德國SIEMENS西門子S7系列NPU產品 AI影像辨識系統

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德國SIEMENS西門子S7系列NPU產品 AI影像辨識系統

產品說明

AI影像辨識系統
S7-1500 TM NPU
(Neural Processing Unit)
產品詳情
規格說明

德國西門子正在發展AI影像辨識應用
機器視覺正在帶動品管轉換。現代的檢驗系統能夠實現的遠超過接受或拒絕零件。托深度學習的福,它們能夠自動調整製造程序,減少浪費與效率低落的情況。

焊接和3D打印等積層製造程序。這些程序對溫度、生產線速度、機器佈置,以及材料多樣性等因素極為敏感。當參數分離規格時,可能很快就會產生無法使用的零件。

標準的檢驗系統可能可以捕捉錯誤的零件,但無法找到異常的原因。此時便需要人力介入,只有在檢驗系統放棄了的零件後,才能調整製造過程。正常的,深度學習檢驗系統可提供有關問題本質上的更深入的洞見。

請想像一個金屬積層製造程序。標準的檢驗系統只能評估成品的成品,進行簡單的接受或拒絕決定。相反的,深度學習系統可監控製造程序本身,持續評估金屬流向的一致性。可在問題發生時提供進行修改的機會,挽救可能故障的零件。

在較傳統的製造生產線上,深度學習系統可做出指示PLC降低生產線速度,或提高生產流程溫度等調整。這種持續的調整可大幅減少遭到捨棄的零件數量。

 

部署挑戰

對開發者來說,找到部署機器視覺的方法是一個挑戰。有一個常見的方法以圖形處理器(GPU)為基礎來打造客製化硬體。雖然這種方法可以提供所需的流程,但GPU通常無法滿足工業工業對可靠性的要求。電源也是一個問題,因為GPU會越運轉越熱,需要冷卻風扇,這不太適合嚴格要求的工業環境。
自編系統所需的工作也是一個問題。除了建造客製化硬件的基本組件之外,工程師還需要將設計整合至控制迴圈內。考慮到控制工業設備的PLC的專業性,這可能會帶來前所未見的挑戰。

 

更簡單的人工智慧整合

針對這些問題,SIEMENS AG與Intel®合作,為西門子SIMATIC S7系列的PLC開發全新的深度學習模組。「使用此模組,人們只要增加用於推斷的AI延伸解決模組,就能擴增現有PLC系統的控制機器,」Intel技術客戶經理Thomas Dietrich表示:「如果您已經安裝了SIMATIC S7-1500控制器,那麼這將是一個非常簡單的附加元件。只需插入AI延伸模組與攝影機或非窗口感應器中,即完成硬體設定。」

SIMATIC S7-1500 TM NPU 是一款 PLC 延伸模組,以 Intel ® Movidius  Myriad  X 視覺處理器(VPU) 為基礎。專為符合電源實現的AI 所設計,此Intel 技術可讓模組處理來自多台一個攝影機流的最多720組立體像對,且只需要使用被動冷卻,以近乎即時的速度運行電腦螢幕,消耗消耗電量或精確度。解析度比其他VGA平台解析度高3倍,且比30 Hz 的平台高6 倍。

模組會處理一些音訊或震動等非視覺數據,將分析結果透過底板傳送至PLC。接著PLC會執行控制演算法,以分析資料做為輸入值,並調整控制流程。

圖1 展示產線在取放托盤夾具中運用此系統的範例。生產物品進入上游的管道帶。上方LED照明設備點亮此物品。安裝在平台上的攝影機獲取影像,將其傳輸至PLC延伸連接模組。接著,PLC引導機器手臂轉動物體,並到右邊的管道帶。

圖1.西門子系統在取放貨架等多種使用案例上表現優異。(資料來源:Siemens)
透過用於抓取的AI模組,模組會在微秒內計算數百個抓取點,並選擇最適合特定該物體的資訊抓取位置。其隨後的視角傳輸到控制機器手臂的PLC上,以最佳方法獲取物件— 可使用PLC SIMATIC S7-1500 系列等專用硬件,或裝載於電腦之備用額外應用程式提供Windows 分割區的SIMATIC ET 200SP Open Controller v2。

備註:此示範將於2019年4月1日至5日在漢諾威工業博覽會展示。想參觀的話,請前往展廳9,攤位編號D35造訪西門子攤位。
這樣的自動化可以節省大量的人力。「 比如說,在斯托克分離的製造生產線上有很多的手動程序,比如仰賴肉眼進行的品管,或者PCB製造上的通孔插裝技術等混合安裝零件,”Dietrich 說:“這些使用案例可突破AI 增加自動化程度,以改善品質及/或產量。”

除了透過機器臂舉起起動裝置以外,PLC 還可以直接引導其他類型的工廠裝置,例如前面提到的焊接設備或CNC 機器工具等。事實上,系統甚至不是在紐約方面啟動的。「主要的使用案例”對於視頻,但也可用於進行其他事情,”迪特里希表示:“這開放了一系列不同的使用案例可能性,例如振動,甚至是聲音分析等,以進行預測性維護。”

製作AI模型

當然,你除非建立了深度學習模型,否則這些優異的硬體都無法發揮作用。再次,英特爾和西門子合作解決了這個問題,整合他們的工具鏈,打造了端對端的解決方案。

透過使用Caffe 或Tensorflow 等最受歡迎的AI 架構開發深度學習模型開始,可在之後進行優化,並隨後SD 卡配置小型的應用程式部署至模組中。一般來說,您可以使用現有的免費的DL模型開始著手,並利用可用的製造資料訓練重新將其調整成配合您的特定使用案例。隨後,將模組配置到西門子工程架構TIA Portal中,以導入並運用來自PLC模式中TM NPU模組的資料。

不久的未來的計劃是能夠提供人工智慧工作台,以簡化建立、部署和實現工業人工智慧解決方案的程序,讓它們不再只能由人工智慧專家使用,而是讓所有自動化工程師都能運用。

 

視覺機器的輔助面貌

對製造商而言,這種更簡單的機器視覺方法開啟了無數的可能性。不再設定於只能在事後修改問題,製造商可以持續調整生產進度,將效率提高到最大程度。透過西門子所追求的高度整合方法,製造商能夠以視線的速度,讓這些機器系統派上用場。
 

作者簡介

Erik Sherman 是一名記者、分析師和顧問,擁有工程、技術和商業管理背景。他撰寫的主題涉及半導體、企業軟體、物流、軟體開發、廣告技術、科學儀器、生物技術、經濟、金融、行銷和公共政策。
 
埃里克·謝爾曼的個人資料照片
SIMATIC S7-1500 TM NPU 分類應用範例使用預先訓練的 NN 模型進行初始設置
包含範例程式碼和專案的指南,用於在工廠使用 SIMATIC S7-1500 TM NPU 設定您的第一個人工智慧應用程式。

TM NPU 應用範例可讓您透過基於預訓練神經網路的視覺分類用例與 S7-1500 PLC 和第三方 GigE Vision 相機系統來初始設定 SIMATIC S7-1500 TM NPU。它可以用作不同類型用例的基礎,例如視覺品質檢查或產品和組件的分類。此應用範例不僅包括評估過程,還涵蓋將捕獲的影像保存到外部 FTP 伺服器(例如用於品質保證或重新訓練目的)的方面,並提供了一種在運行時更新 TM NPU 上的神經網路的方法使用HMI FTP 伺服器上提供一個。 

以下方案(圖 2-1)說明如何連接硬體元件才能將此應用範例與所有可用的 TM NPU 功能一起使用,包括。FTP 通訊和 Web 伺服器功能。此處,SIMATIC S7-1500 TM NPU 集中在SIMATIC S7-1500 CPU 後面。

一張含有 文字, 螢幕擷取畫面, 圖表, 軟體 的圖片

自動產生的描述

這個應用範例提供了一個預先訓練和轉換的神經網絡,作為整體 SD 卡映像的一部分,其中包括所需的設定檔和準備好的 Micropython 腳本。根據所使用的網路和拓撲,網路配置(例如IP 位址、子網路遮罩等)可能必須進行調整(在network.conf 檔案中)。此解決方案可直接透過 TIA Portal 或透過準備好的 HMI 螢幕進行完全控制。HMI TM NPU 上顯示執行影像分類的結果,也可用於向 TM NPU 提供觸發訊號,以從相機擷取影像並對其進行評估。此外,HMI 可用於透過從 FTP 伺服器選擇(轉換後的)神經網路並將其部署到模組來更新目前在 TM NPU 上運行的神經網路。逐步說明也引導您完成配置 GigE Vision 相機的步驟。提供的神經網路僅作為示例,不得用於生產目的。為了更改在 TM NPU 上執行的機器學習模型(神經網路),操作員必須在 TM NPU 上的設定檔中執行特定更改,這些更改在設定指南中進行了詳細描述。透過調整模組的 Micropython 腳本,可以完全自訂應用程式以適應特定的用例要求。此應用程式範例也可用作物件偵測用例的基礎,這需要對設定檔和 TIA Portal 專案進行調整。


文檔和下載
  文檔(1.8 MB)

 要求登入  TIA Portal V17 TIA Portal 專案(39,4 MB) (SHA-256)
 要求登入  SD 卡映像(7,3 MB) (SHA-256)
 要求登入  FTP 伺服器資料夾結構(26,5 MB) (SHA-256)
 要求登入  自述文件OSS ( 200,5 KB) (SHA-256)


最後更改
FirstVersion


其他關鍵字
sup_applications



安全資訊
為了保護技術基礎設施、系統、機器和網路免受網路威脅,有必要實施並持續維護全面、先進的 IT 安全概念。西門子的產品和解決方案構成了這個概念的一個要素。有關網路安全的更多信息,請訪問
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台灣西門子介紹網址 : https://support.industry.siemens.com/cs/document/109826893/simatic-s7-1500-tm-npu-application-example-for-classification-%E2%80%93-initial-setup-with-pretrained-nn-model?dti=0&lc=en-TW
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