一種基於增強現實技術的電能表質量管控方法和系統與流程

2023-07-04 00:09:31 1

本發明適用於電能表的生產領域，提供了一種基於增強現實技術的電能表質量管控方法和系統。

背景技術：

網際網路+智能製造的核心是實現信息與物理相結合，由"物理"和"信息"兩個系統組成，健壯的身體、靈巧的四肢、敏銳的感官，便相當於一個嵌入了無數傳感器的「物理系統"，人的大腦和意識，賦予了人思考、社交和活動的能力，構成了一個完備的"信息系統"，控制和操縱肌體這一"物理系統"。信息物理系統就是把物理設備連接到網際網路上，讓物理設備具有計算、通信、精確控制、遠程協調和自我管理的功能，實現虛擬網絡世界和現實物理世界的融合。

電能表的質量優劣直接關係到用電信息的採集、計量、計費等環節，影響到電網公司的經營效益和社會形象。為有效防範質量問題帶來的風險，確保電能計量公正、公平，必須落實計量器具按照技術協議要求進行生產、檢測，從生產源頭各個環節有效控制計量器具的質量，確保供貨質量與供貨進度，督促並協助製造廠商提高合同履約能力。

目前主要是電網公司計量中心派出工作組到生產企業進行駐點工作，採用紙質表格、工單進行現場採集信息的填寫。質量管理人員無法與電網公司計量中心就採購合同、管控任務和管控流程等信息實時交互。電網公司計量中心也無法及時了解生產現場的情況。

電能表質量管控系統，包括省級電力公司建設中心控制系統，包括伺服器、通訊接入設備、網絡安全設備等，部署專門的電能表質量管控系統，質量管理人員使用專用的平板電腦，利用行動網路和ar技術進行資質核查、元器件抽檢、物料見證、生產工藝管控、出廠檢驗、成品抽樣、交貨監管等工作。

利用系統梳理質量管控業務流程，將管控過程固化為作業流程及各種電子表單。在作業表單中梳理作業標準、作業風險，並將作業表單在平板電腦中固化，實現物資採購合同、現場生產計劃制定、生產過程管理、質量結果評價的有機結合。並實現對電能表質量管控工作的基礎數據的採集、統計，對供應商評價等功能。

技術實現要素：

本發明適用於電能表的質量控制領域，提供了一種基於增強現實技術的電能表質量管控方法和系統。所述方法包括以下步驟：

步驟1、外包代工識別：生產管控終端的外包代工識別模塊採集到的外包代工企業信息，通過生產管控終端上傳到伺服器並從伺服器獲取代工企業資料；

步驟2、元器件的抽檢和識別：生產管控終端的元器件抽檢模塊將現場的元器件參數上傳到伺服器進行信息組合顯示並核對，伺服器自動統計元器件的合格率；

步驟4、物料見證：通過利用生產管控終端的物料見證模塊對物料進行物料見證；

步驟5、生產見證：生產管控終端在進行生產工藝見證與核查時，將現場景象與伺服器信息疊加顯示並核對；

步驟5、出廠檢驗；生產管理終端對電能表生產過程的出廠檢驗見證與分析；

步驟6、成品抽樣；生產管控終端提取產品的關鍵特徵上傳到伺服器進行核對；

步驟7，發貨定位和智能標識：生產管控終端生產主體、元器件、物料、工藝、成品、交貨進行定位和標識。

所述外包代工識別的具體步驟為：

生產管控終端利用slam(即時定位與地圖構建)技術和lbs定位技術，將企業信息通過網絡上傳到伺服器，可立即得到當前訂單資料、該企業的主要信息、該企業歷史交貨及時率、產品質量、產品故障率、主要故障原因、易發生故障的工藝情報和元器件信息。

生產管控終端的視覺識別模塊，將現場景象與後臺資料合併顯示用於電能表元器件的智能抽檢和識別，自動統計包括電解電容器、壓敏電阻器、電阻器、光電耦合器、時鐘電池、抄表電池六大類的電能表元器件的合格率。

所述見證的物料包括計量專用晶片、cpu、液晶、電解電容、壓敏電阻、電流互感器、電壓互感器、晶振、片式二極體、片式電阻、片式電容、光耦、電池、負荷開關、esam模塊、無線通訊模塊。

所述方法包括生產工藝見證，生產工藝包括：

生產環境檢查，生產測試用設備檢查，關鍵崗位標識檢查，smt貼片，回流焊，波峰焊，爐前檢查，pcb板件清晰，三防處理，pcb模板識別，補焊，老化測試工藝。

所述電能表出廠檢驗生產過程，包括：

工序環境檢查，檢定人員資格，檢定儀器儀表，外觀檢查、出廠試驗檢查，出廠示值檢查，銘牌標籤檢驗。

該方法具有成品抽樣的關鍵特徵，包括：工序環境，抽檢工序，人員資格和著裝，檢定儀器儀表，抽檢試驗，出廠示值，不合格品抽樣。

基於上述方法的生產管控系統，系統包括：

生產管控系統，包括生產管控終端，用於對電能表的生產過程進行遠程管控，實時識別和監控元器件、主要物料、生產工藝、不合格品，識別和跟蹤產品發貨和運輸環節；

主站管理系統，包括伺服器，用於收集生產管控系統的匯總數據和原始資料，並根據請求實時發布後臺數據。

所述生產管控系統包括：

外包代工識別模塊，用於對生產主體進行定位和審核；

元器件抽檢模塊，用於對元器件進行自動抽檢，自動識別匹配和比對；

物料見證模塊，用於對主要物料進行質量比對和排查；

發貨定位和標識模塊，用於對交貨和運輸環節進行定位，識別和跟蹤。

所述發貨定位和標識模塊需要對生產主體、元器件、物料、工藝、成品、交貨等進行定位和標識，是通過發貨定位和標識模塊對rfid標籤和二維碼進行計算機視覺識別，其中計算機視覺識別功能採用了先進的圖像識別算法，包括圖像預處理、canny輪廓提取、霍夫特徵檢測、模糊匹配、機器學習優化過程。

本發明在電能表遠程質量管控中使用ar技術和大數據技術，智能識別生產工藝和關鍵元器件，提高現場工作效率，確保資料準確及時，確保原材料和工藝的真實可控。

附圖說明

圖1是利用ar技術進行電能表質量管控系統的數據傳輸網絡圖；

圖2是本發明實施例提供的利用ar技術進行電能表質量管控系統的結構示意圖；

圖3是本發明實施例提供的利用ar技術進行電能表質量管控的組網方案示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

在本發明實施例中，通過對生產管控系統獲取的生產數據進行過濾，將過濾後所需的生產數據發送給主站管理系統，採用該方法過濾掉了不需要發送的生產數據，從而使本發明防止了大量生產數據並發傳輸帶來的瓶頸問題，且通過對生產數據的預處理，從而降低了主站管理系統的存儲量和計算量。

一種基於增強現實技術的電能表質量管控系統，由主站伺服器、資料庫系統、管理軟體、專用平板電腦、圖像識別模塊、rfid識別模塊等模塊組成，這些模塊互相協作，構成完整的質量管控系統。

圖2示出了本發明實施例提供的利用ar技術進行電能表質量管控的實現流程，詳述如下：

在步驟s101中，質量管理人員進行外包代工識別；

因為電能表的特殊性，電網公司在採購時通常要求供應商必須是生產廠家，不允許外包、代工、貼牌等方式供貨，因此對外包代工進行自動識別，是電能表質量管控的重要環節。

質量管理人員到達生產現場後，利用slam(即時定位與地圖構建)技術和lbs定位技術，將相關信息通過網絡上傳到伺服器，可立即得到當前訂單資料、該企業的主要信息、該企業歷史交貨及時率、產品質量、產品故障率、主要故障原因、易發生故障的工藝和元器件等。

系統利用ar技術，將現場景象與後臺資料合併顯示，質量管理人員對相關情況一目了然，便於及時發現此類代工情況。同時可對生產主體的資質進行有效性檢驗，包括質量管理體系、環境管理體系、職業健康安全體系、文件控制體系、記錄控制體系、內部審核控制程序、不合格品控制程序、預防控制程序、糾正控制程序、原材料質量控制程序、外購件質量控制程序、生產工藝控制、生產質檢控制、設計和開發記錄、不合格品控制等。

在步驟s102中，在生產現場進行元器件識別；

在本發明實施例中，系統利用ar技術和圖像識別技術，對電能表的關鍵元器件進行智能抽檢和識別。後臺系統對電能表的關鍵元器件提取特徵，建立元器件大數據，在收到現場傳回的元器件圖像後，即可利用抽樣一致性算法進行模糊匹配，識別出對應的元器件。

電能表的元器件種類很多，對產品質量和使用壽命有較大影響的是電解電容器、壓敏電阻器、電阻器、光電耦合器、時鐘電池、抄表電池等六大類，其中每類又包含各種規格型號，每個規格型號又有多種參數。

元器件識別時充分利用增強現實的理念，將後臺數據與生產現場數據完美結合，具體過程為：

(1)建立元器件特徵庫。收集各種類型的電能表關鍵元器件(電解電容器、壓敏電阻器、電阻器、光電耦合器、電池、晶體諧振器、瞬變二極體、負荷開關、片式電容器、液晶、rs485晶片、時鐘晶片、微控制器、計量晶片、電流互感器等)，建立圖像樣本庫，經過邊緣檢測、歸一化、圖像分割、特徵提取等過程，建立元器件的大數據樣本庫。

(2)現場取樣。在電能表的抽檢、監造和生產管控現場，利用手持終端拍攝照片或視頻，經過預處理和標註基本信息，上傳到後臺伺服器，並分類存儲，以備下一步處理。

(3)提取特徵。對現場採集的圖像進行濾波、輪廓提取、邊緣檢測、圖像分割等運算，提取出關鍵元器件的特徵圖像，並統計每個元器件圖像的直方圖像素，生成圖像特徵庫。

(4)特徵比對。系統調用計算機視覺運算庫(opencv)，將現場採集的元器件特徵數據，與預先存儲的元器件特徵庫進行比對，根據相似程度進行歸類，對各種元器件數據進行加權統計，得到電能表廠家在使用元器件上的規範程度，供質量管控人員參考和判斷。

在步驟s103中，在生產現場進行物料見證；

系統利用ar技術對電能表主要物料進行現場見證。在確定每個批次電能表的生產前，電網公司通常會指定重要物料的類型和型號，並對這些物料進行合理調配，因此物料信息經常變化。本系統在進行物料見證時，利用增強現實(ar)技術的優勢，將現場景象與後臺信息疊加展示，方便現場工作人員及時核對。

見證項目包括：供應商管理、進貨流程、庫房管理、質量管控、不合格品處理等各個環節。見證的物料包括計量專用晶片、cpu、液晶、電解電容、壓敏電阻、電流互感器、電壓互感器、晶振、片式二極體、片式電阻、片式電容、光耦、電池、負荷開關、esam模塊、無線通訊模塊等。

在步驟s104中，對生產工藝進行見證與核查；

系統在進行生產工藝見證與核查時，也利用增強現實(ar)技術的優勢，將現場景象與後臺信息疊加展示，方便現場工作人員及時核對。

生產工藝見證的內容包括：生產環境(溫度、溼度、防塵、空氣清潔度、防靜電保護措施、監測和控制設備)，生產測試用設備(生產測試用設備配置情況、生產測試用設備認證情況)，關鍵崗位(關鍵崗位標識、關鍵崗位人員資格)，smt貼片(設備參數、錫膏、鋼網、器件、對料和換料)，回流焊，波峰焊，爐前檢查，pcb板件清晰，三防處理，pcb模板識別，補焊，老化測試等。

在步驟s105中，對出廠檢驗過程進行見證與分析；

電能表聲場過程的出廠檢驗見證與分析包括：工序環境(溫度、溼度、防靜電、防塵)，檢定人員資格，檢定儀器儀表，外觀檢查、出廠試驗(交流電壓、走字、起動、潛動、電能誤差、計時誤差、時段偷竊、485通信、紅外通信、載波通信)，出廠示值，銘牌標籤等。

在步驟s106中，對最終成品進行抽樣檢驗；

本發明利用ar技術進行電能表質量管控的成品抽樣檢驗，主要內容包括：工序環境(溫度、溼度、防靜電、防塵)，抽檢工序，人員資格和著裝，檢定儀器儀表，抽檢試驗，出廠示值，不合格品管理等。

在步驟s107中，對發貨過程和產品進行智能標識；

本發明的系統可以對發貨過程和發貨的產品進行唯一性標識，利用平板電腦獲取有關圖像，利用計算機視覺技術提取關鍵特徵，確保準時發貨，規範運輸，最後正確交貨。

對發貨和產品進行目標識別和定位，是防止供應商分包、代工的有效手段，具體實現過程為：

(1)關鍵設備和包裝箱安裝全球唯一編碼的rfid標籤，在發貨現場進行視頻取證，並掃描rfid標籤，記錄當前地理位置。

(2)後臺伺服器將現場視頻進行預處理，提取描述關鍵特徵的圖像資料，並與事先存儲的特徵進行比對，識別產品的形態，確保沒有替換和損毀的情況。

(3)收貨後，利用rfid和地理位置信息，結合取證的視頻資料，判斷出收貨設備是否與發貨現場的一致，地理位置是否為供應商的實際位置，是否有委託代工的行為等。

在步驟s108中，結合計算機視覺和rfid技術，實現目標定位；

本發明在進行目標定位時，綜合採用了計算機視覺、rfid和二維碼技術。對生產主體、元器件、物料、工藝、成品、交貨等進行定位和標識，具體實現方式主要有三種，即計算機視覺、rfid和二維碼。其中計算機視覺識別功能採用了先進的圖像識別算法，包括圖像預處理、canny輪廓提取、霍夫特徵檢測、模糊匹配、機器學習優化等過程。

基於上述方法的一種基於增強現實技術的電能表質量管控系統，其結構包括：

(1)主站系統，包括伺服器、網絡設備、資料庫、系統軟體等。其中系統軟體包括生產管控和系統管理等模塊。生產管控模塊負責對電能表的生產過程進行遠程管控，實時識別和監控元器件、主要物料、生產工藝、不合格品等，識別和跟蹤產品發貨和運輸環節；系統管理模塊負責收集生產管控系統的匯總數據和原始資料，並根據請求實時發布後臺數據。

(2)生產管控終端，採用工業級平板電腦，在android4.4作業系統基礎上進行定製開發，集成了現場管控、資料管理、遠程通信、二維碼和rfid掃描、電能表和元器件圖像識別等功能。終端與主站採用無線寬帶或行動網路進行通信，並使用了自主開發的加密算法，確保數據不洩露，不篡改。利用終端進行生產管控時，可將生產過程的電能表和元器件自動識別，並自動向伺服器請求對應的後臺數據，進行前後臺疊加顯示，達到現實世界與虛擬世界的互動。

(3)輔助設備，主要包括rfid標籤，二維碼、條碼等，用於電能表和元器件的標識。

本系統採用多臺高性能伺服器和若干臺質量管控終端，對多家電能表生產企業的多個批次的電能表進行了質量管控。根據統計，使用本系統後現場工作效率提高了50％以上，出錯機率明顯減少，電能表故障率降低20％以上，並且杜絕了外包代工、元器件規格不一致、老化時間不夠、生產進度拖延等現象。

在本發明的具體實施方式中，電能表的圖像識別技術利用計算機視覺技術實現元器件、物料、樣品、交貨產品等的目標識別和參數驗證，採用了先進的圖像識別算法，包括圖像預處理、canny輪廓提取、霍夫特徵檢測、模糊匹配、機器學習優化等過程。

電能表的生產過程屬於大規模製造業，產品和原材料的數量龐大，種類繁多，各種參數又各不相同，因此本發明針對性的設計了圖像特徵建模算法，針對電能表的特點進行圖像建模，建立模型庫，在模型庫中存儲各類元器件的形狀特徵、參數類型、評判指標等信息。

生產管控終端通過攝像頭進行三維圖像識別電能表生產設備，觸發對應的工藝信息，精確確認相關設備是否符合要求。當現場環境模糊導致三維圖像識別失去作用時，還可用rfid或二維碼等輔助識別手段。

在本發明的具體實施方式中，針對電能表的ar遠程協助技術是在當質量管理人員遇到難以作出決策的項目或者遇到特殊情況，而以其自身的知識經驗和現有的數據信息無法解決現場問題時，可以通過智能眼鏡攝像頭以其第一視角將現場複雜的情景直接傳送到遠程專家處，專家可通過平板、手機、pc等設備隨時隨地進行援助，由於獲得是現場人員第一視角就如親臨現場進行觀察，遠程專家通過語音，增強現實電子白板，直觀的將數字信息遠程直接疊加在質量管理人員的視野中的操作對象上，質量管理人員猶如獲得現場專家的指導一樣處理棘手問題，極大的減少了溝通和交流成本。

在本發明的具體實施方式中，質量管控的大數據技術表現在，數據尤其是大數據正在扮演著越來越重要的作用，根據最新的人工智慧理論，幾乎所有的人工智慧問題本質上都是大數據問題。本發明將大數據技術用於電能表質量管控中，根據電能表的特點建立數據模型，收集各種維度的技術參數，建立包含生產主體、關鍵元器件、主要物料、生產工藝、出廠檢驗、成品抽樣等的電能表生產過程大數據，用於生產過程的圖像識別、參數匹配、結果驗證等。

在本發明的具體實施方式中，將物聯網技術用於電能表的出廠、發貨、運輸、交貨等環節，對整個流程進行全程跟蹤，確保準時交貨，並根據跟蹤信息和後臺大數據系統，智能識別出異地交貨、外包代工等情況。

本發明在電能表質量管理現場獲得數據後進行數據預處理，先利用雜湊算法(hashfunction)對需要發送的數據進行處理，生成相應的信息摘要，由於雜湊算法具有單向不可逆運算的特性，即僅能由交易數據推算出信息摘要，而無法由信息摘要反向推算出交易數據的內容，因此交易數據與信息摘要的內容具有關聯性，且不同交易數據內容不會運算出相同的信息摘要，我們可以將信息摘要視為精簡版的交易數據特徵。

然後利用分配給該通訊模塊或由該通訊模塊產生的唯一私人密鑰(簡稱私鑰)，對生成的信息摘要進行亂碼化運算，生成相應的電子任意。亂碼化運算是一個相當複雜的運算過程，由於其破解難度非常高，以目前計算機速度需數萬年以上，只要私鑰不被外洩，他人就無法偽造與交易數據對應的電子籤章，因此，所生成的電子籤章可達到傳統印章的身分識別功能。

由上述可知，本發明基於網際網路、專線網絡或無線網絡通訊方式來傳遞數據；並基於j2ee構架的數據服務，解決並發數據瓶頸問題，提供強大的基於j2ee的webdataservice的企業級的數據服務和數據驗證。採用本發明，可使電能表質量管控的成本極大的降低，使系統真正具有實用性，提高電能表質量管控的自動化水平，促進供電、配電、用電各方的有序發展，提高電網公司的社會形象。

綜上所述，本發明解決了現有技術中所存在的既要提高效率、節約成本、又要解決客戶對電能表的質量要求越來越高的矛盾問題，同時解決當數據較多時易引起網絡阻塞的問題。對每個生產管控系統，在通過網際網路發送數據前，先對數據進行邏輯分析，將數據信息進行重新組織，過濾掉冗餘的數據信息，從而充分利用有限的網絡資源，避免網絡阻塞，同時充分減少通訊費用，節約成本。其中，主站系統採用j2ee+webservice的方法，用weblogic中間件系統，可同時監控2～5萬個生產現場監控點，適應國內所有的電網公司。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。