تطوير نظام فحص ثلاثي الأبعاد مدعوم بالذكاء الاصطناعي لشركة Cerulean خلال 6 أشهر فقط

ملخص المشروع

قدمت ساينس سوفت حلًا مدعومًا بالذكاء الاصطناعي يوفّر فحصًا ثلاثي الأبعاد عالي الدقة للبطاريات لصالح شركة رائدة عالميًا في حلول مراقبة جودة التصنيع. خلال 6 ثوانٍ فقط، يُحوِّل النظام صور الأشعة السينية إلى نماذج مجسّمة ثلاثية الأبعاد، ويكتشف أدق العيوب الهيكلية داخل البطاريات.

نبذة عن شركة Cerulean

Cerulean هي شركة بريطانية رائدة في تقديم حلول الاختبار والقياس لقطاع التصنيع، وتتمتع بخبرة تتجاوز 80 عامًا في السوق، مع شبكة عالمية من فروع المبيعات والخدمات. تمتلك Cerulean سجلًا عريقًا من الإنجازات في مجال الاختبارات الدقيقة لصناعة التبغ. وعلى مر السنين، نجحت Cerulean في التوسع إلى ما وراء اختبارات التبغ التقليدية نحو مجالات ناشئة مثل السجائر الإلكترونية ومنتجات التدخين الإلكتروني (vaping)، ومنتجات التبغ المسخَّن (Heat-not-burn)، وقياس درجة حرارة الأغذية، واختبار التغليف.

مع تشديد اللوائح التنظيمية العالمية المتعلقة بالتبغ ومنتجات التدخين الإلكتروني والتبغ المسخن، أصبحت الاختبارات الدقيقة أمرًا بالغ الأهمية. وتحظى معدات Cerulean بثقة عالمية في التحقق الصارم من الامتثال التنظيمي، مع الالتزام بأعلى معايير القياس والمعايرة. وتتبع عملياتها مبادئ التصنيع الخالي من الهدر، مع التحسين المستمر، وتلتزم بمعايير الأيزو 9001 و17025. كما تسهم الشركة بفعالية في الهيئات العلمية والصناعية مثل CORESTA وACS وTSRC.

لتعزيز مكانتها في طليعة الابتكار، سعت Cerulean إلى تحسين معدات الفحص لديها بإضافة طبقة برمجية ذكية لأتمتة فحص جودة البطاريات. وكان الحل المقترح يهدف إلى معالجة البيانات الأولية لصور المسح بالأشعة السينية التي تلتقطها منظومة الفحص الروبوتية لدى Cerulean، وإعادة بناء نماذج ثلاثية الأبعاد عالية الدقة لكل بطارية، واكتشاف عدم محاذاة قطبي البطارية (الأنود والكاثود)، ومشكلات البروز، وغيرها من العيوب الداخلية.

لتحقيق هذه الرؤية، بحثت Cerulean عن شريك تقني يتمتع بخبرة عميقة في تقنيات التصوير ثلاثي الأبعاد، والرؤية الحاسوبية، ومراقبة الجودة الصناعية. وقد وقع الاختيار على ساينس سوفت لتطوير نظام تحليل صور قوي وفعَّال وقابل للتوسع لمنتج الشركة.

هندسة نظام عالي الدقة لفحص البطاريات في الوقت الفعلي

نفّذ فريق ساينس سوفت، المكوّن من 4 مهندسي برمجيات ومدير مشروع، مشروعًا استمر 6 أشهر لتطوير حل مؤتمت بالكامل لتحليل الصور ودمجه في معدات الإنتاج لدى Cerulean.

تسريع تحليل صور الأشعة المقطعية عبر مسار إضافي ثنائي الأبعاد

بدأ المشروع بجمع عينات من البيانات ومراجعة جميع الوثائق المتاحة لتكوين فهم شامل لمعدات Cerulean الإنتاجية وأهداف الفحص. بناءً على هذا الأساس، أجرى مهندسو ساينس سوفت أبحاثًا متعمقة على بيانات الأشعة المقطعية، واختبروا طرق إعادة البناء، وحددوا معلمات المعالجة المثلى لتحقيق أقصى قدر من الدقة والاستقرار والسرعة.

التغلب على التحديات المرتبطة بجودة صور الأشعة السينية للبطاريات

خلال مرحلة البحث والتطوير (R&D) المبكرة، لاحظ فريق ساينس سوفت تفاوتًا في جودة إعادة البناء عند معالجة بيانات التصوير المقطعي المحوسب (CT)، وهو أمر شائع في تصوير المكونات المعدنية أو المركبة بالأشعة مثل خلايا البطاريات. أثَّرت اختلافات كثافة المواد وانعكاس السطح وموضع الخلايا في شدة إشارات الأشعة السينية الملتقطة، ما أدى بدوره إلى ظهور عيوب محلية وعدم تجانس سطوع الفوكسلات في النماذج ثلاثية الأبعاد.

لضمان دقة إعادة البناء، ضبط مهندسو ساينس سوفت معلمات إعادة البناء الرئيسية، وأدخلوا عوامل تصفية لتقليل التشويش التصويري تتكيّف ديناميكيًا مع تباين الصورة وكثافتها. وقد أسهم ذلك في تقليل تأثيرات تصلب حزمة الأشعة وتشتتها، ونتج عنه بُنى داخلية واضحة ومتسقة لمختلف أنواع الخلايا. ونتيجة لذلك، أصبحت عملية الفحص أكثر موثوقية، إذ تمكَّن مهندسو الجودة من اكتشاف حتى العيوب الداخلية الدقيقة بثقة، ما قلَّل من حالات الرفض الخاطئ، وخفّض تكاليف إعادة العمل والفحص اليدوي.

تطوير نظام متكامل لمراقبة الجودة ثلاثية الأبعاد

بعد التحقق من كفاءة المحرك التحليلي الأساسي، صمم فريق ساينس سوفت نظامًا متكاملًا وجاهزًا للتشغيل في بيئة الإنتاج يتكون من الوحدات الرئيسية التالية:

• وحدة إدخال البيانات ومعالجتها المسبقة في الوقت الفعلي: تتصل مباشرةً بمعدات المسح التي تعمل بنظام Beckhoff (مثل كاميرات المسح الخطي، وأجهزة المسح المقطعي المحوسب)، وتتولى تنظيم التقاط البيانات، والتحقق من اكتمال المسح وصحة البيانات الوصفية، وإطلاق خطوات التحليل اللاحقة.
• وحدة التحليل الخطي ثنائي الأبعاد: تعتمد على خوارزميات الرؤية الحاسوبية القائمة على الشبكات العصبية الالتفافية (CNN) لاستخراج نقاط التحكم من صور الأشعة السينية ثنائية الأبعاد، وإجراء فحوصات سريعة للأبعاد، والتحقق من أبعاد المقاطع العرضية، وشكلها الهندسي، والموضع وفقًا لحدود التفاوت المسموح بها.
• محرك إعادة البناء ثلاثي الأبعاد وتحديد موقع البطارية: يجمع بين شرائح متعددة من الأشعة السينية في نموذج مجسّم كامل للبطارية يحدد موضعها واتجاهها الحقيقيين عبر اكتشاف مستوييها المرجعيين XY وXZ وتحديد منطقة الاهتمام بدقة. وبعد تصحيح البطارية افتراضيًا، يستخرج النظام صورتين مقطعيتين ثنائيتَي الأبعاد بزوايا معيارية ثابتة تكشف بوضوح طبقات الأنود والكاثود بغض النظر عن وضع البطارية داخل جهاز المسح.
• وحدة تحليل الأنود والكاثود وتتبعهما وحساب البروز: تتولى تمييز قطبي البطارية باستخدام شبكة عصبية مدربة على تحديد القوام وأنماط الكثافة والأشكال، ما ينتج صور ثنائية واضحة لكل بنية، يستخدمها النظام لحساب نقاط التتبع أو التحكم لكل أنود، والبروز (مدى امتداد الأنود خارج الكاثود)، والمسافات بين طبقات الأنود، والتباعد بين طبقات الأنود (مقاييس الكثافة). كما يقارن نموذج قائم على تحويل الرؤية (Vision Transformer - ViT) جميع هذه البُنى مع أنماط مرجعية وقواعد التفاوت للكشف عن عدم المحاذاة والبروز المفرط وعدم انتظام المسافات وغيرها من العيوب الداخلية.
• وحدة تصدير البيانات وإعداد التقارير: تتولى هيكلة النتائج المعالجة وإرسالها إلى واجهات العرض ونظام تنفيذ التصنيع (MES) لدى العميل أو قاعدة بيانات التحكم في الإنتاج لحفظ السجلات والتحليلات اللاحقة.
• لوحات مراقبة النظام والتشخيص: تتولى تتبع سجلات المعالجة، واستخدام الموارد والأجهزة، وأداء الوحدات (مثل معدل عمليات المسح، ومعدلات الأخطاء، والكمون) لضمان التشغيل المستقر عالي السرعة.
• واجهات سهلة الاستخدام لمديري الجودة: تعرض مؤشرات الفحص الرئيسية مثل معدلات النجاح والفشل، ومتوسط زمن المسح، وتوزيع العيوب.

التحقق الميداني والضبط النهائي

تعاون مهندسو ساينس سوفت عن كثب مع الفريق الفني لشركة Cerulean خلال مرحلة التحقق الميداني. وقد ضمنت جلسات اكتشاف الأخطاء ومعالجتها والمعايرة المشتركة أن يعمل النظام بسلاسة مع معدات المسح وبيانات الإنتاج، مع الحفاظ على الدقة في ظل ظروف التشغيل الفعلية.

أبرز النتائج التي حققناها لشركة Cerulean

• توسيع وتعزيز مجموعة المنتجات: عزَّزت Cerulean مجموعة منتجاتها بنظام آلي عالي الدقة لمراقبة جودة البطاريات. وبفضل التحليل ثنائي وثلاثي الأبعاد، وتحسين سير العمل، أصبح مسار التحليل الكامل يعمل الآن في 6 ثوانٍ فقط.
• تحقيق قيمة سريعة: نجحت ساينس سوفت في نقل الحل الجديد من مجرد فكرة إلى نظام جاهز للعمل خلال 6 أشهر فقط.
• تعزيز المكانة في السوق: من خلال دمج تقنية الذكاء الاصطناعي (AI) والتصوير ثلاثي الأبعاد (3D) في معداتها، عزَّزت Cerulean مكانتها كشركة رائدة في أنظمة الاختبار الدقيق ومراقبة الجودة.
• قابلية التوسع في المستقبل: تتيح البنية المعيارية ومجموعة التقنيات المرنة لشركة Cerulean توسيع نطاق الحل بسهولة ليشمل خطوط إنتاج وسيناريوهات فحص جديدة.

التقنيات والأدوات

Python, OpenCV, C++, .NET, Beckoff PLC