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Caso de uso: Solución de Visión Artificial adaptable sin necesidad de programar

Muchas empresas de fabricación se enfrentan a dificultades para adoptar la inteligencia artificial (IA), principalmente debido a la complejidad en la selección de hardware. Para abordar este problema, las empresas alemanas Kontron y Robotron han unido fuerzas, integrando dos de sus soluciones en una estación de trabajo de IA diseñada para facilitar y acelerar la implementación de visión artificial.

Esta estación de trabajo multipropósito permite entrenar, ejecutar e inferir algoritmos para una amplia variedad de modelos y frameworks. Gracias a su enfoque estandarizado, abarca hasta el 90% de los escenarios de implementación, permitiendo a ingenieros resolver problemas para la aplicación de visión artificial en tiempo real sin necesidad de programar.

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Integración de la Visión Artificial en producción

Las aplicaciones de Inteligencia Artificial en la industria están en auge, especialmente en áreas como el control de calidad o el mantenimiento predictivo. Estas aplicaciones abarcan diversos enfoques, algunos centrados en el procesamiento de imágenes y otros basados en métodos con reglas específicas. La variedad es amplia, lo que hace crucial seleccionar el método más adecuado para cada caso.

Para implementar escenarios de Visión Artificial, es esencial contar con conjuntos de datos (datasets) de imágenes y un amplio registro de información asociada. Las imágenes deben estar etiquetadas con precisión para que el algoritmo pueda identificar, por ejemplo, cómo luce un componente en buen estado o con defectos. Posteriormente, el algoritmo se entrena utilizando esta información.

Interfaz de la solución de software para visión artificial de Robotron

Uno de los obstáculos más comunes para muchos usuarios es la falta de conocimientos sobre inteligencia artificial. Frecuentemente, se requieren numerosas explicaciones, y la adopción de nuevas tecnologías resulta desafiante, especialmente en entornos de producción que dependen de soluciones de inventario pre-establecidas. Por esta razón, los proyectos de IA suelen desarrollarse fuera del ámbito de producción real, en los llamados centros de innovación. No obstante, estos centros suelen carecer de aportaciones prácticas y, lo más importante, de una integración directa con los procesos existentes.

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Enfoques prácticos para el uso diario

Los expertos creen firmemente que no basta con contar con una plataforma de ciencia de datos «atractiva»; también es crucial comunicarse en el lenguaje de los responsables de fabricación y los ingenieros de producción. Adoptar un enfoque interdisciplinario es esencial para llevar productos de IA al mercado de manera efectiva. Por ello, se han de ofrecer soluciones innovadoras y también herramientas que puedan aplicarse de forma productiva en el día a día.

Por este motivo se apuesta por el método de aprendizaje de Inteligencia Artificial por refuerzo para optimizar las soluciones. «La estrategia de entrenar y reentrenar redes neuronales ofrece múltiples ventajas. Esto resulta especialmente útil cuando se necesita enseñar rápidamente a una red neuronal a identificar nuevos tipos de defectos o reconocer diferentes colores en un producto o pieza. En la práctica, esta capacidad es clave para adaptar las soluciones de IA a contextos cambiantes», explica la Dra. Deepa Kasinathan, Product Owner y Responsable del grupo de Visión por Computadora en Tiempo Real de Robotron.

Interfaz de la herramienta central de administración de RCV y sus funcionalidades

El conocimiento experto es fundamental para garantizar el éxito de los proyectos de IA. «Dado que es casi imposible determinar de antemano qué red neuronal es la más adecuada, los especialistas deben recurrir a un enfoque de prueba y error, además de integrar los diversos sistemas relacionados», añade Kasinathan.

Para abordar estos desafíos, el diseño de la plataforma de visión artificial en tiempo real incorpora de forma intrínseca soluciones a los problemas más comunes en la práctica. Sus interfaces de diseño abierto permiten trabajar no solo con un único framework o red neuronal, sino también con una amplia variedad de alternativas, brindando flexibilidad y adaptabilidad a las necesidades específicas de cada entorno.

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Un único hardware para múltiples aplicaciones

Uno de los mayores desafíos en los proyectos ha sido, históricamente, la elección del hardware adecuado para cada escenario de aplicación. Al implementar proyectos de inteligencia artificial, se enfrentan a dos niveles principales en términos de hardware. Por un lado, está el nivel de entrenamiento, donde se generan los datos de imagen. Aquí, la nube juega un papel esencial, ya que permite contratar la potencia de cálculo a un coste relativamente bajo.

Por otro lado, está el nivel operativo, donde el algoritmo debe ejecutarse lo más cerca posible del proceso productivo. Este nivel requiere hardware perimetral (edge) que combine fiabilidad con un alto rendimiento. Tras experimentar con diversas configuraciones y dedicar un esfuerzo considerable a seleccionar el hardware más adecuado y después de analizar detenidamente las tecnologías empleadas, se concluyó que la mejor idea era adoptar un enfoque universal capaz de adaptarse a la mayoría de los escenarios.

El análisis de los expertos reveló que los requisitos se podían desglosar en una selección de hardware que se adecuaba  aproximadamente al 80 – 90% de las configuraciones habituales: en solo cuatro meses, esto dio como resultado un producto estándar basado en la estación de trabajo KWS 3000-CML de Kontron, que ejecuta el software RCV de Robotron.

Vista frontal y trasera de la estación de trabajo KWS 3000-CML

Esta estación de trabajo de IA está optimizada para aplicaciones que requieren un alto rendimiento en términos de potencia de procesamiento y gráficos, pero al mismo tiempo ofrecen máxima confiabilidad, disponibilidad a largo plazo y flexibilidad. La KWS 3000-CML es una estación de trabajo compacta, equipada con procesadores Intel® Core™ con hasta diez núcleos y con refrigeración térmica eficiente para un funcionamiento 24/7 a un máximo de 45ºC de temperatura ambiente.

En lo que respecta a la tarjeta gráfica, se optó por la NVIDIA RTX 5000. Esta GPU ofrece suficiente potencia de procesamiento y memoria RAM para entrenamiento de la IA, además de permitir la evaluación de imágenes capturadas en cuestión de milisegundos. Este sistema garantiza una calidad de inspección constante, incluso frente a incrementos de producción o problemas inesperados en el proceso.

Si se requieren tiempos de inferencia aún más rápidos, se pueden interconectar varias GPU. El concepto de Kontron está basado en módulos individuales, lo que permite una ampliación significativa sin necesidad de adquirir una nueva estación de trabajo. No obstante, es crucial considerar el proceso completo. Además de la inferencia, factores como la conexión de cámaras, las redes utilizadas y las latencias entre ellas también juegan un papel determinante en el rendimiento general del sistema.

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Cubriendo todas las necesidades con una solución integral

En las etapas iniciales del proyecto, se consideró la posibilidad de integrar cámaras estándar adicionales en la estación de trabajo de IA. Sin embargo, la forma de capturar imágenes varía enormemente según los casos de uso específicos. Factores como la iluminación, los materiales en acabados como mate, plata o acero inoxidable, la incidencia de la luz y la distancia al objeto son demasiado variables para que una sola tecnología de cámara cubra todas las necesidades de cada cliente. Además, las variedad de las conexiones PLC representan otro desafío para los componentes de software preconfigurados. Kontron ofrece interfaces personalizadas adaptadas a cada requisito.

Software RCV Labeltool para etiquetar objetos relevantes

Para que la inteligencia artificial sea efectiva a lo largo de todo el proceso, no basta con contar con redes neuronales entrenadas e imágenes etiquetadas. Es fundamental integrar la solución con el PLC de los sistemas ya existentes, definir claramente los valores objetivo, así como incorporar sensores y barreras de luz. Además, las soluciones deben cumplir con estándares auditables, por ejemplo, para poder verificar que una fecha de caducidad se ha aplicado correctamente en el lugar adecuado.

La solución de IA, con su enfoque estándar, destaca por su simplicidad frente a otros conceptos más complejos disponibles en el mercado. Mientras algunos proveedores se enfocan exclusivamente en áreas específicas como el etiquetado de datos o el entrenamiento en la nube, y otros en el procesamiento, en este caso se ha adoptado un enfoque integral que incluye entrenamiento, implementación e inferencia en un único sistema.

Este avance hacia una IA más accesible es posible, en gran medida, gracias a su enfoque sin código. De este modo, tanto científicos de datos como ingenieros de producción, e incluso operadores de máquinas con conocimientos prácticos más específicos, pueden desarrollar e implementar nuevos escenarios sin necesidad de contar con experiencia en programación.

Definición de cajas delimitadoras en RCV Labeltool

De esta forma, se ha desarrollado una solución de IA colaborativa que permite a los ingenieros de calidad y fabricación abordar directamente sus tareas de inspección. Además, se ofrece soporte a los usuarios a través de una línea directa gratuita para resolver cualquier duda.

Para facilitar que los expertos en producción se familiaricen con la aplicación, se ha dedicado un esfuerzo significativo a la creación de videos tutoriales disponibles en YouTube. Los especialistas en visión artificial afirman que la «democratización de la IA» como tendencia implica, al menos en parte, aliviar el cuello de botella generado por la escasez de profesionales cualificados en el campo de la ciencia de datos.

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Áreas de aplicación de la Visión Artificial

La eficacia de la solución ha sido comprobada en la práctica. En colaboración con BMW, la plataforma RCV logró reducir la tasa de errores falsos en un factor de diez, pasando del 2 % al 0,2 %. Este avance no solo mejora la precisión en la detección de defectos, sino que también facilita la identificación de anomalías en etapas previas del proceso.

Además, BMW ha integrado la visión por computadora en el inicio de la producción de los motores eléctricos iX, acompañando todo su  desarrollo, llegando a entregar nuevos modelos algorítmicos hasta tres veces por semana debido a la rápida evolución de los problemas. Este enfoque dinámico permitió realizar seis pruebas en paralelo por segundo durante el despliegue en producción, incluso en condiciones estrictas de sincronización, algo que habría sido imposible con métodos de programación convencionales.

La versatilidad es prácticamente ilimitada, ya que la estación de trabajo de IA permite abordar cualquier caso de uso basado en procesamiento de imágenes. Desde la detección de defectos en superficies metálicas o polímeros, hasta la verificación de envases blíster en la industria farmacéutica, la inspección de la integridad de componentes o los controles de calidad en la industria alimentaria.

Áreas de aplicación de los sistemas de visión artificial

Además, la solución facilita tareas avanzadas como la selección de piezas mediante los brazos de agarre de robots (bin picking), así como procesos de clasificación y conteo. Estas capacidades amplían las posibilidades de automatización y optimización en múltiples sectores industriales.

La inferencia en visión por computadora es altamente flexible, pudiendo ejecutarse en CPUs, como las equipadas con Intel OpenVINO™, o en GPUs de diversos fabricantes. Los usuarios pueden elegir entre distintos frameworks como PyTorch o TensorFlow, así como redes preentrenadas, a través de una interfaz intuitiva con menú desplegable.

El software y el hardware de alto rendimiento trabajan en conjunto para garantizar la ejecución fluida de cualquier framework seleccionado. Además, la plataforma admite otras redes como ONNX, Keras y Microsoft CNTK, ampliando aún más las posibilidades de integración y personalización en diferentes escenarios de aplicación.

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Más información sobre Kontron y la Visión Artificial

Venco Electrónica es proveedor de soluciones para Electrónica Industrial en España y Portugal desde hace más de cuarenta años. Durante este tiempo hemos construido estrechas relaciones profesionales con nuestros partners, que confían en nosotros para la distribución de sus productos, y con los que mantenemos línea directa para estar constantemente informados sobre las últimas novedades y poder resolver cualquier incidencia.

 

 

Kontron es fabricante líder de tecnología embedded. Ofrece una cartera combinada de hardware, middleware y servicios para aplicaciones IoT e Industria 4.0. Kontron diseña y fabrica productos estándar y soluciones a medida basadas en tecnologías embedded de vanguardia para una variedad de industrias. Venco es distribuidor oficial de Kontron en España y Portugal.

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