英特爾利用邊緣分析和機器學(xué)習(xí)來幫助汽車制造商提高產(chǎn)品質(zhì)量

利用數(shù)字技術(shù)提高產(chǎn)品質(zhì)量

對于領(lǐng)先的汽車制造商和總部位于德國的全球品牌奧迪而言，成功的秘訣在于制造高質(zhì)量的車輛，這些車輛可提供精確的工程設(shè)計，出色的性能和豪華的價格，而價格卻會吸引客戶。奧迪的公司口號是Vorsprung durch Technik（“通過技術(shù)領(lǐng)先”），它準確地反映了該公司對使用尖端技術(shù)保持市場競爭優(yōu)勢的承諾。

從點焊到鉚接，奧迪已經(jīng)在其工廠實現(xiàn)了許多生產(chǎn)作業(yè)的自動化，但其最終目標是創(chuàng)建智能工廠并實現(xiàn)工業(yè)4.0的生產(chǎn)水平。為了實現(xiàn)這一目標，奧迪工程師知道他們將需要超越創(chuàng)建定制的硬件和軟件解決方案以處理單個用例的傳統(tǒng)方法。取而代之的是，他們將需要一個可擴展且靈活的平臺，使他們能夠利用高級數(shù)字功能的變革能力，例如數(shù)據(jù)分析，機器學(xué)習(xí)和邊緣計算。

物聯(lián)網(wǎng)事業(yè)部副總裁兼英特爾工業(yè)解決方案事業(yè)部總經(jīng)理克里斯蒂娜·博爾斯說：“如果今天看看工廠，奧迪的汽車制造業(yè)務(wù)是非常先進和極其復(fù)雜的?！?“但是定制的用例很難維護和擴展，并且實際上會阻礙創(chuàng)新，因為獲得必要的批準和部署單個解決方案需要花費時間和金錢。奧迪已經(jīng)準備好以一種新的方式看待事物并嘗試另一種方法?！?/p>

證明預(yù)測質(zhì)量控制的價值

奧迪決定與英特爾和Nebbiolo合作進行概念驗證（POC）實驗，該實驗旨在改善其車輛焊接的質(zhì)量控制流程。POC發(fā)生在奧迪位于德國內(nèi)卡蘇爾姆的工廠，這是該公司的兩個主要裝配工廠之一。

內(nèi)卡蘇姆工廠的生產(chǎn)線上有2500個自動機器人。每個機器人都配有從膠槍到螺絲刀的某種工具，并執(zhí)行組裝奧迪汽車所需的特定任務(wù)。這些機器人中有900個帶有焊槍來進行將金屬塊固定在一起的點焊。生產(chǎn)線被組織成一系列的單元，并且正在組裝的車輛在單元之間向下移動。每個單元最多可包含20個機器人和數(shù)臺銑床。兩次操作之間，銑床用于根據(jù)需要擦洗清潔焊槍上的兩個電極。單元外部還有三個控制器：一個用于機器人，一個用于焊槍，以及一個工業(yè)PC（IPC）。

奧迪每天在內(nèi)卡蘇爾姆工廠組裝約1,000輛汽車，每輛汽車有5,000個焊縫。每天生產(chǎn)超過500萬個焊縫。為了確保焊接質(zhì)量，奧迪進行了手動質(zhì)量控制檢查。每天不可能手動檢查1,000輛汽車，因此，奧迪使用了行業(yè)標準的采樣方法。

“奧迪每天都會將一輛汽車下線，并帶到一個寬敞的房間，在那里18位帶剪貼板的工程師使用超聲波探頭測試焊接點并記錄每個點的質(zhì)量，”互聯(lián)網(wǎng)首席工程師Rita Wouhaybi說。英特爾工業(yè)解決方案部門的Things Group和英特爾Industrial Edge Insights軟件的首席架構(gòu)師。

采樣成本高昂且勞動強度大，并且該過程對每天生產(chǎn)的其他999輛汽車的質(zhì)量留下了太多未解的問題。不幸的是，奧迪沒有可行且具有成本效益的方法來測試其他焊縫的質(zhì)量。

奧迪自動化技術(shù)規(guī)劃負責(zé)人馬蒂亞斯·梅耶（Mathias Mayer）表示：“該解決方案的主要目標是使我們能夠以非常高的準確性檢查100％的焊縫。” “目前，我們沒有那種保證。我們在生產(chǎn)線末端檢查一輛成品車。我們沒有在線檢查流程。英特爾擁有技術(shù)和專業(yè)知識，可幫助我們改善流程并實現(xiàn)目標。”

Nebbiolo Technologies的軟件架構(gòu)師Pankaj Bhagra說：“對每輛汽車的5,000條焊縫進行在線檢查，并在18毫秒內(nèi)推斷出每條焊縫的結(jié)果-突顯了Nebbiolo的Edge平臺為制造業(yè)帶來的規(guī)模和實時分析響應(yīng)?！?我們豐富的軟件堆棧為分布式邊緣計算集群，來自異構(gòu)源的數(shù)據(jù)提取，數(shù)據(jù)清理，安全數(shù)據(jù)管理和AI / ML模型的啟用提供集中管理，這使Audi和Intel數(shù)據(jù)科學(xué)團隊能夠不斷迭代ML模型，直到他們達到了期望的精度水平。

與Nebbiolo的分布式邊緣平臺實現(xiàn)的眾多理想的實時用例之一就是與Intel合作，以將Audi的焊縫在線質(zhì)量檢測從每天一輛汽車轉(zhuǎn)變?yōu)?00％汽車。該項目展示了如何利用Nebbiolo的Converged Edge Platform將數(shù)據(jù)科學(xué)項目從概念大規(guī)模轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)的速度。

Nebbiolo Technologies首席執(zhí)行官Chandra Joshi

在邊緣創(chuàng)建可擴展的分析平臺解決方案

英特爾與奧迪合作，使用英特爾的Industrial Edge Insights軟件和Nebbiolo Edge平臺進行流分析，以創(chuàng)建算法，從而進行預(yù)測分析和建模，從而將工廠數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有價值的見解。該解決方案從焊槍控制器而非機器人控制器獲取數(shù)據(jù)，并在邊緣進行分析。英特爾的數(shù)據(jù)科學(xué)家創(chuàng)建了一種機器學(xué)習(xí)算法，并通過將其生成的預(yù)測與奧迪提供的實際檢查數(shù)據(jù)進行比較，對算法進行了準確性培訓(xùn)。

機器學(xué)習(xí)模型使用焊接控制器生成的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)顯示了焊接操作期間的電壓和電流曲線。數(shù)據(jù)還包括其他參數(shù)，例如焊縫配置，金屬類型和焊條健康狀況。但是，這種焊接用例僅僅是個開始。在工廠車間進行的優(yōu)化可以不僅僅局限于一個過程，而可以進行工廠的其余部分。它們可以發(fā)生在邊緣或更高級別，并識別過程之間的關(guān)聯(lián)。在邊緣提供分析平臺的力量在于，它允許控制工程師和操作員在其數(shù)據(jù)之上進行創(chuàng)新。

結(jié)果是可擴展的，靈活的平臺解決方案，奧迪不僅可以使用它來改善點焊的質(zhì)量控制，還可以將其用作涉及機器人和控制器（如鉚接，膠合和噴漆）的其他用例的基礎(chǔ)。儀表板可讓奧迪員工可視化數(shù)據(jù)，并且系統(tǒng)會在檢測到錯誤的焊縫或配置中潛在的變化（可將故障總數(shù)減至最小或消除）時提醒技術(shù)人員。

“英特爾是項目負責(zé)人，”馬蒂亞斯·梅耶（Mathias Mayer）說。“他們具有生產(chǎn)經(jīng)驗，并且知道如何設(shè)置進行統(tǒng)計過程控制的系統(tǒng)。這對我們來說是全新的。英特爾教會了我們?nèi)绾卫斫鈹?shù)據(jù)，如何使用算法在邊緣分析數(shù)據(jù)，以及將來如何處理數(shù)據(jù)以改善我們在工廠的操作?！?/p>

副總裁Brian McCarson表示：“將分析平臺置于邊緣的價值在于，它可以讓您在其中吸收更多數(shù)據(jù)，并查看相關(guān)性，因果關(guān)系和其他有趣的分析，甚至您一開始可能就不會想到的?！蔽锫?lián)網(wǎng)部門總裁兼英特爾工業(yè)系統(tǒng)工程與架構(gòu)總監(jiān)。“該平臺為奧迪提供了很大的發(fā)展空間。不只是針對這一用例。在進行了最初的平臺投資之后，奧迪可以發(fā)展并在各種設(shè)施和其他用例中進行擴展?！?/p>

奧迪生產(chǎn)實驗室高級經(jīng)理HenningL?ser表示同意：“該解決方案就像是未來解決方案的藍圖。我們在工廠中擁有許多技術(shù)，并且此解決方案是一個模型，可用于為其他技術(shù)創(chuàng)建質(zhì)量檢驗解決方案，從而使我們不必依靠人工檢查。”

據(jù)克里斯汀·博爾斯（Christine Boles）稱，英特爾產(chǎn)品的廣泛性是該解決方案的關(guān)鍵要素?！拔覀冋赬eon處理器上運行此解決方案，但是如果您看一下Intel?產(chǎn)品線，我們可以從Intel?Core?處理器一直擴展到我們的Intel?Xeon?E處理器和Intel?Xeon?SP服務(wù)器處理器，無需更改軟件?！彼f。“我們可以提供客戶所需的所有性能和功能，然后根據(jù)他們的業(yè)務(wù)意圖輕松地向任何方向擴展。”

Nebbiolo Technologies首席執(zhí)行官Chandra Joshi表示：“與Intel合作，將奧迪的焊縫在線質(zhì)量檢測從每天一輛汽車轉(zhuǎn)變?yōu)槠嚨?00％，是Nebbiolo分布式邊緣平臺支持的許多理想的實時用例之一。” 該項目展示了如何利用聚合平臺將數(shù)據(jù)科學(xué)項目從概念到大規(guī)模轉(zhuǎn)換的速度。Nebbiolo Technology提供最全面的超融合Edge平臺，其目的是通過安全性和數(shù)據(jù)所有權(quán)實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的見解。

該解決方案就像是將來解決方案的藍圖。我們工廠中有很多技術(shù)，并且此解決方案是一個模型，可用于為其他技術(shù)創(chuàng)建質(zhì)量檢查解決方案，因此我們不必依靠人工檢查。

奧迪生產(chǎn)實驗室高級經(jīng)理HenningL?ser

我們可以提供客戶所需的所有性能和功能，然后根據(jù)他們在業(yè)務(wù)中的意圖輕松地向任何方向擴展。

英特爾物聯(lián)網(wǎng)集團副總裁工業(yè)解決方案部總經(jīng)理Christine Boles

在降低成本的同時提高效率和精度

根據(jù)HenningL?ser的說法，奧迪最引人注目的業(yè)務(wù)成果就是從人工檢查到自動化的，數(shù)據(jù)驅(qū)動的流程如何使它擴大了質(zhì)量控制流程的范圍和準確性。但是，隨之而來的還有其他好處。

“在Neckarsulm工廠，我們已經(jīng)看到了人工成本降低了30％-50％，”奧迪生產(chǎn)計劃，自動化和數(shù)字化負責(zé)人MichaelH?ffner說。邁克爾·海夫納（MichaelH?ffner）強調(diào)說，提高自動化程度和效率并不是要取代工人，而是要給他們新的知識和技能，并為他們創(chuàng)造新的機會。這也是必要的，因為許多熟練的工廠工人正在退休并與他們一起獲得寶貴的知識，因此使其中的一些工作自動化并使年輕的員工朝著新的方向發(fā)展對企業(yè)和工人都是有益的。

新系統(tǒng)及其實現(xiàn)的精確檢查的另一個主要優(yōu)點是，奧迪可以積極主動地專注于避免問題，而不僅僅是對問題做出反應(yīng)?！凹僭O(shè)我們每天對一輛汽車進行5,000道或更多道焊縫的整體檢查，也許其中95％的焊縫良好，而5％的焊縫不良，” Mathias Mayer說。“將來，我們可以專注于5％，因為我們知道它們在工廠中的位置，并且我們可以更快地采取行動?！?/p>

在內(nèi)卡蘇爾姆工廠，我們已經(jīng)看到勞動力成本減少了30％-50％。

奧迪生產(chǎn)計劃，自動化和數(shù)字化主管MichaelH?ffner

展望未來

擁有一個透明的系統(tǒng)，使他們能夠理解并從設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)，這激勵著奧迪考慮新的可能性并提供額外的好處，其中有些是意料之外的。H?ffner說：“由于我們現(xiàn)在正在運行分析，并且數(shù)據(jù)的可見性不斷提高，奧迪降低了公司稅單?！?“過去，我們不得不做很多假設(shè)，而我們的稅費就是基于這些假設(shè)?，F(xiàn)在，真實數(shù)據(jù)表明我們的納稅義務(wù)減少了，這可節(jié)省大量成本?！?/p>

奧迪已經(jīng)計劃在Neckarsulm工廠將該平臺用于其他用例，并最終打算在大眾汽車集團的所有生產(chǎn)設(shè)施中部署預(yù)測性焊接檢查和其他解決方案?！拔覀冋幱谑占头治鰯?shù)據(jù)的最開始，” HenningL?ser說?！半S著我們繼續(xù)這一旅程，將會給我們帶來更多的驚喜和新的機會?！?/p>

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