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英国先进制造业研究中心借助AI解决方案推动工业4.0创新

2020/8/7    来源:IBM    作者:IBM Storage      
关键字:工业4.0  AI  存储  AMRC  IBM  
英国先进制造研究中心(AMRC)通过由AI驱动的制造系统进行视觉检测,助推工业4.0发展,但其基础架构无法快速处理团队生成的大量图像文件。通过采用IBM存储解决方案 ,AMRC将创新理念迅速转变为制造流程中的现实。

    英国先进制造研究中心AMRC成立于2001年,在高级机械加工、制造和材料的研究方面居于世界领先。它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是谢菲尔德AMRC集团的子公司之一,致力于促进由大学、学者和企业参与的、以行业为中心的合作研究。

  • 业务挑战:先进制造研究中心 (AMRC) 希望寻求开发一种经AI增强的视觉检测系统,该系统要能更快地检测故障零件,同时确保减少浪费。
  • 转型:AMRC通过由AI驱动的制造系统进行视觉检测,助推工业4.0的发展。在IBM Power® Systems AC922服务器上运行的IBM® PowerAI Vision软件,以及高度安全且云就绪的IBM FlashSystem® 9100存储产品帮助AMRC将创新理念迅速转变为制造流程中的现实。

英国先进制造研究中心(AMRC)

英国先进制造研究中心(AMRC)

智能检测系统
       AMRC正在英国引领着一场革命。该中心设立于位于菲尔德的Factory 2050设施中,该设施采用玻璃围墙及最新技术而构建,致力于基于AI、物联网、机器人及其他新兴技术开发数字驱动型解决方案,以解决现实中的制造问题。这些解决方案曾经一度被认为是只能在未来实现的解决方案,而现在它们已经准备就绪,可以立即进行全面部署,帮助英国制造商提高性
能,同时推动第四次工业革命。
       AMRC的检验和AI主题主管Tom Hodgson介绍说:“AMRC的整体理念是维持英国在全球制造业中的竞争力。 我们从各所大学中汲取灵感,而且已经将这些灵感转换成了原型。然后我们与合作伙伴公司一起开展研究项目,以期将这些技术转化到生产环境中。”
       这一新的技术创新时代也被称为工业4.0,它以前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。这一时代还需要前所未有的处理能力和存储容量。

    AMRC是英国的 7个高价值制造业弹射器 (HVM Catapult) 中心之一,有助于为工业4.0 铺平道路。高价值制造业弹射器计划由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。
       Hodgson 说道:“作为弹射器团队的一部分,我们的职责是向英国企业展示最先进的工艺、工具和技术。”AMRC致力于透彻地审查和开发新兴技术,而不存在针对任何单个IT供应商的偏见。此外,它会在Factory 2050设施内展示许多先进的解决方案,该工厂是英国首个
致力于可重构数字化辅助组装、零件制造和加工技术的工厂。
       AMRC有一个开发项目是关于实现人工流程的自动化,旨在检测结构部件中的制造缺陷,尤其是在航空航天和国防等安全至关重要的行业中。在以往,工厂的工人使用光束和其他劳动密集型方法检查零件缺陷。自动化的智能外观检查系统可以更快地大规模检测零件,从而减
少缺陷和浪费并降低成本。 

    项目团队需要使用基于机器学习的视觉识别软件来构建用于图像分类和缺陷检测的准确模型。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,以此方式建立了一个数据集,然后将其用于测试市场上提供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工作方面的需求。AMRC的AI技术负责人 Sean Wilson介绍说:“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。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。不过,如果出现了新组件或新故障,我们又该如何?因此,这些解决方案推广的并不好。”
       AMRC采用的标准内部基础架构(在单独的建筑物中部署基于CPU的服务器, 并采用1Gb/s网络连接到Factory 2050设施)也阻碍了团队的进展。基础架构无法快速处理团队生
成的大量图像文件,每个组件的图像文件大小总计约20GB。此外,该中心许多业务客户的运营都必须遵守相应的行业监管法规,这些法规规定要将检测图像安全地保存数年时间。该
中心的现有存储缺乏现代化的存储容量,因此无法满足这一需求。

经AI优化的处理和存储
       研究人员发现,IBM可以提供他们所需的高性能解决方案。当Wilson决定使用Power Systems AC922服务器来测试PowerAI Vision软件时,AMRC迫不及待地设置了一台Power Systems AC922来向访客展示。
       Wilson介绍说:“我用普通相机迅速拍摄了大约500张图像,将它们上传到了PowerAI Vision 软件中,并标记了我们希望检测的特定组件的位置。然后,该软件大约在20分钟内便创建了一个经过训练的视觉模型。”该模型的准确性令Wilson感到非常震惊。他继续说道:“瞧!该软件会设法准确地识别出单张测试图像中的所有物体。这张图像我们没有进行色彩校准,也不用担心照明或其他任何因素。正是由于这些优势,我才向我们的团队展示了该软件和硬件的不可思议之处。”
       AMRC的机器视觉技术主管KieranEdge负责监督该项目。它补充说道:“于是我们开始考虑使用PowerAI Vision软件进行分类和检测,而且最终取得了巨大的成功。”
       PowerAI Vision软件为我们的团队提供了一个开源、直观的框架和相关工具,它们可用于构建和管理计算机视觉模型,包括安装和配置、数据标记、模型训练、推理和部署等功能。

    Power Systems AC922服务器部署在Factory 2050设施内,它提供了一个经完全优化的平台,可支持项目工作负载所需的高吞吐量。作为一些全球运算速度最快的超级计算机的骨
干服务器,该款服务器结合采用了POWER9™ CPU及NVIDIA Tesla V100与NVLink GPU,其输入/输出 (I/O) 性能是基于x86的服务器的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 9100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。Wilson说道 :“ FlashSystem9100确实可以提高我们对所生成模型进行训练和迭代的能力。”这款企
业级存储解决方案兼具闪存和 Non-Volatile Memory Express (NVMe)的高性能以及 IBM F lashCore®技术所提供的坚实基础。
       该款解决方案专为安全性而设计,具有内置加密功能和FIPS 140-2认证 。此外, 它与 IBM Spectrum Storage™功能进行了良好集成,可在云端实现高度可扩展的分层存储解决方案,这为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提供了另一种选择。

    Wilson说道:“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。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。”
    从展厅到工厂车间
       借助敏捷且高度安全的现代化基础架构来分析工作图像,团队便可推进其视觉检测项目,包括继续快速训练和验证模型。新的解决方案可提供5GB/s的传输速度,而另一栋建筑物中的内部基础架构只能提供70MB/s的传输速度 。Wilson介绍说:“我们需要确保尽可能快速和高
效的研究。在将FlashSystem 9100连接到我们的AC922服务器之后,我们可以图像下载和处理吞吐量得到了大幅提升。”
       在将来,研究人员将会开发用于膝关节置换的标准化视觉检测系统,包括机器人成像解决方案。不过,该系统将会具有跨行业的应用。
       Edge说:“这项工作的主要目的是演示企业如何有效地实施此类技术,以及它们在实施中可能遇到的困难。”

    最终,新系统将能够帮助各类制造商提高产品质量、提升车间生产效率,降低成本并减少浪费。
       除了该项目之外,AMRC团队还可以使用部署在现场的IBM服务器和存储解决方案来协助制造商实施其他以AI为重点的计划。对于拥有敏感数据的客户而言,提供内部IBM服务器及存储功能的能力尤其重要。Wilson表示:“感谢IBM;在IBM的帮助下,我们能够在工厂机架内的一小部分空间内配置最先进的AI服务器和存储设备。我们现在已经部署了IBM提供的这些内部功能,这意味着我们的客户可以着手在AI和大数据等领域开展创新,因为他们知道自己的数据是安全的,也对此感到非常满意。”
       此外,团队还可以更好地履行使命,帮助中小型企业在整个制造生命周期进行创新。最近,一家初创公司与Wilson的团队分享了其AI驱动型解决方案的构想。研究人员使用在IBM基础架构上运行的PowerAI Vision软件,在短短五天内便为客户成功完成了POC解决方案。Wilson表示,如果没有 IBM的解决方案,团队会需要5天的时间来标记数据集。

    AMRC团队对工业4.0创新最前沿有着前所未有的热情。威尔逊解释说:“Factory 2050从根本上来说是一家开放式商店。能够站在展厅里告诉我们的客户[这项创新]已经不再是“未来梦”,的确是一件令人兴奋的事情。我们现在就可以实现。实际上,我们可以立即开始在工厂和流程中使用。”

责任编辑:杨培
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