Digitale Transformation
„Kameras und künstliche Intelligenz, eine Kombination, mit der sich IDS neu erfindet und die Zukunft mitgestaltet.“
Bildverarbeitung leicht gemacht
Die zunehmende Automatisierung und Vernetzung der Industrie machen es nötig, große Teile der Produktion, der Robotik, des Qualitätsmanagements und der Logistik mit intelligenten bildgebenden Verfahren auszustatten.
Die Entscheidung, Bildverarbeitung mit künstlicher Intelligenz zur Optimierung der Prozesse zu nutzen, birgt großes Potenzial und kann deutliche Wettbewerbsvorteile bieten, scheitert jedoch häufig an hohen Personal- und Kostenhürden, an vermeintlicher Komplexität und an fehlendem Expertenwissen. Vor allem für kleine und mittelständische Unternehmen bestehen in diesem Bereich deshalb hohe Einstiegshürden.
Mit IDS NXT ocean stellt Jan Hartmann, Geschäftsführer der IDS Imaging Development Systems GmbH, der TREND-REPORT-Redaktion eine einfach zu handhabende Lösung vor, die ganz ohne Vorwissen auskommt.
Jan Hartmann, Geschäftsführer der
IDS Imaging Development Systems GmbH
Als 1982 ein modifizierter Cola-Automat an der Carnegie Mellon University in Pittsburgh, Pennsylvania, das erste mit dem Internet verbundene Gerät wurde, war das so etwas wie der erste Schritt einer Bewegung, die rund 30 Jahre später als vierte industrielle Revolution bezeichnet wird. Zwar war der Automat damals schon in der Lage, seinen Bestand mitzuteilen, und konnte auch feststellen, ob die neu beladenen Getränke kalt sind, doch erst die jüngsten Errungenschaften der Digitalisierung verhalfen dem Internet of Things (IoT) und Industrial Internet of Things (IIoT) zum Durchbruch. 5G, Cloud- und Edge-Computing sowie vor allem künstliche Intelligenz (KI) versetzen Maschinen heute in die Lage, nahezu autonom Probleme zu lösen.
In diesen Kontext stellt die IDS Imaging Development Systems GmbH ihr Inferenzkamera-Komplettpaket IDS NXT ocean. Die Kameras dienen dabei als Augen und Hirn von selbstständig in IoT-Systemen agierenden Maschinen. Im Gegensatz zu klassischen Bildverarbeitungssystemen lösen Inferenzkameras Aufgaben mithilfe von trainierten neuronalen Netzen anstatt nach zuvor festgelegten Regeln. Dadurch sind sie in der Lage, aus gegebenen Fakten und gelernten Merkmalen eigene Schlussfolgerungen (lat. Inferenz) zu ziehen.
Von der regelbasierten Bildverarbeitung zu Bildverarbeitung mit KI
„In den letzten drei Jahrzehnten mussten aufgenommene Bilder sehr aufwendig mit mathematischen Algorithmen nach vorab definierten Formen und Merkmalen untersucht werden, um darin eine wichtige Information zu finden“, erläutert Hartmann und gibt Beispiele für die Möglichkeiten und Grenzen der klassischen Bildverarbeitung:
„Bei Messaufgaben geht es lediglich um Entfernungen, wodurch sich dies sehr gut mathematisch darstellen lässt. Andere Aufgaben sind hochkomplex, erfordern Expertenwissen oder lassen sich auf herkömmliche Art gar nicht lösen. Äpfel z. B. besitzen eine ‚natürliche‘ Varianz, sind also niemals ganz identisch. Dadurch können sie zwar mal größer und mal kleiner sein, aber mit welchem mathematischen Modell sollen schlechte von guten Äpfeln getrennt werden?
Die Kombination von Bildverarbeitung und künstlicher Intelligenz schafft hier ganz neue Möglichkeiten.“
Künstliche Intelligenz in der Bildverarbeitung: das All-in-one-Paket IDS NXT ocean
Schnell und einfach KI-basierte Bildverarbeitungsaufgaben selber lösen
Mit IDS NXT ocean ist es selbst unerfahrenen Anwendern möglich, neuronale Netze zu trainieren, diese auf die autonom arbeitende Kamera zu laden und dort auszuführen. „Bei unserer Lösung benötigt man lediglich Bilder zum Antrainieren eines neuronalen Netzwerks, eine entsprechende Trainingssoftware sowie etwas Zeit zum Labeln“, führt Hartmann weiter aus. „IDS NXT ocean macht also die schnelle Erstellung und Ausführung von KI-basierten Machine-Vision-Aufgaben so einfach, dass keine Spezialkenntnisse mehr erforderlich sind. Das Komplettsystem enthält alle nötigen, aufeinander abgestimmten Tools und Workflows, um eigene KI-Vision-Anwendungen zu realisieren und direkt auf IDS NXT Industriekameras auszuführen. Das ist einzigartig auf dem Vision-Markt.“
Die Bedienung der Kameras funktioniert ähnlich wie bei einem Smartphone durch sogenannte Vision Apps, durch die man per Knopfdruck in Millisekunden die Aufgabe der Kamera wechseln kann. In den IDS-NXT-Systemen sind bereits Vision Apps zum Klassifizieren und Detektieren von Objekten vorinstalliert. Die dazugehörigen neuronalen Netze können individuell trainiert werden, um Bildinhalte zu klassifizieren beziehungsweise bekannte Objekte zu finden. Neben dem Aussortieren schlechter Äpfel entstehen allein durch diese beiden Anwendungen zahlreiche Einsatzmöglichkeiten, sei es beim Smart Farming, in der Smart Factory oder der Smart City.
„Selbst unerfahrenen Anwendern ist es möglich, neuronale Netze zu trainieren, diese auf die autonom arbeitende Kameras zu laden und dort auszuführen.“
Auch Personen ohne Vorkenntnisse in Bildverarbeitung, künstlicher Intelligenz, Kameratechnik oder Anwendungsentwicklung können über die Trainingssoftware IDS NXT lighthouse das Bildmaterial verwalten und die neuronalen Netze trainieren. Statt zunächst eine eigene Entwicklungsumgebung einrichten zu müssen, stehen Anwendern intuitiv bedienbar alle benötigten Funktonen sowie die notwendige Infrastruktur zur Verfügung.
Mit dem IDS NXT Cockpit können die Inferenzkameras vollständig grafisch konfiguriert und für den Betrieb vorbereitet werden. Entwickler, Bildverarbeiter und KI-Spezialisten können mit dem IDS NXT Vision App Creator tiefer in den Workflow eingreifen und die Inferenzlösung somit besser an die eigenen Anforderungen anpassen.
Für einen schnellen Start steht hier bereits eine vollständig abgestimmte Entwicklungsumgebung inklusive Entwicklungsbibliotheken und Beispiel-Apps zur Verfügung. „Wir haben viele Kunden, die bereits KI-Know-how besitzen und über eine eigene Trainingsumgebung und neuronale Netze verfügen. Damit auch diese unsere Kameras verwenden und eigene Vision Apps schreiben können, unterstützen wir alle gängigen neuronalen Netze“, ergänzt Hartmann.
Key Facts
IDS NXT ocean, das Inferenzkamera-Komplettsystem
- Komplettsystem speziell für KI-basierte Bildverarbeitung
- Macht Aufgaben lösbar, bei denen die klassische, regelbasierte Bildverarbeitung an ihre Grenzen stößt
- Mit der IDS NXT lighthouse Trainingssoftware ohne Programmierung neuronale Netze trainieren
- Erfordert kein Vorwissen in Kameraprogrammierung oder Deep Learning
„Mit den angebotenen Lösungen können Unternehmen wertvolle Entwicklungszeit sparen und schnell und einfach zukunftsweisende Anwendungen realisieren“, bringt Hartmann die Vorteile auf den Punkt. So lassen sich bspw. Montageinspektionen und Qualitätskontrollen optimieren, der Logistikbereich oder das Ersatzteilmanagement automatisieren sowie Themen wie Smart City und Smart Farming ins Visier nehmen. >>
IDS NXT Kameras für Systeme der Industrie 4.0.
>> Da Rechenprozessor und KI-Core bereits feste Bestandteile der IDS NXT Kameras sind, wird keine weitere Hardware benötigt, um automatisierte Prozesse anzustoßen. Selbstständig und PC-unabhängig werden Bildverarbeitungsaufgaben ausgeführt und über Kommunikationsstandards wie beispielsweise OPC UA (Open Platform Communications United Architecture) Folgeprozesse im IoT oder IIoT angetriggert. Diese Kombination von KI und Edge-Computing bietet ein erhebliches Einsparpotenzial, wie der Sohn des Firmengründers verdeutlicht: „Während künstliche Intelligenz Arbeitsprozesse beschleunigt und Fehlerquellen minimiert, ermöglicht Edge-Computing den Verzicht auf teure Industriecomputer, die vorher noch notwendig waren, um Robotern Befehle zu geben. Zudem kann die gleiche Kamera für unterschiedliche Aufgaben verwendet werden, indem man ganz einfach zwischen den Vision Apps hin- und herschaltet.“
Mit IDS NXT ocean ändert sich für IDS auch das Verständnis des eigenen Geschäftsmodells. „Dadurch, dass wir nicht mehr nur Experten adressieren, sondern KI-Bildverarbeitung für jeden Anwender verfügbar machen, eröffnen sich uns ganz neue Zielgruppen in stark wachsenden Märkten“, freut sich Hartmann. Als Beispiel nennt er die Logistikbranche, wo der Bedarf an robotergestützter Automatisierung größer denn je ist. Die Kameras ermöglichen hier unter anderem eine automatische Kommissionierung selbst unbekannter Objekte, die Handhabung von Paketen, die Depalettierung oder die Entladung von Lastwagen. „Obwohl wir eigentlich ein Hardwareunternehmen sind, ist ein Großteil unserer Mitarbeiter in der Softwareentwicklung tätig“, geht Hartmann weiter auf die Transformation des eigenen Unternehmens ein. „KI liegt dabei ganz klar im Fokus. Am Kunden orientiert, bieten wir mit IDS NXT ocean nicht mehr nur Komponenten an, sondern ein vollständiges All-in-one-Paket.“
KI sehen, verstehen und bewerten
Zukünftig will der Familienunternehmer ganz im Sinne des Firmenmottos „It’s so easy“ dafür sorgen, dass seine Kunden KI noch einfacher zum Einsatz bringen können. So arbeitet IDS unter anderem daran, die Bildmenge zu reduzieren, die notwendig ist, um neuronale Netze zu trainieren und sinnvolle Ergebnisse zu erzielen.
„Ein anderes wichtiges Forschungsgebiet ist die Nachvollziehbarkeit von KI“, führt Hartmann aus. „Bisher ist KI wie eine Blackbox. Man steckt Bilder hinein, wodurch das neuronale Netz trainiert wird und in der Anwendung irgendwie Ergebnisse erzielt. Im Bereich der Medizintechnologie oder bei Kunden mit kritischen Infrastrukturen ist allerdings eine Erklärbarkeit und Zertifizierung wichtig. Wir müssen daher verstehen, warum eine KI so entscheidet wie sie entscheidet und weswegen sie manche Probleme zwar zu 99,9 Prozent löst, aber eben zu 0,1 Prozent nicht.“ >>
„Während künstliche Intelligenz Arbeitsprozesse beschleunigt und Fehlerquellen minimiert, ermöglicht Edge-Computing den Verzicht auf teure Industriecomputer, die vorher noch notwendig waren, um Robotern Befehle zu geben.“
Online-Marktplatz für schlüsselfertige Bildverarbeitungslösungen
>> Eine weitere, unkomplizierte Möglichkeit, sich Bildverarbeitungslösungen mit oder ohne KI ins Haus zu holen, bietet IDS mit dem neuen Online-Marktplatz visionpier. Dort tummeln sich bereits zahlreiche Spezialisten rund um das Thema Bildverarbeitung, deren Know-how sich ganz einfach nutzen lässt.
„Wir bringen auf visionpier Anbieter und Anwender zusammen, um die ganze Bandbreite an Bildverarbeitungslösungen, sowohl mit klassischer Bildverarbeitung als auch mit künstlicher Intelligenz, aufzuzeigen und verfügbar zu machen. Anwender können sich aus unterschiedlichen Bereichen mit einem Klick das für sie passende System aussuchen oder individuelle Anpassungen vornehmen lassen.
Das spart in jedem Fall wertvolle Entwicklungszeit und kann enorme Wettbewerbsvorteile verschaffen“, verspricht Jan Hartmann.
IDS kooperiert auf visionpier unter anderem mit vielversprechenden Start-ups. Es mangelt nicht an Ideen für neue Anwendungsmöglichkeiten, die immer neue Entwicklungen anstoßen. Entwicklungen, die dafür sorgen sollen, dass man in 30 Jahren ins Ländle statt nach Pittsburgh blickt, um die ersten Schritte einer neuen Revolution zu verorten. Eine Revolution so einfach zu bedienender Technik, dass sie wirklich jeder mitmachen kann.
„Wir bringen auf visionpier Anbieter und Anwender zusammen, um die ganze Bandbreite an Bildverarbeitungslösungen, sowohl mit klassischer Bildverarbeitung als auch mit künstlicher Intelligenz, aufzuzeigen und verfügbar zu machen.“
Die Geschäftsführung
v. l. Alexander Lewinsky, Jan Hartmann, Jürgen Hartmann
Dieser Beitrag steht unter Creative Commons CC BY ND zur Verfügung.
New Work
Als Mitarbeiter- bzw. Employee-Enablement wird die Praxis beschrieben, Mitarbeiter möglichst vielseitig zu schulen, um sie so im Arbeitsalltag polyvalenter zu machen. Enablement befähigt Mitarbeiter, fortgeschrittene Aufgaben auszuführen und komplexe Tasks zu meistern. Dadurch können Aufgaben im Laufe der Zeit immer flexibler delegiert werden, Kompetenz-Hierarchien verflachen und die Mitarbeiter bekommen das berechtigte Gefühl, dass in sie investiert wird, was die Wertschätzung ihrerseits dem Unternehmen gegenüber stärkt. Enablement sorgt für hohe Bindungsraten, da eine solche Unterstützung den Mitarbeitern das Gefühl gibt, dass ihre Leistung anerkannt wird.
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