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.



  • Unzufriedenheit mit der Corona-Wirtschaftspolitik

    Unzufriedenheit mit der Corona-Wirtschaftspolitik

    177 Ökonomen haben Ifo und FAZ im Rahmen des Ökonomenpanel zur aktuellen Corona-Wirtschaftspolitik der Bundesregierung befragt. Kurz vor der nächsten Ministerpräsidenten-Konferenz zeigt sich ein Großteil der Teilnehmer unzufrieden.

    mehr lesen: Unzufriedenheit mit der Corona-Wirtschaftspolitik

  • Babtec erweitert Geschäftsführung

    Babtec erweitert Geschäftsführung

    Babtec hat bekanntgegeben, dass Peter Hönle, Dagmar Henkel und Lutz Krämer die Führungsebene des Wuppertaler Softwareherstellers erweitern. Zudem gibt es ein neues Leitbild sowie eine Stammkapitalerhöhung zu vermelden.

    mehr lesen: Babtec erweitert Geschäftsführung

  • Kontron stellt Switch-Familie vor

    Kontron stellt Switch-Familie vor

    Kontron erweitert seine Industriehardware um die Switch-Familie KSwitch. Die Fast- und Gigabit-Ethernet-fähigen Modelle sollen über das Jahr verteilt auf den Markt kommen. Die ersten 23 Varianten bereits im ersten Quartal,…

    mehr lesen: Kontron stellt Switch-Familie vor

  • Neue Arbeitsgemeinschaft im VDMA

    Neue Arbeitsgemeinschaft im VDMA

    Für einen besseren Austausch mit der Telekommunikationsindustrie hat der VDMA die Arbeitsgemeinschaft Wireless Communications for Machines ins Leben gerufen.

    mehr lesen: Neue Arbeitsgemeinschaft im VDMA

  • Autobauer wieder positiver gestimmt

    Autobauer wieder positiver gestimmt

    Die Unternehmen der Automobilindustrie schätzen ihre aktuelle Lage wieder besser ein als noch Januar und auch der Ausblick auf die kommenden Monate ist laut der Ifo-Konjunkturumfrage positiver.

    mehr lesen: Autobauer wieder positiver gestimmt

  • LoadRunner organisiert sich im Schwarm

    LoadRunner organisiert sich im Schwarm

    Das Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML entwickelt mit dem LoadRunner eine neue Generation fahrerloser Transportfahrzeuge. Das System kann sich dank künstlicher Intelligenz und Kommunikation über 5G im Schwarm organisieren…

    mehr lesen: LoadRunner organisiert sich im Schwarm

  • AIM und die Profibus Nutzerorganisation arbeiten zusammen

    AIM und die Profibus Nutzerorganisation arbeiten zusammen

    Der Industrieverband AIM und die Omlox-Community der Profibus Nutzerorganisation wollen zusammenarbeiten. Ziel ist es, die Interoperabilität zwischen AutoID-Technologien und Softwaresystemen zu fördern.

    mehr lesen: AIM und die Profibus Nutzerorganisation arbeiten zusammen

  • Arbeitsmarkt zeigt sich trotz Lockdown weiter stabil

    Arbeitsmarkt zeigt sich trotz Lockdown weiter stabil

    Im Februar gibt das IAB-Arbeitsmarktbarometer leicht optimistische Signale, der Frühindikator des Instituts für Arbeitsmarkt- und Berufsforschung ist im Vergleich zum Vormonat gestiegen.

    mehr lesen: Arbeitsmarkt zeigt sich trotz Lockdown weiter stabil

  • Forschungsteam arbeitet an skalierbaren Qubits

    Forschungsteam arbeitet an skalierbaren Qubits

    Das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS entwickelt zusammen mit europäischen Partnern im Projekt QLSI eine skalierbare Technologie für Silizium-Qubits für Quantencomputer.

    mehr lesen: Forschungsteam arbeitet an skalierbaren Qubits

  • Partnerschaft zwischen Q.beyond und Northwave

    Partnerschaft zwischen Q.beyond und Northwave

    Q.beyond will sein Cyber-Security-Angebot durch eine Partnerschaft mit Northwave stärken. Beide Unternehmen haben zuvor bereits in Kundenprojekten zusammengearbeitet.

    mehr lesen: Partnerschaft zwischen Q.beyond und Northwave

  • Open Industry 4.0 Alliance gibt Rat zum Thema Cybersicherheit

    Open Industry 4.0 Alliance gibt Rat zum Thema Cybersicherheit

    Mit dem Strategiepapier ‘Cyber Security Design Principles‘ will die Open Industry 4.0 Alliance darüber informieren, wie Unternehmen das Thema Sicherheit von der Werkshalle bis zur Cloud umsetzen können.

    mehr lesen: Open Industry 4.0 Alliance gibt Rat zum Thema Cybersicherheit

  • Digitalisierungskompetenz in der Geschäftsführung verankern

    Digitalisierungskompetenz in der Geschäftsführung verankern

    Aus dem Industrie-4.0-Barometer der Management- und IT-Beratung MHP geht hervor, dass sich die Position eines CIO in der Geschäftsführung positiv auf Umsetzung von Industrie-4.0-Ansätzen auswirkt.

    mehr lesen: Digitalisierungskompetenz in der Geschäftsführung verankern