El AMRC ayuda a entrar en la era de la Industria 4.0 con un sistema de fabricación impulsado por IA para la inspección visual. El software IBM® Maximo Visual Inspection en un servidor IBM® Power Systems AC922, con almacenamiento IBM® FlashSystem preparado para la nube y sumamente seguro, ayuda al centro a convertir rápidamente ideas innovadoras en realidades de fabricación.
El Advanced Manufacturing Research Centre (AMRC) buscaba desarrollar un sistema de inspección visual mejorado con IA que pudiera detectar más rápidamente las piezas defectuosas y reducir el desperdicio.
El centro implementó el software IBM® Maximo Visual Inspection en un servidor AC922 de Power Systems de alto rendimiento en Factory 2050, su centro de exhibición. Una solución FlashSystem aumenta aún más la velocidad de procesamiento y la eficiencia del almacenamiento.
para facilitar el rápido desarrollo de un sistema de inspección visual inteligente
El AMRC está ayudando a liderar una revolución en el Reino Unido. En sus modernas instalaciones Factory 2050 de Sheffield, con paredes de cristal, el centro desarrolla soluciones digitales que emplean IA, Internet de las Cosas (IoT), robótica y otras tecnologías emergentes, todo ello con el objetivo de resolver problemas de fabricación del mundo real. Estas soluciones, que antes se consideraban futuristas, están listas para su implementación a gran escala en la actualidad, ayudando a los fabricantes británicos a aumentar su rendimiento al tiempo que impulsan la Cuarta Revolución Industrial.
"Todo el espíritu del AMRC es mantener la competitividad del Reino Unido en la fabricación mundial", explica Tom Hodgson, Theme Lead, Inspección e Inteligencia Artificial del AMRC. "Tomamos ideas que salen de las universidades, donde se han desarrollado hasta un nivel de prototipo. Luego, con nuestras empresas asociadas, llevamos a cabo proyectos de investigación para trasladar esas tecnologías a entornos de producción".
También conocida como Industria 4.0, esta nueva era de innovación tecnológica se basa en los avances de la anterior revolución digital mediante la introducción de sistemas dinámicos, interconectados e inteligentes que prometen alterar aún más, y optimizar, las cadenas de valor en todos los sectores. Esta era también requiere una potencia de procesamiento y una capacidad de almacenamiento sin precedentes.
El AMRC es uno de los siete centros High Value Manufacturing (HVM) Catapult del país que ayudan a allanar el camino hacia la Industria 4.0. Lanzada en 2011 por UK Innovate para revitalizar los sectores manufactureros del país, la iniciativa HVM Catapult reúne a investigadores con empresas de todos los tamaños para ser pioneros en soluciones y, en última instancia, estimular los mercados globales.
"Como parte del equipo de Catapult, nuestra obligación es demostrar técnicas, herramientas y tecnologías punteras a las empresas británicas", afirma Hodgson. El AMRC examina y desarrolla a fondo las tecnologías emergentes, sin inclinarse por proveedores de TI concretos. A continuación muestra muchas de las soluciones avanzadas en Factory 2050, la primera instalación del país dedicada a tecnologías reconfigurables de ensamblaje asistido digitalmente, fabricación de componentes y mecanizado.
Uno de los proyectos de desarrollo del AMRC consiste en automatizar los procesos manuales utilizados para detectar defectos en componentes estructurales fabricados, especialmente en sectores cruciales para la seguridad como el aeroespacial y el de defensa. Tradicionalmente, los operarios de las fábricas han inspeccionado las piezas utilizando haces de luz y otros métodos que requieren mucha mano de obra. Un sistema de inspección visual automatizado e inteligente podría permitir una detección más rápida de las piezas defectuosas a gran escala, lo que se traduciría en menos defectos, menos desperdicio y costes reducidos.
El equipo del proyecto necesitaba un software de reconocimiento visual con machine learning para crear modelos precisos de clasificación de imágenes y detección de defectos. Los investigadores crearon un conjunto de datos capturando y etiquetando miles de imágenes de alta densidad de componentes tomadas desde múltiples ángulos en entornos estándar, que luego utilizaron para probar distintos productos de reconocimiento visual disponibles en el mercado. Sin embargo, este enfoque clásico del procesamiento de imágenes no satisfacía adecuadamente las necesidades de los investigadores para su trabajo de vanguardia. "Todo tipo de aspectos puede tener un efecto enorme en los algoritmos tradicionales de visión por ordenador, como la iluminación, la posición del artículo en el almacén y su posición dentro de qué almacén o fábrica", explica Sean Wilson, responsable técnico de IA del AMRC. "Puede llevar semanas ajustar una solución a las características particulares de una avería. Pero, ¿qué ocurre con los nuevos componentes o tipos de avería? Estas soluciones no se generalizan bien".
La infraestructura local estándar del AMRC, compuesta por servidores basados en CPU en un edificio independiente con una conexión de red de 1 Gb/s con Factory 2050, también obstaculizó el progreso del equipo. La infraestructura no podía procesar con rapidez los enormes archivos de imagen que generaba el equipo, con un total aproximado de 20 GB por cada componente. Además, muchos de los clientes empresariales del centro operan bajo normativas del sector que exigen que las imágenes de inspección se archiven de forma segura durante varios años. El almacenamiento existente del centro carecía de capacidad de almacenamiento modernizada para satisfacer esta necesidad.
Los investigadores descubrieron que IBM podía ofrecerles las soluciones de alto rendimiento que necesitaban. El AMRC acababa de instalar un servidor Power Systems AC922 para hacer una demostración a los visitantes cuando Wilson decidió utilizarlo para probar el software IBM® Maximo Visual Inspection.
"Tomé rápidamente unas 500 imágenes con una cámara normal, las cargué en el software IBM® Maximo Visual Inspection y etiqueté la ubicación de los componentes específicos que queríamos inspeccionar", explica Wilson, que añade que el software creó entonces un modelo de visión entrenado en unos 20 minutos. La precisión del modelo sorprendió a Wilson. "El software consiguió identificar con precisión todos los objetos de una imagen de prueba. Y se trataba de una imagen que no había calibrado en color ni me había preocupado por la iluminación ni nada por el estilo. Fue en ese momento cuando mostré a nuestro equipo lo asombroso e increíble que es este software y este hardware".
Kieran Edge, responsable técnico de Visión Artificial del AMRC, supervisa el proyecto. "Empezamos a utilizar el software IBM® Maximo Visual Inspection por sus funciones de clasificación y detección, y nos dimos cuenta de que teníamos mucho éxito desde el principio", afirma.
El software IBM® Maximo Visual Inspection proporciona al equipo un marco y herramientas intuitivos y de código abierto para crear y gestionar modelos de visión por ordenador, incluidas funciones de instalación y configuración, etiquetado de datos, entrenamiento de modelos, inferencia e implementación. Ubicado en Factory 2050, el servidor Power Systems AC922 ofrece una plataforma totalmente optimizada para soportar el enorme rendimiento que requieren las cargas de trabajo del proyecto. Este servidor, la columna vertebral de algunos de los mayores superordenadores del mundo, combina CPU POWER9™ y GPU NVIDIA Tesla V100 con NVLink, lo que proporciona hasta 5,6 veces más rendimiento de entrada/salida (E/S) que los servidores basados en x86.
Para aumentar aún más la velocidad de procesamiento y la eficiencia del almacenamiento, el equipo también implementó una solución FlashSystem, que está ubicada y conectada directamente al servidor Power Systems AC922 en Factory 2050. "El almacenamiento FlashSystem aumentará realmente nuestra capacidad de entrenar y realizar iteraciones en los modelos que estamos generando", afirma Wilson. La solución de almacenamiento de clase empresarial combina el rendimiento de flash y Non-Volatile Memory Express (NVMe) con la sólida base de la tecnología IBM® FlashCore.
Diseñada para garantizar la seguridad, la solución incorpora cifrado y la certificación FIPS 140-2. Además, se integra bien con las capacidades de IBM® Spectrum Storage, lo que permite soluciones de almacenamiento por niveles y altamente escalables en la nube, otra ventaja para el AMRC y sus clientes que desean modernizar sus infraestructuras utilizando nuevos modelos de nube privada e híbrida. "Las soluciones en la nube se adaptan a las necesidades de muchos de nuestros clientes porque eliminan la inversión en hardware necesaria para adoptar la automatización inteligente. Otros encuentran el equilibrio perfecto en un enfoque de nube híbrida por la cantidad y naturaleza de los datos, y las frecuentes mejoras del modelo", afirma Wilson. "La arquitectura en contenedores implantada en el AMRC nos permite ofrecer ambas cosas a nuestros clientes".
Con una infraestructura moderna, ágil y súmamente segura para analizar las imágenes de trabajo, el equipo puede llevar adelante su proyecto de inspección visual, lo que incluye seguir entrenando y validando modelos rápidamente. La nueva solución ofrece velocidades de transferencia de 5 GB/s, frente a los 70 MB/s que proporcionaba la infraestructura local ubicada en otro edificio. "Cuando se trata de nuestra investigación, necesitamos ser lo más rápidos y eficientes posible", afirma Wilson. "Ahora, con el almacenamiento FlashSystem conectado a nuestro servidor AC922, podemos descargar y procesar imágenes de inmediato con el rendimiento increíblemente rápido que tenemos".
Los investigadores desarrollarán un sistema estandarizado de inspección visual, incluida una solución robótica de obtención de imágenes, para las prótesis articulares de rodilla. Sin embargo, el sistema tendrá aplicaciones intersectoriales. "El principal objetivo de este trabajo es demostrar cómo las empresas pueden implantar eficazmente este tipo de tecnologías y las dificultades que pueden tener", afirma Edge. En última instancia, el nuevo sistema podrá ayudar a diversos fabricantes a mejorar la calidad de sus productos, aumentar la productividad en el área de fabricación y reducir los residuos a un coste reducido.
Más allá de este proyecto, el equipo del AMRC puede utilizar su servidor IBM in situ y su solución de almacenamiento para ayudar a los fabricantes con otras iniciativas centradas en la IA. La posibilidad de ofrecer capacidades de servidor y almacenamiento IBM en las instalaciones es especialmente importante para los clientes con datos confidenciales. "Gracias a IBM, hemos podido colocar un servidor de IA y almacenamiento de última generación en un espacio mínimo dentro del bastidor de nuestra fábrica", afirma Wilson. "El hecho de que ahora dispongamos de estas capacidades en las instalaciones proporcionadas por IBM significa que nuestros clientes pueden empezar a innovar en áreas como la IA y el big data, felices sabiendo que sus datos están seguros".
El equipo también puede cumplir mejor su misión de ayudar a las pequeñas y medianas empresas a innovar en todo el ciclo de vida de la fabricación. Recientemente, una empresa emergente compartió su idea de una solución impulsada por IA con el equipo de Wilson. Utilizando el software IBM® Maximo Visual Inspection que se ejecuta en la infraestructura de IBM, los investigadores completaron con éxito una solución POC para el cliente en tan solo cinco días. Wilson señala que, sin la solución de IBM, el equipo habría necesitado cinco días para etiquetar los conjuntos de datos.
El equipo del AMRC está más entusiasmado que nunca con su trabajo a la vanguardia de las innovaciones de la Industria 4.0. "Fábrica 2050 es básicamente un taller abierto", explica Wilson. Es emocionante poder estar en nuestra sala de exposiciones y decirle a una empresa que [esta innovación] no es para el futuro, sino para el presente. Es algo que realmente pueden empezar a utilizar en sus fábricas y en sus procesos".
Establecido en 2001, el AMRC (enlace externo a ibm.com) lleva a cabo investigaciones líderes en el mundo sobre mecanizado, fabricación y materiales avanzados. Reúne a más de 600 investigadores e ingenieros de todo el mundo para acelerar el desarrollo de técnicas y tecnologías de fabricación de alto valor. El AMRC forma parte del Grupo AMRC, que promueve la investigación colaborativa centrada en el sector industrial en la que participan universidades, académicos y empresas.
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Producido en los Estados Unidos, noviembre de 2019.
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