Active Silicon’s KI Serie – Teil 5: KI und Computer Vision bringen Industrie 4.0 zu „Smart Factories“ in Ihrer Nähe

  • Published Januar 2018

Einer unserer letzten Posts “Was bedeutet Industrie 4.0 für Machine Vision”, behandelte den Einfluss der 4. Industriellen Revolution auf unseren Sektor. Eine wichtige Rolle in dieser sogenannten Revolution spielt der Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) Software, die Maschinen befähigt zu lernen und Informationen besser als Menschen zu verarbeiten. Welchen Einfluss hat nun KI auf moderne Entwicklungen? Aktuelle Diskussionen richten sich auf drei grundlegende Bereiche: automatische Qualitätsprüfung, vorausschauende Wartung und die Rolle von Robotern.

Qualitätsprüfung
Mehrere Firmen behaupten die erste Software-Suite anzubieten, die Deep Learning für Machine Vision zugänglich macht, unter anderen „Vidi“ von Cognex für den industriellen Bildverarbeitungssektor und „ZeroDefectMiner“ von Qualicent für die Automobilbranche, sowie Medizin und Luftfahrt. Verschiedene andere Firmen haben die Fähigkeit zum Maschinellen Lernen in ihr Portfolio aufgenommen, unter anderen Cyth System mit „Neural Vision“ und Sualab mit ihrem „Vision Inspection AI solutions“ für Textil-, Leder- und Druckprüfungen. Und wie funktionieren diese?

Anstelle von traditionellen Methoden der Prüfung, wo Bildverarbeitungssysteme mit Hilfe von Kreuzkorrelation und Mustervergleich auf anormale Formen, Füllstände, unregelmäßige Größen und Fremdkörper prüfen, können nun KI inspirierte Algorithmen und Künstliche Neurale Netzsysteme eingesetzt werden, die Computer lehren Qualität in ähnlicher Weise zu beurteilen, wie Personen es tun. Zum Beispiel können diese Systeme Oberflächen von Früchten auf ein unannehmbares Maß an Mängeln hin beurteilen, oder Textilrollen auf zu viele Unregelmäßigkeiten. Diese Prozesse müssen nicht mehr auf eine GUT oder FEHLER Entscheidung beschränkt sein, sondern erlauben eine viel detailliertere Klassifikation der Produkte. Sogar die Auswahl von defekten Produkten für die Reparatur erscheint möglich. Wie zu erwarten, arbeiten diese Computer schneller als Personen und ohne Pausen, was die Produktion erheblich steigern kann. Durch die durchgehende Automatisierung können Produktionsprozesse auch laufend automatisch überprüft und verbessert werden, um wiederkehrende Fehler zu vermeiden.

Entscheidend ist hier nicht nur die zur Verfügung stehende KI Software, sondern vor allen auch der Grad an Expertise, die notwendig ist, um diese neuen Software Anwendungen zu implementieren. Cyth behaupten, dass „Neural Vision“ von jedem Programmierer auch ohne jegliche Machine Vision Erfahrung eingesetzt werden kann und MVTec’s etabliertes HALCON Software verspricht eine neue Version, die es dem Nutzer erlaubt, Convolutional Neural Networks (CNNs) selbst zu trainieren, was die Anwendung von KI in industriellen Prüfungssystemen erhöhen könnte.

Vorausschauende Wartung
Das Überwachen von Maschinen auf Fehler und Abnützung hin und diese zu reparieren bevor sie einen Ausfall verursachen, oder die Produktionslinie stoppen, kann nun effizienter und schneller durchgeführt werden mit Hilfe von Machine Vision und KI Software. Daten und Bilder von Maschinen, Robotern, Transportbändern und Kabeln werden von Sensoren und Kameras erfasst, aufgezeichnet und verarbeitet. Die eingesetzten Algorithmen, werden so programmiert, dass sie einen Alarm auszulösen, wenn eine Intervention nötig ist. Entwicklungen in Big Data und Cloud-Computing erlauben, dass nun riesige Datenmengen über enorme geographische Distanzen bewältigt werden können. Sie erlauben zum Beispiel Managern auf einem Kontinent, Geräte von Produktionslinien auf einem anderen Kontinent zu reparieren bzw. zu ersetzen. Weiters erlauben neue Technologien auch, dass mehr Daten bereits direkt bei der Produktionseinheit verarbeitet werden können („Edge-Computing“) und gar nicht erst in die Cloud gesendet werden müssen. So kann noch mehr Information bewältigt werden. Diese Programme erlauben auch einen noch effizienteren Serviceplan für Geräte. Es wird sicherstellt, dass Wartungen dann ausgeführt werden, wenn sie notwendig sind und nicht einfach nur, wenn die jährliche Überprüfung der Maschine fällig ist.

KI verändert also Fabriken in einer noch nie dagewesenen Weise und bringt die Industrie 4.0 Revolution zu immer mehr Produktionslinien und Prüfeinrichtungen. Doch was werden Kosten für uns Menschen sein?

Die Rolle von Robotern
Wir alle haben gelesen, dass Roboter immer intelligenter und unabhängiger werden, bis zu einem Ausmaß, dass manche fürchten, sie könnten eines Tages die Weltherrschaft übernehmen. Ohne Zweifel werden Roboter, angetrieben von KI, eine wichtige Rolle in der Industrie 4.0 Revolution spielen. Im industriellen Bereich werden Roboter seit Jahrzehnten eingesetzt, zum Beispiel um einfache, repetitive Aufgaben in Produktionslinien auszuführen. Bisher wurden Roboter meist gänzlich separat von Personen eingesetzt, um Verletzungen zu vermeiden. Das ändert sich nun. Zum Beispiel hat Rethink Robotics die letzten fünf Jahre kollaborative Roboter („cobots“) für den Einsatz im industriellen Umfeld entwickelt und Alicona brachte 2017 den Tool Cobot auf den Markt. Dieser industrielle kollaborative Roboter ist portabel und ermöglicht automatisierte optische 3D-Messtechnik in die Fertigung einzubinden. Mit Hilfe von Machine Vision und Smart Technologie können diese Roboter direkt neben Personen arbeiten und sowohl eine effiziente Produktion, als auch Sicherheit der menschlichen Kollegen garantieren. Ein anderes Beispiel sind Online Supermarkt Ocado’s „Smart Platform Robots“, die Waren in einem Warenhaus zum Warenhausarbeiter bringen und dieser nicht mehr die Waren einzeln einsammeln muss[1]. Nun verspricht KI Technologie, Roboter noch autonomer und intelligenter zu machen, sodass sie wie Personen denken und handeln. Das ist natürlich hervorragend für Produktionsprozesse und für Profitberechnungen, doch welche Auswirkungen hat das auf die Menschen und den Arbeitsmarkt?

Zwei gegensätzliche Lager bringen ihre Argumente vor – die ersten behaupten, dass Roboter Menschen in vielen Jobbereichen ersetzten werden, vom Einsammeln von Waren in Warenhäusern bis zum Laden und Fahren von Lieferwägen und somit die Arbeitslosigkeit unausweichlich steigen wird. Dazu kommt noch, dass KI von vielen als Bedrohung wahrgenommen wird, die es erlaubt, dass Maschinen zu intelligent werden und Roboter möglicherweise eines Tages nicht nur unseren Arbeitsmarkt beeinflussen, sondern auch unseren Alltag und Sicherheit.

Die andere Seite meint, dass Roboter nur die monotonsten Arbeiten übernehmen werden und somit Personen für kompetentere Arbeiten eingeschult werden können, was mit einer Verbesserung des Arbeitsumfeldes einhergehen würde. Weiters, so versichern die Befürworter, nachdem Roboter im Fernen Osten in der Einführung und Wartung ungefähr dasselbe kosten wie im Westen, könnten wir eine Verlagerung zu einer lokaleren Produktion sehen, anstelle der in den letzten Jahren verstärkten Produktionsauslagerung nach Asien. Elektronikfertigung ist ein Paradebeispiel dafür. Der Vorteil der billigen asiatischen Arbeitskraft, könnte durch die Einsparungen die sich durch automatische und optimierte Produktionslinien in Europa und USA ergeben, aufgehoben werden. Außerdem reduziert lokale Produktion die Versandzeiten, das könnte der Forderung der Kunden nach schnellen und günstigen Lieferungen entgegenkommen.

Der Schlüssel beim Betrachten des Mensch-Roboter Arguments ist die Zusammenarbeit: die Zusammenarbeit von Mensch und Maschine; die Zusammenarbeit von internen Firmenabteilungen mit unterschiedlichen Zielen; die Zusammenarbeit von Unternehmen mit unterschiedlichen Expertisen. Wenn diese Bereiche erfolgreich zusammenarbeiten können, dann können hoffentlich auch die Vorteile für alle maximiert und die Bedrohungen minimiert werden.

AI und Machine Vision bring Industrie 4.0 zu einer Fabrik in Ihrer Nähe
Wie auch immer die Auswirkungen sein werden, die Kombination von Machine Vision, KI und Industrie 4.0 wird in aller Wahrscheinlichkeit die Welt der Technik entscheidend verändern. Viel kann die Industrie von Smartphone-Herstellern und Organisationen im Verbraucher-Tech-Markt lernen, die Miniatur- und Embedded Systeme in unglaublicher Geschwindigkeit entwickeln. Die Möglichkeiten diese modernen und intelligenten Systeme zu implementieren und die Produktion und Prüfung zu optimieren sind umfangreich und aufregend.

Lesen Sie mehr von unserer KI Serie, bzw. kontaktieren Sie uns und sehen Sie wie Machine Vision ihre Produkte und Prozessen verbessern kann.

[1] http://www.connectivity4ir.co.uk/article/140893/Ocado-s-I4-0-solutions-make-packing-groceries-that-much-smarter.aspx?utm_source=emailmarketing&utm_medium=email&utm_campaign=20171130nl&utm_content=2017-12-01