Qualitätsmanagement mit Künstlicher Intelligenz

KI – der richtige Einsatz in der Qualitätssicherung

| Autor / Redakteur: Benjamin Ullrich / Nico Litzel

Der Machine-Learning-Prozess wurde mittels TensorFlow gestartet. So sind Systeme in der Lage, auf hohem Niveau Fehler schnell zu erkennen und sich dabei mit jedem Scan weiter zu verbessern.
Der Machine-Learning-Prozess wurde mittels TensorFlow gestartet. So sind Systeme in der Lage, auf hohem Niveau Fehler schnell zu erkennen und sich dabei mit jedem Scan weiter zu verbessern. (Bild: gemeinfrei / Pixabay)

Mit Künstlicher Intelligenz (KI) entstehen neue Möglichkeiten für die Bilderkennung. Der Mensch als Individuum kann immer besser simuliert werden, was dazu führt, dass Fehlergenauigkeit und Geschwindigkeit und somit die Qualität in diesem Feld stark gestiegen sind.

Die Qualitätssicherung spielt für die deutsche Industrie eine große Rolle. Dabei hat besonders die Bildverarbeitung durch die steigende Rechenleistung, die gleichzeitig auch immer erschwinglicher wird, in den letzten Jahren an Wichtigkeit gewonnen.

Ob in der Tablettenproduktion, in Getränkeabfüllanlagen oder im detektieren bestimmter Materialformen: Die Bilderkennung ist oft ein zentraler Teil innerhalb des Qualitätsmanagements. Für eine in der Vergangenheit erfolgreiche Integration spielte es eine wichtige Rolle, feste Algorithmen zu erstellen. Diese bezogen sich auf Form, Anzahl oder Lage von Objekten, um Abweichungen innerhalb der Produktion zu erkennen. Allerdings sind dabei häufig Fehler aufgetreten, denn beispielsweise Lichtveränderungen oder neue Bildhintergründe konnten durch die feste Programmierung nur sehr schwer erkannt und richtig interpretiert werden.

Künstliche Intelligenz als Problemlöser

KI funktioniert in der Bilderkennung anders. Zwar werden in gleicher Weise die verschiedenen Algorithmen verwendet, um die zu erkennenden Objekte zu beschreiben, aber das System wird zusätzlich mit Daten angefüttert, sodass ein eigener Lernprozess beginnen kann. Innerhalb dieses Deep-Learning-Prozesses werden neue Fehlerbilder hinzugefügt, damit Unterschiede, ähnlich wie beim Menschen, anhand der verschiedenen Bilder erkannt werden können. Das System lernt gleichzeitig hinzu und verbessert sich stetig.

Die notwendige Hardware sowie unterschiedliche Software-Tools sind bereits heute auf dem Markt vorhanden. So benötigen Unternehmen beispielsweise keine kostspieligen Supercomputer. In manchen Fällen genügen sogar die vorhandenen Rechner. Entscheidend ist letztendlich, welche Geschwindigkeit für die Datenerfassung und daraus folgend welche Prozessoren verwendet werden müssen. So ist für eine Auswertung in Echtzeit natürlich eine andere Rechenleistung notwendig als für ein abschließendes Reporting zum Ende einer Produktionsschleife. Am besten eignen sich als Prozessoren für die Bilderkennung sogenannte Tensor Processing Units (TPUs). Sie sind speziell für Matrixmultiplikationen konstruiert und benötigen weniger Strom. Insgesamt muss für die benötigte Hardware oft nicht mehr als ein unterer bis mittlerer vierstelliger Betrag ausgegeben werden.

Für den Deep-Learning Prozess benötigt man zudem eine entsprechende Software. Hier geht es vor allem darum, die Daten der erfassten Objekte zu interpretieren. Umsetzbar wird das beispielsweise durch die Anwendung Google TensorFlow. TensorFlow ermöglicht die Koordination und Steuerung der verschiedenen Prozessoren, wodurch erst die notwendigen Rechenleistungen bereitgestellt werden können. Außerdem unterstützt das Programm bei der Erstellung von Datenflussgrafiken, die dem Qualitätsmanagement dabei helfen, Fehler bei der Bilderkennung zu identifizieren und zu lokalisieren.

KI für die Homologation

Die Zulassung neuer Automodelle (Homologation) stellt die Automobilhersteller oft vor schwierige Aufgaben. Das Kraftfahrt-Bundesamt ist in Deutschland für sämtliche Zulassungen verantwortlich. Doch was in Deutschland vorgeschrieben ist, trifft nicht unbedingt auf alle Länder zu. Vor allem in China und den USA gelten andere Bedingungen. Deshalb informieren eine Vielzahl von Aufklebern über den baulichen Zustand des Fahrzeuges. Wichtig ist hierbei natürlich, dass die richtigen Informationen aufgeführt werden und die verschiedenen Sticker an den vorgesehenen Stellen angebracht sind. Man kann sich nun den Aufwand der Kontrolle jedes einzelnen Aufklebers bei Einfuhren von mehreren tausend Fahrzeugen vorstellen. Um diesen Prozess deutlich zu beschleunigen und damit schlussendlich Kosten zu sparen, existiert für Automobilhersteller eine passgenaue Software: Mithilfe eines Handscanners und einer App können die Positionen und Informationen der Aufkleber schnell geprüft werden, so dass vor den jeweiligen Zulassungen ein geringeres Fehlerrisiko besteht. Dazu wurden im Vorfeld eine Vielzahl von Aufkleber-Informationen und -Positionen gesammelt und mittels TensorFlow der Machine-Learning-Prozess gestartet. Das System ist nun in der Lage, auf hohem Niveau Fehler schnell zu erkennen und sich dabei mit jedem Scan weiter zu verbessern. Damit kann in Zukunft verhindert werden, dass beispielsweise tausende Autos am Zoll feststecken und nicht ins Land gelassen werden.

Künstliche Intelligenz für die Bildverarbeitung ist nur ein Beispiel für unzählige Anwendungen in der Industrie. Denn neben der Bilderkennung sind Deep-Learning Prozesse für alle anderen Sinne ebenso möglich. Ob Hören über Sprache, Fühlen mithilfe von Sensoren oder Schmecken dank Messgeräten - die Produktion der Zukunft wird deutlich intelligenter werden.

Dieser Artikel stammt von unserem Partnerportal Industry of Things. Verantwortliche Redakteurin: Julia Moßner-Klett

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