英特爾利用邊緣分析和機器學(xué)習來(lái)幫助汽車(chē)制造商提高產(chǎn)品質(zhì)量

利用數字技術(shù)提高產(chǎn)品質(zhì)量

對于領(lǐng)先的汽車(chē)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(chē)輛，這些車(chē)輛可提供精確的工程設計，出色的性能和豪華的價(jià)格，而價(jià)格卻會(huì )吸引客戶(hù)。奧迪的公司口號是Vorsprung durch Technik（“通過(guò)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(chǎng)競爭優(yōu)勢的承諾。

從點(diǎn)焊到鉚接，奧迪已經(jīng)在其工廠(chǎng)實(shí)現了許多生產(chǎn)作業(yè)的自動(dòng)化，但其最終目標是創(chuàng )建智能工廠(chǎng)并實(shí)現工業(yè)4.0的生產(chǎn)水平。為了實(shí)現這一目標，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(gè)用例的傳統方法。取而代之的是，他們將需要一個(gè)可擴展且靈活的平臺，使他們能夠利用高級數字功能的變革能力，例如數據分析，機器學(xué)習和邊緣計算。

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(shuō)：“如果今天看看工廠(chǎng)，奧迪的汽車(chē)制造業(yè)務(wù)是非常先進(jìn)和極其復雜的?！?“但是定制的用例很難維護和擴展，并且實(shí)際上會(huì )阻礙創(chuàng )新，因為獲得必要的批準和部署單個(gè)解決方案需要花費時(shí)間和金錢(qián)。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>

證明預測質(zhì)量控制的價(jià)值

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

內卡蘇姆工廠(chǎng)的生產(chǎn)線(xiàn)上有2500個(gè)自動(dòng)機器人。每個(gè)機器人都配有從膠槍到螺絲刀的某種工具，并執行組裝奧迪汽車(chē)所需的特定任務(wù)。這些機器人中有900個(gè)帶有焊槍來(lái)進(jìn)行將金屬塊固定在一起的點(diǎn)焊。生產(chǎn)線(xiàn)被組織成一系列的單元，并且正在組裝的車(chē)輛在單元之間向下移動(dòng)。每個(gè)單元最多可包含20個(gè)機器人和數臺銑床。兩次操作之間，銑床用于根據需要擦洗清潔焊槍上的兩個(gè)電極。單元外部還有三個(gè)控制器：一個(gè)用于機器人，一個(gè)用于焊槍?zhuān)约耙粋€(gè)工業(yè)PC（IPC）。

奧迪每天在內卡蘇爾姆工廠(chǎng)組裝約1,000輛汽車(chē)，每輛汽車(chē)有5,000個(gè)焊縫。每天生產(chǎn)超過(guò)500萬(wàn)個(gè)焊縫。為了確保焊接質(zhì)量，奧迪進(jìn)行了手動(dòng)質(zhì)量控制檢查。每天不可能手動(dòng)檢查1,000輛汽車(chē)，因此，奧迪使用了行業(yè)標準的采樣方法。

“奧迪每天都會(huì )將一輛汽車(chē)下線(xiàn)，并帶到一個(gè)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(diǎn)并記錄每個(gè)點(diǎn)的質(zhì)量，”互聯(lián)網(wǎng)首席工程師Rita Wouhaybi說(shuō)。英特爾工業(yè)解決方案部門(mén)的Things Group和英特爾Industrial Edge Insights軟件的首席架構師。

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

奧迪自動(dòng)化技術(shù)規劃負責人馬蒂亞斯·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(méi)有那種保證。我們在生產(chǎn)線(xiàn)末端檢查一輛成品車(chē)。我們沒(méi)有在線(xiàn)檢查流程。英特爾擁有技術(shù)和專(zhuān)業(yè)知識，可幫助我們改善流程并實(shí)現目標?！?/p>

Nebbiolo Technologies的軟件架構師Pankaj Bhagra說(shuō)：“對每輛汽車(chē)的5,000條焊縫進(jìn)行在線(xiàn)檢查，并在18毫秒內推斷出每條焊縫的結果-突顯了Nebbiolo的Edge平臺為制造業(yè)帶來(lái)的規模和實(shí)時(shí)分析響應?！?我們豐富的軟件堆棧為分布式邊緣計算集群，來(lái)自異構源的數據提取，數據清理，安全數據管理和AI / ML模型的啟用提供集中管理，這使Audi和Intel數據科學(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(shí)現的眾多理想的實(shí)時(shí)用例之一就是與Intel合作，以將Audi的焊縫在線(xiàn)質(zhì)量檢測從每天一輛汽車(chē)轉變?yōu)?00％汽車(chē)。該項目展示了如何利用Nebbiolo的Converged Edge Platform將數據科學(xué)項目從概念大規模轉換為生產(chǎn)的速度。

Nebbiolo Technologies首席執行官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(jìn)行流分析，以創(chuàng )建算法，從而進(jìn)行預測分析和建模，從而將工廠(chǎng)數據轉化為有價(jià)值的見(jiàn)解。該解決方案從焊槍控制器而非機器人控制器獲取數據，并在邊緣進(jìn)行分析。英特爾的數據科學(xué)家創(chuàng )建了一種機器學(xué)習算法，并通過(guò)將其生成的預測與奧迪提供的實(shí)際檢查數據進(jìn)行比較，對算法進(jìn)行了準確性培訓。

機器學(xué)習模型使用焊接控制器生成的數據，該數據顯示了焊接操作期間的電壓和電流曲線(xiàn)。數據還包括其他參數，例如焊縫配置，金屬類(lèi)型和焊條健康狀況。但是，這種焊接用例僅僅是個(gè)開(kāi)始。在工廠(chǎng)車(chē)間進(jìn)行的優(yōu)化可以不僅僅局限于一個(gè)過(guò)程，而可以進(jìn)行工廠(chǎng)的其余部分。它們可以發(fā)生在邊緣或更高級別，并識別過(guò)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據之上進(jìn)行創(chuàng )新。

結果是可擴展的，靈活的平臺解決方案，奧迪不僅可以使用它來(lái)改善點(diǎn)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。儀表板可讓奧迪員工可視化數據，并且系統會(huì )在檢測到錯誤的焊縫或配置中潛在的變化（可將故障總數減至最小或消除）時(shí)提醒技術(shù)人員。

“英特爾是項目負責人，”馬蒂亞斯·梅耶（Mathias Mayer）說(shuō)?！八麄兙哂猩a(chǎn)經(jīng)驗，并且知道如何設置進(jìn)行統計過(guò)程控制的系統。這對我們來(lái)說(shuō)是全新的。英特爾教會(huì )了我們如何理解數據，如何使用算法在邊緣分析數據，以及將來(lái)如何處理數據以改善我們在工廠(chǎng)的操作?！?/p>

副總裁Brian McCarson表示：“將分析平臺置于邊緣的價(jià)值在于，它可以讓您在其中吸收更多數據，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(kāi)始可能就不會(huì )想到的?！蔽锫?lián)網(wǎng)部門(mén)總裁兼英特爾工業(yè)系統工程與架構總監?！霸撈脚_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(jìn)行了最初的平臺投資之后，奧迪可以發(fā)展并在各種設施和其他用例中進(jìn)行擴展?！?/p>

奧迪生產(chǎn)實(shí)驗室高級經(jīng)理HenningL?ser表示同意：“該解決方案就像是未來(lái)解決方案的藍圖。我們在工廠(chǎng)中擁有許多技術(shù)，并且此解決方案是一個(gè)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?！?/p>

據克里斯汀·博爾斯（Christine Boles）稱(chēng)，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(xiàn)，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(wú)需更改軟件?！彼f(shuō)?！拔覀兛梢蕴峁┛蛻?hù)所需的所有性能和功能，然后根據他們的業(yè)務(wù)意圖輕松地向任何方向擴展?！?/p>

Nebbiolo Technologies首席執行官Chandra Joshi表示：“與Intel合作，將奧迪的焊縫在線(xiàn)質(zhì)量檢測從每天一輛汽車(chē)轉變?yōu)槠?chē)的100％，是Nebbiolo分布式邊緣平臺支持的許多理想的實(shí)時(shí)用例之一?！?該項目展示了如何利用聚合平臺將數據科學(xué)項目從概念到大規模轉換的速度。Nebbiolo Technology提供最全面的超融合Edge平臺，其目的是通過(guò)安全性和數據所有權實(shí)現數據驅動(dòng)的見(jiàn)解。

該解決方案就像是將來(lái)解決方案的藍圖。我們工廠(chǎng)中有很多技術(shù)，并且此解決方案是一個(gè)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(shí)驗室高級經(jīng)理HenningL?ser

我們可以提供客戶(hù)所需的所有性能和功能，然后根據他們在業(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(shí)提高效率和精度

根據HenningL?ser的說(shuō)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(dòng)化的，數據驅動(dòng)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(lái)的還有其他好處。

“在Neckarsulm工廠(chǎng)，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(dòng)化和數字化負責人MichaelH?ffner說(shuō)。邁克爾·海夫納（MichaelH?ffner）強調說(shuō)，提高自動(dòng)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(huì )。這也是必要的，因為許多熟練的工廠(chǎng)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(dòng)化并使年輕的員工朝著(zhù)新的方向發(fā)展對企業(yè)和工人都是有益的。

新系統及其實(shí)現的精確檢查的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是，奧迪可以積極主動(dòng)地專(zhuān)注于避免問(wèn)題，而不僅僅是對問(wèn)題做出反應?！凹僭O我們每天對一輛汽車(chē)進(jìn)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(shuō)?！皩?lái)，我們可以專(zhuān)注于5％，因為我們知道它們在工廠(chǎng)中的位置，并且我們可以更快地采取行動(dòng)?！?/p>

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

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

展望未來(lái)

擁有一個(gè)透明的系統，使他們能夠理解并從設備產(chǎn)生的數據中學(xué)習，這激勵著(zhù)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(shuō)：“由于我們現在正在運行分析，并且數據的可見(jiàn)性不斷提高，奧迪降低了公司稅單?！?“過(guò)去，我們不得不做很多假設，而我們的稅費就是基于這些假設?，F在，真實(shí)數據表明我們的納稅義務(wù)減少了，這可節省大量成本?！?/p>

奧迪已經(jīng)計劃在Neckarsulm工廠(chǎng)將該平臺用于其他用例，并最終打算在大眾汽車(chē)集團的所有生產(chǎn)設施中部署預測性焊接檢查和其他解決方案?！拔覀冋幱谑占头治鰯祿淖铋_(kāi)始，” HenningL?ser說(shuō)?！半S著(zhù)我們繼續這一旅程，將會(huì )給我們帶來(lái)更多的驚喜和新的機會(huì )?！?/p>

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