Centro de Pesquisa de Fabricação Avançada (AMRC)

O Centro de Pesquisa de Fabricação Avançada (AMRC) trabalhou no desenvolvimento de um sistema de inspeção visual aprimorado por IA que pudesse detectar peças defeituosas com mais rapidez e menos desperdício.

O centro implementou o software IBM® Maximo Visual Inspection em um servidor Power Systems AC922 de alto desempenho na Fábrica 2050, sua instalação de modelo. Uma solução FlashSystem aumenta ainda mais a velocidade de processamento e a eficiência do armazenamento.

O AMRC está ajudando a liderar uma revolução no Reino Unido. Dentro da sua instalação Fábrica 2050 de última geração, com paredes de vidro, em Sheffield, o centro desenvolve soluções digitais que utilizam IA, Internet das Coisas (IoT), robótica e outras tecnologias emergentes, tudo com o objetivo de resolver problemas de fabricação do mundo real. Antes consideradas futuristas, essas soluções hoje em dia estão prontas para serem totalmente implementadas, ajudando os fabricantes do Reino Unido a aumentar seu desempenho enquanto impulsionam a Quarta Revolução Industrial.

"Todo o ethos por trás do AMRC é manter a competitividade do Reino Unido na fabricação global", explica Tom Hodgson, Líder de temas, inspeção e IA do AMRC. "Pegamos ideias que saem das universidades, onde foram desenvolvidas, até virarem um protótipo. Em seguida, com nossas empresas parceiras, realizamos projetos de pesquisa para fazer a transição dessas tecnologias para ambientes de produção."

Também conhecida como Indústria 4.0, esta nova era de inovação tecnológica baseia-se nos avanços da revolução digital anterior, introduzindo sistemas dinâmicos, interligados e inteligentes que prometem transformar ainda mais — e otimizar — as cadeias de valor em todos os setores. Esta era também requer um poder de processamento e capacidade de armazenamento sem precedentes.

O AMRC é um dos sete centros Catapult de fabricação de alto valor (HVM) do país, contribuindo para o avanço da Indústria 4,0. Lançada em 2011 pela UK Innovate para revitalizar os setores de fabricação do país, a iniciativa HVM Catapult reúne pesquisadores e empresas de todos os portes para criar soluções pioneiras e, por fim, estimular os mercados globais.

"Como parte da equipe da Catapult, nosso dever é demonstrar técnicas, ferramentas e tecnologias de ponta para as empresas do Reino Unido", diz Hodgson. O AMRC examina e desenvolve minuciosamente tecnologias emergentes, sem favorecer nenhum fornecedor de TI em particular. Em seguida, apresenta muitas das soluções avançadas na Fábrica 2050, a primeira instalação do país dedicada à montagem reconfigurável e assistida digitalmente, fabricação de componentes e tecnologias de usinagem.

Um dos projetos de desenvolvimento do AMRC envolve automatizar processos manuais usados para detectar falhas em componentes estruturais fabricados, especialmente em setores críticos para a segurança, como o aeroespacial e o de defesa. Tradicionalmente, os funcionários da fábrica inspecionam peças usando feixes de luz e outros métodos trabalhosos. Um sistema de inspeção visual inteligente e automatizado poderia permitir uma detecção mais rápida de peças defeituosas em escala, resultando em menos defeitos, menos desperdício e custos reduzidos.

A equipe do projeto precisava de um software de reconhecimento visual com aprendizado de máquina para usar na criação de modelos precisos para classificação de imagens e detecção de defeitos. Os pesquisadores criaram um conjunto de dados captando e rotulando milhares de imagens de alta densidade de componentes fotografados de vários ângulos em ambientes padrão, que foram usadas para testar diferentes produtos de reconhecimento visual disponíveis no mercado. No entanto, essa abordagem clássica do processamento de imagens não atendia adequadamente às necessidades dos pesquisadores em seu trabalho de ponta. "Diversos fatores podem ter um impacto significativo nos algoritmos tradicionais de visão computacional, como a iluminação, o local onde o item está posicionado no depósito e em qual depósito ou fábrica", explica Sean Wilson, líder técnico de IA do AMRC. “Pode levar semanas para ajustar uma solução às particularidades de uma falha. Mas e os novos componentes ou tipos de falhas? Essas soluções não funcionam bem em diferentes situações."

A infraestrutura padrão e local do AMRC — composta por servidores baseados em CPU em um prédio separado com uma conexão de rede de 1 Gb/s com a Fábrica 2050 — também prejudicou o progresso da equipe. A infraestrutura não conseguiu processar rapidamente os enormes arquivos de imagem gerados pela equipe, que totalizou aproximadamente 20 GB para cada componente. Além disso, muitos dos clientes empresariais do centro operam de acordo com as regulamentações do setor que exigem que as imagens de inspeção sejam arquivadas com segurança por vários anos. O armazenamento existente do centro não tinha uma capacidade de armazenamento modernizada que atendesse essa necessidade.

Com uma infraestrutura moderna, ágil e rica em segurança implementada para analisar imagens de trabalho, a equipe pode avançar no seu projeto de inspeção visual, inclusive continuar treinando e validando modelos rapidamente. A nova solução oferece velocidades de transferência de 5 GB/s, em comparação com os 70 MB/s fornecidos pela infraestrutura local localizada em outro prédio. "Quando se trata da nossa pesquisa, precisamos ser o mais rápidos e eficientes possível", diz Wilson. "Agora, com o armazenamento FlashSystem conectado ao servidor AC922, podemos baixar e processar imagens imediatamente com a incrível velocidade de transferência que temos."

Os pesquisadores desenvolverão um sistema de inspeção visual padronizado, incluindo uma solução de imagem robótica, para substituição da articulação do joelho. No entanto, o sistema terá aplicativos de vários setores. "O principal objetivo por trás desse trabalho é demonstrar como as empresas podem implementar efetivamente essas tecnologias e as dificuldades que elas podem ter", diz Edge. No fim das contas, o novo sistema pode ajudar vários fabricantes a melhorar a qualidade dos produtos, aumentar a produtividade do chão de fábrica e reduzir o desperdício a um custo reduzido.

Além deste projeto, a equipe do AMRC pode usar seu servidor IBM e solução de armazenamento local para ajudar os fabricantes com outras iniciativas focadas em IA. A capacidade de oferecer servidores IBM locais e recursos de armazenamento é particularmente importante para clientes com dados confidenciais. "Graças à IBM, conseguimos colocar um servidor de IA de última geração e armazenamento em um espaço minúsculo dentro do rack da nossa fábrica", diz Wilson. "O fato de agora termos esses recursos locais fornecidos pela IBM significa que nossos clientes podem começar a inovar em áreas como IA e Big Data, felizes por saber que seus dados estão seguros."

A equipe também pode cumprir melhor sua missão de ajudar pequenas e médias empresas a inovar em todo o ciclo de vida da produção. Recentemente, uma empresa startup compartilhou sua ideia para uma solução orientada por IA com a equipe de Wilson. Usando o software IBM® Maximo Visual Inspection executado na infraestrutura da IBM, os pesquisadores conseguiram criar uma solução POC bem-sucedida para o cliente em apenas cinco dias. Wilson observa que sem a solução IBM, a equipe precisaria de cinco dias apenas para rotular os conjuntos de dados.

A equipe do AMRC está mais animada do que nunca com seu trabalho na vanguarda das inovações da Indústria 4.0. "A Fábrica 2050 é basicamente uma loja aberta", explica Wilson. "É emocionante poder estar no nosso showroom e dizer a uma empresa que [esta inovação] não está no futuro. Ela já existe agora. É algo que elas podem começar a usar nas suas fábricas e em seus processos."

Fundado em 2001, o AMRC (link externo a ibm.com) realiza pesquisas de ponta em usinagem avançada, fabricação e materiais. Ele reúne mais de 600 pesquisadores e engenheiros de todo o mundo para acelerar o desenvolvimento de técnicas e tecnologias de fabricação de alto valor. O AMRC faz parte do AMRC Group, que promove pesquisas colaborativas e focadas no setor, e envolve universidades, acadêmicos e empresas.