Intelligent tillverkning och produktion: hur AI undviker fel och ökar säkerheten

Industriell tillverkning står inför en paradigmshift. Artificiell intelligens gör det möjligt att övervaka och styra produktionsprocesser inte bara för att automatisera dem, utan också för att göra dem intelligenta – med omfattande effekter på tillverkningskvalitet, medarbetarsäkerhet och skyddet av data från tillverkningen.

Intelligent förebyggande av fel: Poka Yoke möter AI

Intelligenta tillverkning och produktion: Hur AI undviker fel och ökar säkerheten Den industriella tillverkningen står inför en paradigmskifte. Artificiell intelligens gör det möjligt att inte bara automatisera produktionsprocesser, utan också intelligent övervaka och styra dem – med långtgående effekter på tillverkningskvalitet, arbetarsäkerhet och skyddet av data från tillverkningen. Principen Poka Yoke från den japanska tillverkningskonsten – undvikande av oavsiktliga fel genom klokt utformning – får genom AI en ny dimension. Medan traditionella Poka Yoke-system baserar sig på mekaniska eller elektriska anordningar som exempelvis gör en felaktig montering fysiskt omöjlig, utvidgar AI detta koncept med intelligent övervakning och anpassningsförmåga. ([1])

Praktiskt exempel: En AI-driven kamera övervakar montageprocessen och kan i realtid identifiera om komponenter monteras i rätt ordning. Systemet kan omedelbart ingripa när en anställd av misstag byter arbetssteg eller grepp om ett felaktigt komponent. AI kan också upptäcka om en obehörig anställd tränger in på en säkerhetszon vid en ugn och därmed hotar produktionen och sig själv. Denna digitala processövervakning går långt utöver statiska kontrollmekanismer, eftersom den också förstår komplexa flöden och kan reagera på avvikelser.

Sekvenskontroll: Garantera rätt sekvens

Intelligenta tillverkning och produktion: Hur AI undviker fel och ökar säkerheten Den industriella tillverkningen står inför en paradigmskifte. Artificiell intelligens gör det möjligt att inte bara automatisera produktionsprocesser, utan också intelligent övervaka och styra dem – med långtgående effekter på korrekta processföljder, arbetarsäkerhet och skyddet av data från tillverkningen. Särskilt kritiskt i den moderna tillverkningen är att upprätthålla korrekta processabfolgen. I bilindustrin måste exempelvis skruvhuvuden sättas i en viss ordning för att undvika spänningar i materialet. I elektronikföretaget får temperaturkänsliga komponenter inte monteras förrän efter värmeintensiva processsteg.

Intelligenta tillverkning och produktion: Hur AI undviker fel och ökar säkerheten Industriell tillverkning står inför en paradigmskifte. Artificiell intelligens gör det möjligt att inte bara automatisera produktionsprocesser, utan också intelligent övervaka och styra dem – med långtgående effekter på tillverkningskvalitet, arbetarsäkerhet och skydd av data från tillverkningen. AI-systemen tar här rollen som den uppmärksamma processledaren. De identifierar utifrån visuella data eller sensorutdata vilken tillverkningssteg som just utförs. Dessutom verifierar de kontinuerligt att den föreskrivna sekvensen upprätthålls. När ordningen överträds kan systemet automatiskt stoppa tillverkningen eller omedelbart varna arbetaren – ännu innan en kostsam fel uppstår.

Kostnadseffektivitet: gynnsam hårdvara, intelligent programvara

Intelligenta tillverkning och produktion: Hur AI undviker fel och ökar säkerheten Den industriella tillverkningen står inför en paradigmskifte. Artificiell intelligens gör det möjligt att övervaka och styra produktionsprocesser inte bara automatiskt, utan också intelligent – med långtgående effekter på fertighetskvalitet, arbetarsäkerhet och skyddet av data från tillverkningen. En avgörande fördel med AI-stödda produktionssystem är den koststruktur. Liksom det mänskliga ögat är ett relativt enkelt optiskt system, vars prestation endast uppnås genom den högkomplexa bearbetningen i hjärnan, kan i tillverkningen kostnadseffektiva kameror och sensorer användas. Den egentliga intelligensen ligger i signalbearbetning genom specialiserade AI-algoritmer.

Den här arkitekturen erbjuder flera fördelar:

Skalbara hårdvaror: Standardkameror och sensorer kan lätt och kostnadseffektivt integreras i befintliga produktionslinjer. Mekaniskt komplexa specialutrustningar blir överflödiga.

Optimerade AI-servrar: Modernta AI-system kan med professionell programmering arbeta effektivt. Ett genomtänkt programdesign möjliggör drift på en lokal server i företaget eller alternativt på hyrda servrar – idealiskt sett på tyska datacenter som garanterar högsta dataskyddsnivåer.

Flexibel anpassning: Om produktvarianter eller tillverkningsprocesser ändras, behöver inte hårdvaran bytas ut. Istället tränas eller anpassas det artificiella intelligenssystemet – ett programuppdatering istället för omfattande ombyggnader.

Intelligenta tillverkning och produktion: Hur AI undviker fel och ökar säkerheten Den industriella tillverkningen står inför en paradigmskifte. Artificiell intelligens gör det möjligt att övervaka och styra produktionsprocesser inte bara automatiskt, utan också intelligent – med långtgående effekter på produktionskvalitet, arbetarsäkerhet och skyddet av data från tillverkningen. Kostnaderna för en AI-server kan uppskattas till ca 6500 euro i en gångsinvestering. Alternativt kan en AI-server hyras från ett rent tyskt företag (utan Microsoft Azure o.s.v.). Hyrespriset varierar beroende på underhållsavtalet, men är några hundra euro per månad.

Redan 2023 var det möjligt att skapa kraftfulla AI-system med billig hårdvara. Förutom den videobild som analyseras med AI-stöd visar bilden en AI-laptop som används för att utveckla och testa sådana AI-system. Bilden togs som en del av en 3sat-rapport.

Maximal tillförlitlighet genom systematisk utbildning

Tillförlitligheten hos AI-stödda produktionssystem står och faller med utbildningens kvalitet. Genom omfattande träningsfaser med verkliga produktionsdata lär sig systemet att skilja mellan korrekta och felaktiga processer. Kombinationen av AI-baserad övervakning och fysiska poka-yoke-åtgärder – till exempel komponenter som bara kan monteras korrekt på grund av sin design – skapar ett skyddsnät i flera lager.

Denna redundans leder till låga felfrekvenser som är praktiskt taget omöjliga att uppnå manuellt. Studier visar att välutbildade AI-system är betydligt bättre än mänskliga inspektörer när det gäller kvalitetskontroll, särskilt vid monotona uppgifter där trötthet försämrar den mänskliga uppmärksamheten.

Den fördelen med AI-träning är dessutom hög flexibilitet. En och samma aktör (t.ex. en robotarm) kan användas för helt olika scenarier och komponenter. Den inrättade kameran behöver inte uppgraderas, eftersom tolkningen av videosignalet ligger hos AI:en.

Datasäkerhet: suveränitet över känslig produktionsinformation

Industriell tillverkning står inför en paradigmshift. Artificiell intelligens gör det möjligt att inte bara automatisera produktionsprocesser, utan också intelligent övervaka och styra dem – med långtgående effekter på tillverkningskvalitet, arbetarsäkerhet och skyddet av data från tillverkningen. Tillverkningsdata är extremt känsliga. De innehåller driftshemligheter, processkunskap och ekonomiskt relevanta uppgifter. AI-system som körs i eget datacentrum eller hos förtroendevärda tyska leverantörer garanterar vollständig datakontroll.

Lokal bearbetning erbjuder avgörande fördelar:

• Ingen överföring av känsliga data till externa molntjänster
• Fullständig kontroll över åtkomsträttigheter och datalagring
• Efterlevnad av strikta tyska och europeiska riktlinjer för dataskydd (t.ex. AI Act eller GDPR)
• Skydd mot industrispionage och obehörig åtkomst till data

Intelligenta tillverkning och produktion: Hur AI undviker fel och ökar säkerheten Den industriella tillverkningen står inför en paradigmskifte. Artificiell intelligens gör det möjligt att inte bara automatisera produktionsprocesser, utan också intelligent övervaka och styra dem – med långtgående effekter på tillverkningskvalitet, arbetarsäkerhet och skyddet av data från tillverkningen. Modernt Edge Computing-ansikte gör det möjligt att genomföra en del av AI-behandlingen direkt vid produktionslinjen, vilket minskar väntetiderna och reducerar beroendet av nätverkskopplingar. Edge Computing betecknar hårdvara som är mycket billig och opererar på gränsen till det möjliga.

Medarbetarnas säkerhet: AI som en vaksam skyddsängel

Medarbetarnas säkerhet har högsta prioritet i produktionen. Här kan AI-stödda övervakningssystem ge ett betydande bidrag. Genom att kontinuerligt analysera kamerabilder känner systemet igen när människor befinner sig i riskområden:

Verbotna Zoner: Definierade områden, där under maskinrörelse inte får människor vara, övervakas. När en anställd tränger in i ett sådant område stoppar systemet automatiskt produktionen eller utlöser en larm.

Kollisionsundvikning: Vid samarbetsrobotik övervakar AI-rörelser hos människa och maskin och långsamt eller stoppar robotrörelser när en krockrisk förekommer.

Arbetsskyddskontroller: Systemet kan kontrollera om anställda bär föreskriven skyddsutrustning – till exempel skyddsglasögon, handskar eller hörschutz – och varna vid överträdelser.

Kontroll av åtkomst: Bara särskilt utbildade och auktoriserade anställda får tillträde till vissa säkerhetsområden. Personalen bär en speciell klädsel eller en specifik optisk markering på jackan. AI identifierar den auktoriserade anställde och sätter sedan in alarm om en anställd utan tillträdesrätt vill ta sig in i det skyddade området.

Villkorlig varning: När en obehörig anställd anträder på en säkerhetszon, men fordonet ännu inte är igång, utlöses ett varningslarm med lägre kritikalitet än om fordonet redan vore igång. När man försöker öppna fordonet medan det ännu är igång, utlöses ett larm av högsta nödläge – oavsett om anställd är behörig att beträda den kritiska zonen runt produktionen eller inte.

Möjligheterna med AI inom tillverkning och produktion är oändliga. Övervakning kan kopplas till villkor och behörigheter. Graderade larm är möjliga efter önskemål.

Kvalitetssäkring: feldetektering i realtid

Visuell inspektion med AI överträffar den mänskliga förmågan i fråga om snabbhet och konsekvens. Systemet känner igen:

• Ytdefekter som repor, sprickor eller missfärgningar
• Dimensionsavvikelser och formfel
• Ofullständiga monteringar eller komponenter som saknas
• Kvalitetsfluktuationer i svetsfogar eller limmade fogar

Systemet lär sig hela tiden. Om nya felmönster identifieras kan dessa inkluderas i utbildningen, vilket hela tiden ökar upptäcktsfrekvensen. Dessa självoptimerande system anpassar sig till föränderliga produktionsförhållanden och upptäcker även subtila kvalitetsförsämringar som mänskliga inspektörer skulle missa.

Intelligenta tillverkning och produktion: Hur AI undviker fel och ökar säkerheten Den industriella tillverkningen står inför en paradigmskifte. Artificiell intelligens gör det möjligt att övervaka och styra produktionsprocesser inte bara automatiskt, utan också intelligent – med långtgående effekter på fertighetskvalitet, arbetarsäkerhet och skyddet av data från tillverkningen. Bilden visar verkliga bilder av komponenter som har blivit sminkade med en fluorescerande vätska och fotograferats i en UV-kammare. AI:n identifierar komponenter med fel och kan också mycket bra lokalisera och rituellt skissa fel. För kvalitetsbedömningen användes bland annat metriken IoU, som anger hur nära den fullständiga täckningens överensstämmelse AI-identifieringen är i förhållande till det perfekt identifierade felet.

Intelligenta tillverkning och produktion: Hur AI undviker fel och ökar säkerheten Industriell tillverkning står inför en paradigmskifte. Artificiell intelligens gör det möjligt att inte bara automatisera produktionsprocesser, utan också intelligent övervaka och styra dem – med långtgående effekter på tillverkningskvalitet, arbetarsäkerhet och skyddet av data från tillverkningen. Till AI-träning användes i en första fas endast några hundra annoterade bilder, varav ett bra stycke visade inga fel på delarna. Prototypen för AI-träningen genomfördes på ovan nämnda AI-dator. I en utbyggnadsskede ökades antalet träningdata till tio gånger. Anspråket med lösningen är dessutom att uppnå defekterkännande inom mycket kort tid.

Adaptiv processtyrning: flexibilitet är nyckeln

En framträdande fördel med intelligenta tillverkningssystem är deras anpassningsförmåga. Medan traditionell automation bygger på fasta, programmerade processer kan AI-system reagera på oförutsedda situationer:

• Automatisk justering av parametrar vid varierande materialegenskaper
• Identifiera och kompensera för verktygsslitage
• Flexibel hantering av olika produktvarianter utan omställning
• Oberoende optimering av processsekvenser baserat på kvalitetsdata

Denna flexibilitet gör produktionen motståndskraftig mot störningar och möjliggör ekonomisk produktion även med små partistorlekar och frekventa produktförändringar.

Slutsats: Framtidens intelligenta fabrik

Intelligenta tillverkning och produktion: Hur AI undviker fel och ökar säkerheten Industriell tillverkning står inför en paradigmskifte. Artificiell intelligens gör det möjligt att inte bara automatisera produktionsprocesser, utan också intelligent övervaka och styra dem – med långtgående effekter på fertighetskvalitet, arbetarsäkerhet och skydd av data från tillverkningen. AI i produktion är mycket mer än en teknologisk trend. Den gör det möjligt att genomgå en grundläggande förändring mot intelligenta, säkra och kvalitetsmässigt höga tillverkningsprocesser. Kombinationen av beprövade metoder som Poka Yoke, systematisk processövervakning och anpassad AI-styrning skapar produktionsmiljöer som uppfyller högsta kvalitetsstandarder, aktiverar arbetare och samtidigt är ekonomiska.

Intelligenta tillverkning och produktion: Hur AI undviker fel och ökar säkerheten Den industriella tillverkningen står inför en paradigmskifte. Artificiell intelligens gör det möjligt att övervaka och styra produktionsprocesser inte bara automatiskt, utan också intelligent – med långtgående konsekvenser för fertighetskvalitet, arbetarsäkerhet och skydd av data från tillverkningen. Det avgörande för framgången är den professionella implementeringen: Genomtänkt systemarkitektur, konsekvent träning av AI-modellerna och upprätthållande av dataskydd genom lokala eller förtroendevärda infrastruktur utgör grunden. Företag som medvetet går på denna väg säkrar sig konkurrensfördelar genom högre flexibilitet, bättre kvalitet och tryggare arbetsmiljöer – faktorer som i den moderna tillverkningen alltmer är avgörande för framgång även i den globala konkurranse.