Fabrication en continu : un meilleur savon avec Bonsai

Bonsai vous offre des outils pour créer, entraîner et déployer des cerveaux IA. L’extrusion, processus courant pour la fabrication de savon, est un cas d’usage possible de cerveaux dans le monde de la fabrication en continu. Le processus d’extrusion consiste à chauffer le matériau dans une vis d’extrusion puis à le faire passer par un trou découpé selon la forme souhaitée.

Exemple d’infographie d’extrusion

TBD :::image-end:::

Contoso Soaps

Logo Contoso

La Division Contoso Consumer Products comprend Contoso Soaps, qui utilise l’extrusion pour produire des milliers de tonnes de savon par an.

Les ingénieurs de Contoso pensent qu’ils peuvent améliorer le rendement de la production jusqu’à 15 %, en particulier lors des changements de ligne. Les dirigeants de Contoso sont prêts à investir dans des améliorations, à condition d’acquérir la certitude que les modifications suggérées fonctionneront.

Contoso s’appuie sur un système APC (Advanced Process Control) reconnu dans son secteur d’activité et des opérateurs experts pour contrôler le processus d’extrusion. Les opérateurs passent des commandes de supervision au système APC pour mettre en œuvre des stratégies de contrôle. Le système APC ajuste l’équipement de la ligne en fonction de la stratégie de contrôle.

Le système de contrôle peut définir les éléments suivants :

  • Vitesse de la vis
  • Température dans les différentes zones de la vis
  • Ouverture du trou par lequel sort le matériau du savon

Chaque paramètre de contrôle doit être étroitement contrôlé afin que le savon produit réponde aux spécifications de qualité établies par Contoso.

Limitations des méthodes de contrôle actuelles

La fabrication de savon est un processus chimique complexe et difficile à maîtriser. Il est particulièrement difficile de décrire et de prédire ce que subit le savon à l’intérieur de l’extrudeuse. De plus, le processus étant dynamique, les méthodes de contrôle changent en fonction du type de savon fabriqué. C’est, par exemple, le cas quand on délaisse la fabrication de savons gras au profit de savons plus secs ou qu’on change la couleur des savons. Les autres sources de variabilité de fabrication sont les suivantes :

  • Changements de la qualité des matières premières
  • Usure mécanique des composants de l’extrudeuse
  • Résidu de savon laissé dans l’extrudeuse après plusieurs cycles de fabrication

Avantages des cerveaux Bonsai

Les cerveaux Bonsai offrent des méthodes de contrôle améliorées, car ils apprennent en se confrontant au problème qu’ils doivent résoudre. Les ingénieurs de Contoso veulent un cerveau qui :

  • signale automatiquement leur système APC ;
  • s’adapte rapidement aux changements de production ;
  • applique des modifications de processus à court terme quand l’extrudeuse est recouverte de savon après plusieurs cycles de production ;
  • applique des modifications de processus à long terme en fonction de l’usure des composants de l’extrudeuse.

Le tableau ci-dessous met en évidence les principales façons dont le cerveau de l’extrudeuse de Contoso s’améliore au contact du système de contrôle existant.

  Icône d’évolution dynamique Icône de concurrence Icône Point d’interrogation
  Systèmes dynamiques/hautement variables Objectifs ou stratégies concurrents Conditions inconnues
Système de contrôle actuel Contrôle uniquement une plage étroite de scénarios Aucun compromis entre les objectifs et les stratégies Absence de réponse aux entrées inconnues et aux changements du comportement du système
Cerveau S’adapte à un large éventail de scénarios Apprend et trouve un équilibre entre plusieurs stratégies Découvre des stratégies pour les entrées inattendues et les changements de comportement

En outre, les cerveaux peuvent aider les opérateurs et les ingénieurs de Contoso à améliorer le contrôle manuel de l’extrudeuse en conseillant les opérateurs (sur la ligne de fabrication ou dans la salle de contrôle) au lieu de contrôler directement l’extrudeuse. Contoso commence par faire en sorte que le cerveau conseille les opérateurs dans la salle de contrôle. Si le cerveau agit bien, les ingénieurs envisagent de le laisser contrôler de façon autonome les tâches moins critiques afin que les opérateurs puissent se concentrer sur des décisions de contrôle plus cruciales.

Conception du cerveau de l’extrudeuse de Contoso

Quand les ingénieurs, les opérateurs et les scientifiques des données de Contoso se rencontrent pour concevoir leur cerveau Bonsai, ils commencent par définir le problème qu’ils souhaitent résoudre. Ils s’appuient sur leur expérience du système actuel pour identifier les stratégies de contrôle utiles. Ils traduisent ensuite leurs stratégies en code Inkling que Bonsai utilise pour entraîner leur cerveau.

Étape 1 : Définir les actions que le cerveau contrôle

Les actions clés que le cerveau contrôle pour une extrudeuse sont la vitesse de la vis, les températures des zones et la taille du trou à l’extrémité.

Étape 2 : Identifier les stratégies de contrôle que le cerveau doit apprendre

Les cerveaux peuvent commencer par apprendre les stratégies de contrôle existantes, puis les combiner de nouvelles façons afin de générer des stratégies réactives pour le contrôle de l’extrudeuse. Au terme d’une discussion, l’équipe Contoso adopte les stratégies suivantes :

Problème Cause Réponse
Blocs de savon en dehors de l’extrudeuse Le savon gras a été chauffé de manière incorrecte Modifier la chaleur
Chutes du débit pour la fabrication de savon sec La vis est configurée pour la fabrication de savon gras Modifier la chaleur et la vitesse de la vis

Étape 3 : Choisir les stratégies d’implémentation

L’équipe décide que la température de la vis doit être contrôlée séparément du trou de l’extrudeuse pour préserver la qualité du savon lors des changements. L’équipe décide également qu’elle doit entraîner deux stratégies de contrôle :

  • La stratégie 1 est destinée au savon gras.
  • La stratégie 2 est destinée au savon sec.

Enfin, l’équipe décide que la définition de « gras » et « sec » est approximative, car elle change suivant la couleur du savon et les conditions de traitement. Le cerveau doit donc apprendre à partir d’un vaste ensemble d’entrées pour chaque stratégie.

Étape 4 : Créer une simulation d’entraînement

Les cerveaux apprennent au travers d’une simulation itérative. L’équipe Contoso rencontre ses experts en simulation afin de décider si elle peut adapter son simulateur existant pour qu’il réagisse de manière itérative aux instructions du cerveau.

Elle décide qu’elle peut convertir son simulateur existant en simulateur d’entraînement. Quand ils terminent de modifier le simulateur, les ingénieurs l’ajoutent à leur espace de travail Bonsai en utilisant l’API de simulateur. Pendant l’entraînement, Bonsai met à l’échelle le modèle de simulation dans le cloud et l’utilise pour générer des états d’entrée pour le plan de Machine Teaching.

Conception du cerveau de l’extrudeuse de savon de Contoso

Le diagramme suivant illustre le dernier cerveau d’extrudeuse conçu par l’équipe Contoso. La conception est modulaire et comprend les éléments suivants :

  • Deux stratégies apprises (Savon gras et Savon sec)
  • Un sélecteur pour déterminer quand chaque stratégie est appropriée

Diagramme technique du cerveau final

TBD :::image-end:::

Après l’entraînement, l’équipe peut exporter son cerveau et l’ajouter à son processus de contrôle. Comme son ancien système, son nouveau cerveau sait comment appliquer les stratégies opérationnelles actuelles. Toutefois, contrairement à son ancien système, son cerveau sait également comment combiner ces stratégies de nouvelles façons et réagir automatiquement aux modifications qui se produisent dans l’extrudeuse.