Modelle und Echtzeit
Die Entwicklung unserer Machine Learning (ML) und Analysemodelle findet zumeist in Form eines Prototyps in Jupyter Notebooks statt. Jupyter Notebooks bieten den Vorteil, dass sie eine sehr interaktive und somit agile Entwicklung ermöglichen. Der Code wird in verschiedene Zellen unterteilt, die unabhängig voneinander ausgeführt werden können. So kann die Entwicklung Schritt für Schritt durchgeführt werden. Des weiteren bieten Jupyter Notebooks auch die Möglichkeit den Code um Dokumentation in Form von strukturiertem Text, Bildern und Videos zu ergänzen. So erhält man am Ende nicht nur den Code für den Prototyp, sondern ein umfassendes Dokument. Unten ist ein Beispiel für ein solches Notebook zu sehen.
Nach der Entwicklung von ML- und anderen Analysemodellen geht es darum, diese in die Anwendung zu bringen. Das bedeutet häufig auch, dass die Modelle im Echtzeitbetrieb funktionieren müssen. Die von QASS eigens entwickelte Analyzer4D Software bietet an dieser Stelle zwei Möglichkeiten der Integration.
- Die Einbindungen beliebigen Python-Codes in das Operatorennetz.
- Die Verwendung des Analysemodells losgelöst von der Analyzer4D Software.
Das Operatorennetz stellt komplexe Arbeitsabfolgen in der Software dar, die über verschiedene Trigger oder aber zeitgesteuert gestartet werden. Das Operatorennetz ist aus einzelnen Komponenten aufgebaut, sogenannte Operatoren, die jeweils einen Arbeitsschritt darstellen. Die Operatoren sind untereinander verbunden, sodass ein Datenaustausch möglich ist. Über den sogenannten Python-Operator lässt sich schließlich beliebiger Python-Code integrieren. Das Operatorennetz wird abgesehen von den Python-Operatoren auf graphische Weise programmiert, was die Verwendung für Personen ohne Programmierkenntnisse wesentlich erleichtert.
Analysemodelle können aber auch losgelöst von der Analzyer4D Software verwendet werden. Diese werden dann in Form einer zusätzlichen Software installiert. Die Kommunikation mit der Analyzer4D Software kann dann über eine entsprechende Schnittstelle stattfinden oder aber komplett unabhängig stattfinden, indem lediglich betrachtet wird, ob neue Messdaten vorliegen.
Ob eine Kommunikation mit der Analyzer4D Software stattfinden muss, ist abhängig davon, ob das Analysemodell ebenfalls zur Regelung verwendet wird.
Um die Echtzeitfähigkeit unserer Modelle zu gewährleisten, ist es wichtig, dass die Analyse selbst weniger Zeit in Anspruch nimmt als der eigentlich Prozesse, der analysiert wird. Ist auch eine Regelung an die Analyse geknüpft, sind die zeitlichen Anforderungen noch strikter. Hierbei ist es wichtig, dass unsere Analyse in der Lage ist die Ergebnisse so schnell zu liefern, dass eine Regelung rechtzeitig erfolgen kann. In der Regel ist hierbei die Rede von wenigen Millisekunden.
Beispiel einer echtzeitfähigen Anwendung
Ein Beispiel für eines unserer echtzeitfähigen Modelle stellt das Analysemodell dar, welches wir in unseren Rohrzuganwendungen verwenden. Die Aufgabe des Modells stellt zum einen die Auswertung von Körperschalldaten im laufenden Prozess dar, zeitgleich aber auch eine darauf basierende Geschwindigkeitsregelung der Maschine. Diese dient dazu die Entstehung von Rattermarken auf und in dem Rohr zu vermeiden. Dazu analysieren wir verschiedene Aspekte des Messsignals, wie zum Beispiel die Signalstärke in Form seiner Amplitude, aber auch spezielle Signalcharakteristiken. Da sich das Aufschwingen des Rohrs, was schließlich zur Bildung von Rattermarken führt, im Signalbild bereits ankündigt, noch bevor es zu einer Beschädigung kommt oder es mit dem menschlichen Ohr überhaupt hörbar ist, können wir sofort nach Erkennung die Geschwindigkeit der Maschine drosseln und somit den Prozess des Aufschwingens unterbrechen. Als Konsequenz werden dadurch nicht nur Beschädigungen am Rohr in Form von Rattermarken verhindert, sondern es ist zusätzlich auch möglich im Schnitt schnellere Geschwindigkeiten zu fahren. Des weiteren ermöglicht unsere Echtzeitüberwachung und -regelung auch, dass die Maschine nicht mehr durchgängig von Mitarbeitenden beobachtet werden muss, wie es zuvor der Fall gewesen ist.