GPU-Edge für KI-gestützte Inline-Inspektion

Das Inspektionssystem von Maddox AI
Das Inspektionssystem von Maddox AI – Bild: Maddox AI GmbH

Bauteile werden schneller gefertigt, Qualitäts- und Effizienzanforderungen steigen kontinuierlich, während gleichzeitig die Varianz von Produkten und Prozessen zunimmt. Klassische, regelbasierte Bildverarbeitungssysteme stoßen dabei zunehmend an ihre Grenzen – insbesondere dann, wenn kleinste Oberflächenfehler und komplexe Geometrien bei stark schwankenden Prozessbedingungen zuverlässig erkannt werden sollen.

In der Linie geprüft

Ein wesentliches Merkmal moderner Inspektionssysteme ist ihre tiefe Integration in den Produktionsablauf. Zudem erfolgt die visuelle Prüfung häufig nicht mehr nur stichprobenartig am Ende der Linie, sondern kontinuierlich während der Fertigung. Daraus ergeben sich strenge Anforderungen an Latenz und Taktzeit. Entscheidungen müssen innerhalb enger Zeitfenster getroffen werden, ohne den Materialfluss zu beeinträchtigen. „Gerade bei Oberflächeninspektionen müssen oft sehr große Bilder verarbeitet werden, oder es sind sogar mehrere Kameras aus unterschiedlichen Perspektiven im Einsatz“, sagt Behar Veliqi, Co-Founder & CTO von Maddox AI. Das Unternehmen entwickelt KI-Software für die visuelle Qualitätsprüfung in der industriellen Fertigung. „Je höher die Auflösung und je komplexer der Anwendungsfall, desto wichtiger wird eine performante Ausführung der KI direkt vor Ort.“ Hinzu kommt, dass viele Produktionsanlagen bereits über bestehende Kameras und Beleuchtungssysteme verfügen, die in neue KI-Systeme integriert werden müssen.

GPU-basierte Edge-Nodes

Das Herzstück moderner Embedded-Inspektionssysteme bilden meist GPU-basierte Edge-Nodes. Diese Systeme kombinieren kompakte Bauformen mit hoher Rechenleistung und sind speziell für die Ausführung neuronaler Netze optimiert. Im Vergleich zu CPU-basierten Ansätzen ermöglichen sie eine um ein Vielfaches schnellere Inferenz. Mit seiner gleichnamigen KI-Software für industrielle Bildverarbeitung adressiert etwa Maddox AI diese Herausforderungen. Das Produkt verbindet GPU-basiertes Edge-Deployment mit einer Cloud-Plattform und ermöglicht so skalierbare sowie robuste Inspektionssysteme für einfache bis komplexe Produktionsumgebungen. Viele Anwendungsfälle sind ohne GPUs schlicht nicht realisierbar, sagt Veliqi. „Insbesondere wenn mehrere Kamerastreams parallel verarbeitet oder sehr große Bilddaten analysiert werden müssen, überfordert dies CPUs.“

Standardisierte Architektur

Der Anbieter verzichtet auf klassische Smart Cameras. Statt Rechenleistung in Kameras zu integrieren, übernimmt das der zentrale Industrie-PC, an den die Kameratypen angebunden werden. Unterstützt werden u.a. GenICam-kompatible Industriekameras, Zeilenkameras sowie spezialisierte Bildquellen. „Smart Cameras sind für einfache Anwendungen durchaus sinnvoll, haben aber wiederum bei komplexen Use Cases ihre Schwächen“, sagt Veliqi. „Hohe Auflösungen, viele Fehlerklassen oder spezielle Bildformate lassen sich mit einem zentralen IPC deutlich flexibler und wirtschaftlicher abbilden.“

Stabilität und Reproduzierbarkeit

Um die Applikation stabil aufzustellen, kombiniert Maddox AI mehrere Ansätze. Die KI-Modelle werden zentral in der Cloud trainiert und vor dem Einsatz in der Produktion anhand realer Daten simuliert. „So lässt sich bereits vor dem Rollout abschätzen, wie sich ein neues Modell auf Ausschussraten und Prozessstabilität auswirkt“, schildert Veliqi. Für die Inferenz auf dem Edge werden die Modelle zusätzlich optimiert, etwa durch den Einsatz von Nvidia TensorRT. Darüber hinaus setzt das System auf modulare Modellarchitekturen, bei denen mehrere Fehlerklassen gemeinsam verarbeitet werden. Die Sicherstellung konsistenter Trainingsdaten und ein zweistufiger Ansatz aus überwachten Modellen und ergänzender Anomalieerkennung tragen dazu bei, auch unter wechselnden Bedingungen robuste Ergebnisse zu liefern.

Cloud und Edge

Während die Inspektion mit Maddox AI am Edge erfolgt, übernimmt die Cloud eine zentrale Rolle bei Training, Simulation und Verwaltung der Modelle. Mehrere Modellvarianten können parallel entwickelt, getestet und versioniert werden, ohne den laufenden Produktionsbetrieb zu unterbrechen. „Die Trennung von Training und Inferenz ist ganz essenziell“, so Veliqi. „Sie erlaubt es, neue Modelle iterativ zu verbessern und erst dann in die Linie zu bringen, wenn sie die gewünschten Ergebnisse liefern.“ Updates werden kontrolliert per Knopfdruck ausgerollt und können bei Bedarf automatisch auf eine vorherige Version zurückgesetzt werden.

Fazit

KI-basierte Inline-Inspektion stellt hohe Anforderungen an Latenz, Rechenleistung und Systemstabilität. Reine Cloud-Ansätze sind dafür in der industriellen Praxis meist ungeeignet. Edge-Deployment auf GPU-basierten Embedded-Systemen verspricht die erforderliche Echtzeitfähigkeit, Wirtschaftlichkeit und Robustheit, die Industrielle Anwendungen oft erfordern. In Kombination mit cloudgestütztem Training und zentralem Modellmanagement entsteht ein Ansatz, der den wachsenden Qualitätsanforderungen moderner Produktionslinien Rechnung tragen soll – insbesondere dort, wo klassische Bildverarbeitung und reine Cloud-Konzepte nicht mehr ausreichen.



  • IT-Anwender mit der Digitalisierung ‚einigermaßen zufrieden‘

    IT-Anwender mit der Digitalisierung ‚einigermaßen zufrieden‘

    Wie bewerten IT-Entscheider den Stand der Digitalisierung in Deutschland? Dieser Frage geht der CIO-Barometer des IT-Anwenderverbands Voice nach. Demnach werden vor allem interne Faktoren positiv bewertet. Die externen Rahmenbedingungen kommen…

    mehr lesen: IT-Anwender mit der Digitalisierung ‚einigermaßen zufrieden‘

  • Neue Finance Vice President DACH bei Schneider Electric

    Neue Finance Vice President DACH bei Schneider Electric

    Seit Februar ist Elisabeth Skorna neue Finance Vice President DACH des Tech-Konzerns. Zusätzlich ist sie Teil des DACH-Managementteams. Skorna ist in ihrer neuen Position für die strategische Finanz- und Budgetplanung…

    mehr lesen: Neue Finance Vice President DACH bei Schneider Electric

  • IoT-Einsatz steigt sprunghaft an

    IoT-Einsatz steigt sprunghaft an

    Nach Angaben der Eclipse Foundation verzeichnete die IoT-Einführung im Jahr 2023 einen sprunghaft Anstieg. 64 Prozent der insgesamt Befragten setzen mittlerweile entsprechende Lösungen ein – ein Plus von 11 Prozentpunkten.

    mehr lesen: IoT-Einsatz steigt sprunghaft an

  • Fraunhofer IWU erprobt wasserstoffbasierte Energiesysteme

    Fraunhofer IWU erprobt wasserstoffbasierte Energiesysteme

    In der Forschungsfabrik am Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU wird an einer energie- und ressourceneffizienten Produktion gearbeitet. Das dortige Wasserstoff-Kraftwerk soll Impulse zur dezentralen, stationären Energieversorgung von Fabriken…

    mehr lesen: Fraunhofer IWU erprobt wasserstoffbasierte Energiesysteme

  • BSI schult Dienstleister für den CyberRisikoCheck

    BSI schult Dienstleister für den CyberRisikoCheck

    Um kleine und mittlere Unternehmen (KMU) beim Thema Cybersicherheit zu unterstützen, hat das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) gemeinsam mit Partnern den CyberRisikoCheck entwickelt. Er bietet KMU eine…

    mehr lesen: BSI schult Dienstleister für den CyberRisikoCheck

  • Logimat mit Besucherwachstum

    Logimat mit Besucherwachstum

    Die Logimat 2024 ist vorüber und laut Veranstalter Euroexpo kamen mehr Besucher und mehr Aussteller – hier etwa jeder Dritte aus dem Ausland – nach Stuttgart.

    mehr lesen: Logimat mit Besucherwachstum

  • Copa-Data Deutschland wird 25

    Copa-Data Deutschland wird 25

    2024 wird für Copa-Data Deutschland zum Jubiläumsjahr: Seit 1999 ist die Tochter des österreichischen Softwareanbieters in der Bundesrepublik aktiv.

    mehr lesen: Copa-Data Deutschland wird 25

  • Anzeige
    Zukunft Anlagenbau: Kollaboration in digitalen Workflows

    Zukunft Anlagenbau: Kollaboration in digitalen Workflows

    Im Zuge der digitalen Transformation sehen sich Planer, Anlagenbauer und Betreiber im Steuerungs- und Schaltanlagenbau mit der Herausforderung konfrontiert, die Kollaboration innerhalb digitaler Workflows neu zu definieren.

    mehr lesen: Zukunft Anlagenbau: Kollaboration in digitalen Workflows

  • Ifo Geschäftsklimaindex steigt

    Ifo Geschäftsklimaindex steigt

    Ist das der Silberstreif am Horizont? Zumindest hellt sich die Stimmung der Wirtschaft im aktuellen Ifo Geschäftsklimaindex auf. Der Indexwert steigt um 2 Punkte.

    mehr lesen: Ifo Geschäftsklimaindex steigt

  • KI-gestützte Verfahren verbessern Molekülforschung

    KI-gestützte Verfahren verbessern Molekülforschung

    Das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS startet gemeinsam mit der Universität Augsburg im Rahmen des Munich-Quantum-Valleys das Projekt KID-QC^2. Ziel ist es, durch die Erforschung von Methoden der künstlichen Intelligenz…

    mehr lesen: KI-gestützte Verfahren verbessern Molekülforschung

  • Microsoft macht NRW zur KI-Region

    Microsoft macht NRW zur KI-Region

    Als Teil seines milliardenschweren Investitionspakets will Microsoft im Rheinischen Revier Rechenzentren errichten und mit einer KI-Qualifizierungsoffensive rund 100.000 Menschen in NRW erreichen.

    mehr lesen: Microsoft macht NRW zur KI-Region

  • Die Digitalisierung schreitet voran, vor allem in China

    Die Digitalisierung schreitet voran, vor allem in China

    Das Industrie 4.0 Barometer 2024 von MHP und der LMU München zeigt die deutliche Unterschiede zwischen China und dem Rest der Welt auf. Besonders beim Einsatz von KI haben chinesische…

    mehr lesen: Die Digitalisierung schreitet voran, vor allem in China