L’AMRC contribuisce a inaugurare l’era dell’Industria 4.0 con un sistema di produzione basato sull’AI per l’ispezione visiva. Il software IBM Maximo Visual Inspection su un server IBM Power Systems AC922 server, con lo storage IBM FlashSystem® a elevata sicurezza pensato per il cloud, aiuta il centro a trasformare rapidamente idee innovative in realtà produttive.
L'Advanced Manufacturing Research Centre (AMRC) ha cercato di sviluppare un sistema di ispezione visiva potenziato dall'AI in grado di rilevare più rapidamente le parti difettose con meno sprechi.
Il centro ha implementato il software IBM Maximo Visual Inspection su un server Power Systems AC922 ad alte prestazioni in Factory 2050, la sua struttura più prestigiosa. Una soluzione FlashSystem aumenta ulteriormente la velocità effettiva e l'efficienza dello storage.
per supportare il rapido sviluppo di un sistema di ispezione visiva intelligente
L’AMRC sta aiutando a guidare una rivoluzione nel Regno Unito. All'interno della sua struttura all'avanguardia Factory 2050 a Sheffield, con pareti in vetro, il centro sviluppa soluzioni digitali che impiegano AI, Internet of Things (IoT), robotica e altre tecnologie emergenti, il tutto con l'obiettivo di risolvere problemi di produzione reali. Un tempo considerate futuristiche, queste soluzioni sono oggi pronte per l’implementazione su larga scala e per aiutare i produttori britannici ad aumentare le proprie prestazioni e alimentare al tempo stesso la Quarta Rivoluzione Industriale.
"La filosofia alla base dell’AMRC è quella di mantenere la competitività del Regno Unito nella produzione globale", spiega Tom Hodgson, Theme Lead, Inspection and AI, AMRC. "Prendiamo idee che nascono nelle università, dove sono state sviluppate a livello di prototipo. Quindi, con le nostre aziende partner, conduciamo progetti di ricerca per trasferire tali tecnologie negli ambienti di produzione".
Nota anche come Industria 4,0, questa nuova era dell'innovazione tecnologica si basa sulle innovazioni della precedente rivoluzione digitale introducendo sistemi dinamici, interconnessi e intelligenti che promettono di cambiare e ottimizzare ulteriormente le catene del valore in tutti i settori. Questa era richiede anche una potenza di elaborazione e una capacità di archiviazione senza precedenti.
L'AMRC è uno dei sette centri High Value Manufacturing (HVM) Catapult del paese, che contribuiscono ad aprire la strada all'Industria 4.0. Lanciata nel 2011 da UK Innovate per rivitalizzare i settori manifatturieri della nazione, l'iniziativa HVM Catapult riunisce ricercatori e aziende di tutte le dimensioni per trovare soluzioni all'avanguardia e, in ultima analisi, stimolare i mercati globali.
"In quanto parte del team Catapult, il nostro compito è quello di dimostrare tecniche, strumenti e tecnologie all'avanguardia alle aziende britanniche", afferma Hodgson. L'AMRC esamina e sviluppa attentamente le tecnologie emergenti, senza pregiudizi verso i singoli fornitori IT. Presenta quindi molte delle soluzioni avanzate presso Factory 2050, la prima struttura del paese dedicata alle tecnologie di assemblaggio, produzione di componenti e lavorazione riconfigurabili e assistite digitalmente.
Uno dei progetti di sviluppo dell'AMRC prevede l'automazione dei processi manuali utilizzati per rilevare difetti nei componenti strutturali prodotti, specialmente in settori critici per la sicurezza come l'aerospazio e la difesa. Tradizionalmente, gli operai delle fabbriche hanno ispezionato le parti utilizzando fasci di luce e altri metodi ad alta intensità di manodopera. Un sistema di ispezione visiva automatizzato e intelligente potrebbe consentire un rilevamento più rapido dei pezzi difettosi su larga scala, con conseguente riduzione di difetti, sprechi e costi.
Il team del progetto aveva bisogno di un software di riconoscimento visivo basato sull'apprendimento automatico da utilizzare per creare modelli accurati per la classificazione delle immagini e il rilevamento dei difetti. I ricercatori hanno creato un set di dati acquisendo ed etichettando migliaia di immagini ad alta densità di componenti scattate da più angoli in condizioni standard, che hanno poi utilizzato per testare diversi prodotti di riconoscimento visivo disponibili sul mercato. Tuttavia, questo approccio classico all'elaborazione delle immagini non ha soddisfatto adeguatamente le esigenze dei ricercatori per il loro lavoro all'avanguardia. "Moltissimi aspetti possono avere un enorme impatto sui tradizionali algoritmi di visione artificiale, come l'illuminazione, la posizione dell'articolo nel magazzino e all'interno di quale magazzino o fabbrica", spiega Sean Wilson, AI Technical Lead, AMRC. "Possono essere necessarie settimane per mettere a punto una soluzione che riconosca le caratteristiche specifiche di un difetto. E per quanto riguarda i nuovi componenti o tipi di difetto? Queste soluzioni non sono ad ampio spettro".
Anche l'infrastruttura standard on-premise dell'AMRC, che comprende server basati su CPU in un edificio separato con una connessione di rete a 1 GB/s a Factory 2050, ha ostacolato i progressi del team. L'infrastruttura non è stata in grado di elaborare rapidamente gli enormi file immagine generati dal team, per un totale di circa 20 GB per ogni componente. Inoltre, molti dei clienti commerciali del centro operano in base a normative di settore che richiedono l'archiviazione sicura delle immagini di ispezione per diversi anni. L'attuale storage del centro non possedeva una capacità di archiviazione modernizzata per soddisfare questa esigenza.
I ricercatori hanno scoperto che IBM era in grado di fornire le soluzioni ad alte prestazioni di cui aveva bisogno. L'AMRC aveva appena configurato un server Power Systems AC922 da dimostrare ai visitatori quando Wilson decise di utilizzarlo per testare il software IBM Maximo Visual Inspection.
"Ho scattato rapidamente circa 500 immagini utilizzando una normale fotocamera, le ho caricate nel software IBM Maximo Visual Inspection e ho contrassegnato la posizione dei componenti specifici che volevamo ispezionare", spiega Wilson, aggiungendo che il software ha poi creato un modello visivo addestrato in circa 20 minuti. La precisione del modello sbalordì Wilson. "Incredibilmente, il software era riuscito a identificare con precisione tutti gli oggetti da un'immagine di prova. E si trattava di un'immagine per cui non avevo calibrato i colori o studiato appositamente l'illuminazione o altro. È stato allora che ho mostrato al team quanto siano sorprendenti e incredibili questi software e hardware".
Kieran Edge, Technical Lead for Machine Vision presso l'AMRC, supervisiona il progetto. "Abbiamo iniziato a considerare l'utilizzo del software IBM Maximo Visual Inspection per la sua classificazione e le capacità di rilevamento e abbiamo riscontrato fin da subito un enorme successo", concorda.
Il software di ispezione visiva IBM Maximo fornisce al team un framework intuitivo e open source e strumenti per la creazione e la gestione di modelli di computer vision, incluse funzioni per installazione e configurazione, etichettatura dei dati, addestramento dei modelli, inferenza e distribuzione. Fisicamente situato nella Factory 2050, il server Power Systems AC922 offre una piattaforma completamente ottimizzata per supportare l'enorme velocità di trasmissione richiesta dai carichi di lavoro del progetto. Il server, la colonna portante di alcuni dei più grandi supercomputer del mondo abbina CPU POWER9 e NVIDIA Tesla V100 con GPU NVLink, che offrono fino a 5,6 volte le prestazioni di input/output (I/O) dei server basati su x86.
Per aumentare ulteriormente la velocità di trasmissione e l'efficienza dello storage, il team ha anche implementato una soluzione FlashSystem, che è collocata e collegata direttamente al server Power Systems AC922 nella Factory 2050. "Lo storage FlashSystem aumenterà notevolmente la nostra capacità di eseguire addestramento e iterazioni sui modelli che stiamo generando", afferma Wilson. La soluzione di storage di livello enterprise combina le prestazioni della memoria flash e Non-Volatile Memory Express (NVMe) con le solide basi della tecnologia IBM® FlashCore.
Progettata per la sicurezza, la soluzione è dotata di crittografia integrata e certificazione FIPS 140-2. Inoltre, si integra perfettamente con le funzionalità di IBM Spectrum Storage, consentendo soluzioni di storage su più livelli altamente scalabili nel cloud, un altro punto a favore per l'AMRC e i suoi clienti che desiderano modernizzare le proprie infrastrutture utilizzando nuovi modelli di cloud privati e ibridi. "Le soluzioni cloud soddisfano molte delle esigenze dei nostri clienti eliminando l'investimento hardware necessario per adottare l'automazione intelligente. " Per altri, la quantità, la natura dei dati e i frequenti miglioramenti dei modelli fanno sì che un approccio al cloud ibrido offra l'equilibrio perfetto", spiega Wilson. "L'architettura containerizzata implementata presso l'AMRC ci consente di offrire entrambi ai nostri clienti."
Grazie a un'infrastruttura moderna, agile e sicura per l'analisi delle immagini di lavoro, il team può portare avanti il proprio progetto di ispezione visiva, continuando ad addestrare e convalidare rapidamente i modelli. La nuova soluzione offre velocità di trasferimento di 5 GB/s, rispetto ai 70 MB/s forniti dall'infrastruttura on-premise situata in un altro edificio. "Quando si tratta di ricerca, dobbiamo essere il più rapidi ed efficienti possibile", afferma Wilson. "Grazie allo storage FlashSystem collegato al nostro server AC922, possiamo scaricare ed elaborare le immagini immediatamente con la trasmissione incredibilmente veloce di cui disponiamo".
I ricercatori svilupperanno un sistema di ispezione visiva standardizzato, compresa una soluzione di imaging robotica per le protesi articolari del ginocchio. Tuttavia, il sistema avrà applicazioni intersettoriali. "Lo scopo principale di questo lavoro è dimostrare come le aziende possono implementare efficacemente queste tecnologie e le difficoltà che potrebbero incontrare", afferma Edge. In definitiva, il nuovo sistema potrà aiutare una serie di produttori a migliorare la qualità dei prodotti, aumentare la produttività in officina e ridurre gli scarti a costi contenuti.
Oltre a questo progetto, il team AMRC può utilizzare la propria soluzione di storage e server IBM in loco per assistere i produttori con altre iniziative incentrate sull'AI. La capacità di offrire funzionalità on-premise di server e storage IBM è particolarmente importante per i clienti con dati sensibili. "Grazie a IBM, siamo stati in grado di collocare un server e uno storage AI all'avanguardia in una minima quantità di spazio all'interno del nostro rack di fabbrica", afferma Wilson. “Il fatto che ora disponiamo di queste funzionalità on-premise fornite da IBM significa che i nostri clienti possono iniziare a innovare in aree come l’AI e i big data, felici di sapere che i loro dati sono al sicuro".
Il team potrà inoltre adempiere meglio alla propria missione di aiutare le piccole e medie imprese a innovare lungo tutto il ciclo di vita della produzione. Di recente, una startup ha condiviso la sua idea per una soluzione basata sull'AI con il team di Wilson. Utilizzando il software IBM Maximo Visual Inspection in esecuzione sull'infrastruttura IBM, i ricercatori hanno completato una soluzione POC di successo per il cliente in soli cinque giorni. Wilson osserva che senza la soluzione IBM, il team avrebbe avuto bisogno di cinque giorni solo per etichettare i set di dati.
Il team AMRC è più entusiasta che mai del proprio lavoro in prima linea nelle innovazioni dell’Industria 4.0. "Factory 2050 è fondamentalmente un negozio aperto", spiega Wilson. "È emozionante trovarsi nel nostro showroom e poter dire a un'azienda che [questa innovazione] non fa parte del futuro. Fa parte del presente. È qualcosa che possono effettivamente iniziare a utilizzare nelle loro fabbriche e nei loro processi”.
Fondata nel 2001, l'AMRC (link esterno a ibm.com) conduce ricerche di rilevanza mondiale su lavorazioni, produzione e materiali avanzati. Riunisce oltre 600 ricercatori e ingegneri di tutto il mondo per accelerare lo sviluppo di tecniche e tecnologie di produzione di alto valore. L'AMRC fa parte del Gruppo AMRC, che promuove la ricerca collaborativa e incentrata sull'industria coinvolgendo università, accademici e imprese.
Legale
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Prodotto negli Stati Uniti d'America, novembre 2019.
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