«Всевидящее око» оптической системы измерения

С развитием технологий некоторые профессии уходят в прошлое. Например, на реках сегодня не встретить плотогонов, чья работа заключалась в том, чтобы формировать плоты из вырубленных деревьев и сплавлять их по воде. Речной сплав древесины существует и сегодня, но плоты по течению не направляют вручную, это делают с помощью речных судов. Похожая судьба может постигнуть точковщиков и бракёров леса.

Несмотря на то, что напрямую к производству продукции они отношения не имеют, представители этих профессий выполняют важную задачу: осуществляют учёт количества материалов и изделий из древесины, а также контроль их качества и сортировку. Но на современных предприятиях эти функции всё чаще выполняют машины.

Использование технологий оптического сканирования, распознавания и измерения различных объектов способствует сокращению временных затрат на выполнение цикличных процессов и повышению качества конечной продукции, поскольку доля ручных операций сокращается, уступая место машинным.

Оптические системы применяют на различных этапах производственного цикла: с их помощью измеряют объёмы древесного сырья при его заготовке и транспортировке, а непосредственно на производстве сканеры позволяют сортировать и оценивать качество как круглых лесоматериалов, так и пиломатериалов или другой продукции из древесины.

Какой объём везём?

«В лесозаготовке большое значение имеет процесс измерения сырья. Традиционный метод — оценка объёма по периметру штабеля при ручном замере и определение коэффициента полнодревесности операторов — обладает очевидными недостатками. Применение технологий лазерного сканирования, методов «машинного зрения» позволяет более точно производить вычисления объёма поступающей древесины и исключить влияние человеческого фактора.

Например, определение диаметров брёвен по периметру штабеля по данным 2D-сканеров. Ещё один вариант — использовать фото торца штабеля. Для определения диаметров брёвен снимок обрабатывают с помощью программного обеспечения, основанного на алгоритмах компьютерного зрения и искусственного интеллекта.

Далее ПО определяет коэффициент полнодревесности для измеренного штабеля. Таким образом, решается задача измерения плотного объёма круглого леса, перевозимого в лесовозах как на авто-, так и на ж/д транспорте», — подчёркивает директор ООО «Интерфейс» Александр Кононов.

Оптические системы условно классифицируют по видам носителей и устройств, на которые они установлены. В настоящее время наибольшей популярностью для измерения брёвен пользуются системы на базе беспилотных летательных аппаратов, измерительных рамок и мобильных терминалов, установленных на смартфонах или планшетах. О том, как беспилотники помогают лесопромышленникам, мы говорили в предыдущем номере журнала. Поэтому на сей раз подробнее остановимся на рамках и мобильных приложениях.

Доктор технических наук, профессор Арктического государственного агротехнологического университета Ольга Куницкая и представитель компании Timbeter OÜ в РФ Николай Беляев представили совместную статью в «Вестнике АГАТУ» N01/2022, в которой проанализировали текущий уровень развития оптических технологий, применяемых для группового и поштучного измерения и учёта круглых лесоматериалов.

«На рынке представлены различные варианты как промышленного, так и полукустарного производства, отечественных и зарубежных изготовителей, различающихся как по набору и технологиям используемого оборудования, так и по стоимости. Встречаются как полуавтоматические, так и полностью автоматизированные решения на базе рамок, с использованием фото- и видеоизображений для построения моделей, с возможным использованием вспомогательных датчиков для определения расстояний и масштаба изображения», — поясняют авторы статьи.

Промышленные сканеры используют для измерения как индивидуальных брёвен, так и штабелей круглых лесоматериалов, загруженных в лесовозы.

В одно касание

Более бюджетный вариант — программа, установленная на обычный бытовой планшет или смартфон. По словам учёных, такие мобильные решения находят всё более широкое применение на всех этапах цепочки поставок сырья от делянки до переработки. Они более доступны с точки зрения финансовых вложений и условий эксплуатации, однако при этом требуют определённой квалификации от сотрудников, которые вводят и обрабатывают данные.

Попытку исключить человеческий фактор предприняли участники проекта ForestTech Accelerator, реализованного «Приангарским ЛПК» при поддержке Global Venture Alliance. На конкурс были представлены два проекта по оптимизации замеров и учёта леса Smart Timber и Timbeter.

Чтобы воспользоваться мобильной системой Timbeter, достаточно скачать приложение на смартфон или планшет и сфотографировать штабель или груз на транспорте. Timbeter определит количество измеряемых брёвен, их объём и диаметры каждого отдельного бревна. Каждое измерение содержит геометку, что позволяет легко и точно отслеживать происхождение древесины.

По заявлению разработчиков, Timbeter содержит более 10 формул для измерения объёма, которые используются в лесной отрасли по всему миру, включая ГОСТ 2708-75, «Хоппус», цилиндрическую и многие другие. Все полученные результаты измерений попадают в облачное хранилище, что делает их доступными для всех пользователей системы в режиме реального времени.

По аналогичной схеме работает другой продукт эстонской компании — Timbeter Container, предназначенный для измерения круглых лесоматериалов в контейнерах. Интерфейс позволяет пользователям применять фильтр по диаметрам, чтобы получать информацию о количестве и объёме брёвен определённого диапазона диаметров, а также добавлять пользовательские данные о коносаментах, контейнерах, контрактах и выполнять настройку пользовательского сортиментного плана.

Smart Timber с момента представления на ForestTech Accelerator вырос из мобильного приложения для подсчёта круглого леса в целую экосистему продуктов, разработанных с использованием технологий компьютерного зрения и машинного обучения. Они помогают пользователю наладить прослеживаемую цепочку поставок древесины от заготовки до предприятия-переработчика, обеспечить единообразие замеров и полную фотофиксацию на всех точках контроля.

«Создавая приложение Smart Timber, мы думали о том, что такие технологии должны стать доступными для всех участников лесопромышленного комплекса. Российские компании заинтересованы во внедрении технологий компьютерного зрения и находятся в поиске методов измерения, гарантирующих предсказуемый и точный результат.

Они позволяют выявлять дефекты и соблюдать контроль качества продукции, обеспечивать безопасность на производственных площадках и контролировать работы на конвейерном производстве. Их внедрение поможет повысить эффективность предприятия и сделать все этапы производства максимально прозрачными.

А это, в свою очередь, будет способствовать повышению качества выпускаемой продукции, улучшению сервиса и в конечном итоге увеличению прибыли», — прокомментировал разработки и. о. генерального директора компании «Системы компьютерного зрения» Михаил Смирнов.

Если раньше пользователям Smart Timber приходилось вручную задавать эталон — отмечать границы измеряемой плоскости (например, торцов брёвен), то теперь приложение обнаруживает их автоматически. Как и в случае с Timbeter, замеры можно выполнять различными методами. А в перспективе разработчики планируют адаптировать цифровое решение для работы с вагонами и лесовозами.

Это будет уже не приложение для смартфона или планшета, а отдельное устройство. В июне этого года компания «Системы компьютерного зрения» заявила, что при поддержке Фонда содействия инновациям разрабатывает портативный прибор для измерения круглой древесины без использования эталонных линеек.

Чтобы добиться этого, разработчики использовали дополнительную камеру глубины. Как сообщает пресс-служба компании, в настоящее время опытный образец проходит комплексные испытания при поддержке одного из партнёров-лесозаготовителей.

Оригинальное решение нашли специалисты компании «Нейровуд»: вместо линеек в качестве вспомогательного эталона они предложили использовать знак аварийной остановки — знакомый каждому водителю красный треугольник. Перед проведением измерений его необходимо закрепить на одном из брёвен в лесовозе, а затем с помощью приложения NeuroWood сфотографировать штабель. За считанные секунды приложение проанализирует снимок и выдаст точные данные о количестве брёвен, диаметре спилов, плотном объёме и сортности древесины.

«Наша цель — сертифицировать цифровой метод измерения древесины и интегрировать его в лесную отрасль, чтобы как можно больше лесопользователей могли наравне с общепринятым сейчас геометрическим методом в своей работе использовать преимущества мобильных решений.

Современные технологии могут существенно упростить работу в лесной отрасли, помочь решить актуальные проблемы, в том числе касающиеся точности учёта древесины. И чем больше людей познакомится с такими решениями, не теоретически возможными, а уже существующими, реально работающими, тем быстрее произойдёт их интеграция в производственные процессы», — отметила генеральный директор ООО «Нейровуд» Анастасия Королева, презентуя продукт компании на выставке «Лесдревмаш 2022».

Крупным планом

Если на этапе транспортировки достаточно измерить диаметр каждого бревна, то непосредственно на производстве нужны более точные его параметры. Современные устройства позволяют выполнять сканирование профиля бревна в одной или двух плоскостях, а также полное сканирование его поверхности, движущегося на транспортёре, для получения его 3D-профиля. Такие сканеры устанавливают в составе линий сортировки круглых лесоматериалов.

Они позволяют в автоматизированном режиме выполнять входной учёта кругляка, измерения бруса, полубруса и лафета, а на фанерных комбинатах — учёт фанерного сырья и чураков на этапе раскряжёвки.

Директор ООО «Интерфейс» отмечает, что крупные предприятия предпочитают стационарные и мобильные системы для измерения объёма и учёта древесного сырья.

«Основные критерии при составлении техзадания, которые, по опыту нашей компании, ставят во главу угла заказчики, — это точность измерений, оперативность получения результата измерений и возможность интеграции системы в единую учётную базу предприятия.

Из новых характеристик — независимость системы от внешних факторов рынка, таких как санкции и отказ зарубежных партнёров выполнять свои обязательства, а также возможность сервисного обслуживания оборудования силами российских компаний.

Экономическая модель лесного бизнеса сегодня зависит от точности результатов и количества времени, затраченного на процесс измерения, возможности бесперебойной работы систем и исполнения гарантийных обязательств.

Применение технологии лазерного сканирования и методов «машинного зрения» позволяет более точно производить вычисления объёма поступающей древесины, исключить влияние человеческого фактора и повысить экономическую эффективность», — поясняет Александр Кононов.

По его словам, на текущий момент у компании не возникает проблем с импортными комплектующими, поскольку на протяжении последних лет специалисты делают основной упор на отечественное оборудование и сокращение количества импортных устройств, участвующих в измерительном процессе.

В компании НПФ «Техпромсервис» также напоминают, что, приобретая дорогостоящие зарубежные сканеры древесины, пользователь становится зависимым от платных сервисов и не совместимого с другим оборудованием программного обеспечения. В нынешних реалиях запчасти и техническое обслуживание зарубежных решений обходится дорого и имеет достаточно длительные сроки исполнения.

«Всё это делает импортное оборудование затратным, с большим сроком окупаемости и высокими рисками. А если предприятие выбирает импортное оборудование, бывшее в эксплуатации, то к вышеперечисленным рискам добавляется несоответствие современным технологическим и техническим требованиям», — говорится на сайте компании.

Производители отечественных сканеров также напоминают, что в условиях растущей конкуренции на первый план выходит не только цена, но и сроки выполнения заказов и, разумеется, качество продукции. Даже небольшой процент ошибок при оценке качества ведёт к крупным финансовым потерям, особенно если продукция предназначена для потребителей в других
странах.

«При отгрузке продукции на экспорт многие производители сталкиваются с уникальными особенностями поставки и дополнительными требованиями в рамках одного и того же стандарта или сорта.

Система оптического сканирования на основе технологий машинного зрения позволяет учитывать все особенности условий поставки, быстро оценивает и беспристрастно протоколирует результаты своей оценки и измерений, в отличие от оператора, который руководствуется лишь своей субъективной оценкой, перестраховывается, устаёт, совершает ошибки, которые приводят к потерям и снижают рентабельность всего предприятия в целом», — подчёркивают в НПФ «Техпромсервис».

Текст: Мария Кармакова