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Yolo Vision 2024

Verbesserung der Fertigung mit Computer Vision

Mostafa Ibrahim

5 Min. Lesezeit

23. Juli 2024

Entdecken Sie, wie Computer Vision die Effizienz in der Fertigung und die Produktqualität verbessern kann.

Effizienz ist in der Fertigung von entscheidender Bedeutung und wirkt sich direkt auf die Fähigkeit eines Unternehmens aus, wettbewerbsfähig zu bleiben und die Kunden zufrieden zu stellen. Um die Produktivität zu steigern, Kosten zu senken und Gewinne zu erhöhen, wird Effizienz zu einem Schlüsselfaktor für den Erfolg eines Unternehmens. Im heutigen, sich ständig verändernden Markt suchen Unternehmen ständig nach Wegen, ihre Effizienz zu steigern, um Wettbewerber zu übertreffen und die sich entwickelnden Bedürfnisse ihrer Kunden zu erfüllen. 

Eine wichtige Möglichkeit zur Effizienzsteigerung in der Fertigung ist der Einsatz von Computer Vision. Diese Technologie umfasst verschiedene Anwendungen und Aufgaben, wie z. B. Objekterkennung in Echtzeit, Segmentierung und Klassifizierung, die dazu beitragen können, dass Produkte Qualitätsstandards entsprechen und verschiedene Schritte des gesamten Produktionsprozesses optimiert werden. Durch die Implementierung dieser Technologien können Hersteller ihre Betriebsleistung und Produktzuverlässigkeit deutlich verbessern, was letztendlich zu einer höheren Kundenzufriedenheit und Geschäftserfolg führt.

Computer Vision in der Fertigung

Technologie hat in der Fertigungsindustrie schon immer eine entscheidende Rolle gespielt. Von Maschinen in der Produktionshalle bis hin zur Entwicklung ausgefeilter Automatisierungssysteme hat die Fertigungswelt kontinuierlich neue Technologien eingesetzt, um verschiedene Abläufe zu verbessern und zu rationalisieren. Trotz dieser Fortschritte steht die Branche immer noch vor einigen Herausforderungen. Wann kann also künstliche Intelligenz (KI) eingesetzt werden?

Die Integration von KI in Fertigungsprozesse bietet vielversprechende Lösungen zur Steigerung der Effizienz, zur Sicherstellung der Produktqualität und zur Bewältigung langjähriger Herausforderungen. Lassen Sie uns untersuchen, wie KI-gesteuerte Technologien wie Computer Vision Veränderungen in der Fertigung vorantreiben können.

Produktzählung und -verfolgung

Computer Vision kann verwendet werden, um Produkte an Fließbändern zu zählen. Durch die genaue Verfolgung der Anzahl der produzierten Artikel können Hersteller die Produktionsraten überwachen, den Lagerbestand verwalten und sicherstellen, dass die Produktionsziele erreicht werden. Objektzählfunktionen können die betriebliche Effizienz steigern und dazu beitragen, eine gleichbleibende Qualitätskontrolle während des gesamten Herstellungsprozesses aufrechtzuerhalten.

Abb. 1. Ultralytics YOLOv8-Modell zählt Kisten an einem Fließband (Quelle: SAP).

Prüfung von Artikeln auf Defekte

Eine weitere Möglichkeit, wie Vision AI Fertigungsprozesse rationalisieren kann, ist die Erkennung von Produktfehlern. Computer-Vision-Modelle wie Ultralytics YOLOv8 können verwendet werden, um Fehler in Artikeln zu erkennen. In der pharmazeutischen Fertigung kann sie beispielsweise zur Erkennung von Defekten an Pillen wie Rissen, Absplitterungen oder Verunreinigungen auf Pillen verwendet werden, während diese sich auf dem Fließband bewegen. 

Wenn ein defektes Teil gefunden wird, kann das System eine automatisierte Reaktion auslösen, um den defekten Artikel zu entfernen, wodurch die Produktqualität erhalten bleibt und sichergestellt wird, dass nur einwandfreie Produkte weiterverarbeitet werden. 

Abb. 2. YOLOv8-Modell erkennt eine abgebrochene Pille und eine verunreinigte Pille mit einer Genauigkeit von 95 % bzw. 99 %. Bild vom Autor.

Präzise Oberflächeninspektion mittels Segmentierung

Verschiedene Computer-Vision-Modelle können auch für die Instanzsegmentierung trainiert werden, da dies besonders nützlich für die präzise Oberflächeninspektion in der Fertigung sein kann. Diese Technologie kann die Oberfläche von Produkten segmentieren, um kleinste Unvollkommenheiten wie Kratzer, Dellen oder ungleichmäßige Beschichtungen zu erkennen. Zum Beispiel:

  • Herstellung von Metallteilen: In der Automobil- oder Luft- und Raumfahrtindustrie kann die Instanzsegmentierung verwendet werden, um Metallteile auf Oberflächenfehler zu untersuchen. Durch die Analyse der gesamten Oberfläche kann das System selbst kleinste Unvollkommenheiten erkennen, die die Leistung oder Haltbarkeit des Teils beeinträchtigen könnten.
  • Textilherstellung: In der Textilproduktion kann die Segmentierung Inkonsistenzen in Stoffmustern erkennen oder Defekte wie Risse, Flecken oder Farbabweichungen identifizieren. Dies stellt sicher, dass nur hochwertige Textilien in den Endprodukten verwendet werden.
  • Herstellung elektronischer Geräte: Bei elektronischen Geräten kann die Segmentierung Leiterplatten auf Herstellungsfehler wie Lötfehler, fehlende Komponenten oder Fehlausrichtungen überprüfen. Dies trägt zur Aufrechterhaltung der Zuverlässigkeit und Funktionalität elektronischer Produkte bei.
Abb. 4. Computer-Vision-Modell zur Vorhersage und visuellen Lokalisierung von Defekten auf Stahlblechen mithilfe von Instanzsegmentierung.

Vorteile von Computer Vision in der Fertigung

Erhöhte Geschwindigkeit und Genauigkeit 

Computer Vision steigert die Geschwindigkeit und Genauigkeit der Fehlererkennung erheblich, indem es die Produktionslinie rund um die Uhr überwacht. Es kennzeichnet sofort alle Unregelmäßigkeiten und gewährleistet so ein sofortiges Feedback und eine ständige Kontrolle.

Dieses unmittelbare Feedback und die ständige Überwachung ermöglichen:

  • Schnelle Korrekturmaßnahmen
  • Reduzierte Zeit, die fehlerhafte Produkte auf der Linie verbleiben
  • Substanzielle Minimierung des Risikos, dass fehlerhafte Artikel den Kunden erreichen

Durch die Gewährleistung einer schnellen Identifizierung und Reaktion sorgt die Echtzeiterkennung für hohe Qualitätsstandards und verhindert, dass potenzielle Probleme eskalieren.

Reduzierung der Arbeitskosten und der Ausschussquoten

Computer Vision kann die Arbeitskosten senken, indem es den Inspektionsprozess automatisiert und die Notwendigkeit manueller Qualitätskontrollen eliminiert. Diese Automatisierung reduziert nicht nur die Anzahl des benötigten Personals, sondern minimiert auch menschliche Fehler, was die Effizienz und Genauigkeit des Herstellungsprozesses weiter verbessert.

24/7-Betrieb und erhöhter Durchsatz

Computer-Vision-Systeme können im Gegensatz zu menschlichen Inspektoren kontinuierlich ohne Pausen arbeiten. Diese Fähigkeit stellt sicher, dass Produktionslinien rund um die Uhr in Betrieb sein können, ohne die Qualität zu beeinträchtigen, was zu einem höheren Durchsatz und einer besseren Nutzung der Produktionsressourcen führt. Die ständige Überwachung und die sofortigen Feedbackschleifen stellen sicher, dass alle Abweichungen von den Qualitätsstandards umgehend behoben werden, was zu einer gleichmäßigeren Produktqualität führt. Dies wiederum kann zu einer höheren Kundenzufriedenheit und weniger Retouren oder Beschwerden führen.

Die Herausforderungen der Computer Vision in der Fertigung

Implementierungskosten und Integration in bestehende Systeme 

Die Implementierung von Computer-Vision-Systemen erfordert eine erhebliche Anfangsinvestition in Hardware, Software und Infrastruktur, was für kleinere Hersteller einschränkend sein kann. Darüber hinaus kann die Integration neuer KI-gesteuerter Objekterkennungssysteme in bestehende Fertigungsprozesse und -technologien komplex und zeitaufwändig sein. Die Gewährleistung eines reibungslosen Betriebs erfordert eine sorgfältige Planung und Durchführung.

Für den Betrieb erforderliche Schulung und Fachkenntnisse

Der Betrieb und die Wartung von Computer-Vision-Systemen erfordert spezielle Kenntnisse und Fähigkeiten. Eine kontinuierliche Schulung ist notwendig, um die Belegschaft über die neuesten Technologien und Methoden auf dem Laufenden zu halten. Darüber hinaus können KI-Systeme falsch positive oder falsch negative Ergebnisse liefern, was zu falschen Identifizierungen führt. Der Umgang mit diesen Ungenauigkeiten ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Produktqualität und der betrieblichen Effizienz. Dies beinhaltet die kontinuierliche Verfeinerung der Modelle, die Anpassung der Konfidenzschwellen für Erkennung und Klassifizierung sowie die Implementierung von Feedbackschleifen, um Fehler zu minimieren und die Genauigkeit des Systems im Laufe der Zeit zu verbessern.

Wartung und Aktualisierung des Erkennungssystems

Regelmäßige Wartung und Aktualisierungen sind unerlässlich, um den effizienten Betrieb des Erkennungssystems zu gewährleisten. Dazu gehören Software-Updates, Neukalibrierung der Sensoren und die Behebung auftretender technischer Probleme. Beispiele für technische Probleme, die möglicherweise behoben werden müssen, sind Sensorfehlfunktionen, z. B. Kameras, die aufgrund von Hardwareschäden keine Bilder richtig erfassen, Softwarefehler, die zum Absturz des Systems oder zur Erzeugung falscher Ausgaben führen, und Datenübertragungsfehler, die zu Datenverlust oder -beschädigung führen.

Was bringt die Zukunft?

Intelligentes Bestandsmanagement

Computer Vision wird intelligentere Bestandsverwaltungssysteme ermöglichen. Automatisierte Systeme mit Computer Vision werden kontinuierlich die Lagerbestände überwachen, Unstimmigkeiten erkennen und die Prozesse zur Bestandsauffüllung optimieren. Dies wird die Wahrscheinlichkeit von Fehlbeständen und Überbeständen verringern und sicherstellen, dass die Hersteller optimale Lagerbestände halten. Dies kann zu erheblichen Vorteilen führen, darunter:

  • Kosteneinsparungen: Durch die Vermeidung von Überbeständen können Hersteller Kosten sparen, die mit der Lagerung überschüssiger Bestände verbunden sind, wie z. B. hohe Lagergebühren und das Risiko, dass Produkte veralten. Andererseits hilft die Minimierung von Fehlbeständen, kostspielige Produktionsverzögerungen und Umsatzeinbußen zu vermeiden, wenn die Lagerbestände zur Neige gehen.
  • Erhöhte betriebliche Effizienz: Automatisierte Bestandsverwaltungssysteme rationalisieren die Lagerauffüllungsprozesse und reduzieren den Bedarf an manuellen Eingriffen. Dies verbessert die gesamte betriebliche Effizienz und ermöglicht es den Mitarbeitern, sich auf strategischere Aufgaben zu konzentrieren.
  • Verbesserte Lieferantenbeziehungen: Genaue Bestandsdaten ermöglichen es Herstellern, ihre Lieferantenbeziehungen effektiver zu verwalten, pünktliche Lieferungen sicherzustellen und eine zuverlässige Lieferkette aufrechtzuerhalten.
Abb. 5. Computer Vision zur Überwachung von Lagerbeständen.

Autonome Fertigungsstraßen

Computer Vision kann eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung vollautonomer Montagelinien spielen. Diese Linien werden in der Lage sein, den Betrieb dynamisch auf der Grundlage von Echtzeitdaten anzupassen, was sie flexibler und effizienter macht. Wenn beispielsweise ein Computer-Vision-Modell einen Defekt an einer Maschine erkennt, kann es diese Daten an ein separates Steuerungssystem weitergeben, das automatisch Aufgaben an andere Maschinen umleitet und so einen kontinuierlichen Produktionsfluss ohne menschliches Zutun gewährleistet. Dies kann zu einer Reihe von Vorteilen führen, darunter reduzierte Ausfallzeiten, erhöhte Produktivität, gleichbleibende Produktqualität und niedrigere Betriebskosten.

Wesentliche Erkenntnisse

In diesem Artikel haben wir die Bedeutung der Effizienz in der Fertigung hervorgehoben und wie Computer Vision diese deutlich steigern kann. Computer-Vision-Modelle wie YOLOv8 können dank ihrer Flexibilität für verschiedene Aufgaben eine grundlegende Rolle bei der Rationalisierung von Prozessen in der Fertigung in verschiedenen Branchen spielen, was zu höherer Genauigkeit, niedrigeren Betriebskosten und der konsequenten Einhaltung hoher Produktqualitätsstandards führt. Insgesamt kann Computer Vision in verschiedenen Phasen des Fertigungsprozesses eingesetzt werden und ist somit ein vielseitiger und leistungsstarker Verbündeter in diesem Bereich.

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