曾丹（左前）与博士生彭涛（右前）、上海宝冶的合作者一起探讨问题。
项目名称：智能工厂复杂工况时变目标精细感知关键技术与应用
奖项：2023年度上海市科技进步奖一等奖
获奖团队：上海大学曾丹教授团队
定位、扫描、修复……太空中，有一颗为卫星"治病"的达芬奇手术机器人卫星正默默维护着我国近地轨道卫星的健康。地面上，为这颗卫星开发探伤和诊断智能感知系统的上海大学曾丹教授团队，今天（10月23日）获得了2023年度上海市科技进步奖一等奖。
其实，这套感知系统不仅能在太空极端环境中发挥作用，还能在充满粉尘、嘈杂、高温的炼钢生产线上为连铸坯查找缺陷，将工人从恶劣高危的工作环境中解放出来，并大幅提升缺陷探测与修复的效率。
AI带来精细感知的智能化机遇
"让被操作对象、传感器、机械臂协同起来，是工业视觉上的一个经典问题。要在恶劣而复杂的工况中实现三者精准协同，很难。"一路在中国科学技术大学读到博士，曾丹在来到上海大学通信与信息工程学院通信工程系后，逐渐从计算机人脸识别转向了工业视觉。她相信，在我国冶金、化工、煤炭等智能化程度严重不足的工业领域，有着大量研发需求等待被满足。
为何集成电路、电子设备、汽车制造的智能化程度较高？这与其相对洁净、精细、标准的生产流程有关。"走进钢铁厂，你就会明白其中的区别。"曾丹第一次来到宝钢的连铸坯、滚坯车间时，被眼前的场景惊到了——
车间里温度超过50℃，即使大冬天，工人也只能穿单衣工作，而且检查完一两批钢材后，必需马上去空调间休息。车间里粉尘飞扬，工人靠眼睛查找钢坯的夹渣、裂纹，手持十几公斤重的火焰枪吹扫去除缺陷。
不过，这里对智能化的需求是巨大的：全厂长达几百公里的输送带需要实时监测，一旦断裂造成停工，后果严重；几十米高的高炉，如果在建造时对其进行实时校正，不仅可提升建造质量，还能节省工期。
钢材在高温下会形变，架设传感器的钢架也会有形变，机械臂受工况影响亦会有误差——这些误差在生产流程中会不断累积、放大，导致"差以毫厘，失之千里"。"要实现智能化，首先要实现精准感知。"曾丹说，2012年，随着深度学习技术的兴起，她觉得机会来了。
"智能眼"上岗钢厂高危工位
目标时变、工况复杂是影响感知能力的两大因素。在冶金行业，大目标测量、弱目标定位、小目标监测则是必须面对的三大挑战。曾丹带着学生，一边在工厂车间蹲点，一边在实验室写代码、模拟测试，从机理研究开始"啃"这块技术"硬骨头"。
类似的精细感知智能化系统国外有现成产品，但价格昂贵。"比如，国外一家监测高炉平整度的设备用了十几台摄像头，成本自然居高不下。我们通过算法改进，只用3台就实现了同样精度的监测。"这是曾丹团队在这一项目中的核心突破——测量相对误差下降约43%，测量成本下降85%，使上海宝冶的系列高炉大修任务取得了安装就位精度优于5毫米、工期缩短9%的优秀成绩。
这套实时测绘系统，还被用于2022年北京冬奥会国家雪车雪橇中心的建设。在它的助力下，近2000米的赛道建造精度优于3毫米。
国家雪车雪橇中心赛道（图片来源：第二十届中国土木工程詹天佑奖获奖工程图集）
过去8年，曾丹团队与上海宝冶、中冶宝钢、中国科学院微小卫星创新研究院等单位合作，不仅形成了相关技术体系，还形成了从组件、设备到系统的一体化创新成果。
现在，走进智能化示范车间，工人只需在控制室对着屏幕操控传感器、机械臂，就能完成连铸坯的缺陷查找和吹扫——带温连铸坯进入车间后，摄像头自动拍摄、数据传到后台处理，整个处理过程从原先的25分钟缩短到5分钟。更为关键的是，它使特种钢材的后续生产精度提升至微米级成为可能。也正是因此，这一实时定位、动态误差校准连同协调机械臂的技术，又被用于在轨卫星维护。
学生在实践中找到热爱方向
核心技术的"窗户纸"一旦被捅破，应用之路就越走越宽。近年来，在推动宝钢工厂全流程智能化升级的同时，项目的关键技术还形成了多个子系统，推广到冶金、航天、核电等行业中，为数字城市、生态保护、社会安保等应用需求提供有力支持。
更让曾丹感到高兴的是，许多年轻学生在项目研发中，对这个领域产生了浓厚兴趣，找到了自己热爱的事业方向。
博士生彭涛研究工业视觉已到第八个年头，他觉得在工厂车间实打实做项目、传授智能系统使用的快乐，远远超过了写论文的紧迫，转眼已到不得不毕业的时候。
上海女孩黄臻臻原本只想读三年专业硕士就去工作，加入项目组后，越钻研越喜欢，转而考取学术型博士，未来想投身工业视觉领域的科研。
"一个领域，只有真正喜爱、愿为此付出的人，才能耐得住寂寞、走得深远。"在曾丹看来，这些年轻人一定能推动科技的发展，走出各自的精彩人生。
作者：许琦敏
文：许琦敏 图：邢千里 编辑：许琦敏 责任编辑：任荃
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