BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Thiết kế hệ thống tự động phân loại bánh kẹo sử dụng công nghệ xử lý ảnh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ  - - BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS NGUYỄN VĂN TRƯỜNG LỚP: CƠ ĐIỆN TỬ – K13 SINH VIÊN THỰC HIỆN: Bùi Tất Hiệp - 2018604403 Nguyễn Quốc Hưng - 2018603413 Nguyễn Quang Sáng - 2018601678 Hà Nội - 2021 PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHĨM I Thơng tin chung Tên lớp: ME6061.2 Khóa: 13 Tên nhóm: Nhóm Họ tên thành viên: Họ tên thành viên: Bùi Tất Hiệp 2018604403 Nguyễn Quốc Hưng 2018603413 Nguyễn Quang Sáng 2018601678 II Nội dung học tập Tên chủ đề: Thiết kế hệ thống tự động phân loại bánh kẹo sử dụng công nghệ xử lý ảnh Hoạt động sinh viên Nội dung 1: Phân tích nhiệm vụ thiết kế - Thiết lập danh sách yêu cầu Nội dung 2: Thiết kế sơ - Xác định vấn đề - Thiết lập cấu trúc chức - Phát triển cấu trúc làm việc - Lựa chọn cấu trúc làm việc Nội dung 3: Thiết kế cụ thể - Xây dựng bước thiết kế cụ thể - Tích hợp hệ thống - Phác thảo sản phẩm phần mềm CAD và/hoặc vẽ phác Áp dụng công cụ hỗ trợ: Mơ hình hóa mơ phỏng, CAD, HIL,… để thiết kế sản phẩm Sản phẩm nghiên cứu: Báo cáo thu hoạch tập lớn III Nhiệm vụ học tập Hoàn thành tập lớn theo thời gian quy định (từ ngày 25/03/2021 đến ngày 02/05/2021) Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề giao trước hội đồng đánh giá IV Học liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án Tài liệu học tập: Bài giảng môn học thiết kế hệ thống điện tử tài liệu tham khảo Phương tiện, nguyên liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án (nếu có): Máy tính KHOA CƠ KHÍ TS Nguyễn Anh Tú GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TS Nguyễn Văn Trường MỤC LỤC MỤC LỤC .1 DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH ẢNH Phần 1: Phân tích nhiệm vụ thiết kế 1.1 Nhu cầu thị trường, công ty, môi trường 1.1.1 Nhu cầu thị trường 1.2 Tiềm thị trường 1.2.1 Tìm kiếm hình thành ý tưởng 11 1.2.2 Khảo sát nhu cầu doanh nghiệp Việt Nam 12 1.2.3 Nhiệm vụ công ty 15 1.2.4 Khả công ty 17 1.2.5 Môi trường 18 1.2.6 Lập kế hoạch làm rõ nhiệm vụ .18 1.3 Thiết lập danh sách yêu cầu 18 Phần 2: Thiết kế sơ 22 2.1 Xác định vấn đề 22 2.2 Thiết lập cấu trúc chức .23 2.2.1 Nguyên lý hoạt động hệ thống .23 2.2.2 Cấu trúc chức .24 2.3 Phát triển cấu trúc làm việc 26 2.4 Lựa chọn cấu trúc làm việc 28 Phần 3: Thiết kế cụ thể .29 3.1 Xây dựng bước thiết kế cụ thể 29 3.1.1 Bắt đầu với giải pháp nguyên tắc danh sách yêu cầu .29 3.1.2 Xác định điều kiện biên không gian cưỡng bước thiết kế cụ thể .30 3.1.3 Xác lập layout thô – xác định phận thực chức 31 3.1.4 Giải pháp cho chức phụ trợ 33 3.2 Tích hợp hệ thống .48 3.2.1 Lưu đồ giải thuật hệ thống 48 3.3 Phác thảo hệ thống 49 Phần 4: Phụ lục 50 4.1 Chương trình lập trình 50 4.2 Bản vẽ 53 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.2.1 Bài tốn giả định cơng ty 11 Bảng 1.2.3 Phân tích nhu cầu khách hàng 16 Bảng 1.2.4 Đội ngũ nhân lực công ty 17 Bảng 1.3.1 Danh sách yêu cầu .21 Bảng 2.1.1 Xác định vấn đề 23 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Biểu đồ chi phí logistic Việt Nam số khu vực năm 2018 .8 Hình 1.2 Các thành phần cấu thành chi phí logistic Hình 1.3 Biểu đồ sản lượng doanh thu thị trường bánh kẹo Việt Nam 10 Hình 1.4 Những sản phẩm thị trường bánh kẹo Việt Nam 10 Hình 1.5 Biểu đồ loại máy phân loại sử dụng thị trường .11 Hình 1.6 Khảo sát nhu cầu khác hàng 13 Hình 1.7 Biểu đồ quy mô doanh nghiệp khảo sát 14 Hình 1.8 Biểu đồ tỷ lệ lĩnh vực sản xuất doanh nghiệp Việt Nam 2021 14 Hình 1.9 Biểu đồ thể mức độ đón nhận sản phẩm doanh nghiệp: 15 Hình 2.1 Chức tổng thể 24 Hình 2.2 Cấu trúc chức 25 Hình 2.3 Phát triển cấu trúc làm việc 27 Hình 2.4 Lựa chọn cấu trúc làm việc 29 Hình 3.1 Xác lập layout thô 33 Hình 3.2 Bộ phận lọc thô sản phẩm 33 Hình 3.3 Máng dẫn sản phẩm .34 Hình 3.4 Rulo 34 Hình 3.5 Puley 35 Hình 3.6 Dây đai 35 Hình 3.7 Thuật toán Yolo .36 Hình 3.8 Sơ đồ thuật toán .37 Hình 3.9 Predict Object 37 Hình 3.10 Q trình xây dựng thuật tốn 39 Hình 3.11 Quá trình gán nhãn .40 Hình 3.12 Kết nhận diện 42 Hình 3.13 Kết nhận diện 43 Hình 3.14 Kết nhận diện 43 Hình 3.15 Kết nhận diện 44 Hình 3.16 Kết nhận diện 45 Hình 3.17 Checklist cụ thể 47 Hình 3.18 Lưu đồ giải thuật hệ thống 48 Hình 3.19 Phác thảo hệ thống .49 Hình 4.1 Bản vẽ hệ thống đẩy phân loại 53 Hình 4.2 Bản vẽ khung băng chuyền 54 Hình 4.3 Biên dạng khung 55 Lời nói đầu Ngày nay, xã hội ngày phát triển Công nghiệp hóa, đại hóa ngày nâng cao để phát triển đất nước cải thiện sống người dân Vì việc ứng dụng khoa học kỹ thuật ngày rộng rãi, phổ biến mang lại hiệu cao hầu hết lĩnh vực kinh tế, kỹ thuật đời sống xã hội Xét điều kiện cụ thể nước ta công cơng nghiệp hóa, đại hóa sử dụng ngày nhiều thiết bị điều khiển tự động q trình sản xuất, gia cơng chế biến sản phẩm… Điều dẫn đến việc hình thành hệ thống sản xuất linh hoạt, cho phép tự động hóa mức độ cao sở sử dụng máy CNC, robot cơng nghiệp Trong có khâu quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm hệ thống phân loại sản phẩm Hệ thống phân loại sản phẩm nhằm chia sản phẩm nhóm có thuộc tính với để thực đóng gói hay loại bỏ sản phẩm hỏng Hiện để phân loại sản phẩm người ta thường sử dụng loại cảm biến với chức khác để phân loại sản phẩm theo mong muốn Những cảm biến vận hành tương đối đơn giản dễ gây nhiễu Hiện công nghệ Xử lý ảnh phát triển mạnh vận dụng nhiều nghành áp dụng vào sản xuất Nhóm thiết kế nghĩ đến giải pháp hệ thống tự động phân loại bánh kẹo sử dụng cơng nghệ xử lý ảnh Hệ thống phân loại nhanh chóng loại bánh băng tải đưa loại bánh vào hộp sản phẩm Phân tích nhiệm vụ thiết kế Phần 1: Phân tích nhiệm vụ thiết kế 1.1 Nhu cầu thị trường, công ty, môi trường 1.1.1 Nhu cầu thị trường Ở nước ta có nhiều sức lao động việc th nhân cơng rẻ bên cạnh người thủ cơng nên sai xót không ổn định Tuy việc công nhân dồi nguồn lực chất lượng cao hạn chế, tác phong làm việc hạn chế Năm 2010, có đến 19,5 triệu lao động Việt Nam làm việc ngành nghề khơng địi hỏi trình độ chuyên môn chuyên môn thấp Phần lớn doanh nghiệp phải đào tạo nghề cho công nhân Công nhân không lành nghề dẫn đến sản phẩm chất lượng thấp, suất không cao, sản phẩm làm không nhiều đơn vị thời gian Các hoạt động thủ cơng thương ta nói chung hoạt động phân loại sản phẩm thủ công nói riêng cịn tốn nhiều cơng sức nhân công Những ngành nghề phân loại sản phẩm độc hại phân loại rác phân loại chất hóa học độc hại cơng nhân tham gia hoạt động phân loại nguy hiểm đến sức khỏe ảnh hưởng đến suất trình Tốc độ đổi cơng nghệ cịn chậm, chưa đồng chưa có định hướng phát triển rõ rệt Phần lớn doanh nghiệp nước ta sử dụng công nghệ tụt hậu so với nước giới từ 2-3 hệ 80 % -90 % công nghệ nước ta sử dụng cơng nghệ nhập khẩu, 76 % cơng nghệ máy móc nhập thuộc thập niên 50-60, 50 % công nghệ đồ tân trang Sự lạc hậu công nghệ tạo chất lượng sản phẩm thấp, điều gây cho hàng hoá gặp nhiều khó khăn vấn đè cạnh tranh giá thị trường Thiết kế cụ thể Do không gian máy giới hạn, sử dụng Google Colab - sản phẩm từ Google Research, cho phép chạy dịng code python thơng qua trình duyệt Google Colab nhớ đám mây 40GB với Ram ảo 13GB cho phép training liệu cách nhanh chóng hiệu Sau tải lên liệu ảnh đầu vào, Google Colab tự động training liệu cách ổn định an toàn Nhược điểm: Do tài khoản miễn phí nên Google Colab hủy toàn liệu sau 10 tiếng Ước tính thời gian training: • Với ảnh có bounding box, YOLO cần dự đoán tổng cộng 3000 bounding boxes Giả sử batch có kích thước 64 ảnh số lượng max_batches = 6000 Như cần dự đốn 1,152 tỉ bounding boxes • Thời gian huấn luyện dự đoán 24h 41 Thiết kế cụ thể Kết thử nghiệm hệ thống Chương trình chạy thử nghiệm Laptop sử dụng camera 2D cho kết với tỉ lệ xác cao Sau q trình xử lí ảnh, chương trình cho kết nhận diện xác loại bánh kẹo, Những thông tin vật hiển thị hình máy tính, bao gồm: • • • • Bounding box Label Confidence Fps Hình 3.12 Kết nhận diện 42 Thiết kế cụ thể Hình 3.13 Kết nhận diện Hình 3.14 Kết nhận diện 43 Thiết kế cụ thể Hình 3.15 Kết nhận diện 44 Thiết kế cụ thể Hình 3.16 Kết nhận diện 45 Thiết kế cụ thể 3.1.4.6 Checklist Mức độ đánh giá Danh sách Nội dung Tốt Vừa phải Chức - Thực chức phân loại bánh kẹo đạt suất độ xác theo yêu cầu - Chức phụ trợ: khả hoạt động thiết bị đếm sản phẩm, phận cấp liệu Nguyên tắc - Nhận biết loại sản phẩm đẩy làm việc sản phẩm thùng chứa quy định Bố trí - Khả chống móp, méo, biến dạng khung băng chuyền chịu lực tác động 700N - Khả chịu lực kéo băng tải - Tính nguyên vẹn sản phẩm sau phân loại An toàn - Khung băng chuyền đảm bảo khả cách điện chống rỉ sét điều kiện làm việc Việt Nam Công thái - Hình dáng gọn gàng, kết cấu vững học chắc, đảm bảo thẩm mĩ, góc cạnh sắc bo trịn - Vị trí đặt khối chức khoa học - Giao diện dễ sử dụng với người vận hành 46 Kém Rất Thiết kế cụ thể - Có khả đưa vào sản xuất số lượng Sản xuất lớn mà đảm bảo tính cơng nghệ - Vật liệu sử dụng giải pháp nhóm chức đảm bảo tính kinh tế đưa vào sản xuất hàng loạt Kiểm tra - Kết kiểm tra bắt buộc toàn chất lượng hệ thống sau hoàn thiện - Kết kiểm tra ngẫu nhiên nhóm chức q trình sản xuất Lắp ráp - Sản phẩm tháo dời, lắp ráp lại để phục vụ nâng cấp, thay thế, bảo dưỡng, vận chuyển Vận - Sử dụng vật liệu chống va đập, thực chuyển nguyên tắc vận chuyển, đảm bảo hệ thống không bị hư hại Bảo dưỡng - Hệ thống dễ dàng bảo dưỡng, thời gian tối thiểu lần bảo dưỡng để hệ thống hoạt động ổn định tháng/lần Hoạt động - Hệ thống hoạt động ổn định, bền bỉ, tiếng ồn độ rung nhỏ Chi phí - Đảm bảo mức chi phí chế tạo < 210 triệu đồng - Chi phí vận chuyển khơng vượt q 15% so với chi phí sản xuất Lịch trình - Đảm bảo tiến độ sản xuất kế hoạch đề Hình 3.17 Checklist cụ thể 47 Thiết kế cụ thể 3.2 Tích hợp hệ thống 3.2.1 Lưu đồ giải thuật hệ thống Hình 3.18 Lưu đồ giải thuật hệ thống 48 Thiết kế cụ thể 3.3 Phác thảo hệ thống Hình 3.19 Phác thảo hệ thống 49 Thiết kế cụ thể Phần 4: Phụ lục 4.1 Chương trình lập trình import cv2 import numpy as np # Load Yolo net = cv2.dnn.readNet("yolov4-tiny-custom_last.weights", "yolov4-tiny-custom.cfg") classes = [] with open("obj.names", "r") as f: classes = [line.strip() for line in f.readlines()] print(classes) layer_names = net.getLayerNames() #print(layer_names) output_layers = [layer_names[i[0] - 1] for i in net.getUnconnectedOutLayers()] #print(output_layers) colors = np.random.uniform(0, 255, size=(len(classes), 3)) # Loading image img = cv2.imread("chocopie.jpg") #img = cv2.resize(img, None, fx=0.2, fy=0.2) height, width, channels = img.shape 50 Thiết kế cụ thể # Detecting objects blob = cv2.dnn.blobFromImage(img, 0.00392, (416, 416), (0, 0, 0), True, crop=False) net.setInput(blob) outs = net.forward(output_layers) # Showing informations on the screen class_ids = [] confidences = [] boxes = [] for out in outs: for detection in out: scores = detection[5:] class_id = np.argmax(scores) confidence = scores[class_id] if confidence > 0.5: # Object detected center_x = int(detection[0] * width) center_y = int(detection[1] * height) w = int(detection[2] * width) h = int(detection[3] * height) # Rectangle coordinates x = int(center_x - w / 2) y = int(center_y - h / 2) boxes.append([x, y, w, h]) confidences.append(float(confidence)) class_ids.append(class_id) 51 Thiết kế cụ thể indexes = cv2.dnn.NMSBoxes(boxes, confidences, 0.5, 0.4) print(indexes) font = cv2.FONT_HERSHEY_PLAIN for i in range(len(boxes)): if i in indexes: x, y, w, h = boxes[i] label = str(classes[class_ids[i]]) color = colors[class_ids[i]] cv2.rectangle(img, (x, y), (x + w, y + h), color, 2) cv2.putText(img, label, (x, y + 30), font, 3, color, 3) cv2.imshow("Image", img) cv2.waitKey(0) cv2.destroyAllWindows() 52 4.2 Bản vẽ Hình 4.1 Bản vẽ hệ thống đẩy phân loại 53 Hình 4.2 Bản vẽ khung băng chuyền 54 Hình 4.3 Biên dạng khung 55 ... công nghệ Xử lý ảnh phát triển mạnh vận dụng nhiều nghành áp dụng vào sản xuất Nhóm thiết kế nghĩ đến giải pháp hệ thống tự động phân loại bánh kẹo sử dụng công nghệ xử lý ảnh Hệ thống phân loại. .. 2018601678 II Nội dung học tập Tên chủ đề: Thiết kế hệ thống tự động phân loại bánh kẹo sử dụng công nghệ xử lý ảnh Hoạt động sinh viên Nội dung 1: Phân tích nhiệm vụ thiết kế - Thiết lập danh sách... Từ việc phân tích thị trường, cơng ty lập kế hoạch để sản xuất dự án pháp hệ thống tự động phân loại bánh kẹo sử dụng công nghệ xử lý ảnh Với đội ngũ công ty tiến hành nghiên cứu, thiết kế, phát