,市場規模快速提升。根據機器視覺產業聯盟(CMVU)數據,2020年我國機器視覺產業市場規模達到128.82億元,預計2025年,我國機器視覺產業市場規模達到393.13億元。

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(3)機器視覺行業技術發展趨勢

嵌入式系統技術發展推動相機智能化

嵌入式系統技術是以計算機技術為基礎,適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等要求嚴格的專用計算機系統。嵌入式系統由硬件和軟件組成,軟件內容包括軟件運行環境及其操作系統,硬件內容包括嵌入式處理器、存儲器、通信模塊等。嵌入式系統技術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,嵌入式系統技術將用于實現圖像處理和深度學習算法的AI模塊集成至工業相機,實現邊緣智能,能夠同時勝任圖像采集與數據處理工作。

②逐步將上位機的圖像處理能力移至圖像采集卡或圖像處理板卡

隨著技術的發展,工業生產過程中的高精度化、高自動化對機器視覺檢測系統的信息數據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據、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,應用在數據量大或實時性高的應用場合。

為解決大容量數據的處理問題,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。采用將圖像信息在經過嵌入式FPGA圖像處理板卡上進行解碼、目標識別、特征提取后,將信息結果直接傳輸給上位機,上位機只需做缺陷信息的顯示和人機交互。

隨著FPGA技術和并行處理技術等多種底層技術的發展,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,大數據量復雜運算的實時處理都變為可能,上位機將成為簡單的信息交互界面。

③深度學習技術逐步融入機器視覺系統

作為神經網絡的高階發展產物,深度學習通過大腦仿生使得計算機從經驗中學習知識,根據層次化概念體系理解環境,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神經網絡、卷積神經網絡和稀疏編碼等,主要應用于圖像處理、數據分析、語音識別等領域。

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品瑕疵,提升分級模型訓練的準確度,實現產品缺陷的高效準確分級,解決工業生產過程中外觀檢測的痛點和難點。相比于傳統檢測手段,基于深度學習的視覺檢測在產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,復雜的工業生產環境、多種多樣的生產工藝等因素,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在行業應用上尚無通用的檢測算法,針對不同的應用場景,需要分析設計最優的圖像采集和檢測方案。未來,隨著相關技術的不斷發展,深度學習技術有望與機器視覺系統在工業檢測領域充分融合,進一步提升生產制造過程中的檢測水平。

行業下游及終端市場情況分析

在線自動化測控系統和機器視覺智能檢測系統應用領域廣。其中新能源電池和光伏行業景氣高擴產規模大,市場規模大;無紡布和造紙等傳統行業改擴建規模較小,市場規模雖相對較小,公司產品競爭力較強,市場占有率較高。薄膜的細分種類多,光伏膜材之外的其他膜材存在較高的國產化替代空間。

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(1)新能源電池

隨著碳中和成為全球各國的共識,新能源產業蓬勃發展。新能源電池作為新能源產業重要組成部分,是各國大力發展的新興領域。公司產品主要應用于新能源電池領域的鋰電池。鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為正/負極材料、使用非水電解質溶液的電池。在手機、新能源汽車等下游行業對鋰電池的能量密度、壽命、安全等技術指標不斷提升的背景下,鋰電池生產廠商對于自動化檢測和控制系統需求不斷提升。相關的技術和產品在電池生產過程中的應用場景較為豐富,包括極片涂布的參數檢測及控制、隔膜以及鋁塑膜等相關膜類組件的生產及質量測控、極耳或電芯焊接后的質量檢測、電芯內部缺陷檢測等。鋰電池極片與隔膜的厚度不標準、涂布不均勻、外表面缺陷、內部缺陷等將直接影響鋰電池的性能。

根據應用場景的不同,鋰電池可分為動力鋰電池、消費鋰電池和儲能鋰電池等,其中動力鋰電池是占比最大的細分領域。受益于國家對新能源汽車的扶持和終端用戶的接受度不斷提高,我國新能源汽車滲透率不斷提升,有效拉動對動力鋰電池的需求,將成為鋰電行業增長的主要推動力。

根據起點研究院數據顯示,2021年全球鋰電池出貨量為601GWh。未來隨著新能源汽車滲透率的不斷提升及儲能其他下游產業的發展,預計2025年全球鋰電池出貨量將達到4,100GWh。具體情況如下:

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鋰電池領域每GWh產線擴產,對在線自動化測控系統和機器視覺智能檢測系統的投資需求額分別約為145萬元(常規配置)和736.64萬元。單GWh投資額是根據產線配置數量、相關產品的平均單價和GGII相關報告推算得出。具體如下:

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(2)薄膜

光伏膠膜和光伏背板膜方面,根據中國光伏行業協會數據顯示,在多國“碳中和”目標、清潔能源轉型及綠色復蘇的推動下,樂觀預計2022-2025年,全球光伏新增裝機將達到240GW-330GW。根據福斯特、明冠新材等光伏膜材客戶的產線配置情況測算,1GW新增裝機量對光伏膜材厚度在線測控系統的需求量約為2套,按照公司該類產品的單價約12.5萬元計算,1GW對應的該產品需求額約為25萬元;光伏膜材機器視覺檢測系統2套,按照公司該類產品的單價約16.5萬元計算,1GW對應的該產品需求額約為33萬元。在光伏領域,除了光伏膜材需要機器視覺檢測設備,光伏玻璃、電池組件等生產環節也需要配置機器視覺檢測設備。據相關公開報告進行估算,每新增1GW光伏裝機量,對機器視覺檢測系統的需求量約400萬元。2021年-2025年,光伏產業鏈擴產帶來的市場容量分別為7.23億元、10.20億元、11.69億元、12.75億元和14.03億元,具體測算如下:

薄膜的種類較多,除了光伏膜材外,包裝膜、衛生膜、鋁塑復合膜等其他膜材也存在廣泛的市場需求。根據對薄膜市場需求調研,薄膜生產線所必備的模具年出貨量約為3,000套,1套模具對應1條薄膜生產線,所配套的薄膜厚度在線測控系統和表面瑕疵檢測系統各1套,公司該類產品對應的平均單價分別約為20萬元和20萬元。據此推算1條薄膜產線厚度在線測控系統和表面瑕疵檢測系統投資需求合計為40萬元。2021年-2025年,其他膜材市場容量各年均為12億元。

(3)無紡布及衛材

近年來,無紡布行業在中國發展迅猛,我國已成為全球最大的無紡布生產國與消費國。2020年,口罩、防護服、消毒濕巾等衛生用品的需求旺盛,導致國內無紡布市場迅速擴大。根據中國產業用紡織品行業協會數據,2020年高達878.8萬噸,同比增長35.9%。

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與發達國家相比,中國人均無紡布消費量處于較低水平,中國一次性防護用無紡布產品使用比例遠低于發達國家水平,隨著消費者健康衛生意識增強,生活習慣逐漸改變,個人衛生護理及清潔擦拭無紡布制品整體市場需求還將進一步擴大,長期來看醫用無紡布消費量有望持續增長。

根據中國產業用紡織品行業協會對會員單位的統計,2020年水刺、紡粘、針刺無紡布生產線分別新增160條、200條和170條,合計為530條,其中這三類無紡布產量占總量的80%以上。根據銷售部對無紡布客戶采購需求預計,預計2021年-2025年,無紡布產線需求量分別為2020年無紡布產線需求量的60%、50%、50%、50%和50%,對應的水刺、紡粘和針刺無紡布產線需求量合計數分別為318條、265條、265條、265條和265條。根據1條無紡布產線配置1套無紡布克重/水分在線測控系統和1套無紡布表面缺陷檢測系統,公司該類產品對應的平均單價分別約為18萬元和29萬元,2021年-2025年,兩類產品在水刺、紡粘、針刺無紡布的市場容量分別為1.49億元、1.25億元、1.25億元、1.25億元和1.25億元。

(4)造紙

我國是傳統造紙大國。改革開放以來,通過引進技術裝備與國內自主創新相結合,我國造紙行業從早期的產能分散、工藝粗放式生產向集約型發展模式的過渡。部分國內優秀造紙企業已完成由傳統造紙業向現代造紙業的轉變,步入世界先進造紙企業行列。目前,中國已成為全球紙品產銷大國,造紙總產量和消費量已經躍居世界首位。根據中國造紙協會的數據,2021年我國紙及紙板生產量達到12,105萬噸,創下歷史新高。

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根據中國造紙行業協會發布的《造紙行業“十四五”及中長期高質量發展綱要》,2025年和2030年全國紙及紙板總產量目標分別為1.4億噸和1.7億噸。2021年-2025年和2025年-2030年,全國紙及紙板總產量的復合增長率分別為3.70%和3.96%;同時提出主動淘汰落后產能,關閉排放不達標、能耗水平相對落后、產品競爭力弱的生產設施,持續進行技術改造,對產能進行優化提升。未來,紙及紙板總量持續上升,疊加落后產能淘汰“擠出”新增產能。預計國內造紙領域未來市場需求額能夠維持5%以上的增長率,2021年-2025年,國內造紙產線市場需求量分別為133條、140條、147條、162條和179條,1套造紙機產線對應的紙張定量/水分/灰分/在線測控系統、冷凝水回收/集散控制系統和紙張表面缺陷檢測系統需求量分別為1套、1套和0.35套,公司該類產品對應的平均單價分別約為24萬元、42萬元和28萬元。據此推算1套造紙機產線紙張定量/水分/灰分/在線測控系統、冷凝水回收/集散控制系統和紙張表面缺陷檢測系統投資需求合計約為75.80萬元,經測算造紙領域市場容量合計數分別為1.01億元、1.06億元、1.11億元、1.23億元和1.36億元。

市場競爭

A、新能源電池領域HoneywellInternationalInc.(以下簡稱“Honeywell”)憑借其在造紙領域積累的在線測控技術經驗,進入國內新能源鋰電池領域。ThermoFisherScientificInc.(以下簡稱“賽默飛”)是全球領先的檢測分析儀器/設備供應商,推出面密度/克重在線檢測系統。新能源鋰電池領域經過多年的發展,已實現對國外廠商的進口替代,國內的鋰電池廠商具備較強競爭優勢。在鋰電池極片面密度/厚度檢測環節涌現出、深圳市大成精密設備股份有限公司(簡稱“深圳大成”)等國內企業。深圳大成是動力鋰電龍頭寧德時代的供應商,具有較高的行業知名度。

B、薄膜領域ScantechGroup(以下簡稱“Scantech”)是薄膜領域國際知名的厚度在線測控系統解決方案提供商,其在薄膜領域深耕多年,技術積累比較深厚。

C、無紡布MahloGmbH&Co.KG(以下簡稱“Mahlo”)是無紡布領域全球領先的測量、控制方案制造商。

D、造紙領域Honeywell和ABBLtd.(以下簡稱“ABB”)是全球領先的自動化過程控制廠商。

②機器視覺智能檢測系統

機器視覺檢測行業的主要企業有IsraVisionAG(以下簡稱“ISRAVISION”)、WintrissEngineeringCorporation(以下簡稱“Wintriss”)、天準科技、精測電子、矩子科技、奧普特等企業。

過程控制領域

美國Honeywell、瑞士ABB、美國賽默飛、美國Mahlo等國外龍頭企業在過程控制領域發展較早,在技術水平、品牌知名度、業務規模等方面相較于本土企業具備競爭優勢,占據以石油、化工等大型復雜項目為代表的高端市場主要份額。我國過程控制領域企業眾多,呈現業務多集中單一或具有類似特征下游應用行業,如集中在石油、化工等過程工業。經過多年的發展與技術積累,以、中控技術等為代表的國內過程控制企業逐步進入各細分應用領域,逐步實現對于國外品牌的國產替代。

機器視覺領域

機器視覺的可應用領域廣泛,覆蓋3C電子、半導體、平板顯示、食品飲料、汽車、印刷、電池、薄膜、紡織、醫療衛生等多個領域。機器視覺領域的參與者眾多,主要分為兩類:一是專注于相機、鏡頭、光源、算法等底層核心軟硬件開發,為各應用行業提供基礎部件解決方案,如基恩士、康耐視、奧普特等,位于產業鏈上游;二是專注于為某一個或某幾個行業提供應用解決方案,位于產業鏈中游,如天準科技在消費電子領域的視覺測量/檢測設備,得到蘋果、三星等行業龍頭的認可;精測電子主要產品為平板顯示檢測設備,服務于京東方等下游知名的面板或模組廠商;矩子科技的3C電子光學檢測設備進入華碩等知名廠家的生產線;的機器視覺檢測設備,廣泛應用于新能源電池、薄膜、無紡布/衛材和造紙領域。

機器視覺行業中具備工業相機的研發及生產能力的公司較少,Wintriss、奧普特、基恩士、康耐視、凌云光具備相機研發及生產能力。

審核編輯 :李倩

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原文標題:技術前沿:工業AI在線控制及檢測技術

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