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人工智能如何为材料试验领域带来改变

探讨 AI 功能对材料和部件试验可靠性的提升,以及与此相关的机遇、挑战和五大令人振奋的应用领域。

机械材料试验是质量保证领域最基础的方法之一,可用于新材料开发、生产或实验室等情境。但是,人工智能 (AI) 与这一成熟的领域会碰撞出怎样的火花呢?AI 算法能否用于评估拉伸试验、检测异常情况或智能化控制甚至更换试验序列?

简单来说,答案是肯定的,并且已经出现了一些特定的应用案例。但是,人工智能的具体表现如何呢?它具备哪些优势?又存在哪些风险?

AI 在材料试验领域能够发挥什么作用?

AI 不仅仅是一个时髦的流行词。在实际情境中,它可以帮助人们更加快速地分析材料试验所产生的大量数据,识别数据规律和偏差,并提高流程效率。在数字化和自动化程度不断提高的工业 4.0 时代,这一点尤为令人振奋。

就机械材料试验而言,目前 AI 能够对以下五大关键领域产生显著影响:

1.试验自动评估

实验室人员需要耗费多长时间来分析应力-应变图和解读拉伸强度等特性值?当试验系列涉及多个样品时,耗时尤长。而借助 AI,该步骤通常只需几秒钟就能完成。算法可以识别曲线上或测试结果表中的相关点——无论是按照 ISO 6892-1ASTM E8标准还是按照其他不同标准进行的金属拉伸试验均可适用。这不仅能够节省时间,还能减少主观错误或确定哪些试验结果需要请专家详细分析。

如果试验需要依赖于光学分析,AI 还能加快评估速度并防止出错。例如在硬度试验中,AI 可以帮助用户高效、可靠地识别和解读压痕。

2.异常检测和质量预判

如果能在出现问题之前就发现材料缺陷,自然非常有益。AI 可以识别试验数据中难以被人工捕捉到的规律和偏差,从而提前发现质量问题,例如在早期检测出批次偏差或有问题的样品。

集中存储所有试验数据至关重要。用户可通过 testXpert Analytics 分析平台集中访问所有测试和试验机数据。

3.智能试验规划和自适应控制

如何优化对新部件几何形状的检测策略?AI 可以学习之前的测试经验,并自动推荐合适的参数,比如载荷范围、速度或温度分布。如果试验中使用自适应系统,甚至可以实时适应材料行为。

需要注意的是,并非所有试验标准都支持或允许使用自适应控制系统。但一旦有机会使用,便能加快试验流程并大幅降低失败机率。

4.更加智能的全自动试验系统和自动化功能

AI 与全自动试验系统——理想组合?AI 可以应用于全自动试验系统或试样处理系统等现代试验设备,以实现智能化控制。它能够利用图像处理技术检测试样并自动分拣,还可分析测试过程中的试样行为,从而提高测试效率并增强流程稳定性。

试验系统必须能够通过相应功能将摄像机系统或其他传感器集成到测试流程中。一方面,机器需要配备现代化的测量和控制电子装置,另一方面,测试软件必须拥有合适的接口。

5.数字孪生和模拟试验

能否在不实际执行试验的情况下完成测试?AI 支持的数字孪生可用于模拟真实的材料特性,并与实际试验结果进行比较。因此用户能够以虚拟形式开展部分机械试验,就成本高昂或难以获取的部件而言,该功能尤为令人振奋。

在影响安全性的关键领域,通常不得完全放弃在实际应用条件下开展试验。更常见的做法是将两者相结合,同时进行模拟试验和特定的实际试验。实际试验所得出的结果需要定期检查,以保持可靠性,并用于“供养”数字孪生。

优势 - 使用 AI 能带来哪些好处?

潜力巨大:

  • 加快评估速度,从而缩短试验周期
  • 提高准确性,减少主观评估误差
  • 节约成本,减少测试工作量并降低产品不合格率
  • 大规模应用,可以轻松分析大量数据
  • 提供更加实用的决策工具,例如趋势分析或聚类识别功能

风险和挑战 - 存在哪些陷阱?

当然,闪闪发光的东西不一定都是金子。使用 AI 也会带来新的问题:

  • 如果数据质量差怎么办? AI 的质量取决于其训练过程。如果数据有误或不完整,将导致试验结果出错。
  • 谁知道黑匣子里装着什么? 许多 AI 模型无法提供明确的依据来支撑其决策,对于影响安全性的关键试验而言,这是一大难题。
  • 是否存在相关规范和标准? 当前的法规几乎不涉及 AI,因此法律方面必然存在不确定性。此外,标定领域也尚未对 AI 的应用作出明确规定。
  • 如何处理专家知识? 如果用算法取代人工,可能导致实践知识缺失。

结论:进化发展,而非替代

AI 无法替代传统试验方法,但可以作为一种强大的辅助工具。正确应用 AI 能够令材料试验更加快速、高效和智能。负责任的应用方式至关重要,AI 不能替代人类,而应为人类提供帮助。

未来,材料试验将由数据驱动,因此目前我们需要确保试验和机器数据以及测试系统“准备就绪”,能够支持 AI 的应用。testXpert Analytics 等中央数据存储平台以及图像识别系统灵活的接口和集成选项是实现这一点的基础。

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