Kurz nach dem Start von GPT-4V Anfang 2023 erhielten wir einen Anruf von einem langjährigen Kunden.
Zwei Jahre zuvor hatten wir ein Oberflächeninspektionssystem auf Basis von YOLOv5 für ihre Fabrik eingesetzt.die seitdem stabil funktioniert hat.
Am Telefon stellte er eine nachdenklich machende Frage:
Ich habe gesehen, dass GPT-4V alle Arten von Bildern interpretieren und fast alles erkennen kann. Können wir es direkt für die Qualitätsprüfung übernehmen?
Ich habe damals eine einfache Antwort zurückgehalten.
Um ehrlich zu sein, waren wir selbst von der Idee ebenso fasziniert.
Die Vorführungen multimodaler Großmodelle sind unbestreitbar beeindruckend.Keine Ausbildung oder Kennzeichnung erforderlich; es liefert eine Zero-Shot-Leistung aus der Box.
Wenn diese Fähigkeit nahtlos auf Fabriken übertragen würde, würde das gesamte Regelwerk für industrielle visuelle Inspektion neu geschrieben werden.
Wir haben fast zwei Jahre lang verschiedene multimodale große Modelllösungen in mehreren Projekten getestet.
Unsere Schlussfolgerung ist eindeutig: So verlockend die Technologie auch erscheinen mag, die industrielle Anwendung in der realen Welt hat harte Einschränkungen.
Dieser Artikel dokumentiert alle Fallstricke, denen wir in diesen zwei Jahren begegnet sind.
Bevor wir uns mit großen multimodalem Modellen beschäftigen, ist es wichtig, die Branchenbasis zu definieren:
Die heute vorherrschende Lösung für die industrielle visuelle Inspektion beruht auf Objekterkennung und Segmentierungsmodellen, die durch die YOLO-Serie dargestellt werden.
Dies ist kaum ein neuer Trend. Von YOLOv3 über die weit verbreiteten YOLOv8, YOLOv9 und YOLOv10 wird die YOLO-Familie seit Jahren in industriellen Produktionslinien implementiert.mit einem ausgereiften technischen Stack.
Erstens, ultra-schnelle Schlussfolgerungsgeschwindigkeit.
Ausgerüstet mit Standard-Edge-Computing-Boxen und Industrie-Kameras schließt YOLOv8 die Inferenz für einen Bildschirm innerhalb von 10 bis 30 Millisekunden ab, was der Taktzeit der meisten Produktionslinien entspricht.
Zweitens genügend Detektionsgenauigkeit.
Mit ausreichend gekennzeichneten Datensätzen erreicht die YOLO-Serie eine hervorragende Präzision für häufige Defektkategorien und erreicht leicht einen mAP von über 90%.
Drittens, ein ausgereiftes Einsatz-Ökosystem.
Fertige Toolchains unterstützen mehrere Bereitstellungsframeworks, darunter ONNX, TensorRT und OpenVINO.Der vollständige Arbeitsablauf von der Modellschulung bis zum Einsatz vor Ort wurde durch unzählige Industrieprojekte validiert.
Viertens, ein umfassendes Ökosystem mit Open Source.
Die aktive Open-Source-Community bietet für die meisten technischen Hürden zugängliche Lösungen mit zahlreichen vorgebildeten Gewichten, Datenerweiterungskits und Markierungstools.
Daher ist die YOLO-Serie praktisch die Standardwahl für Projekte zur industriellen visuellen Inspektion, die 2024 gestartet werden.
Es gibt keine Notwendigkeit, darüber zu diskutieren, ob Deep Learning übernommen werden sollte.
Die neue Kernfrage stellt sich nun: Bleibt YOLO mit dem Aufkommen multimodaler Großmodelle immer noch die optimale Lösung?
Im Jahr 2023 gab es eine explosive Welle multimodaler Großmodellveröffentlichungen.
Modelle wie GPT-4V, Gemini und Claude 3 bieten leistungsstarke allgemeine Bildverständnisfunktionen.
Traditioneller Arbeitsablauf: Um eine bestimmte Art von Defekt zu untersuchen, müssen Sie zuerst Bilder von diesem Defekt sammeln, etikettieren und trainieren.
Multimodale große Modelle: Beschreiben Sie einfach Ihre Nachfrage in natürlicher Sprache, wie "Sehen Sie nach, ob es in diesem Bild Kratzer gibt", und das Modell gibt sofort Ergebnisse zurück.Keine Ausbildung oder Kennzeichnung erforderlich.
Die Kosten für den Kaltstart sinken nahezu auf Null.
Bei der Einführung neuer Produkte müssen keine zwei Wochen für die Datenerhebung, Kennzeichnung und Modellschulung aufgewendet werden, sondern mit wenigen Anweisungen kann das Modell in Betrieb genommen werden.
Traditionelle Modelle liefern nur Grenzkisten und Konfidenzwerte, z.B. Ein Defekt existiert in diesem Feld mit einem Konfidenzwert von 0,87".
Multimodal große Modelle erzeugen eine beschreibende natürliche Sprache: Ein Kratzer von etwa 2 cm erscheint in der oberen linken Ecke des Bildes, wahrscheinlich während des Transports gebildet.Es wird empfohlen, den Verpackungsprozess zu optimieren.."
Die Ergebnisse der Inspektion können direkt in formale Qualitätskontrollberichte umgewandelt werden.
Traditionelle Modelle können nur während des Trainings beobachtete Defektarten erkennen; sie können neue, unsichtbare Defekte nicht erkennen.
In der Theorie haben multimodale große Modelle massive Bilder aus dem Internet verarbeitet, die es ihnen ermöglichen, alle möglichen seltenen und unregelmäßigen Defekte zu erkennen.
Die Abdeckung von Langschwanzfehlern und abnormalen Kantenfällen ist drastisch verbessert.
Bei den traditionellen Lösungen werden festgelegte Kontrollregeln in das Modell eingebettet.
Multimodale große Modelle unterstützen die dynamische Anpassung von Standards über Anweisungen.5 cm" ohne Änderung des zugrunde liegenden Modells.
Das bedeutet, daß die Prüfstandards für die Abstimmung äußerst flexibel werden.
Wenn Sie all diese Vorteile lesen, werden Sie vielleicht auch versucht sein, wie wir es damals waren.Nur um danach in eine Reihe kostspieliger Fallen zu geraten..
Unser Pilotprojekt konzentrierte sich auf die Erscheinungsprüfung von Mobiltelefongehäusen.
Die Produktionslinie verarbeitet alle 3 Sekunden ein Werkstück, was bedeutet, dass die Gesamteinspektionslatenz unter 2 Sekunden bleiben muss, um 1 Sekunde für die robotische Sortierung zu reservieren.
Wir haben den GPT-4V API-Workflow getestet:
Die durchschnittliche Latenzzeit erreichte 46 Sekunden und konnte unter Netzfluktuationen 10 Sekunden überschreiten, die für die Montagelinie viel zu langsam waren.
Sie könnten stattdessen selbst gehostete Open-Source-Multimodal-Modelle wie LLaVA und Qwen-VL vorschlagen.Das Ausführen von LLaVA-13B auf einer A100-GPU erzeugt eine Einbildaufschlussverzögerung von etwa 800 ms zu 1.2 Sekunden.
Während es schneller ist als Cloud-APIs, bleibt es dutzende Male langsamer als YOLO.
Selbst wenn wir die Latenz aus Argumentationsgründen tolerieren, erzählt die Kostenberechnung eine harte Geschichte.
Wie viele Bilder verarbeitet eine Produktionslinie täglich?
Unter der Annahme, daß ein Werkstück alle 3 Sekunden und 20 Stunden täglich betrieben wird, erzeugt eine einzelne Linie täglich etwa 24 000 Inspektionsbilder.
Für die GPT-4V API lagen die Einheitspreise zwischen 0,01 und 0,03 US-Dollar pro Bild, abhängig von der Auflösung und dem Tokenverbrauch:
Dies entspricht nur einer Linie, während unser Kunde 12 Produktionslinien betreibt - eine unerschwingliche Kosten für die Hersteller.
Was ist mit selbst gehosteten Open-Source-Modellen?
Eine einzelne A100-GPU liefert etwa 1 ¢ 2 QPS (Abfragen pro Sekunde).
Wenn man jedoch Server, IDC-Fläche und Wartung berücksichtigt, beläuft sich die jährliche Betriebskosten für eine A100-Einführung auf Hunderttausende von RMB.
Im Gegensatz dazu benötigt ein YOLO-Einsatz nur eine Edge-Computing-Box, die einige tausend RMB kostet, um eine vollständige Produktionslinie zu unterstützen.
Die Kostenlücke erstreckt sich über zwei Größenordnungen.
Das erwies sich als unser frustrierendstes Hindernis.
Die industrielle Inspektion erfordert einen absoluten Determinismus: identische Bilder müssen jedes Mal identische Inspektionsergebnisse liefern.Ansonsten werden standardisierte Qualitätskontrolle und Rückverfolgbarkeit unmöglich.
Multimodal-Großmodelle erzeugen jedoch probabilistische Ergebnisse.
Wir führten einen kontrollierten Test durch, indem wir das gleiche defekte Bild mit einer identischen Anforderung an GPT-4V zehnmal versetzten.
Alles von der gleichen Eingabe und Anforderung.
Diese Zufälligkeit ist für die Qualitätskontrolle in der Fabrik tödlich.
Einige schlagen vor, die Temperatur zur Konsistenz auf 0 zu setzen. Wir haben diese Methode ausprobiert, die die Stabilität verbesserte, aber keine 100%igen Ausgänge garantierte.Große Modelle erzeugen Ergebnisse durch Probenahmeverfahren, und geringfügige Abweichungen bleiben bei Randfällen auch bei Temperatur = 0 bestehen.
Multimodal-Modellleistung hängt vollständig von schnellen Entwürfen ab, die wir mit ausgiebiger Arbeitskraft optimiert haben, um Genauigkeit und Stabilität zu steigern.
Wir entdeckten bald, dass Anweisungen extrem empfindlich auf Wortänderungen reagieren.
Drei Aufforderungen mit nahezu identischen Kernanfragen lieferten sehr unterschiedliche Inspektionsergebnisse:
Anforderung A: Sehen Sie nach, ob auf diesem Bild Oberflächenfehler vorhanden sind".
Hinweis B: "Prüfen Sie sorgfältig die Produktoberfläche und identifizieren Sie Kratzer, Gruben, Fremdstoffe und andere Mängel".
Anweisung C: Tun Sie wie ein professioneller Qualitätsprüfer.
Schlimmer noch, für Produkt A fein abgestimmte Anweisungen verlieren ihre Wirksamkeit, wenn sie auf Produkt B angewendet werden, was eine vollständige Neuausarbeitung der Anweisungslogik für jede neue Produktvariante erfordert.
Wie unterscheidet sich dies von der Umschulung von YOLO-Modellen für neue Produkte?
Die YOLO-Ausbildung stützt sich auf quantifizierbare Evaluierungsmetriken, um deutlich zu signalisieren, wann das Modell den Standards entspricht; die schnelle Abstimmung hängt vollständig von subjektiven Versuchen und Fehlern ab,ohne eindeutige Maßstäbe für eine optimale Leistung.
Halluzinationen sind ein gut dokumentierter Fehler großer Sprache und multimodaler Modelle: Das System erfindet selbstbewusst Details, die nicht existieren.
In der Industrieinspektion zeigt sich dies in drei typischen Fehlern:
Ein Testfall veranschaulicht die Schwere: Ein vollkommen makelloses Produktbild löste eine sehr detaillierte erfundene Analyse aus:In der unteren rechten Ecke wird ein ungefähr 3 mm langer, flacher Kratzer festgestellt., empfohlen wird eine Bewertung der funktionalen Auswirkungen".
Bei näherer visueller Betrachtung gab es in diesem Bereich keine Spuren oder Kratzer.
Wenn solche Halluzinationen Massenproduktionslinien infiltrieren, folgen schwere Folgen:entweder fehlerhafte Waren durchsickern unentdeckt (übersehener Überprüfung) oder qualifizierte Produkte werden fälschlicherweise abgelehnt (falsche Ablehnung).
Da Cloud-APIs unter hoher Latenzzeit und hohen Kosten leiden, scheint eine selbst gehostete Bereitstellung eine Alternative zu sein.
YOLOv8-m läuft sogar auf einem GTX 1080 mit 8 GB VRAM reibungslos.
Es kann sogar auf Edge-Computing-Hardware wie NVIDIA Jetson-Modulen mit einem Stromverbrauch von nur zehn Watt eingesetzt werden.
Die Rechenressourcenschwelle unterscheidet sich um eine ganze Größenordnung.
Für die meisten Fabriken ist die Installation eines A100-Servers auf der Produktionsfläche sowohl in Bezug auf die Investitionsausgaben als auch auf den täglichen Betrieb und die Wartung unpraktisch.
Nachdem wir über alle oben genannten Fallstricke gestolpert waren, haben wir uns zurückgezogen, um über eine grundlegende Frage nachzudenken:
Welche Kernkompetenzen werden von der industriellen visuellen Inspektion im Wesentlichen gefordert?
Dies ist die Grundlage für eine standardisierte Qualitätskontrolle und eine vollständige Rückverfolgbarkeit; probabilistische Ergebnisse sind inakzeptabel.
Die Reaktionszeit der Produktionslinie ist rigid und die Inspektion darf kein Engpass werden.
Eine 10ms Abschlusszeit und eine 1000ms Abschlusszeit stellen völlig unterschiedliche Betriebswirklichkeiten dar.
Wie viele Frames können pro Sekunde verarbeitet und wie viele Werkstücke können täglich geprüft werden?
Die Rechenkosten müssen kontrolliert bleiben und jährliche Ausgaben in Höhe von hunderttausenden US-Dollar für eine einzelne Produktionslinie vermieden werden.
Fabriknetzwerkumgebungen sind komplex; viele Werkstätten haben keine stabilen oder zugänglichen Internetverbindungen.
Modelle müssen lokal auf Edge-Geräten arbeiten, anstatt sich auf Cloud-APIs zu verlassen.
Wenn ein Defekt festgestellt wird, muss das System den Inspektoren den genauen Standort und die Kategorie des Defekts klar mitteilen.
Idealerweise sollte es Fehlerkoordinaten, Flächen- und Vertrauenswerte für die nachgelagerte Systemintegration ergeben.
Die Produkte werden regelmäßig verbessert und die Prüfstandards revidiert.
Die Anpassungskosten für jede Iteration müssen überschaubar sein, ohne dass jedes Mal eine vollständige Rekonstruktion erforderlich ist.
Wenn man diese sechs Grundvoraussetzungen mit den beiden technischen Verfahren vergleicht, zeigt sich ein deutlicher Kontrast:
Kann also ein multimodales Großmodell die YOLO ersetzen?
Im gegenwärtigen Stadium der technischen Reife sind multimodale große Modelle als primäre Lösung für die industrielle visuelle Inspektion ungeeignet.
Seine Stärken, wie z.B. die Nullschuss-Redensierung, das tiefe semantische Verständnis und die starke Verallgemeinerung, bieten wenig praktischen Nutzen für die Produktionslinien.Die hohen Kosten und die instabilen Produktionen sind für die industrielle Qualitätskontrolle katastrophal..
Dies bedeutet nicht, daß multimodale große Modelle für die industrielle Sichtprüfung völlig nutzlos sind.
Der Schlüssel liegt darin, ihre richtige Nische zu finden.
Nach zwei Jahren Feldversuchen haben wir vier Szenarien zusammengefasst, in denen multimodale Großmodelle einen greifbaren Wert schaffen:
Die Anmerkung ist der größte Kostenfaktor bei herkömmlichen Inspektionsprojekten.
Eine Aufgabe der industriellen Vision erfordert in der Regel Tausende bis Zehntausende von kommentierten Bildern.Bei den Aufwendungen für die Kennzeichnung entfallen 30%~50% der gesamten Projektinvestitionen.
Multimodale Großmodelle bieten die Möglichkeit der Vorkennzeichnung:
Das Modell erzeugt zunächst vorläufige Annotationsmasken und -boxen aus Rohbildern.
Unsere Feldtests haben gezeigt, dass dieser Workflow die Annotationseffizienz um das 3 ̊5fache steigert und die durchschnittliche Beschriftungszeit pro Bild von 30 Sekunden auf unter 10 Sekunden reduziert.
Die Leistungsobergrenze der YOLO-Modelle ist einfach: Sie können nur Fehlertypen erkennen, die in Trainingsdatensätzen enthalten sind.
Unvorhergesehene, seltene Defekte werden durch YOLO nicht erkannt.
Obwohl solche Anomalien selten auftreten, deuten sie oft auf schwere, abnormale Produktionsbedingungen hin, die ein höheres Betriebsrisiko mit sich bringen.
Multimodale große Modelle dienen als Rückschalt-Verifizierungsschicht:
Wenn YOLO einen grenzüberschreitenden Vertrauenswert (rund 0,3·0.) ausgibt.7, die Grauzone der Unsicherheit), wird das entsprechende Bild zur sekundären Beurteilung an das multimodale Modell gesendet.
Die Null-Schuss-Verallgemeinerungsstärke großer Modelle deckt diese unsichtbaren seltenen Anomalien ab.
Im Rahmen dieses Mechanismus werden nur 5% bis 10% aller Bilder an das multimodale Modell weitergeleitet, wodurch die Gesamtkosten überschaubar bleiben und gleichzeitig die Abdeckung von Langschwanzfehlern drastisch verbessert wird.
YOLO liefert nur strukturierte Daten: Grenzfelder, Defektkategorien und Vertrauenswerte.
Diese Rohwerte reichen zwar für Backend-Industriesysteme aus, sind aber für menschliche Inspektoren nicht intuitiv, die Antworten auf praktische Fragen brauchen: Wie schwerwiegend ist der Defekt?Welche Abhilfemaßnahmen zu ergreifen sind?
Multimodale Großmodelle erstellen semantische Berichte:
Eingabe: Defektkoordinaten, Klassifikationsetiketten, Produktmodell und Parameter des Herstellungsprozesses
Ausgang: Natürliche Sprache Inspektionsbericht, z.B. 5 mm Kratzer auf der linken Seite des Produkts, wahrscheinlich durch Schimmel abrasive verursacht; Schimmelpflege empfohlen. "
Diese Aufgabe ist latenzunempfindlich (Berichte können asynchron generiert werden) und kosteneffizient (nur auf NG-unkonformen Produkten mit begrenztem Volumen ausgeführt).
Die Kunden stehen gelegentlich vor engen Fristen: Neue Produkte, die in der folgenden Woche für die Massenproduktion geplant sind, mit nur Dutzenden defekter Probenaufnahmen, die für eine vollständige YOLO-Ausbildung nicht ausreichen.
Der herkömmliche Arbeitsablauf kann eine Inspektion unter solchen begrenzten Daten nicht starten.
Multimodale Großmodelle dienen als vorübergehende temporäre Lösung:
Die Zero-Shot-Fähigkeit ermöglicht einen sofortigen Einsatz mit einer akzeptablen, aber unvollkommenen Genauigkeit, die die vollständige manuelle Inspektion weit übertrifft.Daten können während des Pilotbetriebs kontinuierlich gesammelt werden, um ein formales YOLO-Modell für den langfristigen Einsatz auszubilden, sobald ausreichend Proben gesammelt wurden..
Auf der Grundlage der vorstehenden Analyse haben wir für die jüngsten Industrieprojekte eine hybride Doppelkanal-Architektur eingeführt:
Kernkonstruktionsprinzipien dieses hybriden Rahmens:
Nachfolgend ist ein zusammenfassender Entscheidungsbaum für Teams, die Algorithmen zur industriellen visuellen Inspektion auswählen:
Für die überwiegende Mehrheit der industriellen Szenarien bleibt YOLO die optimale Wahl.
Multimodale große Modelle eignen sich nur unter bestimmten Bedingungen als primäre Lösungen: Latenzverträglichkeit, geringer Durchsatzbedarf, stabile Cloud-Computing-Unterstützung und extreme Datenknappheit.
Die pragmatischste Lösung der Branche ist die hybride Architektur:
Um auf die erste Frage zurückzukommen: Können multimodale Großmodelle die YOLO ersetzen?
Nach zwei Jahren Probe-und-Fehler-Handlungen ist unsere Schlussfolgerung klar:
Das ist eine falsche Frage.
Es handelt sich nicht um einen Nullsummenwettbewerb "A ersetzt B", sondern um eine Frage der Besetzung jeder Technologie durch ihre eigene, einzigartige ökologische Nische.
Multimodale große Modelle verfügen über beeindruckende Fähigkeiten, doch ihre Kernstärken sind:tiefes semantisches Verständnis und eine breite Verallgemeinerung.
In der Zwischenzeit sind ihre inhärenten Nachteile: hohe Latenzzeit, übermäßige Betriebskosten und instabile Ausgänge genau die nicht verhandelbaren Schmerzpunkte, die die industrielle Fertigung nicht tolerieren kann.
Die Essenz der technischen Auswahl besteht nicht darin, die neueste Technologie zu verfolgen, sondern die Lösung an die Anforderungen des realen Szenarios anzupassen.
Die YOLO-Serie ist seit Jahren in der industriellen visuellen Inspektion weit verbreitet, und ihr Status als de facto-Standard ist gut begründet.
Multimodale Großmodelle sind leistungsfähige ergänzende Instrumente, die jedoch unter der derzeitigen technischen Reife nicht vollständig ersetzt werden können.
Vielleicht wird sich in drei oder fünf Jahren die Landschaft verändern: Die Schnelligkeit der Schlussfolgerungen wird sich drastisch verbessern, die Einsatzkosten werden stark sinken und das Problem des Determinismus wird vollständig gelöst sein.
Nur dann können wir die Diskussion über den vollständigen Ersatz wieder aufgreifen.
Kurz nach dem Start von GPT-4V Anfang 2023 erhielten wir einen Anruf von einem langjährigen Kunden.
Zwei Jahre zuvor hatten wir ein Oberflächeninspektionssystem auf Basis von YOLOv5 für ihre Fabrik eingesetzt.die seitdem stabil funktioniert hat.
Am Telefon stellte er eine nachdenklich machende Frage:
Ich habe gesehen, dass GPT-4V alle Arten von Bildern interpretieren und fast alles erkennen kann. Können wir es direkt für die Qualitätsprüfung übernehmen?
Ich habe damals eine einfache Antwort zurückgehalten.
Um ehrlich zu sein, waren wir selbst von der Idee ebenso fasziniert.
Die Vorführungen multimodaler Großmodelle sind unbestreitbar beeindruckend.Keine Ausbildung oder Kennzeichnung erforderlich; es liefert eine Zero-Shot-Leistung aus der Box.
Wenn diese Fähigkeit nahtlos auf Fabriken übertragen würde, würde das gesamte Regelwerk für industrielle visuelle Inspektion neu geschrieben werden.
Wir haben fast zwei Jahre lang verschiedene multimodale große Modelllösungen in mehreren Projekten getestet.
Unsere Schlussfolgerung ist eindeutig: So verlockend die Technologie auch erscheinen mag, die industrielle Anwendung in der realen Welt hat harte Einschränkungen.
Dieser Artikel dokumentiert alle Fallstricke, denen wir in diesen zwei Jahren begegnet sind.
Bevor wir uns mit großen multimodalem Modellen beschäftigen, ist es wichtig, die Branchenbasis zu definieren:
Die heute vorherrschende Lösung für die industrielle visuelle Inspektion beruht auf Objekterkennung und Segmentierungsmodellen, die durch die YOLO-Serie dargestellt werden.
Dies ist kaum ein neuer Trend. Von YOLOv3 über die weit verbreiteten YOLOv8, YOLOv9 und YOLOv10 wird die YOLO-Familie seit Jahren in industriellen Produktionslinien implementiert.mit einem ausgereiften technischen Stack.
Erstens, ultra-schnelle Schlussfolgerungsgeschwindigkeit.
Ausgerüstet mit Standard-Edge-Computing-Boxen und Industrie-Kameras schließt YOLOv8 die Inferenz für einen Bildschirm innerhalb von 10 bis 30 Millisekunden ab, was der Taktzeit der meisten Produktionslinien entspricht.
Zweitens genügend Detektionsgenauigkeit.
Mit ausreichend gekennzeichneten Datensätzen erreicht die YOLO-Serie eine hervorragende Präzision für häufige Defektkategorien und erreicht leicht einen mAP von über 90%.
Drittens, ein ausgereiftes Einsatz-Ökosystem.
Fertige Toolchains unterstützen mehrere Bereitstellungsframeworks, darunter ONNX, TensorRT und OpenVINO.Der vollständige Arbeitsablauf von der Modellschulung bis zum Einsatz vor Ort wurde durch unzählige Industrieprojekte validiert.
Viertens, ein umfassendes Ökosystem mit Open Source.
Die aktive Open-Source-Community bietet für die meisten technischen Hürden zugängliche Lösungen mit zahlreichen vorgebildeten Gewichten, Datenerweiterungskits und Markierungstools.
Daher ist die YOLO-Serie praktisch die Standardwahl für Projekte zur industriellen visuellen Inspektion, die 2024 gestartet werden.
Es gibt keine Notwendigkeit, darüber zu diskutieren, ob Deep Learning übernommen werden sollte.
Die neue Kernfrage stellt sich nun: Bleibt YOLO mit dem Aufkommen multimodaler Großmodelle immer noch die optimale Lösung?
Im Jahr 2023 gab es eine explosive Welle multimodaler Großmodellveröffentlichungen.
Modelle wie GPT-4V, Gemini und Claude 3 bieten leistungsstarke allgemeine Bildverständnisfunktionen.
Traditioneller Arbeitsablauf: Um eine bestimmte Art von Defekt zu untersuchen, müssen Sie zuerst Bilder von diesem Defekt sammeln, etikettieren und trainieren.
Multimodale große Modelle: Beschreiben Sie einfach Ihre Nachfrage in natürlicher Sprache, wie "Sehen Sie nach, ob es in diesem Bild Kratzer gibt", und das Modell gibt sofort Ergebnisse zurück.Keine Ausbildung oder Kennzeichnung erforderlich.
Die Kosten für den Kaltstart sinken nahezu auf Null.
Bei der Einführung neuer Produkte müssen keine zwei Wochen für die Datenerhebung, Kennzeichnung und Modellschulung aufgewendet werden, sondern mit wenigen Anweisungen kann das Modell in Betrieb genommen werden.
Traditionelle Modelle liefern nur Grenzkisten und Konfidenzwerte, z.B. Ein Defekt existiert in diesem Feld mit einem Konfidenzwert von 0,87".
Multimodal große Modelle erzeugen eine beschreibende natürliche Sprache: Ein Kratzer von etwa 2 cm erscheint in der oberen linken Ecke des Bildes, wahrscheinlich während des Transports gebildet.Es wird empfohlen, den Verpackungsprozess zu optimieren.."
Die Ergebnisse der Inspektion können direkt in formale Qualitätskontrollberichte umgewandelt werden.
Traditionelle Modelle können nur während des Trainings beobachtete Defektarten erkennen; sie können neue, unsichtbare Defekte nicht erkennen.
In der Theorie haben multimodale große Modelle massive Bilder aus dem Internet verarbeitet, die es ihnen ermöglichen, alle möglichen seltenen und unregelmäßigen Defekte zu erkennen.
Die Abdeckung von Langschwanzfehlern und abnormalen Kantenfällen ist drastisch verbessert.
Bei den traditionellen Lösungen werden festgelegte Kontrollregeln in das Modell eingebettet.
Multimodale große Modelle unterstützen die dynamische Anpassung von Standards über Anweisungen.5 cm" ohne Änderung des zugrunde liegenden Modells.
Das bedeutet, daß die Prüfstandards für die Abstimmung äußerst flexibel werden.
Wenn Sie all diese Vorteile lesen, werden Sie vielleicht auch versucht sein, wie wir es damals waren.Nur um danach in eine Reihe kostspieliger Fallen zu geraten..
Unser Pilotprojekt konzentrierte sich auf die Erscheinungsprüfung von Mobiltelefongehäusen.
Die Produktionslinie verarbeitet alle 3 Sekunden ein Werkstück, was bedeutet, dass die Gesamteinspektionslatenz unter 2 Sekunden bleiben muss, um 1 Sekunde für die robotische Sortierung zu reservieren.
Wir haben den GPT-4V API-Workflow getestet:
Die durchschnittliche Latenzzeit erreichte 46 Sekunden und konnte unter Netzfluktuationen 10 Sekunden überschreiten, die für die Montagelinie viel zu langsam waren.
Sie könnten stattdessen selbst gehostete Open-Source-Multimodal-Modelle wie LLaVA und Qwen-VL vorschlagen.Das Ausführen von LLaVA-13B auf einer A100-GPU erzeugt eine Einbildaufschlussverzögerung von etwa 800 ms zu 1.2 Sekunden.
Während es schneller ist als Cloud-APIs, bleibt es dutzende Male langsamer als YOLO.
Selbst wenn wir die Latenz aus Argumentationsgründen tolerieren, erzählt die Kostenberechnung eine harte Geschichte.
Wie viele Bilder verarbeitet eine Produktionslinie täglich?
Unter der Annahme, daß ein Werkstück alle 3 Sekunden und 20 Stunden täglich betrieben wird, erzeugt eine einzelne Linie täglich etwa 24 000 Inspektionsbilder.
Für die GPT-4V API lagen die Einheitspreise zwischen 0,01 und 0,03 US-Dollar pro Bild, abhängig von der Auflösung und dem Tokenverbrauch:
Dies entspricht nur einer Linie, während unser Kunde 12 Produktionslinien betreibt - eine unerschwingliche Kosten für die Hersteller.
Was ist mit selbst gehosteten Open-Source-Modellen?
Eine einzelne A100-GPU liefert etwa 1 ¢ 2 QPS (Abfragen pro Sekunde).
Wenn man jedoch Server, IDC-Fläche und Wartung berücksichtigt, beläuft sich die jährliche Betriebskosten für eine A100-Einführung auf Hunderttausende von RMB.
Im Gegensatz dazu benötigt ein YOLO-Einsatz nur eine Edge-Computing-Box, die einige tausend RMB kostet, um eine vollständige Produktionslinie zu unterstützen.
Die Kostenlücke erstreckt sich über zwei Größenordnungen.
Das erwies sich als unser frustrierendstes Hindernis.
Die industrielle Inspektion erfordert einen absoluten Determinismus: identische Bilder müssen jedes Mal identische Inspektionsergebnisse liefern.Ansonsten werden standardisierte Qualitätskontrolle und Rückverfolgbarkeit unmöglich.
Multimodal-Großmodelle erzeugen jedoch probabilistische Ergebnisse.
Wir führten einen kontrollierten Test durch, indem wir das gleiche defekte Bild mit einer identischen Anforderung an GPT-4V zehnmal versetzten.
Alles von der gleichen Eingabe und Anforderung.
Diese Zufälligkeit ist für die Qualitätskontrolle in der Fabrik tödlich.
Einige schlagen vor, die Temperatur zur Konsistenz auf 0 zu setzen. Wir haben diese Methode ausprobiert, die die Stabilität verbesserte, aber keine 100%igen Ausgänge garantierte.Große Modelle erzeugen Ergebnisse durch Probenahmeverfahren, und geringfügige Abweichungen bleiben bei Randfällen auch bei Temperatur = 0 bestehen.
Multimodal-Modellleistung hängt vollständig von schnellen Entwürfen ab, die wir mit ausgiebiger Arbeitskraft optimiert haben, um Genauigkeit und Stabilität zu steigern.
Wir entdeckten bald, dass Anweisungen extrem empfindlich auf Wortänderungen reagieren.
Drei Aufforderungen mit nahezu identischen Kernanfragen lieferten sehr unterschiedliche Inspektionsergebnisse:
Anforderung A: Sehen Sie nach, ob auf diesem Bild Oberflächenfehler vorhanden sind".
Hinweis B: "Prüfen Sie sorgfältig die Produktoberfläche und identifizieren Sie Kratzer, Gruben, Fremdstoffe und andere Mängel".
Anweisung C: Tun Sie wie ein professioneller Qualitätsprüfer.
Schlimmer noch, für Produkt A fein abgestimmte Anweisungen verlieren ihre Wirksamkeit, wenn sie auf Produkt B angewendet werden, was eine vollständige Neuausarbeitung der Anweisungslogik für jede neue Produktvariante erfordert.
Wie unterscheidet sich dies von der Umschulung von YOLO-Modellen für neue Produkte?
Die YOLO-Ausbildung stützt sich auf quantifizierbare Evaluierungsmetriken, um deutlich zu signalisieren, wann das Modell den Standards entspricht; die schnelle Abstimmung hängt vollständig von subjektiven Versuchen und Fehlern ab,ohne eindeutige Maßstäbe für eine optimale Leistung.
Halluzinationen sind ein gut dokumentierter Fehler großer Sprache und multimodaler Modelle: Das System erfindet selbstbewusst Details, die nicht existieren.
In der Industrieinspektion zeigt sich dies in drei typischen Fehlern:
Ein Testfall veranschaulicht die Schwere: Ein vollkommen makelloses Produktbild löste eine sehr detaillierte erfundene Analyse aus:In der unteren rechten Ecke wird ein ungefähr 3 mm langer, flacher Kratzer festgestellt., empfohlen wird eine Bewertung der funktionalen Auswirkungen".
Bei näherer visueller Betrachtung gab es in diesem Bereich keine Spuren oder Kratzer.
Wenn solche Halluzinationen Massenproduktionslinien infiltrieren, folgen schwere Folgen:entweder fehlerhafte Waren durchsickern unentdeckt (übersehener Überprüfung) oder qualifizierte Produkte werden fälschlicherweise abgelehnt (falsche Ablehnung).
Da Cloud-APIs unter hoher Latenzzeit und hohen Kosten leiden, scheint eine selbst gehostete Bereitstellung eine Alternative zu sein.
YOLOv8-m läuft sogar auf einem GTX 1080 mit 8 GB VRAM reibungslos.
Es kann sogar auf Edge-Computing-Hardware wie NVIDIA Jetson-Modulen mit einem Stromverbrauch von nur zehn Watt eingesetzt werden.
Die Rechenressourcenschwelle unterscheidet sich um eine ganze Größenordnung.
Für die meisten Fabriken ist die Installation eines A100-Servers auf der Produktionsfläche sowohl in Bezug auf die Investitionsausgaben als auch auf den täglichen Betrieb und die Wartung unpraktisch.
Nachdem wir über alle oben genannten Fallstricke gestolpert waren, haben wir uns zurückgezogen, um über eine grundlegende Frage nachzudenken:
Welche Kernkompetenzen werden von der industriellen visuellen Inspektion im Wesentlichen gefordert?
Dies ist die Grundlage für eine standardisierte Qualitätskontrolle und eine vollständige Rückverfolgbarkeit; probabilistische Ergebnisse sind inakzeptabel.
Die Reaktionszeit der Produktionslinie ist rigid und die Inspektion darf kein Engpass werden.
Eine 10ms Abschlusszeit und eine 1000ms Abschlusszeit stellen völlig unterschiedliche Betriebswirklichkeiten dar.
Wie viele Frames können pro Sekunde verarbeitet und wie viele Werkstücke können täglich geprüft werden?
Die Rechenkosten müssen kontrolliert bleiben und jährliche Ausgaben in Höhe von hunderttausenden US-Dollar für eine einzelne Produktionslinie vermieden werden.
Fabriknetzwerkumgebungen sind komplex; viele Werkstätten haben keine stabilen oder zugänglichen Internetverbindungen.
Modelle müssen lokal auf Edge-Geräten arbeiten, anstatt sich auf Cloud-APIs zu verlassen.
Wenn ein Defekt festgestellt wird, muss das System den Inspektoren den genauen Standort und die Kategorie des Defekts klar mitteilen.
Idealerweise sollte es Fehlerkoordinaten, Flächen- und Vertrauenswerte für die nachgelagerte Systemintegration ergeben.
Die Produkte werden regelmäßig verbessert und die Prüfstandards revidiert.
Die Anpassungskosten für jede Iteration müssen überschaubar sein, ohne dass jedes Mal eine vollständige Rekonstruktion erforderlich ist.
Wenn man diese sechs Grundvoraussetzungen mit den beiden technischen Verfahren vergleicht, zeigt sich ein deutlicher Kontrast:
Kann also ein multimodales Großmodell die YOLO ersetzen?
Im gegenwärtigen Stadium der technischen Reife sind multimodale große Modelle als primäre Lösung für die industrielle visuelle Inspektion ungeeignet.
Seine Stärken, wie z.B. die Nullschuss-Redensierung, das tiefe semantische Verständnis und die starke Verallgemeinerung, bieten wenig praktischen Nutzen für die Produktionslinien.Die hohen Kosten und die instabilen Produktionen sind für die industrielle Qualitätskontrolle katastrophal..
Dies bedeutet nicht, daß multimodale große Modelle für die industrielle Sichtprüfung völlig nutzlos sind.
Der Schlüssel liegt darin, ihre richtige Nische zu finden.
Nach zwei Jahren Feldversuchen haben wir vier Szenarien zusammengefasst, in denen multimodale Großmodelle einen greifbaren Wert schaffen:
Die Anmerkung ist der größte Kostenfaktor bei herkömmlichen Inspektionsprojekten.
Eine Aufgabe der industriellen Vision erfordert in der Regel Tausende bis Zehntausende von kommentierten Bildern.Bei den Aufwendungen für die Kennzeichnung entfallen 30%~50% der gesamten Projektinvestitionen.
Multimodale Großmodelle bieten die Möglichkeit der Vorkennzeichnung:
Das Modell erzeugt zunächst vorläufige Annotationsmasken und -boxen aus Rohbildern.
Unsere Feldtests haben gezeigt, dass dieser Workflow die Annotationseffizienz um das 3 ̊5fache steigert und die durchschnittliche Beschriftungszeit pro Bild von 30 Sekunden auf unter 10 Sekunden reduziert.
Die Leistungsobergrenze der YOLO-Modelle ist einfach: Sie können nur Fehlertypen erkennen, die in Trainingsdatensätzen enthalten sind.
Unvorhergesehene, seltene Defekte werden durch YOLO nicht erkannt.
Obwohl solche Anomalien selten auftreten, deuten sie oft auf schwere, abnormale Produktionsbedingungen hin, die ein höheres Betriebsrisiko mit sich bringen.
Multimodale große Modelle dienen als Rückschalt-Verifizierungsschicht:
Wenn YOLO einen grenzüberschreitenden Vertrauenswert (rund 0,3·0.) ausgibt.7, die Grauzone der Unsicherheit), wird das entsprechende Bild zur sekundären Beurteilung an das multimodale Modell gesendet.
Die Null-Schuss-Verallgemeinerungsstärke großer Modelle deckt diese unsichtbaren seltenen Anomalien ab.
Im Rahmen dieses Mechanismus werden nur 5% bis 10% aller Bilder an das multimodale Modell weitergeleitet, wodurch die Gesamtkosten überschaubar bleiben und gleichzeitig die Abdeckung von Langschwanzfehlern drastisch verbessert wird.
YOLO liefert nur strukturierte Daten: Grenzfelder, Defektkategorien und Vertrauenswerte.
Diese Rohwerte reichen zwar für Backend-Industriesysteme aus, sind aber für menschliche Inspektoren nicht intuitiv, die Antworten auf praktische Fragen brauchen: Wie schwerwiegend ist der Defekt?Welche Abhilfemaßnahmen zu ergreifen sind?
Multimodale Großmodelle erstellen semantische Berichte:
Eingabe: Defektkoordinaten, Klassifikationsetiketten, Produktmodell und Parameter des Herstellungsprozesses
Ausgang: Natürliche Sprache Inspektionsbericht, z.B. 5 mm Kratzer auf der linken Seite des Produkts, wahrscheinlich durch Schimmel abrasive verursacht; Schimmelpflege empfohlen. "
Diese Aufgabe ist latenzunempfindlich (Berichte können asynchron generiert werden) und kosteneffizient (nur auf NG-unkonformen Produkten mit begrenztem Volumen ausgeführt).
Die Kunden stehen gelegentlich vor engen Fristen: Neue Produkte, die in der folgenden Woche für die Massenproduktion geplant sind, mit nur Dutzenden defekter Probenaufnahmen, die für eine vollständige YOLO-Ausbildung nicht ausreichen.
Der herkömmliche Arbeitsablauf kann eine Inspektion unter solchen begrenzten Daten nicht starten.
Multimodale Großmodelle dienen als vorübergehende temporäre Lösung:
Die Zero-Shot-Fähigkeit ermöglicht einen sofortigen Einsatz mit einer akzeptablen, aber unvollkommenen Genauigkeit, die die vollständige manuelle Inspektion weit übertrifft.Daten können während des Pilotbetriebs kontinuierlich gesammelt werden, um ein formales YOLO-Modell für den langfristigen Einsatz auszubilden, sobald ausreichend Proben gesammelt wurden..
Auf der Grundlage der vorstehenden Analyse haben wir für die jüngsten Industrieprojekte eine hybride Doppelkanal-Architektur eingeführt:
Kernkonstruktionsprinzipien dieses hybriden Rahmens:
Nachfolgend ist ein zusammenfassender Entscheidungsbaum für Teams, die Algorithmen zur industriellen visuellen Inspektion auswählen:
Für die überwiegende Mehrheit der industriellen Szenarien bleibt YOLO die optimale Wahl.
Multimodale große Modelle eignen sich nur unter bestimmten Bedingungen als primäre Lösungen: Latenzverträglichkeit, geringer Durchsatzbedarf, stabile Cloud-Computing-Unterstützung und extreme Datenknappheit.
Die pragmatischste Lösung der Branche ist die hybride Architektur:
Um auf die erste Frage zurückzukommen: Können multimodale Großmodelle die YOLO ersetzen?
Nach zwei Jahren Probe-und-Fehler-Handlungen ist unsere Schlussfolgerung klar:
Das ist eine falsche Frage.
Es handelt sich nicht um einen Nullsummenwettbewerb "A ersetzt B", sondern um eine Frage der Besetzung jeder Technologie durch ihre eigene, einzigartige ökologische Nische.
Multimodale große Modelle verfügen über beeindruckende Fähigkeiten, doch ihre Kernstärken sind:tiefes semantisches Verständnis und eine breite Verallgemeinerung.
In der Zwischenzeit sind ihre inhärenten Nachteile: hohe Latenzzeit, übermäßige Betriebskosten und instabile Ausgänge genau die nicht verhandelbaren Schmerzpunkte, die die industrielle Fertigung nicht tolerieren kann.
Die Essenz der technischen Auswahl besteht nicht darin, die neueste Technologie zu verfolgen, sondern die Lösung an die Anforderungen des realen Szenarios anzupassen.
Die YOLO-Serie ist seit Jahren in der industriellen visuellen Inspektion weit verbreitet, und ihr Status als de facto-Standard ist gut begründet.
Multimodale Großmodelle sind leistungsfähige ergänzende Instrumente, die jedoch unter der derzeitigen technischen Reife nicht vollständig ersetzt werden können.
Vielleicht wird sich in drei oder fünf Jahren die Landschaft verändern: Die Schnelligkeit der Schlussfolgerungen wird sich drastisch verbessern, die Einsatzkosten werden stark sinken und das Problem des Determinismus wird vollständig gelöst sein.
Nur dann können wir die Diskussion über den vollständigen Ersatz wieder aufgreifen.