摘要 在沒有進行固定設(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器視覺完成質(zhì)量檢驗以減少可接受的浪費上限并且提高投資收益（ROI）。目前科技的進步已經(jīng)使機器視覺的使用在中小型包裝商中變?yōu)楝F(xiàn)實，由此他們達到了更好的效果并且努力追求品牌風(fēng)險規(guī)避，并且已經(jīng)已取得消費者和零售商的信賴。 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者、零售商和管理機構(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。考慮到對投資收益的影響，每一項投資計劃都將得到詳細的審查，只有對投資收益影響最大（提高ROI）的和最緊急的方案才會被實施。通過采用目前這種得到更多關(guān)注的和更能擔(dān)負得起的機器視覺方案，許多包裝商正在降低生產(chǎn)過程中的浪費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，也得到了消費者和零售商更多的信賴。 投資收益促成三種不同減少浪費的方案 包裝商通常會認為沒有必要去修復(fù)沒有破損的東西，比如，制造商在可接受水平的浪費和不能忍受嚴重浪費概念之間一般會有一個閾值，通常，某種檢驗（人工的或者半自動的）將會協(xié)助鑒別可接受浪費和不可忍受的浪費，這種檢驗通常在生產(chǎn)過程中或者末級包裝階段進行。人工檢查在很多情形下可以對多種缺點進行可靠的檢測，但其只能是輪班進行的在低水平下達到較高的但不能再提高生產(chǎn)率，這樣就大大限制了檢驗產(chǎn)品的數(shù)量。在很多情況下，機器視覺系統(tǒng)能夠顯著提高檢驗產(chǎn)品的數(shù)量，減少人為過失、視覺疲勞和反復(fù)性動作損傷，提高生產(chǎn)速度和精確度。以下是最普遍的三種預(yù)防浪費的方案： 1.將機器視覺作為一種診斷工具來監(jiān)測貴重機器中需要修復(fù)的問題； 2．在液位過高或者過低，標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，通過機器視覺檢驗來限制生產(chǎn)、包裝和噴碼過程中原料的浪費； 3.利用機器視覺排除供應(yīng)鏈中不適合銷售的產(chǎn)品。 即使將浪費閾值向下作一個微小的調(diào)整，所節(jié)省的大量的成本說明機器視覺檢驗系統(tǒng)的投資的合理性，并且可以提高底線盈利能力。 檢驗生產(chǎn)日期批號和標簽質(zhì)量 采集數(shù)據(jù)以診斷機器問題 包裝問題的出現(xiàn)常常是機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)備的費用只是更換整個機器費用的一小部分，需要的停機時間也比較短。大多數(shù)的包裝機器的使用將會持續(xù)很多年，除非出現(xiàn)了持續(xù)的問題。機器視覺系統(tǒng)能夠通過人機接口提供實時的錄像來監(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)時以位圖的形式對圖像進行存儲和計時打印。用這樣的錄像和圖像進行診斷可以縮短故障檢修期和減少廢品帶來的損失。 減少浪費和泄漏 按照規(guī)定，在符合標準的未裝滿的情況下，瓶裝液位允許的公差范圍是很窄的。然而，企業(yè)利益要求裝瓶時外溢保持到最小限度。機器視覺系統(tǒng)能夠?qū)σ何贿M行檢驗以達到符合標準的裝瓶時所需產(chǎn)品的最低要求并在外溢導(dǎo)致過多的產(chǎn)品泄漏時發(fā)出警報。 監(jiān)視裝瓶時的外溢和未滿 另一種情況中，噴碼系統(tǒng)可能會出現(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起來每星期會造成好幾百美元的浪費。 [align=center]排除掉有標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簽 標簽破損、污染或位置不當?shù)漠a(chǎn)品往往會對產(chǎn)品品牌造成不良的影響還會引起人們對產(chǎn)品的質(zhì)量提出質(zhì)疑。當這樣的產(chǎn)品沒有售出仍然擺放在貨架上時，問題就更嚴重了。如果標簽問題影響到一些柜臺的銷量，零售商可能會返貨以挽回聲譽或者將產(chǎn)品作為試用品牌，這樣的情況會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起到消極的作用。將視覺傳感器安在標簽后面或者紙盒前面進行監(jiān)測，可以防止有標簽缺陷的產(chǎn)品進入供應(yīng)鏈。 機器視覺成為主流 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，由于科技的進步，機器視覺硬件的價格不斷下降，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)計師將視機器覺檢驗添加到生產(chǎn)過程各個階段成為可能。2003年四月，Control Engineering雜志發(fā)表了他們最近對機器視覺系統(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)共計花費59925美元。 ＊ 在多種通訊平臺中，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%。 機器視覺行業(yè)的專家Mark Sippel說，“一個關(guān)于機器視覺系統(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，“這個市場雖然在以PC機為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集裝置上取得了一些銷量，然而這個市場中仍然有很多人不習(xí)慣使用價格在12，000美元以上的比較復(fù)雜的機器視覺系統(tǒng)，現(xiàn)如今他們愿意在這方面投資，因為許多系統(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。” 任務(wù)導(dǎo)向型解決方案 大多數(shù)機器視覺產(chǎn)品適用于單條生產(chǎn)線或者單個機器系統(tǒng)，完成一些特殊的任務(wù)。直到最近，機器視覺系統(tǒng)制造商設(shè)計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算，這些產(chǎn)品將光源、照相機、透鏡和處理工具集中到一個需要最小配置的緊湊的裝置中，后來制造商對這樣的產(chǎn)品進行了徹底的改進，他們提供消費者擔(dān)負得起的產(chǎn)品使之得到普遍應(yīng)用，同時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日期碼。”這些系統(tǒng)在照相機、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是將檢驗設(shè)置縮減到最少步驟。日期碼檢驗專用傳感器比具有日期碼檢驗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型日期碼檢驗器及四大重要特點于一身： 1.內(nèi)置字庫：省略對傳感器的文字的教授過程； 2.高級檢驗算法：可以在有印刷缺陷的情況下保證檢驗精確性； 3.自動日歷升級：初始設(shè)置后可以自動升級到相關(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)特性驗證的視覺系統(tǒng) 現(xiàn)在的包裝上都帶有大量與消費者和制造商相關(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，許多包裝商采用機器視覺系統(tǒng)來完成光學(xué)特性檢驗（OCV）和光學(xué)字符識別（OCR）。 [align=center]OCV/OCR技術(shù)的發(fā)展 [/align] 近年來OCV/OCR方面取得的巨大進步簡化了設(shè)置步驟并且提高了檢驗的可靠性。一個主要的進展就是創(chuàng)造內(nèi)置字庫使視覺系統(tǒng)能夠識別常用文字，在此之前，用戶不得教傳感器每次讀一個所用字符，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算法使檢驗更具可靠性，這種算法能夠檢測和校驗文字錯誤。典型的標記錯誤包括缺點或文字缺少筆劃、線條寬度不一致、傾斜、大小不一和污點，這樣標記不完整的產(chǎn)品在進入零售商的供應(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器視覺裝置將能檢驗生產(chǎn)過程中的每一個位置，來幫助系統(tǒng)作出排除或取出這個位置上不符合標準部分的決定，而不是一直等到其離開生產(chǎn)線。”Sippel說，“增強的網(wǎng)絡(luò)功能意味著對單個檢驗的數(shù)據(jù)采集的改良，更好的質(zhì)量監(jiān)測和走向辨別。”目前北美地區(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)狀和消費者的信賴 [/align] 如今很多包裝商相信這個市場交易原則：“包裝就等于品牌。”事實上，消費者也把產(chǎn)品包裝的每一個方面視為品牌。關(guān)鍵要素¬（如標簽、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良好的品牌形象。 有風(fēng)險么？ 在過去，食品飲料包裝商在建立和保持品牌價值上投入了巨大的財力。近年來，優(yōu)先考慮達到最小的品牌風(fēng)險這樣的做法才流行開來。在ARC咨詢集團最近發(fā)表的研究《食品與飲料行業(yè)工廠級支付費用全球縱覽》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)量不達標而收回產(chǎn)品的成本是產(chǎn)品分銷時所用的五倍……回收產(chǎn)品的成本是巨大的，特別是當公司出口商品或開拓新市場的時候。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。”采用像機器視覺系統(tǒng)這樣的在線質(zhì)量檢驗裝置，能夠?qū)Τ霈F(xiàn)的問題進行提前警報或?qū)⑵渫耆柚埂？傊b商采用當今這樣更加經(jīng)濟的機器視覺質(zhì)量檢驗方案，花費相對較少的投資，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)整活動所帶來的風(fēng)險時，保持一個高質(zhì)量品牌形象所帶來的額外收益，使得包裝商們把機器視覺質(zhì)量檢驗系統(tǒng)的使用看作其成功的基本因素。產(chǎn)品包裝是消費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使消費者對于品牌質(zhì)量心目中的形象大打折扣，往往導(dǎo)致商品滯銷。在這時，由于經(jīng)濟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)致消費者對品牌忠誠度受到波動。包裝商現(xiàn)在正在尋求保持消費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。