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怎样运用AI控制数字化制造?

时间:2022-08-09 09:05:29作者:沃卡惠文章来源:千家网

  尽管科学家和工程师们还在源源不断地造就可用于3D打印的具有特殊品质的新材料,但这或许是一项有着挑战性且成本昂贵的任务。

  为了找到始终如一地产生新材料最佳打印质量的最佳参数,专业操作人员经常需要进行人工试错实验,有时建立数千张打印。打印速度和打印机沉积的材料量是其中的一些变量。

  当下,麻省理工学院的研究人员运用AI来简化这一过程。他们开发了一种机器学习系统,运用计算机视觉来监控生产过程,并实时修复处理错误。

  在使用模拟训练神经网络更改打印参数以降低错误后,他们将控制器放在真正的3D打印机上。

  这项工作避免了打印数万或数亿实际对象来教授神经网络的过程。另外,这可能使工程师更容易在其设计中加入新颖的材料,使之能够造就出具有独特的化学或电气特性的产品。假如在设置或正在打印的材料发生意外变化,这也可能使技术人员更容易对打印过程进行快速调整。

  由于涉及大量的试验和错误,为数字化制造方法选择最佳参数可能是过程中最昂贵的步骤之一。另外,一旦技术人员发现功能良好的组合,这些参数仅在该特定情况下是最佳的。因为其缺乏有关该物质怎样在各种环境、各种装备上发挥作用或新批次是否具有不同特征的信息。

  另外,使用机器学习系统也存在困难。研究人员必须首先对打印机上发生的事情进行实时测量。

  因此,他们开发了一个机器视觉装置,两个摄像头指向3D打印机的喷嘴。该技术在材料沉积时对其进行照明,并根据通过的光量确定材料的厚度。

  要训练基于神经网络的控制器来理解这个制造过程,需要进行数百万次打印,这是一个数据密集型操作。

  他们的控制器使用一种被称为强化学习的方法进行训练,这种方法通过在模型出错时付费来教育模型。该模型需要选择可以在虚拟环境中生成特定对象的打印参数。当模型在给定预测结果后,选取的参数使其打印结果与预期结果之间的方差最小即可获得。

  在这种情况下,“错误”意味着模型要么分配了过多的材料,填充了应该保持空白的空间;要么没有足够的材料,留下了需要填充的空间。

  殊不知,现实世界比模型还要粗糙。事实上,条件往往会因微小的波动或印刷过程噪声而改变。研究人员运用这种方法来模拟噪声,进而产生更准确的结果。

  当对控制器进行测试时,这比他们检查的任何其他控制策略都更精确地打印出物体。其在打印填充材料时尤其有效,这涉及到打印物体的内部。研究人员的控制器改变了打印路径,使物体保持水平,而其他一些控制器放置了大量材料,使打印的物体会向上突出。

  即使在材料沉积之后,控制策略也可以了解其怎样分散和适应参数。

  研究人员打算为其他制造过程建立控制,当下他们已经证明了这种方法在3D打印中的效率。他们还想研究怎样改变策略,以适应有多个材料层或各种材料同时生产的情况。另外,他们的方法假设每种材料都有恒定的粘度,但以后的版本可能会使用AI实时检测和计算粘度。

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