人工智能技術(shù)輔助開發(fā)“智鑄”系統(tǒng)

傅駿 傅馨竹 龍輝陽 唐鈺 蒲麗旭 張?jiān)俸? 張峻寧

【摘 ?要】采用開源免費(fèi)的深度學(xué)習(xí)平臺(tái)，利用python二次開發(fā)了“智鑄”系統(tǒng)，包括“識(shí)鑄”“聽鑄”“盯鑄”三個(gè)模塊，鑄造企業(yè)員工可以用手機(jī)或電腦自主學(xué)習(xí)，提升員工從業(yè)能力。在設(shè)備旁安裝“聽鑄”軟硬件一體化設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)對連續(xù)運(yùn)行設(shè)備的在線自動(dòng)監(jiān)聽偵測?！岸㈣T”模塊實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)鑄件的自動(dòng)檢測、鑄造缺陷分析與重點(diǎn)安全區(qū)域的監(jiān)控。

【Abstract】The deep learning platform is open source and free， and python is used to develop the "intelligent casting" system， including three modules of "recognition casting" "listening casting" and "staring casting". Employees of casting enterprises can use mobile phones or computers to learn independently to improve their working ability.It can realize automatic online monitoring and detection of continuous running equipment by installing "listening casting" hardware and software integration equipment beside the equipment.The "staring casting" module can realize automatic detection of continuous casting， ?the analysis of casting defects and monitoring of the key safety areas.

【關(guān)鍵詞】人工智能;“智鑄”;百度云;百度大腦;Tkinter

【Keywords】artificial intelligence; "intelligent casting"; Baidu Cloud; Baidu brain; Tkinter

【中圖分類號(hào)】TP29 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2020）01-0166-02

1 引言

為引導(dǎo)鑄造企業(yè)規(guī)范發(fā)展，促進(jìn)行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、優(yōu)化和轉(zhuǎn)型升級(jí)，2019年9月，中國鑄造協(xié)會(huì)頒布了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《鑄造企業(yè)規(guī)范條件》，從2020年1月1日起開始施行。該標(biāo)準(zhǔn)對鑄造企業(yè)的建設(shè)條件與布局、企業(yè)規(guī)模、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)裝備、質(zhì)量管控、能源消耗、環(huán)境保護(hù)、安全生產(chǎn)及職業(yè)健康和監(jiān)督管理、員工素質(zhì)等提出了規(guī)范條件，提升新入職員工培養(yǎng)和老員工復(fù)訓(xùn)質(zhì)量、在鑄造生產(chǎn)環(huán)節(jié)引入智能技術(shù)手段已經(jīng)迫在眉睫，“智鑄”系統(tǒng)可以有效滿足鑄造企業(yè)需求。

2 系統(tǒng)開發(fā)

2.1 開發(fā)平臺(tái)

深度學(xué)習(xí)是機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域中的一個(gè)研究方向。深度學(xué)習(xí)是通過大量樣本訓(xùn)練，計(jì)算機(jī)自動(dòng)學(xué)習(xí)樣本數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律和表示層次，最終達(dá)到能夠像人一樣具有分析學(xué)習(xí)能力的目的。深度學(xué)習(xí)在搜索技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)、機(jī)器翻譯、自然語言處理、多媒體學(xué)習(xí)、語音、推薦和個(gè)性化技術(shù)，以及其他相關(guān)領(lǐng)域都取得了很多成果。

百度公司提供了百度大腦，提供了一系列人工智能開放功能和開放平臺(tái)，不要求用戶掌握高深的深度學(xué)習(xí)理論即可學(xué)習(xí)。其中，EasyDL平臺(tái)集成了深度學(xué)習(xí)功能，用戶只需要輸入素材（圖片、聲音、文本等），平臺(tái)就可以自動(dòng)進(jìn)行訓(xùn)練，提供SDK。

2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

項(xiàng)目組分析了目前鑄造行業(yè)的需要以及掌握的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)的“智鑄”系統(tǒng)功能如圖1所示。

“智鑄”（1.0版）包括三大部分：

①識(shí)鑄。本系統(tǒng)提供鑄造車間結(jié)構(gòu)、鑄造設(shè)備、鑄造工藝流程、鑄造原輔材料、鑄造模具、鑄造工裝工具等知識(shí)模塊，學(xué)員可以利用手機(jī)App或者網(wǎng)頁、單機(jī)等多種方式利用，自主學(xué)習(xí)鑄造相關(guān)知識(shí)，提升從業(yè)水平。②聽鑄。本系統(tǒng)通過軟硬件一體化，安裝在重要設(shè)備的旁邊，自動(dòng)監(jiān)聽設(shè)備的運(yùn)行聲音，聽到故障聲音時(shí)自動(dòng)報(bào)警，通知維修工到場處理。③盯鑄。本模塊的葉片在線巡檢功能，對熔模鑄件進(jìn)行拍照，對尺寸和形狀進(jìn)行分析，判斷是否合格?！叭毕莘治觥惫δ軐?shí)現(xiàn)對多種鑄件表面缺陷的拍照，識(shí)別出缺陷的種類，輔助員工解決問題?！鞍踩珔^(qū)域監(jiān)測”對行車下方、熔煉區(qū)域等重點(diǎn)安全區(qū)域進(jìn)行在線監(jiān)測，對不安全行為進(jìn)行拍照并及時(shí)提醒。

2.3 素材準(zhǔn)備

深度學(xué)習(xí)最重要的工作是分類，并收集素材，分類整理。針對擬開發(fā)的模塊，收集照片，分類存放。其中，幾個(gè)模塊的分類情況是：①鑄造設(shè)備。參照《JB/T3000鑄造設(shè)備型號(hào)編制方法》，分為原砂處理設(shè)備、舊砂處理設(shè)備、混砂機(jī)、造型設(shè)備、制芯設(shè)備、熔煉合金備料設(shè)備、熔煉設(shè)備、澆包、澆注機(jī)、落砂設(shè)備、清理設(shè)備、拋丸設(shè)備、熱處理設(shè)備、底漆設(shè)備及其他等類別。②鑄造工藝流程。分為砂處理、造型、熔煉、澆注、補(bǔ)澆、落砂、清理、拋丸、噴丸、吊運(yùn)、出鐵熱處理、底漆等類別。每個(gè)工藝流程的類別根據(jù)情況又細(xì)分為若干工步。③鑄造原輔材料。分為造型材料、制芯材料、熔煉材料、輔助材料、成型澆注系統(tǒng)、特種冒口、涂料等。每種材料又可以細(xì)分，如造型材料又可分為原砂、粘結(jié)劑、輔助材料等。④鑄造工裝工具。分為模樣、模底板、砂箱、芯盒、冷鐵、樣板、起模針、砂舂、刮板、冒口模樣等。按照分類情況，收集照片，素材來源于各企業(yè)網(wǎng)站、廣告、期刊雜志、會(huì)議論文集等。本項(xiàng)目一共收集照片7200余張，仔細(xì)進(jìn)行了分類。選擇每個(gè)類別的90%左右生成zip壓縮包進(jìn)行訓(xùn)練用，其余的圖片用作測試。

圖2是收集的照片示例。

2.4 訓(xùn)練

在百度云平臺(tái)注冊賬號(hào)，分別訓(xùn)練為公有云、設(shè)備SDK、私有服務(wù)器、軟硬件一體化四種類型。每個(gè)類型訓(xùn)練在1h內(nèi)可以完成，短的15min左右。在訓(xùn)練時(shí)，可以離開頁面、可以關(guān)機(jī)，后臺(tái)自動(dòng)訓(xùn)練。訓(xùn)練完成后，消息發(fā)送到手機(jī)。采用測試集圖片測試效果。正確率偏低，可以用測試集糾正或者上傳更多照片重新訓(xùn)練，確保每一類正確率不低于95%，方可投入使用。

2.5 GUI界面開發(fā)

利用Tkinter基于“設(shè)備SDK”獲得的API進(jìn)行二次開發(fā)，方便用戶使用。

2.5.1 獲取Access_token

百度AIP開放平臺(tái)使用OAuth 2.0授權(quán)調(diào)用開放API，推薦使用POST方法，請求URL必須指定grant_type=client_credentials。

獲取Access_token的關(guān)鍵代碼是：

host = 'https：//aip.baidubce.com/oauth/2.0/token？grant_type=client_credentials

&client_id=DVLdnGu7GCWMVemADk1pz2d7&client_secret=HAlPAyIIYx57GGUV7dXBSBUu1o7Wt1yx'

response = requests.get（host）

acca=response.json（）

2.5.2 設(shè)置發(fā)布信息

設(shè)置自己項(xiàng)目的訪問網(wǎng)址，將上傳的圖片轉(zhuǎn)換為Base64格式，用python抓取識(shí)別結(jié)果，并轉(zhuǎn)換為漢字，同時(shí)給出識(shí)別結(jié)果與概率。

2.5.3 http請求

對訓(xùn)練獲得的庫通過http請求獲得結(jié)果，關(guān)鍵代碼是：

http=urllib3.PoolManager（）

img = base64.b64encode（pic.read（））

encoded_data = json.dumps（params）.encode（'utf-8'）

request=http.request（'POST'， url，body，headers）

2.6 使用

公有云訓(xùn)練完成后，在“體驗(yàn)H5”設(shè)置相關(guān)信息，用手機(jī)掃描后即可使用。用戶上傳照片或現(xiàn)場拍攝，系統(tǒng)自動(dòng)給出識(shí)別結(jié)果。

對設(shè)備SDK方式獲得的代碼進(jìn)行了基于Tkinter的二次開發(fā)。其中，選擇圖片文件并在GUI界面的標(biāo)簽上顯示的關(guān)鍵代碼[1]是：

filename = askopenfilename（initialdir = 'D：'，filetypes=（（"全部文件"，"*.*"），（"圖片類型"，"*.jpg"），（"圖片"，"*.png"）））

pilImage = Image.open（filename）

tkImage = ImageTk.PhotoImage（image=pilImage，width=ww，height=hh）

lbltu =Label（root，image=tkImage）

圖3是“智鑄”系統(tǒng)的手機(jī)H5體驗(yàn)界面和單機(jī)GUI界面。

3 結(jié)語

開發(fā)的“智鑄”系統(tǒng)在部分企業(yè)試用，基本達(dá)到了開發(fā)目的，該系統(tǒng)輔助員工自主學(xué)習(xí)，員工可以在現(xiàn)場或?qū)W習(xí)室有針對性地提升自己薄弱的知識(shí)和技能，提升從業(yè)能力。

利用深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練素材，使機(jī)器具備智能能力，關(guān)鍵是收集足夠的素材。目前，該系統(tǒng)基本功能受到用戶的肯定。項(xiàng)目組收集了用戶意見，下一步將收集更多的訓(xùn)練素材并引入進(jìn)化優(yōu)化算法，持續(xù)開發(fā)鑄造車間區(qū)域安全在線監(jiān)測、在線巡檢等，不斷提高滿足鑄造行業(yè)企業(yè)智能化的水平。

【參考文獻(xiàn)】

【1】傅駿，傅馨竹，郝文源，等.基于Tkinter的百度AI圖像識(shí)別技術(shù)二次開發(fā)實(shí)踐[J].科技風(fēng)，2019（09）：69+75.