AI落地工業環境挑戰多，中鋼歸納3大AI導入經驗：足量訓練資料、選對技術、循序漸進為成功關鍵
中鋼採取由現場出題、專家解題的方法，從2017年開始較具規模的導入AI，今年在臺灣AI年會上，更分享了實作AI過程中遇到的挑戰，更以自家代表性的AI專案，歸納出3大實戰經驗來提供他者參考
文/翁芊儒 | 2020-11-19發表
中鋼綠能與系統整合研究發展處研究員許朝詠，以自己實作過的多個AI專案，來分享從選題、執行到落地的3大AI實戰經驗。
中鋼從2014年開始擁抱智慧製造，經歷了許多試驗後，才在2017年更有規模的落地AI應用，採取由現場出題、專家解題的方法，每年從上百個提案中篩選約20個可行性較高的方案，來導入應用場景。中鋼綠能與系統整合研究發展處研究員許朝詠，也在今年的臺灣AI年會上，以自己實作過的多個AI專案，從選題、執行到落地，歸納出3大AI實戰經驗，來提供其他企業借鏡參考。
許朝詠首先引述麥肯錫2019年發布的一份報吿指出，企業要在工業場景落地AI並不容易，超過7成的企業正在進行局部試點，其中29%企業已經試點超過2年，56%進行了1～2年，更有15%才剛起步。對中鋼來說，在導入AI過程中，也同樣面臨了「試點困境」，尤其在電腦視覺要落地煉鋼場域時，中鋼也面臨了4個AI應用挑戰。
其一，是工業環境不易控制，會造成取得影像的品質差異大，比如鋼鐵製造環境動輒在900度以上的高溫中，處理過程也可能噴水冷卻，導致難以取得清楚的影像；又或是在同樣位置拍攝的影像，也可能因光源不同，導致影像呈現不同的效果。
其二，現場實際環境會限制AI應用的計算能力，比如部分場所的空間有限，無法擺下GPU伺服器、或高計算能力的設備，甚至連網路線都無法部建，「在這樣的環境下，我們的模型就必須要能兼容邊緣運算，才能實際應用。」許朝詠說。
其三，被偵測物體的尺寸不一，也會影響深度學習的模型訓練成果。許朝詠以識別鋼品身分的AI序號辨識為例，就算是相同的鋼品，影像拍攝的尺寸不同，會造成鋼品上印製序號大小的差異，進而影響序號辨識模型的表現。
最後，則是深度學習模型的調整彈性差。同樣以序號辨識模型為例，許朝詠表示，有時會遇到視覺效果相同的數字（比如像是同一個數字1），在不同序列中卻無法辨識，「為什麼有時候，1可以辨識出來，有時候卻不行？」許朝詠表示，要解決這個問題，通常需要重新訓練模型，但會消耗許多時間。因此，中鋼目標要提出適合工業應用的物件偵測技術，來更輕易且廣泛的應用到各個製程。
3大AI導入經驗之一：充足訓練資料是AI成功落地的一大關鍵
許朝詠也透過多個中鋼導入AI的案例，來分享導入經驗。比如說，前述提到的AI序號辨識應用，是指在將鋼片卷曲製作成一卷卷的鋼卷後，會在鋼卷的金屬表面或是側面，噴印上鋼鐵的生產序號，藉此來辨識每一卷鋼鐵的身份。但是，這些序號的噴印位置，可能帶來不同的辨識挑戰，比如噴印在鋼卷表面，就可能因金屬反光影響序號辨識的精準度，若是噴印在鋼卷側面，層層堆疊的鋼片又可能導致字體變形，均會影響AI判讀。
「我們提供技術，但有些問題不是技術能解決的，就要跟現場人員溝通，請他們協助解決問題。」許朝詠指出，AI落地需要與第一線人員溝通協作。
不過，就算與現場人員合作，序號的辨識率仍無法達到100%，尤其是鋼卷側面序號的辨識率，僅達到9成5，「序號要完全正確才能用，9成5其實很低。」許朝詠表示，為了克服這項挑戰，中鋼在產線上的多個位置都設有攝影機，同時將這些攝影機判讀的資訊互通，透過多點的資訊對接，來判斷出鋼卷序號。
「不要把問題放在同一個地方，比如利用多點攝影機、多資訊的串流，去補足AI模型上的不足，就能讓整個系統的準確率達到100%。」他說。
另一個例子，則是高爐原料粒徑分析的AI應用。一般來說，高爐是用來將原料溶解為鐵水，而原料在送入高爐時，若粒徑大小分佈較平均，就能提升高爐的燃燒效率，中鋼甚至推算，高爐燃燒效率每提高1%，每年可以減少上億的燃料經費，因此，中鋼用AI來辨識每顆原料的粒徑大小，即時計算出進到高爐的物料大小與分佈狀況，再根據計算結果來調整物料分佈，進而提升燃燒效率。
許朝詠表示，上述兩個案例的共通點，在於資料的取得非常容易，不管是序號或是原料的影像資料，都在產線上不斷產生，「影像取得沒問題，資料也乾淨，較有機會訓練出良好的深度學習模型，也有機會快速達到成效。」相對來說，瑕疵辨識這類AI應用的影像資料搜集，就比較困難。
「要判斷一個案子能不能做，可以先看能不能蒐集到足量的資料。」這就是許朝詠歸納的第一大AI導入經驗。
3大AI導入經驗之二：不是最新技術也能打造最切合場景需求的應用
許朝詠也接續說明了無人天車的AI應用。天車是一種重型的起重裝置，用來吊送貨品、放置到指定位置，而中鋼就是將原先需要人為操控的天車，透過AI達到無人化，「這也是我認為中鋼應用AI最成功的案例。」
要達成無人天車，主要是把人眼看到的操作資訊，透過電腦視覺轉換為控制的指令，再交由天車自動執行，也就是將操作人員看見的鋼卷位置、放置位置及操作方法，都轉換為天車指揮系統可以判讀的資訊，再透過運動控制達到自動化。
無人天車使用的技術，包括能透過座標辨識來裝卸鋼卷的機器視覺系統，以及能透過RFID讀取鋼卷身份，再準確偵測鋼卷的中心位置來吊起鋼卷的智慧型吊夾，而整體鋼卷的吊運排程與吊運路徑最佳化，則是由天車指揮系統來規劃，中鋼同時也建置用來傳輸車籍資料、整合裝卸車資料的雲端倉儲管理系統。達到天車操作全自動化之後，中鋼也設置了主動式安全防護機制，透過深度學習來偵測天車下方是否有人行走，並在行駛過程中自動辨識障礙物與閃避。
建置了無人天車帶來的一大效益，就是能在出貨的前一晚，由機器自動理貨，將要出廠的貨物就近放置到出貨的位置，「天車不會休息，人會休息，在不需出貨的時間先理貨，就能加速出貨的效率。」許朝詠說。
中鋼的無人天車也早在2018年就投入運作，至今已經完成超過數十萬顆鋼卷的吊運。不只自建自用，中鋼也將這套無人天車系統外銷到中國鋼廠，2019年就已經銷售了12套系統，今年武漢肺炎疫情期間，更是遠距協助客戶調機、將系統落地。
不過，這個貼近鋼鐵業需求的無人天車，實際上並無用到深度學習技術，「深度學習雖然是好工具，但不一定是最佳工具，也不是唯一的工具。」許朝詠表示，由於天車在裝卸鋼卷時，需要非常精準的定位，誤差超過5公分就可能吊不起鋼卷，但深度學習在位置偵測的精準度上並無優勢，加上判斷速度較慢，「傳統影像處理有些技術，應用上會比深度學習來的更好。」
換句話說，不是用最新、最強的技術就好，不同應用場景有其最合適使用的技術，這就是許朝詠歸納的第二大AI導入經驗。
3大AI導入經驗之三：從自動化、人機協作到智慧化循序漸進落地AI
最後，許朝詠也提出一項正在建置的AI應用，也就是出貨前的鋼卷智能檢核，雖然目前僅有初步成果，但這項應用實際影響了傳統檢核作業流程的轉變。
許朝詠解釋，鋼鐵在包裝、裝載完成之後，還需要檢核包裝外觀，以避免客戶收貨後發現包裝瑕疵，因而對品質產生疑慮。為了檢核來自23個倉庫的貨品，中鋼設置了4個主要的檢核站，共計17個車道、每個車道配置4名檢核人員，車輛在倉庫裝載貨品後會先前往檢核站，由人工檢查外觀是否破損，並核對貨品身份與數量，完成檢核才能出廠。
但傳統的人力檢核方式，不僅人力成本較高，大量出貨時載貨司機也常需排隊等待，更佔用了約兩個倉庫的空間來檢核。對此，中鋼試圖透過AI智能檢核的方式，將傳統的檢核中心改以一個雲端檢核中心來取代，在每個倉庫出貨前，直接將鋼卷影像上傳雲端，由檢核人員從雲端照片來判斷是否有瑕疵，若無即可放行車輛出廠，不只能加快檢核效率，檢核人員也能更輕鬆完成任務。
而這些檢核照片的篩選，則是先拍攝車輛進入檢核站的影像，經過運算後，自動擷取鋼卷正面、側面品質最佳的影像，透過自動檢放系統來提供檢核人員檢驗，經實測後，完成8張鋼卷照片的檢驗大約只要8秒。
許朝詠表示，將檢核流程雲端化只是第一步，中鋼下一步要利用檢放系統，在檢核人員雲端判讀照片狀況的同時，蒐集異常照片的資料，再利用深度學習的技術來訓練瑕疵辨識模型，進一步將檢核流程自動化且智慧化，來取代人工作業。
「邁向智慧化的過程，很多人會想要一步到位，但很困難，如果能用AI先實現局部的自動化，透過人機協作來提升作業效率，並同步搜集資料，就會對智慧製造的實現有很大的幫助。」許朝詠認為，AI落地並非一蹴可幾，需要一步步優化原先的作業流程，蒐集足夠的資料，才能實現智慧化的目標，這也是他提出的第三大AI導入經驗。
附圖：應用場景的序號本身可能有模糊、手寫字、油漆過淡等問題。
透過資訊的串接，來克服AI序號辨識可能不夠精準的問題。
透過即時原料粒徑大小分析來調整物料分佈，進而提升高爐燃燒效率。
人工檢核過程。
透過檢放系統來檢驗熱軋鋼卷的包裝外觀。
資料來源：https://www.ithome.com.tw/news/141163?fbclid=IwAR3UUiJ0rpr7aUf8d2FmGZaZp3_e4E-9esf6ZOD1iiA20Id4ZYo1-hK7iwc
中鋼高爐數量 在 Fw: [問卦] 台灣中鋼技術曾經不下日本德國？ - 看板Gov_owned 的推薦與評價
※ [本文轉錄自 Gossiping 看板 #1Uo8gagt ]
作者: cjol (勤樸) 看板: Gossiping
標題: [問卦] 台灣中鋼技術曾經不下日本德國？
時間: Sat May 23 10:29:38 2020
原來台灣中鋼曾經這麼強過喔
現況如何
有強者可以提供更新？
作者 False () 看板 HSNU_820
標題 Fw: [問卦] 有鋼鐵業薪水高的八卦嗎?
時間 Sat Feb 8 15:40:11 2014
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作者 [email protected] (), 看板 weapon
>==>關於日人看爐火, 這是二手消息! 不過是從一位親戚和另一位朋友得知.
> 練鋼我不懂, 但我看太多模具工廠, 其模具原料or模桿都是日製, 日本雖然不產鐵,
> but其練鐵技術不賴. 台灣的材科, 相信大家都很清楚, 中鋼練的是什麼鋼?我不知道
> 但一定不是精密工業所需. 工業上很多技術都是靠經驗,
>台灣基礎工業依賴日本的程度
> "非常"高, 雖然他們也是仿別人的基礎, 但其更上層樓的技術是他人不及的!
如果你不確定中鋼是僱用日人看爐火, 那就不要在網上亂說.
對中鋼的人是一個大傷害.
中鋼我去了不下二十次了,
都是帶客戶進去參觀或是與中鋼人員做技術研討.
中鋼的高爐及鍊鋼爐都是很先進的設備,
比日本大部份的鍊鋼廠有過之而無不及.
以我的經驗來說,
只有神戶製鋼的產品比中鋼好.
其他的都差不多啦,
高爐鍊出的粗胚.
要再經過精鍊才會變成鋼.
中鋼的設備是設計來做商業用途量產的.
因此, 他可以生產很大量的高品質鋼材.
品質穩定, 價格低廉.
但是你們心中認為的所謂高品質鋼是什麼?
一. 高強度結構用合金鋼?
二. 軸承用鋼?
三. 潛艦用鋼?
四. 航太工業用Seamless鋼材?
第一項, 中鋼做很多, 品質一級棒, 不用懷疑.
第二種, 沒市場. (應該說是被日本人控制整個市場, 無法打入, 且量也不多.)
因此, 沒投資設備的價值.
軸承用鋼必需真空冶鍊, 設備不同.
第三種, 也是會做. 但是又如何呢? 我們軍方又不會跟中鋼買.
因為如果我們要做潛艦, 則我們一定會跟外國一起買配套做好的鋼板.
潛艦建造困難度是整體性的, 環環相扣, 缺一不可.
因此, 只能實驗性質的鍊幾爐來玩玩罷了.
第四種, 中鋼有做, 不過他們不敢保證零缺點.
因此, 我也不敢跟中鋼買.
我不是不信任他們的技術.
我是不爽他們的不想承擔責任的心.
看爐火? 幹嘛啊!!!
爐溫是用精密紅外線感測器自動記錄, 自動控制的.
日本技師難倒有火眼金睛不成? 可以目測溫度,
爐溫跟本無法用肉眼直視, 否則等著便瞎子吧.
別人亂虎爛, 不要把他當真.
我在美國做鋼材買賣多年,
對世界各鋼廠的品質水準很瞭解的.
否則不是自找死路, 準備賠死算了.
中國的寶鋼, 首鋼之流,
大概落後中鋼三十年以上.
請大家瞭解一件重要的觀念,
鍊鋼技術最困難的一點是品質的持續穩定.
這不只是技術的問題, 更是管理與員工自我要求的問題.
中國的鍊鋼廠可以在政策需求下, 生產出高品質的鋼材.
但是他們無法做出穩定品質的鋼.
為了鍊一爐高級鋼, 可能要犧牲很多爐的粗胚.
這在資本主義社會中是不容許發生的.
會倒閉的啊!!!
中鋼的精鍊爐 一爐大約是一百五十公噸的能量
鍊完後 馬上經過連續鑄造機把鋼液鑄成小鋼胚
因此 中鋼的設備適合生產大量品質穩定的各種鋼材
例如我使用最多的是冷鍛品質用鋼材,
這產品, 中鋼的品質可說在世界上排前三名.
這鋼材的困難點是, 不能容忍有瑕疵.
因為有瑕疵的鋼在冷鍛過程中會裂開,
因此, 如何生產沒有瑕疵的鋼就必需在生產過程中很小心.
它必需用礦砂在高爐中生產的粗胚做鍊鋼的原料,
不可以用廢鋼回收為原料的電氣精鍊爐生產,
小鋼胚階段要經過火燄表面切割後, 再經非破壞性檢驗.
再經數道研磨手續後, 才能送到軋鋼場軋鋼.
軋鋼加熱及軋鋼過成要很小心.
否則會有脫碳啦, 晶粒粗大啦, 軋鋼痕啦, 包覆啦等等缺陷出現.
你們知道我賣中鋼的冷鍛品質鋼材,
在美國本地市場價格比美國本地同級鋼材中要貴上10%以上還供不應求.
與日本近口鋼材幾乎同價.
美國市場是最現實的, 也是最嚴苛的, 品質不行, 就是滾蛋.
中鋼最大的缺點是他的名字. 讓人以為它是中國的鍊鋼廠.
每次都要向客戶解釋半天.
因為, 很不容易讓他們瞭解, China Steel的鋼不是Made in China.
其它鋼種, 如電氣用矽鋼, 結構用合金鋼, 焊條鋼, 彈簧鋼,
一般用碳鋼, 快削鋼等, 不勝枚舉.
只要是市場上有投資價值的, 中鋼大都有生產, 而且都做的很令客戶滿意.
如果你們要說像工具鋼之流的才算高品質, 那你們要問問長榮超合金鋼廠了.
他們的品質是連日本很多最重要的特殊鋼廠都要偷偷的來向他們買,
有一次我去長榮超合金鋼廠拜訪他們總經理, 正好有一群日本人也來找他.
我們一起去吃午飯, 那些日本人知道我是長榮的客戶後, 私底下告訴我.
長榮的品質真不是蓋的, 他們相當滿意.
那些日本人是太平洋特殊鋼的V.P.
他們向長榮買的鋼都進口到日本, 有一部份再回流到臺灣.
臺灣客戶都還以為是日本產的呢.
我後來才發現, 很多都是長榮生產外銷到日本的.
日本人只要再做一次材質檢驗, 就可以發出日本的材質證明書.
誰會去注意到那些貨竟是本國產的呢?
現在我都直接向長榮超合金鋼廠購買了.
真是物美價廉.
另外有幾間, 如華新麗華, 燁聯等大廠. 我對他們的品質不清楚.
不過, 我客戶對燁X系列的產品反應很不正面. 也需他們要再努力吧.
像砲管鋼, 這就要找長榮, 而不是找中鋼.
因為中鋼的設備無法有效率的生產此類鋼種.
你們可以說. 中鋼連一個砲管鋼都做不出來. 沒錯.
但不是技術問題, 是投資報酬率的問題.
必需是長榮那種小爐子才能有效率的做出特殊合金鋼.
就像我們煮飯吧, 一鍋十人份的電鍋比一千人份的飯鍋容易控制品質吧.
深入去瞭解本土的企業, 您們會發現很多值得我們臺灣人驕傲的地方.
以臺灣的環境, 可以在這種環境中立足, 又與全世界競爭.
沒三把刷子是不可能的.
還有, 很多錯誤觀念都是老師或教授誤導的.
我一個依利諾大學機械博士班的學弟告訴我.
臺灣的工業水準非常差, 連一個螺絲都做不好.
我很納悶, 臺灣螺絲業是執世界牛耳的, 怎麼會做不好呢?
趕緊問他是怎麼回事.
他說, 他在工研院上班時, 買的儀器有附一些螺絲.
後來部份螺絲壞掉後, 他到外面的工廠訂了一些一模一樣的回來.
結果, 沒多久就壞了, 崩牙.
他說, 美國的螺絲用那麼久也不會壞. 臺灣的一次就壞掉.
因此, 臺灣的螺絲工業水準很差.
我問他, 你訂做的螺絲強度是幾級的. G-2, G-5, 或是G-8.
他說, 不知道.
反正他拿一支美國的當樣品, 拿給工場廠叫他一模一樣的作做就是了.
工廠馬上車製了他要的數量給他, 可惜, 不堪一用.
問題點是, 強度未說明. 當然是給他低碳鋼的螺絲. 且未熱處理. 強度可想而知.
一般儀器用螺絲都是G-8合金鋼生產且經熱處理, 知道這點就可瞭解誤會原因了.
現在他在某大學任教, 遇到螺絲的問題, 還不是一樣說, 臺灣的品質爛.
他都不認為是他自己不懂, 他的學生就會受到壞影響.
我看過太多例子了.
你們可能不知道, 瑞典車的螺絲都是春雨生產的. 英國及德國車也一大部份是用春雨
的螺絲. 幾乎自由世界的車子, 輪胎螺帽都是三星做的. 這些都是獲得信耐的, 螺絲
王國非浪得虛名.
記得三年前的岡山大水災, 讓岡山的螺絲工廠停了兩個星期的工.
影響多大, 你們一定無法想像.
全世界螺絲產量的30%浸在水下, 導致全世界螺絲業大恐慌,
造成為期兩年的全世界螺絲價格巨大波動, 也許您們沒察覺, 但工業界多多少少受到
波及啦.
前年聖誕夜我去一個朋友家聚餐, 他邀請了很多芝加哥附近大學教授的一起來聚會. 席間
,大家知道我是做鋼材的, 都紛紛問我中鋼不是品質很差嗎?
害我幾乎整晚在向他們解釋中鋼的品質水準, 飯都沒怎麼吃到.
這就是國人對中鋼的錯誤觀感, 真是可怕啊.
最後, 我強調一點, 我不是中鋼的人,
我是客觀的對我銷售的產品做批評罷了.
我賣的日本鋼及德國鋼也不錯啊.
好的品質才能做的輕鬆又快活.
像美國, 加拿大, 巴西, 土耳其, 埃及, 中國大陸, 新加坡, 蘇聯, 澳洲, 英國, 那
種品質的我是絕對不會去碰的. 倒是韓國鋼廠的挺不錯的, 但交貨期太爛.
以前看到網友談論臺灣的基礎工業, 其實很多您們不知道的啦, 臺灣是很有競爭力
了啦. 只是那些老闆們都不願聲張, 因為樹大招風, 避免兄弟茶買不完啦.
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英國老人在海關翻找護照，動作很慢找了很久，女海關尖酸的問：你來過法國？
英國老頭說：我只來過一次。女海關更尖酸的問：你來過怎麼不知道提前拿護照？
老頭：我上次來時沒檢查護照。
女海關高聲叫道：不可能！英國佬來法國我們永遠都要檢查護照！
老頭：44年登陸時候，海灘上可一個法國人沒見著...
旁邊德國老頭說：是的，這個我能證明，當時灘頭確實一個法國人都沒有...
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※ 編輯: cjol (119.14.175.147 臺灣), 05/23/2020 10:42:06
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※ 轉錄者: cjol (119.14.175.147 臺灣), 05/23/2020 12:16:14
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