南京高精传动设备制造集团有限公司
利用AI技术实现高效、准确的齿轮箱产品全检
“利用仪电智能科技与富士通研发中心共同开发的AI智能诊断解决方案，我们在质量检测环节实现了‘破冰式’的突破。不仅在效率和准确性方面得到了显著提升，我们还真正实现了成品质检模式的转型升级。”
南京高精传动设备制造集团有限公司(南高齿)
检计部门负责人
陈超
背景
探索齿轮箱成品质检模式的变革之道
作为一家领先的齿轮箱与动力传动设备制造商，南高齿为全球主流的风机厂商提供着一流的产品与服务，同时也为全球千家万户使用清洁能源提供着可靠的保障。在高度复杂且专业性强的齿轮箱制造领域，产品质量就是企业的“生命线”。为了避免不良品流入市场，给公司的品牌和经济层面造成损失，南高齿需要在不影响生产的前提下，对齿轮箱进行出厂前的质量检测。
南高齿检计部门负责人陈超表示：“我们每天都要出厂上百台的齿轮箱产品，每一名质检人员可以同时对8个机台的设备进行检测，通过放置在设备上的铜棒振动来用耳朵判断是否存在故障。即使经验非常丰富的质检人员，完成这样的检测也需要1个小时的时间。要跟上生产的节奏，就需要我们在5分钟之内完成质检环节。所以我们无法对出厂的全部产品进行质检，只能采取抽检的方式，这也是行业内普遍的做法。”
人工抽检的方式存在着几个比较明显的弊端：首先，人工检测的效率比较低下，无法避免错检、漏检的问题；其次，对技术与经验依赖程度较高，但同时专业的质检人员老龄化严重，普遍存在后继无人的情况；第三，无法追溯造成瑕疵与故障的原因，无法推进其他生产环节的实质性改善。
“作为行业的领导者，创新始终是我们前进发展的动力，我们希望通过创新手段来改善自身的成品质检模式，甚至引领整个行业的潮流。因此，为了应对上述课题，我们决定采用AI等数字技术，实现高效、智能化的产品全检，”陈超说：“经过各方面的综合评估，仪电智能科技 与富士通研发中心的技术实力给我们留下了深刻的印象，特别是在智能制造领域的丰富经验以及在AI领域的研究能力方面，与我们希望达成的目标十分契合。”
详细内容
共创基于AI技术的智能诊断解决方案
在全面把握南高齿的生产现状与具体课题基础之上，上海仪电智能科技有限公司（简称“仪电智能科技”）(*注1) 与富士通研究开发中心有限公司（简称“富士通研发中心”）携手合作，为南高齿打造了一套基于“物理-AI混合模型(*注2) ”的智能诊断解决方案。其中，富士通研发中心对AI相关算法以及基于时域/频域的物理模型进行了开发与调优，而仪电智能科技在此基础上为客户提供了整体解决方案的相关产品开发与部署服务。
仪电智能科技战略部总经理秦健介绍，这套系统利用设置在齿轮箱上的振动传感器，能够实时采集多维振动信号数据，并对数进行存储、同步与集成，通过AI+物理模型的方式，对不同频段的检测数据进行实时分析，快速判断产品是否存在瑕疵与故障。客户仅需要对系统报警的齿轮箱进行复检，因此极大地提升了检测效率。
针对“物理-AI混合模型”技术，富士通研发中心信息技术研究部部长孙俊博士表示：“目前主流的AI技术通常采用端对端的方式，通过大量数据训练深度学习模型，从而判断产品是否存在故障。然而这种方法无法解释AI做出判断背后的原因。如果客户不能知道AI是如何得出结论的，就很难放心地在实际生产中使用。因此我们为南高齿提供的解决方案，是将深度学习模型与物理模型相结合，不仅可以判断产品是否合格，还可以定位故障频段，并初步判断故障原因，让客户能够完全信任AI做出的判断，从而快速采取下一步行动。”
由于齿轮箱检测的效率得到了大幅提升，南高齿可以在不增加额外负担的前提下，达到覆盖全产品的高效质检目标。“此前出口的齿轮箱产品，如果有一台出现故障，整批产品都会被退回并追责，除了经济损失之外，还可能会面临供应商评级下调，对业务造成巨大影响，”陈超说：“在AI工具的辅助下，我们得以从人工抽检的方式转变为高效、智能化的全检，在质量检测环节实现了‘破冰式’的突破，也帮助我们解决了齿轮箱制造行业共同面临的一大难题。”
成果与展望
检测效率提升30倍
将AI应用到更广泛的领域
通过基于实际生产数据的PoC测试，利用这一解决方案，齿轮箱的检测时间由原先的1小时缩短至2分钟，效率提高了30倍，瑕疵与故障的检出率也达到了99%以上。除此之外，由于齿轮箱的故障有多种表现形式，AI不仅可以定位故障的频段，还可以初步判断发生故障的原因，反向追溯造成故障的生产工艺等问题，为今后其他生产环节的进一步优化改善奠定基础。
仪电智能科技与富士通研发中心还计划为南高齿构建一套质量检测的AI知识图谱(*注3) ，不仅可以有效避免生产过程中容易出现故障的环节，还能够推进质检人员的技术与经验传承。“风电行业对齿轮箱的需求更新较快，且大多是定制化的。传统质检模式非常依赖人工经验，在老员工退休之后，新人的经验也很难跟上。而利用AI知识图谱，我们可以帮助客户构建一套数字化的行业知识库，即使在推出新产品时，也能够将以往的质检经验快速复制到新产品上。” 秦健说。
在本次项目成功的基础上，该解决方案还有望应用在设备预测性维护以及生产工艺改善等领域。对此，秦健表示：“我们计划将该系统打造成为一套可平台化部署的解决方案，除风电齿轮箱制造之外，还可以广泛应用于机器人减速机、真空泵组以及电机等设备的瑕疵检测与运维等领域。通过不断丰富我们的工业互联网平台服务，帮助装备制造企业大幅提升运营效率，实现智能制造的跨越。”
陈超表示：“作为一家聚焦清洁能源、高效和节能技术领域的企业，南高齿将响应国家‘新基建’政策的号召，积极探索人工智能应用以及工业互联网建设。利用仪电智能科技与富士通研发中心在AI以及智能制造领域的丰富经验与专业技能，我们实现了成品质检模式的转型升级，为我们进一步降低经营成本、提升业务效率奠定了基础。今后，南高齿也将继续探索创新之道，为创造一个适合人类社会永续发展的美好未来做出贡献。”
注1：上海仪电智能科技有限公司是由富士通（中国）信息系统有限公司与上海仪电电子（集团）有限公司于2018年成立的合资公司。
注2：“物理-AI混合模型”可以根据AI模型进行高精度的分类判断，同时利用物理模型来解释AI模型的结果。其背后由富士通独有的AI技术作为支撑。
注3：知识图谱按照AI能够处理的格式构建知识库，将知识之间的关系可视化。在各个领域构建可靠的数字化知识库，是确保AI在未来能够为企业和社会所用的关键所在。
南京高精传动设备制造集团有限公司
| 国家 | 中国 |
|---|---|
| 行业 | 通用设备制造业 |
| 成立时间 | 1969年 |
| 员工人数 | 6,000人 |
| 网站 | http://www.ngctransmission.com/zh/home.html |
［2020年发布］
