L'AMRC contribue à inaugurer l'ère de l'industrie 4.0 avec un système de fabrication piloté par l'IA et destiné à l'inspection visuelle. Le logiciel IBM® Maximo® Visual Inspection intégré à un serveur IBM Power® Systems AC922, avec un stockage IBM FlashSystem® sécurisé et adapté au cloud, aide le centre à convertir rapidement les idées novatrices en solutions concrètes de fabrication.
L'Advanced Manufacturing Research Centre (AMRC) a cherché à mettre au point un système d'inspection visuelle optimisé par l'IA, capable de détecter plus rapidement les pièces défectueuses tout en réduisant les déchets.
Il a déployé le logiciel IBM Maximo Visual Inspection sur un serveur Power Systems AC922 à haute performance dans son installation de démonstration, la Factory 2050. Une solution FlashSystem augmente encore la vitesse de traitement et l'efficacité du stockage.
pour soutenir le développement rapide d’un système d’inspection visuelle intelligent
L'AMRC contribue à révolutionner ce secteur au Royaume-Uni. À l'intérieur de ses installations ultramodernes et vitrées baptisées Factory 2050 à Sheffield, le centre développe des solutions numériques qui font appel à l'IA, à l'internet des objets (IoT), à la robotique et à d'autres technologies émergentes, le tout dans le but de solutionner des problèmes de fabrication concrets. Autrefois considérées comme futuristes, ces solutions sont aujourd'hui prêtes à être déployées à grande échelle, aidant les fabricants britanniques à accroître leurs performances tout en alimentant la quatrième révolution industrielle.
« La philosophie de l'AMRC est de renforcer la compétitivité du Royaume-Uni dans le secteur mondial de la fabrication », explique Tom Hodgson, responsable sectoriel de l'inspection et de l'intelligence artificielle au sein de l'AMRC. « Nous nous inspirons des idées qui émergent des universités, où elles ont été développées sous forme de prototypes. Puis, avec nos entreprises partenaires, nous menons des projets de recherche pour intégrer ces technologies dans des environnements de production. »
Également connue sous le nom d'Industrie 4.0, cette nouvelle ère d'innovation technologique s'appuie sur les progrès réalisés lors de la précédente révolution numérique en introduisant des systèmes dynamiques, interconnectés et intelligents qui promettent de transformer et d'optimiser davantage les chaînes de valeur dans tous les secteurs d'activité. Cette ère exige également une puissance de traitement et une capacité de stockage sans précédent.
L'AMRC est l'un des sept centres Catapult de fabrication à haute valeur ajoutée (HVM) du pays qui contribuent à faire émerger l'industrie 4.0. Lancée en 2011 par UK Innovate pour revitaliser les secteurs de fabrication du pays, l'initiative HVM Catapult réunit des chercheurs et des entreprises de toutes tailles pour mettre au point des solutions et, à terme, stimuler les marchés mondiaux.
« En tant que membre de l'équipe Catapult, nous avons l'obligation de faire la démonstration des techniques, outils et technologies de pointe aux entreprises britanniques », explique M. Hodgson. L'AMRC étudie et développe en profondeur les technologies émergentes, sans parti pris pour les différents fournisseurs de technologies de l'information. Il présente ensuite un grand nombre de solutions avancées à la Factory 2050, la première installation du pays consacrée aux technologies d'assemblage, de fabrication de composants et de machinerie reconfigurables et assistées numériquement.
L'un des projets de développement de l'AMRC concerne l'automatisation des processus manuels utilisés pour détecter les défauts dans les composants structurels fabriqués, en particulier dans les industries à sécurité critique telles que l'aérospatiale et la défense. Traditionnellement, les ouvriers inspectent les pièces à l'aide de faisceaux lumineux et d'autres méthodes exigeant une forte main-d'œuvre. Un système d'inspection visuelle automatisé et intelligent pourrait permettre une détection plus rapide des pièces défectueuses à grande échelle, ce qui se traduirait par une réduction des défauts, des déchets et des coûts.
L'équipe chargée du projet avait besoin d'un logiciel de reconnaissance visuelle et machine learning pour créer des modèles précis de classification d'images et de détection de défauts. Les chercheurs ont établi un ensemble de données en capturant et en étiquetant des milliers d'images à haute densité de composants prises sous plusieurs angles dans des environnements classiques, qu'ils ont ensuite utilisées pour tester différents produits de reconnaissance visuelle disponibles sur le marché. Cependant, cette approche classique du traitement d'images ne répondait pas de manière adéquate aux besoins des chercheurs pour leurs travaux avant-gardistes. « Toutes sortes d'éléments peuvent avoir un effet considérable sur les algorithmes classiques de vision informatisée, tels que l'éclairage, l'emplacement du produit dans l'entrepôt, et dans quel entrepôt ou usine », explique Sean Wilson, responsable technique chargé de l'IA au sein de l'AMRC. « Il faut parfois des semaines pour adapter une solution aux caractéristiques particulières d'un dysfonctionnement. Mais qu'en est-il des nouveaux composants ou types de défaillances ? Ces solutions ne s'adaptent pas bien à d'autres situations. »
L'infrastructure classique de l'AMRC, qui comprend des serveurs basés sur des processeurs dans un bâtiment indépendant avec une connexion réseau de 1 Go/s à la Factory 2050, a également entravé les progrès de l'équipe. L'infrastructure n'était pas en mesure de traiter rapidement les énormes fichiers d'images générés par l'équipe, qui totalisaient environ 20 Go pour chaque composant. En outre, de nombreuses entreprises clientes du centre sont soumises à des réglementations industrielles qui exigent que les images d'inspection soient archivées et sécurisées pendant plusieurs années. La capacité de stockage existante du centre n'a pas été adaptée pour répondre à ce besoin.
Les chercheurs ont constaté qu'IBM pouvait leur fournir les solutions de haute performance dont ils avaient besoin. L'AMRC avait à peine installé un serveur Power Systems AC922 pour en faire la démonstration aux visiteurs que Sean Wilson a décidé de l'utiliser pour tester le logiciel IBM Maximo Visual Inspection.
« J'ai rapidement pris environ 500 images à l'aide d'un appareil photo classique, je les ai téléchargées dans le logiciel IBM Maximo Visual Inspection et j'ai étiqueté l'emplacement des composants spécifiques que nous voulions inspecter », explique M. Wilson, ajoutant que le logiciel a ensuite créé un modèle à vision entraîné en l'espace de 20 minutes seulement. La précision du modèle l'a impressionné. « Le logiciel a réussi à identifier avec précision tous les objets à partir d'une image test. Il s'agissait d'une image dont je n'avais pas étalonné les couleurs et pour laquelle je ne m'étais pas préoccupé de l'éclairage ou de quoi que ce soit d'autre. C'est à ce moment-là que j'ai montré à notre équipe à quel point ce logiciel et ce matériel étaient incroyables ».
Kieran Edge, responsable technique en matière de vision industrielle au sein de l'AMRC, supervise le projet. « Nous avons commencé à envisager d'utiliser le logiciel IBM Maximo Visual Inspection pour ses capacités de classification et de détection, et le succès a été au rendez-vous dès le départ », ajoute-t-il.
Le logiciel IBM Maximo Visual Inspection fournit à l'équipe un cadre et des outils intuitifs et open source pour créer et gérer des modèles de vision par ordinateur, y compris des fonctionnalités pour l'installation et la configuration, l'étiquetage des données, l'entraînement des modèles, l'inférence et le déploiement. Situé sur le site de la Factory 2050, le serveur Power Systems AC922 offre une plateforme entièrement optimisée pour prendre en charge le débit massif requis par les workloads du projet. Véritable pilier de certains des plus grands supercalculateurs du monde, ce serveur associe des CPU POWER9™ et des GPU NVIDIA Tesla V100 avec NVLink, ce qui permet de multiplier par 5,6 les performances d'entrée/sortie (E/S) par rapport aux serveurs basés sur x86.
Pour améliorer encore la vitesse de traitement et l'efficacité du stockage, l'équipe a également mis en œuvre une solution FlashSystem, qui est colocalisée et directement connectée au serveur Power Systems AC922 dans la Factory 2050. « Le stockage FlashSystem va vraiment augmenter notre capacité à assurer l'entraînement et les itérations sur les modèles que nous générons », déclare M. Wilson. Cette solution de stockage de niveau professionnel associe les performances de la mémoire flash et de la mémoire non volatile Express (NVMe) à la base fiable de la technologie IBM FlashCore®.
Conçue pour assurer la sécurité, la solution est dotée d'un système de chiffrement intégré et d'une certification FIPS 140-2. En outre, il s'intègre bien aux capacités d'IBM Spectrum Storage™, ce qui permet de mettre en place des solutions de stockage hiérarchisées et hautement évolutives dans le cloud. Un autre atout pour l'AMRC et ses clients qui souhaitent moderniser leurs infrastructures à l'aide de nouveaux modèles de clouds privés et hybrides. « Les solutions cloud répondent aux besoins d'un grand nombre de nos clients en leur épargnant les investissements matériels nécessaires à l'adoption d'une automatisation intelligente. Pour d'autres, la quantité et la nature des données, ainsi que les fréquentes améliorations des modèles, font qu'une approche hybride du cloud leur fournit l'équilibre parfait », explique M. Wilson. « L'architecture conteneurisée mise en œuvre au sein de l'AMRC nous permet d'offrir les deux à nos clients ».
Avec une infrastructure moderne, agile et sécurisée en place pour analyser les images de travail, l'équipe peut poursuivre son projet d'inspection visuelle, notamment en continuant à entraîner et à valider rapidement les modèles. La nouvelle solution offre des vitesses de transfert de 5 Go/s, contre 70 Mo/s pour l'infrastructure sur site située dans un autre bâtiment. « En matière de recherche, nous devons être aussi rapides et efficaces que possible », explique M. Wilson. « Maintenant, avec le stockage FlashSystem relié à notre serveur AC922, nous pouvons télécharger et traiter les images immédiatement grâce au débit extrêmement rapide dont nous disposons. »
Les chercheurs mettront au point un système d'inspection visuelle normalisé, comprenant une solution d'imagerie robotisée, pour les prothèses articulaires du genou. Toutefois, le système aura des applications intersectorielles. « L'objectif principal qui sous-tend ce projet est de montrer comment les entreprises peuvent mettre en œuvre efficacement de telles technologies et quelles sont les difficultés qu'elles peuvent rencontrer », explique M. Edge. En définitive, le nouveau système pourrait aider divers fabricants à améliorer la qualité de leurs produits, à accroître la productivité de leurs ateliers et à réduire leurs déchets à moindre coût.
Outre ce projet, l'équipe de l'AMRC peut utiliser son serveur IBM et sa solution de stockage sur site pour aider les fabricants dans d'autres initiatives basées sur l'IA. La possibilité d'offrir des capacités de serveur et de stockage IBM sur site est particulièrement appréciée par les clients qui possèdent des données sensibles. « Grâce à IBM, nous avons pu installer un serveur d'IA et un système de stockage de pointe dans un espace minuscule à l'intérieur du bâti de notre usine », explique M. Wilson. « Le fait que nous disposions désormais de ces capacités sur site fournies par IBM signifie que nos clients peuvent commencer à innover dans des domaines tels que l'IA et le Big Data, tout en étant assurés que leurs données sont sécurisées. »
L'équipe peut également mieux remplir sa mission, qui est d'aider les petites et moyennes entreprises à innover tout au long du cycle de vie de la fabrication. Récemment, une startup a fait part à l'équipe de Wilson de son idée de solution basée sur l'IA. En utilisant le logiciel IBM Maximo Visual Inspection exécuté sur l'infrastructure IBM, les chercheurs ont réalisé avec succès une solution POC pour le client en seulement cinq jours. Sean Wilson note que sans la solution IBM, l'équipe aurait eu besoin de cinq jours pour simplement étiqueter les ensembles de données.
L'équipe de l'AMRC est plus enthousiaste que jamais quant à son action avant-guardiste des innovations de l'industrie 4.0. « La Factory 2050 est en fait une exploitation à ciel ouvert », explique M. Wilson. « C'est passionnant de pouvoir se tenir dans notre salle d'exposition et de dire à une entreprise que [cette innovation] ne fait pas partie de l'avenir. Mais du présent. C'est quelque chose qu'ils peuvent concrètement intégrer dans leurs usines et dans leurs processus ».
Fondée en 2001, l'AMRC (lien externe à ibm.com) mène des recherches poussées dans le monde entier sur les techniques d'usinage, de fabrication et les matériaux avancés. Il rassemble plus de 600 chercheurs et ingénieurs du monde entier afin de stimuler le développement de techniques et technologies de fabrication à haute valeur ajoutée. L'AMRC fait partie du groupe AMRC, qui promeut la recherche collaborative, axée sur l'industrie, impliquant des universités, des académies et des entreprises.
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