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英国通过世界一流的工厂就绪型 AI 解决方案推动工业 4.0 创新
圆顶玻璃建筑

AMRC 通过 AI 驱动的视觉检查制造系统帮助开创工业 4.0 时代。IBM Power® Systems AC922 服务器上的 IBM® Maximo® Visual Inspection 软件以及高度安全的云就绪型 IBM FlashSystem® 存储帮助 AMRC 快速将创新理念转化为制造现实。

业务挑战

Advanced Manufacturing Research Centre (AMRC) 寻求开发一种 AI 增强型视觉检查系统,以便更快地检测故障零部件,减少浪费。

变革

AMRC 部署了 IBM Maximo Visual Inspection 软件,将其置于展示设施 Factory 2050 的高性能 Power Systems AC922 服务器上。FlashSystem 解决方案可以进一步提升吞吐速度和存储效率。

结果 提供 5 GB/s 的图像传输速度

为快速开发智能视觉检查系统提供支持

简化模型训练和数据管理
通过在 IBM AI 优化平台上使用直观的 IBM 视觉识别工具
5 天内交付概念验证 (POC) 解决方案
帮助某初创公司将愿景变为现实
业务挑战案例
智能检查系统

AMRC 正在帮助引领一场英国革命。位于谢菲尔德的 Factory 2050 工厂采用玻璃幕墙,拥有最先进的技术,AMRC 在此开发数字驱动的解决方案,以便采用 AI、物联网 (IoT)、机器人和其他新兴技术,所有这些都旨在解决现实世界中的制造业问题。这些解决方案一度被认为是面向未来的解决方案,如今已准备好进行全面部署,旨在帮助英国制造商提高绩效,同时推动第四次工业革命。

“AMRC 背后的整体精神是保持英国在全球制造业中的竞争力,”AMRC 检查和 AI 主题负责人 Tom Hodgson 解释道,“我们采纳来自多所大学的创意,并且这些创意已经发展到原型水平。然后,我们与合伙公司一起开展研究项目,将这些技术转化为生产环境。”

这一新的技术创新时代也被称为工业 4.0,它以上一次数字革命中实现的突破发展为基础,引入了动态、互联且智能的系统,而这些系统有望进一步颠覆和优化整个行业的价值链。这个时代也需要前所未有的处理能力和存储容量。

AMRC 是英国七个高价值制造创新中心 (High Value Manufacturing Catapult) 之一,有助于为工业 4.0 铺平道路。高价值制造创新中心计划由 UK Innovate 于 2011 年发起,旨在振兴英国的制造业,该计划将研究人员与各种规模的公司汇集到一起,共同开发解决方案,并最终实现刺激全球市场的目的。

“作为 Catapult 团队的一员,我们的义务是向英国企业展示尖端的技术、工具和科技,”Hodgson 说。AMRC 充分审查和开发新兴技术,并且不会偏向任何单个 IT 供应商。然后,它在 Factory 2050 展示许多先进的解决方案。这是该国首家致力于可重构的数字辅助装配、组件制造和加工技术的工厂。

AMRC 有一个开发项目涉及自动执行手动流程来检测人造结构部件(尤其是航空航天、国防等安全攸关行业结构部件)的缺陷。传统的检测方法是工厂工人通过光束和其他费时费力的办法来检查部件。自动化、智能化的视觉检查系统可以更快地大规模检测出故障部件,从而减少缺陷和浪费并降低成本。

项目团队需要机器学习视觉识别软件,用于创建精确的图像分类和缺陷检测模型。研究人员在标准设置中捕获并标记了从多个角度拍摄的成千上万个组件的高密度图像,以此方式建立数据集,然后将这些图像用于测试市场上的不同视觉识别产品。不过,这种典型的图像处理方法不能充分满足研究人员在前沿技术方面的需求。“照明、物品在仓库中的位置以及具体的仓库或工厂等各种因素都会对传统的计算机视觉算法产生巨大影响。”AMRC AI 技术主管 Sean Wilson 解释道,“我们可能需要花费数周的时间,才能根据故障的特定特征对解决方案进行微调。如果出现新组件或新故障,我们又该如何处理? 这些解决方案并不具有普适性。”

AMRC 的标准本地基础架构(包括位于独立建筑中的基于 CPU 的服务器,并通过 1 Gb/s 网络连接到 Factory 2050)也阻碍了团队的进展。该基础架构无法快速处理团队生成的大量图像文件,每个组件总计约 20 GB。此外,AMRC 的许多商业客户都遵守行业法规,这些法规要求将检查图像安全存档数年。AMRC 的现有存储缺乏现代化存储能力,无法满足这一需求。

通过将 FlashSystem 存储连接到 AC922 服务器,我们可以立即下载和处理图像,并具有惊人的吞吐量。 Sean Wilson AI 技术主管 Advanced Manufacturing Research Centre
变革案例
AI 优化处理和存储

研究人员发现,IBM 可以提供他们所需的高性能解决方案。AMRC 刚刚安装了一台 Power Systems AC922 服务器,用于向参观者演示,Wilson 就决定使用它来测试 IBM Maximo Visual Inspection 软件。

“我使用普通相机快速拍摄了大约 500 张图像,将它们上传到 IBM Maximo Visual Inspection 软件中,并标记了我们想要检查的特定组件的位置,”Wilson 解释道,他还补充说,该软件随后在大约 20 分钟内创建了经过训练的视觉模型。该模型的准确性让 Wilson 感到非常震惊。“瞧,该软件设法从一张测试图像中准确识别所有物体。我没有对这张图像进行色彩校准,也没有担心光线或其他任何问题。正是通过这一点,我向团队展示了这个软件和硬件拥有的令人惊讶且难以置信的功能。”

AMRC 机器视觉技术主管 Kieran Edge 负责监督该项目。“我们开始考虑使用 IBM Maximo Visual Inspection 软件的分类和检测功能,我们发现我们很快就取得了巨大的成功,”他表示同意。

IBM Maximo Visual Inspection 软件为团队提供了一个开源直观的框架和多种工具来构建和管理计算机视觉模型,其中包含安装配置、数据标记、模型训练、推理和部署等功能。Power Systems AC922 服务器设在 2050 工厂现场,它是一个全面优化的平台,可支持项目工作负载所需的巨大吞吐量。这款服务器是世界上一些大型超级计算机的支柱,它将 Power9 CPU 和 NVIDIA Tesla V100 与 NVLink GPU 搭配使用,输入/输出(I/O)性能可达 x86 服务器的 5.6 倍。

为了进一步提高吞吐速度和存储效率,该团队还实施了 FlashSystem 解决方案,该解决方案与 Factory 2050 中的 Power Systems AC922 服务器并置并直接连接。“FlashSystem 存储将真正提高我们的能力,让我们能够对正在生成的模型进行训练和迭代,”Wilson 说。该企业级存储解决方案将闪存和非易失性内存主机控制器接口规范 (NVMe) 的性能与 IBM FlashCore® 技术的坚实基础相结合。

该解决方案专为安全而设计,具有内置加密功能和 FIPS 140-2 认证。此外,它与 IBM Spectrum Storage™ 功能完美集成,可在云中实现高度可扩展的分层存储解决方案,对于 AMRC 及其希望使用新的私有云和混合云模型对其基础架构进行现代化改造的客户来说,这提供了另一种选择。“云解决方案消除了采用智能自动化所需的硬件投资,进而满足了我们许多客户的需求。对于其他企业而言,考虑到数据的数量、性质以及频繁的模型改善,混合云方法可以为它们提供完美的平衡。”Wilson 表示,“在 AMRC 实施的容器化架构使我们能够同时为客户提供这两种服务。”

案例成果
从展厅到工厂车间

通过借助现代化、敏捷且高度安全的基础架构分析工作图像,该团队可以推进视觉检查项目,包括继续快速训练和验证模型。新解决方案提供的传输速度为 5 GB/s,而位于另一栋建筑的本地基础架构的传输速度为 70 MB/s。“在研究方面,我们需要尽可能快速和高效,”Wilson 说,“现在,通过将 FlashSystem 存储连接到 AC922 服务器,我们可以立即下载和处理图像,并具有惊人的吞吐量。”

研究人员将开发一种标准化视觉检查系统,包括用于膝关节置换术的机器人成像解决方案。但是,该系统将具有跨行业的应用程序。“这项工作的主要目的是展示企业如何有效地实施此类技术以及它们可能遇到的困难,”Edge 表示。最终,该新系统将有可能帮助各种制造商提升产品质量、提高车间工作效率并降低成本,减少浪费。

除了这个项目,AMRC 团队还可以在其他项目中使用现场的 IBM 服务器和存储解决方案来协助制造商实施其他以人工智能为重点的计划。对拥有敏感数据的客户而言,是否有能力提供本地部署的 IBM 服务器和存储功能是件非常重要的事情。“多亏有 IBM,我们才能在工厂机架的狭小内部空间里配置最先进的 AI 服务器和存储设备,”Wilson 说道,“现在,我们拥有了 IBM 提供的这些本地功能,这意味着我们的客户可以在 AI 和大数据等领域着手创新,并对他们的数据安全性感到满意。”

该团队还可以更好地履行帮助中小型企业在整个制造生命周期实现创新的使命。最近,某初创公司与 Wilson 团队分享了他们对构建 AI 驱动型解决方案的想法。通过使用在 IBM 基础架构上运行的 IBM Maximo Visual Inspection 软件,研究人员在短短五天内就为该客户成功完成了 POC 解决方案。Wilson 指出,如果没有 IBM 解决方案,团队标记数据集就需要五天时间。

AMRC 团队比以往任何时候都更加热衷于在工业 4.0 创新前沿的工作。“Factory 2050 基本上是一家开放式商店,”Wilson 解释道。“能够站在我们的展厅里,告诉某家公司,[这项创新]无需等到未来,现在就可以实现,真是令人兴奋呀!这是他们实际上可以开始在工厂和流程中使用的东西。”

Advanced Manufacturing Research Centre 徽标
关于 Advanced Manufacturing Research Centre (AMRC)

AMRC(ibm.com 外部链接)成立于 2001 年,在先进机械加工、制造和材料的研究方面居于世界领先水平。AMRC 汇集了来自全球各地的 600 多名研究人员和工程师,致力于加速高价值制造技术的发展。AMRC 是 AMRC 集团旗下子公司之一,该集团促进大学、学术界和企业开展以行业为重点的合作研究。

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