Aktuální vydání

celé číslo

06

2019

Počítačová podpora vývoje a výroby, software pro řízení údržby 

celé číslo

Vyhlídky trhu strojového vidění v globalizovaném světě

Trh prostředků strojového vidění (machine vision), tedy nástrojů pro snímání a digi­tální zpracování a vyhodnocování obrazů, vykazoval v posledních deseti letech v ce­lém světě bouřlivý růst. Tato progresivní technika 21. století se nejdříve masově uplat­nila v široce rozvinutém automobilovém průmyslu, brzy si však našla cestu do dalších průmyslových odvětví i do nevýrobních oblastí – do dopravy, lékařství nebo do sekto­ru služeb. Světový obchod s prostředky strojového vidění trvale roste a i přes součas­né hospodářské zpomalení se očekává, že v roce 2010 jeho objem překročí hodnotu 5 mld. eur. Přestože jsou v dnešním globalizovaném světě obchodní aktivity značně propojeny, hodnotí se stav a vývoj trhu strojového vidění obvykle samostatně ve třech hlavních světových regionech – v Evropě, v Severní Americe a v Asii. V tomto článku se podíváme na vyhlídky trhu strojového vidění v jednotlivých regionech očima tamních odborníků [1], [2], [3], [4], [5].
 

Trh strojového vidění v Evropě zdravě roste

Evropská asociace strojového vidění EMVA (European Machi­ne Vision Association) nedávno uveřejnila výroční zprávu o situa­ci na evropském trhu se systémy pro strojové vidění, zpracovanou na základě výsledků dotazníkového průzkumu mezi svými členy [1]. Ze zprávy vyplývá, že evropští výrob­ci a dodavatelé komponent a systé­mů pro strojové vidění pokračovali v dobrých obchodních výsledcích, protože v roce 2007 zvýšili objem prodeje svých produktů celosvěto­vě o 4 % a v roce 2008, i přes zhor­šenou hospodářskou situaci v zá­věru roku, dokonce o 6 % (obr. 1). Prodej tím poprvé překročil ma­gickou hranici 3 mld. eur. Asi 43 % obchod­ního obratu připadá na přímý prodej konco­vým uživatelům, 39 % na obchod s výrobci strojů a zařízení (OEM) a zbytek na prodej prostřednictvím distributorů a systémových integrátorů.
 
Největší zájem v roce 2007 byl o snadno použitelné a nenákladné standardní výrob­ky, které mohou díky mnohem účinnějšímu hardwaru a softwaru nyní vykonávat i úko­ly dosud vyžadující drahá zákaznická řeše­ní. Nejvíce meziročně vzrostl obrat, zhruba o 58 %, z prodeje kompaktních snímačů ob­razu (vision sensors). Naproti tomu mírně po­klesl, asi o 3 %, zájem o jednoúčelové systé­my. Nicméně stále je v průmyslu ještě mno­ho úloh, které lze zvládnout jen výkonnými specializovanými systémy strojového vidění. Spokojeni mohou být také výrobci inteligent­ních (smart) snímacích kamer, jejichž prodej v roce 2007 vzrostl o 15 % oproti předcho­zímu roku, zejména díky exportu do Sever­ní Ameriky a Asie, kde se tyto kamery těší velké oblibě.
 
Evropští výrobci systémů stro­jového vidění v poslední době stá­le více svých produktů vyvážejí. V roce 2007 již dosáhli více než jed­né třetiny (35 %) obchodního obratu na mimoevropských trzích (obr. 1). Přibližně 15 % činil export do Se­verní Ameriky. Také vývoz do asij­ských zemí vzrostl a vývoz do Asie překročil hranici 16 % obchodní­ho obratu. Přispěl k tomu zejména rychle rostoucí vývoz do Číny, kte­rý se v roce 2007 zvedl o 42 % a při­blížil se hodnotě 5 % z celkového obchodního obratu. Čína tak znovu potvrdila, že se stává nejdynamičtěji rostoucím trhem pro obor strojové­ho vidění ve světě. Podíl obchodních aktivit evropských výrobců kompo­nent a systémů pro strojové vidění v různých zemích a regionech světa je patrný z obr. 2.
 
Asi 87 % obchodního obratu evropského průmyslu strojového vidění bylo v roce 2007 dosaženo v průmyslové výrobě. Nejdůleži­tějším zákazníkem je stále ještě automobilo­vý průmysl s podílem asi 26 %, následovaný elektronickým a elektrotechnickým průmys­lem (12 %) a sklářským průmyslem (9 %). Stále častěji se používá strojové vidění také v dřevařském, farmaceutickém, kosmetickém, potravinářském a metalurgickém průmyslu. Velké možnosti pro nové využití této techni­ky jsou v poslední době např. v dopravě nebo ve zdravotnických zařízeních. Tyto nevýrobní oblasti měly na celkovém obchodním obratu v roce 2007 podíl asi 13 %. Velká společen­ská témata jako ochrana životního prostředí, zachování přírodních zdrojů, zajištění větší bezpečnosti osob a majetku nebo demogra­fické změny ve společnosti otevírají tomuto oboru stále nové oblasti využití.
 
Analytici EMVA očekávají, že rychlý technický pokrok v příštích letech příznivě ovliv­ní použití systémů pro strojové vidění. Mno­hé inovace a zdokonalení se objevily zejmé­na v technice snímačů obrazu a inteligentních kamer s prostorovým zpracováním obrazu. Komponenty a systémy strojového vidění jsou stále kompaktnější, a tím i snáze použi­telné na místech s omezenými prostorovými možnostmi. Díky standardním rozhraním se výrazně zjednodušilo začlenění těchto systé­mů do komplexních výrobních systémů, což přináší četné možnosti optimalizace. Nové systémy lze většinou intuitivně ovládat a kon­figurovat bez větších znalostí a zkušeností s programováním. Další pokrok přinese za­vedení vícejádrových procesorů, které výraz­ně zvyšují výpočetní výkon a umožňují i pa­ralelně zpracovávat obrazy programy nových verzí přizpůsobených již požadavkům více­jádrové techniky.
 

Trh strojového vidění v Severní Americe se po recesi rychle zotaví

Podle marketingové studie Americké aso­ciace strojového vidění AIA (Automated Ima­ging Association) z poloviny roku 2008 se trh strojového vidění vyvíjel v několika posled­ních letech v Severní Americe (USA a Kana­da) velmi příznivě a obchodní obrat vzrostl z 1,2 mld. USD v roce 2003 na 1,6 mld. USD v roce 2007, tedy za pět let zhruba o 33 %. Podle prognózy by měl do roku 2012 postup­ně vzrůst až na 2,1 mld. USD, tj. o dalších asi 31 %. Technika strojového vidění pro­nikla v Severní Americe do všech sektorů národního hospodářství a stala nepostradatel­nou pro řízení jakosti, zvyšo­vání produktivity a snižování nákladů ve výrobních proce­sech nejenom v automobilo­vém průmyslu.
 
Marketingová studie AIA [3], založená na dlouhodobém sledování prodeje prostředků strojového vidění, se v pro­gnostické části opírá o před­povědi ekonomů, kteří v době jejího zpracování očekáva­li v USA pouze krátkodobé zpomalení ekonomického růs­tu. Nyní je ale zřejmé, že Se­verní Amerika vstupuje do ob­dobí recese, která zřejmě po­stihne hospodářství i po větší část roku 2009. Podle předpo­vědi Mezinárodního měnové­ho fondu (MMF) z konce roku 2008 dosáhne reálný růst HDP v USA v roce 2009 hodnoty jen 0,1 %. V Kanadě je situa­ce o trochu lepší – MMF zde předpovídá ve stejném období reálný růst HDP ve výši asi 1,2 %. Pro Severní Ameriku jako celek to ovšem znamená jasnou recesi, protože eko­nomika USA je téměř jedenáctkrát větší než ekonomika Kanady.
 
Pro výrobce prostředků a systémů strojo­vého vidění zůstává ovšem klíčovou otázkou, jak tyto ekonomické předpovědi ovlivní pro­dej jejich produktů. Předpovědět obchodní obrat v oboru strojového vidění v dobách eko­nomické turbulence s dostatečnou přesností je velmi obtížné. Nicméně odborníci AIA ze zkušeností z dopadů recese z roku 2001 na vývoj amerického hospodářství odhadují, že obchodní obrat v letech 2008 a 2009 klesne zhruba na 1,4 mld. USD. To je oproti původ­ním odhadům (obr. 3) pokles o 0,2 mld. USD v roce 2008 a o 0,3 mld. USD v roce 2009. Každá recese je jinak dlouhá a tvrdá. Také důsledky nynější recese závisejí na mnoha okolnostech, zejména na účinnosti opatření, která přijme americká vláda, a na jejích am­biciózních plánech, jež by měly zajistit ze­jména energetickou nezávislost země, pod­pořit rozvoj obnovitelných energií a zvýšit ochranu klimatu, tedy programů, ve kterých by se mohly moderní systémy strojového vi­dění dobře uplatnit. Zatímco v krátkodobém výhledu čekají výrobce v Severní Americe pravděpodobně horší časy, jejich dlouhodo­bé vyhlídky zůstávají velmi dobré. Průmysl strojového vidění v Severní Americe je velmi přizpůsobivý a po každé recesi se vždy rychle zotavil a znovu se vrátil ke zdravému růstu.
 

Trh strojového viděni v Asii – to již není jen Japonsko

Asie jako největší a nejlidnatější kontinent tradičně patří k nejdynamičtěji rostoucím tr­hům s prostředky strojového vidění. Asijské země jsou na rozdílných stupních vývoje. Na jedné straně jsou zde země jako Japonsko, Již­ní Korea nebo Tchaj-wan s vysokým stupněm využívání prostředků strojového vidění i s je­jich zavedenou výrobou silně orientovanou na export a na druhé straně země jako Čína a Indie s rychle se rozvíjejícími ekonomika­mi s obrovskými možnostmi pro využití stro­jového vidění. Situaci na japonském trhu vel­mi pozorně sleduje Japonská společnost pro průmyslové zpracování obrazů JIIA (Japan Industrial Imaging Association), která ve své poslední zprávě [2] podrobně analyzuje situ­aci v roce 2007 ve výrobě a prodeji sníma­cích kamer, které jsou důležitým japonským vývozním produktem. Ze zprávy vyplývá, že v roce 2007 japonské firmy vyrobily a proda­ly zhruba 349 000 snímacích kamer, tedy asi o 11 000 kusů (+3,2 %) víc než v předchozím roce. Asi 66 % roční produkce bylo prodáno na domácím trhu a 34 % směřovalo na vývoz, z toho téměř 70 % do asijských zemí (Číny, Koreje, Tchaj-wanu a Indie), 20 % do Sever­ní Ameriky a 5 % do Evropy. V důsledku vý­razného posílení směnného kurzu japonského jenu k americkému dolaru a euru v roce 2007 klesl vývoz snímacích kamer do USA a do tzv. eurozóny, ale tento pokles se podařilo vyvá­žit zvýšeným vývozem do Číny. Ve zprávě je velmi podrobně analyzován směr technického vývoje inteligentních kamer z hlediska jejich systémového řešení, rozlišení a rozhraní [2].
Velmi dobré možnosti odbytu vidí světoví výrobci produktů strojového vidění v posled­ní době zejména v Číně, která platí za čtvrtou největší ekonomiku na světě (hned za USA, Japonskem a Německem) s hrubým domácím produktem přibližně 2 700 mld. USD při me­ziročním růstu přes 10 %. Na výrobní sektor z toho připadá plných 47,3 %. Moderniza­ce čínského průmyslu bude v nejbližších le­tech vyžadovat zavedení obrovského množ­ství systémů strojového vidění v objemu až 0,5 mld. USD ročně, které musí Čína zajistit jak dovozem (z Japonska, Koreje, Německa a USA), tak i vlastní výrobou, která se však začíná teprve rozvíjet.
 
Technika strojového vidění se přitom za­čala v Číně používat až po roce 1980 a zpo­čátku se uplatňovala jen v nově budovaných provozech na výrobu elektroniky [4]. Dnes se strojové vidění uplatňuje téměř ve všech od­větvích čínského hospodářství od průmyslu, přes zemědělství, armádu, meteorologii, as­tronomii a lékařství až po oblasti veřejného sektoru, dopravy a vědeckého výzkumu. Or­ganizace Control Engineering of China ne­dávno uveřejnila studii o současném použití prostředků strojového vidění v Číně (obr. 4). Většímu použití těchto produktů brání přede­vším omezené finanční prostředky, chybějící odborníci pro jejich zavádění, složité ovládá­ní nabízených produktů a nižší priorita v po­rovnání s jinými automatizačními projekty. V tab. 1 je uvedeno pořadí kritérií, která mají pro čínské uživatele při výběru produktů stro­jového vidění největší váhu. Nejvýše je hod­nocena možnost technické podpory a schop­nost dodavatele dodat úplné řešení včetně softwaru, zatímco cena dodávky je uváděna až na šestém místě.
 
Vzhledem k rostoucím požadavkům výro­by jsou stále častěji místo jednoduchých pro­středků pro sběr, analyzování a vyhodnocová­ní dat využívány komplexní, specializované systémy s inteligentním zpracováním obrazů a mnoha analytickými funkcemi. Tento trend je současně provázen stále těsnějším propo­jením techniky strojového vidění se systémy průmyslové automatizace. V několika posled­ních letech vytyčila čínská vláda pod heslem „Informační technologie podporují industri­alizaci“ novou cestu k rychlejší industrializa­ci země, což přinese další nevídané možnosti pro rozvoj techniky strojového vidění a pod­poří její pronikání i do dosud opomíjených výrobních odvětví.
 
Přes rozvinutý průmysl převažuje v sou­časné Číně stále ještě zemědělská výroba, je­jíž technologická úroveň je často velmi nízká. Při rychlé industrializaci zemědělství bude i v této oblasti hrát významnou roli technika strojového vidění. Uplatní se při monitoro­vání růstu plodin, což umožní efektivně řídit zavlažování a hnojení, a také při automatic­kém třídění a klasifikování zemědělských pro­duktů, kdy cílem je uplatňovat v praxi zásadu „Za správnou kvalitu správnou cenu“, a do­sahovat tak lepších ekonomických výsledků.
 
Rychlý ekonomický a sociální vývoj v Číně je provázen rychlou urbanizací, ale také růstem kriminality a narušováním veřejného pořádku. Pro posílení bezpečnosti budou po vzoru evropských zemí ve velkých městech v Číně instalovány miliony snímacích kamer, které budou nepřetržitě hlídat rizikové pro­story ve městě a vyhodnocovat, co se v jejich zorném poli děje. K tomu je nutné zvýšit spolehlivost kamerových monitorovacích sys­témů a omezit počet falešných alarmů, které způsobují např. pohybující se objekty v moni­torovaném prostoru, jako jsou např. stíny plu­jících mraků nebo odrazy slunečního světla, nebo vznikají vinou vlastního systému, např. otřesy kamery vlivem větru, špatným přizpů­sobením světla a clony apod. V poslední době se v Číně velmi rychle rozšiřuje použití systé­mů strojového vidění také k identifikaci oby­vatel podle otisku prstů, očních duhovek (zří­telnic) nebo obličejových rysů.
 
Vážným problémem je v současné době nedostatek zkušených inženýrů a struktura jejich znalostí, které mohou negativně ovliv­nit nejenom domácí výzkum a vývoj nových produktů strojového vidění, ale také jejich zavádění do praxe. Proto Čínský ústav strojí­renské techniky CMES, který metodicky řídí čínský výrobní průmysl, klade velký důraz na zapojení vysokých škol do výchovy a školení nových odborníků v technice strojového vi­dění. Potěšitelný je zájem čínské strany i na rozšiřování mezinárodní spolupráce v oblas­ti normalizace.
 

Ani Indie nechce zůstat pozadu

Podle OECD je Indie v současné době zemí s dvanáctou největší ekonomikou světa s hrubým domácím produktem asi 1 200 mld. USD, který dlouhodobě roste ročně zhruba o 11 %. Přestože téměř 60 % obyvatel do­sud pracuje v zemědělství, stále početnější střední třída projevuje zájem o dražší spo­třební zboží, motocykly, automobily a mo­derní elektroniku. Není bez zajímavosti, že Indie má nyní druhý největší trh s malými automobily, je druhým největším trhem pro firmu Nokia v počtu prodaných mobilních te­lefonů a je druhá v počtu softwarových inže­nýrů na světě. Není proto divu, že indický trh přitahuje i výrobce a dodavatele prostředků strojového vidění [5].
 
Přitom ještě před patnácti lety byl prodej systémů strojového vidění v Indii zcela zane­dbatelný a kupovaly je ojediněle jen univer­zity a výzkumná pracoviště zapojená zejmé­na do vojenského a kosmického programu. V zemi nebyli žádní systémoví integrátoři, a tak byly dodávány jenom plně integrova­né, převážně inspekční systémy, většinou jako součásti investičních celků. Prvním význam­ným systémovým integrátorem se v roce 1998 stala indická firma Soliton Technologies, síd­lící v Bangalore, která v roce 2004 zahájila i vlastní výrobu produktů strojového vidění. V současné době je hlavním a mezinárodně uznávaným indickým výrobcem komponent strojového vidění, včetně špičkových sníma­cích kamer s rozhraním Camera Link® a Fi­reWire, inteligentních (smart) kamer na bázi DSP a FPGA a osvětlovacích jednotek LED. Úspěšně však vyvinula i několik vlastních systémů strojového vidění pro konkrétní prů­myslové použití, např. pro automatickou kali­braci ukazatelů rychlosti, inspekci brzdových systémů, rychlou vizuální kontrolu zapalova­cích svíček apod. V Indii mají svá zastoupe­ní a pobočky všichni přední světoví výrobci a dodavatelé produktů strojové vidění, jako jsou firmy Cognex, Basler, Matrox, National Instruments, Keyence a další.
 
Zájem o strojové vidění v Indii neustále roste, a to především zásluhou rychle se roz­víjejícího výrobního sektoru s výrazným pro­exportním charakterem. Indie je zvláště silná v exportu farmaceutických produktů a auto­mobilových dílů, dvou průmyslových odvět­ví, která jsou spolu se silně rozvinutým elek­tronickým, textilním a potravinářským prů­myslem hlavními uživateli prostředků pro strojové vidění. Zatímco výrobci stále usi­lují o instalaci dalších systémů zejména pro automatizaci vizuální kontroly výrobních postupů, je v zemi akutní nedostatek zkuše­ných systémových integrátorů. Práce systé­mových integrátorů je zde přitom velmi ná­ročná, protože musí často korigovat přehna­ná očekávání a nereálné cenové představy málo zkušených pracovníků průmyslu. Zdej­ší firmy dosud nebyly zvyklé utrácet peníze za prostředky strojového vidění a obávají se ihned vynakládat velké sumy peněz za vel­ké projekty, ale chtějí si nejprve vyzkoušet techniku v pilotních projektech. Proto je nyní v Indii obrovské pole působnosti s velkými možnostmi růstu pro firmy, které mohou na­bídnout dodávku komplexních systémů stro­jového vidění s účinnou systémovou a tech­nickou podporou.
 
Ve snaze přispět k řešení nedostatku od­borníků začala firma Soliton Technologies ne­dávno v Bangalore pořádat pravidelné školicí kurzy programování systémů strojového vi­dění pro začátečníky i pokročilé určené pro techniky a inženýry pracující v podnicích koncových uživatelů. Současně ve spoluprá­ci s univerzitou Rajalakshmi Engineering College otevřela prezentační a školicí stře­disko Machine Vision Centre of Excellence v Chennai, centru indického automobilové­ho průmyslu.
Vzhledem k nízké ceně lidské práce a do­statečnému počtu pracovníků jsou v Indii pro­středky strojového vidění používány v mno­hem menší míře než ve vyspělých zemích. Při strmě rostoucím společenském rozvoji bude strojové vidění v Indii v příštích letech širo­ce využíváno nejenom v průmyslu, ale i v do­pravě, medicíně nebo při identifikaci zboží a osob. Při současném tempu meziročního růstu HDP odborníci OECD předpokládají, že za patnáct až pětadvacet let se Indie sta­ne zemí s třetí největší ekonomikou na světě a bude v této době patřit mezi pět největších trhů s produkty strojového vidění.
 

Závěr

Současné zpomalení světového hospo­dářského růstu zřejmě nebude mít příliš vý­znamný dopad na další vývoj trhu strojo­vého vidění. Trvalý technický pokrok, jako výrazné zvyšování rychlosti přenosu a zpra­cování obrazových dat, miniaturizace snímacích kamer a vývoj směrem k systémům v čipovém provedení VSOC (Vision System On Chip) nebo software lépe přizpůsobený méně kvalifikovaným pracovníkům, povede k efektivnějšímu využívání všech možnos­tí strojového vidění. Také stále větší konku­renční tlak v globalizovaném světě, rostoucí cena pracovní síly a klesající cena prostředků strojového vidění jsou faktory, které mohou v době hospodářské recese pozitivně ovliv­nit poptávku po systémech strojového vidě­ní a jejich zavádění.
 
Literatura:
[1] BREYER, A.: Machine Vision has seen robust growth in 2008. Inspect 9, Dezember 2008, č. 5, s. 20–23.
[2] KIURA, S.: Japanese market study by JIIA. Inspect 9, Dezember 2008, č. 5, s. 24–25.
[3] KELLERY, P.: Machine Vision in North Ame­rica. Inspect 9, Dezember 2008, č. 5, s. 26–28.
[4] QIFAN, B.: Machine Vision in China. In­spect 9, Dezember 2008, č. 5, s. 29–31.
[5] DEVARAJ, G.: Machine Vision in India. Do­kument AIA, Dezember 2007, dostupné na: www.machinevisiononline.org.
Ing. Karel Kabeš
 
Obr. 1. Obchodní obrat evropských výrobců prostředků pro strojové vidění na evropském a mimoevropském trhu (zdroj: EMVA)
Obr. 2. Vývoz evropských výrobců do různých zemí a regionů světa (zdroj: EMVA)
Obr. 3. Růst prodeje produktů strojového vidění v Severní Americe s vyznačením předpokládaného dopadu hospodářské recese (zdroj: AIA)
Obr. 4. Hlavní oblasti použití strojového vidění v Číně (zdroj: Control Engineering China)
 

Tab. 1. Hlavní kritéria čínských uživatelů pro výběr produktů strojového vidění