Master's Thesis

Automating learning of AI functions

Final Thesis 6.88 MB Appendix 73.13 kB

Author of thesis: Ing. Jan Zielina

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Ilona Janáková, Ph.D.

Reviewer: Ing. Miloslav Richter, Ph.D.

Abstract:

This thesis deals with the design and implementation of an application for automated
image data collection and its subsequent use for deep learning functions such as anomaly
detection, classification, and object detection. The application fully covers the artificial
intelligence model training process, from dataset creation to the final export. The goal
was to replace the manual training process in the Deep Learning Tool with an automated
solution that reduces the time required by a process engineer when training new neural
networks. Data collection and the graphical user interface of the application are developed
in the Automation Studio development environment by BR Industrial Automation
GmbH. Neural network operations are implemented via a Python script utilizing the native
library and the MVTec HALCON computing core by MVTec Software GmbH.
Testing and validation of the automated system have proven that the proposed application
achieves results comparable to the DLT tool. The result of this thesis is a fully
functional application that streamlines the expert’s workflow and saves time during both
image data collection and the training of new neural network models.

Keywords:

B&R Automation, AI, Automation studio, Classfication, Object detection, Anomaly detection, DLT, mappVision, Python, OPC-UA, HALCON, APC

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student obhájil diplomovou práci. Komise neměla žádné námitky k řešené práci. V průběhu odborné rozpravy student odpověděl na dotazy týkající se způsobu anotace objektů a validace výsledků neuronové sítě.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Cybernetics, Control and Measurements (MPC-KAM)

Composition of Committee

doc. Ing. Radovan Hájovský, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Zdeněk Bradáč, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Peter Honec, Ph.D. (člen)
Ing. Ilona Janáková, Ph.D. (člen)
Ing. Stanislav Klusáček, Ph.D. (člen)
Ing. Miloslav Richter, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Ilona Janáková, Ph.D.

Diplomová práce Bc. Jana Zieliny se věnuje vysoce aktuálnímu tématu zefektivnění procesů v oblasti tzv. Data-Centric AI v průmyslovém prostředí.
Z textu i praktických výstupů je zřejmé, že student splnil všechny body zadání. Prozkoumal a popsal procesy učení pro metody klasifikace, detekce objektů i detekce anomálií. Nastudoval proprietární SW nástroje Automation Studio a Deep Learning Tool. Navrhl a zrealizoval testovací pracoviště. Vyřešil logiku automatizovaného sběru dat z průmyslové kamery za různých hardwarových podmínek, automatické přípravy dat, rozdělování datasetů i specifickou problematiku anotací. Implementoval integrační rozhraní (využívající Python, knihovnu MVTec HALCON a pro komunikaci s řídicím systémem B&R průmyslový standard OPC-UA) pro samotné spuštění a řízení trénovacího procesu nad rámec zadání mimo standardní GUI nástroje DLT. Vytvořil komplexní demonstrační aplikaci s přehledným uživatelským rozhraním. Celý systém úspěšně ověřil na testovacích objektech a prokázal srovnatelné výsledky s učením v DLT.
Technická zpráva je sepsána na dobré odborné i formální úrovni. Svým rozsahem 70 normostran zcela odpovídá doporučeným standardům fakulty. Dokument je uspořádán v logickém sledu, text je vcelku srozumitelný, výstižný. K přehlednosti a porozumění celé zprávy přispívají četné, správně upravené, obrázky, diagramy, tabulky a výpisy. Jazyková úroveň práce je velmi dobrá, vyskytuje se jen malé množství překlepů či stylistických nepřesností. Terminologie z daných oblastí je používána správně. Student prokázal schopnost efektivně pracovat s odbornou literaturou. Seznam zdrojů obsahuje relevantní monografie, vědecké články a technickou dokumentaci k využívaným softwarovým platformám. Citace jsou v textu prováděny v souladu s normami. Ověření v antiplagiátorském systému VUT neodhalilo žádné významné shody s databází závěrečných prací ani s jinými publikacemi, které by indikovaly plagiátorství.
Student přistupoval k řešení diplomové práce velmi iniciativně a zodpovědně. Konzultace vyžadoval jen sporadicky, přesto často informoval o stavu řešení. Oceňuji také jeho spolupráci s konzultantem z průmyslové praxe. Dokázal samostatně řešit vzniklé technické problémy, zejména při integraci heterogenních prostředí (B&R Automation Studio, OPC-UA komunikace a Python skripty s jádrem HALCON).
Diplomant vytvořil ucelené a plně funkční softwarové řešení propojující světy průmyslového řízení a pokročilého strojového učení. Výstupy práce mají přímou aplikační hodnotu v průmyslu – navržená aplikace má potenciál zefektivnit práci procesních inženýrů při zavádění nových artiklů do systémů vizuální kontroly kvality omezením rutinních manuálních činností spojených s tvorbou datasetů. Jako užší hrdlo celého postupu vidím současné manuální či fixní zadávání zájmové oblasti. Integrace modulu pro automatickou detekci ohraničujících rámečků (např. s využitím metod prahování, detekce kontur či jednoduchého neuronového detektoru) by posunula využitelnost výsledku ještě dále. Práce také mohla nabídnout možnosti softwarové augmentace.
Pan Zielina podle mého názoru jasně prokázal inženýrské schopnosti, proto doporučuji práci k obhajobám s hodnocením B (88 b). Points proposed by supervisor: 88

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Miloslav Richter, Ph.D.

I když se to v práci nepíše, jedná se patrně o firemní zadání, z čehož plyne nutnost využití určitých prostředků, které se v práci objevují jako dané, bez zdůvodnění jejich použití.
V práci postrádám podrobnější popis současného stavu a důvody jeho změny. Dále potom parametry, které bylo možné měnit, a které bylo nutné zachovat (například SW, HW, datové struktury, postup práce…), z čehož by plynulo citované použití vyjmenovaných součástí řešení. Dále není jasné, jaké míry měla například dosáhnout „automatizace“ činností pro jednotlivé kroky řešení. Práce se příliš soustředí na konkrétní realizaci, kdy návrh a možnosti řešení jsou uváděny jako poznámky při popisu realizace, nebo jako obecný popis současného stavu bez hodnocení vhodnosti pro danou úlohu.
Bod číslo 1 zadání je zpracován v kapitole 1 (5 stran). V kapitole 2 popisuje použité HW a SW nástroje. Kapitola 3 popisuje možnosti, nastavitelné parametry a tvorbu řešení v prostředí DLT (13 stran). V kapitole 4 popisuje použitý HW a sestavení testovacího pracoviště, včetně komunikace a konfigurace systému. Toto je možné považovat za součást bodu 6 zadání. K tomu se váží i následující kapitoly, kdy je popis návrhu možné nalézt jako součást popisu konečného řešení (a plní tak zprostředkovaně body 2, 3 a 4 zadání).  V této části bych doporučil oddělení návrhu od realizace, kde bych očekával ilustrační obrázky s ukázkami nastavování parametrů. „Rozpuštění“ návrhu do popisu realizace vidím jako chybu v koncepci práce. V kapitole 5.2 (3 strany) je popis stěžejního algoritmu pro sběr dat. Ohraničujícím rámečkům (zadání bod 4) je zde věnován jeden odstavec s tím, že hlavní popis rámečků je až při popisu grafického rozhraní. Souřadnice rámečku objektu jsou společné pro celou třídu, což může být složité pro obsluhu při pořizování dat – jaké je řešení pro situaci, kdy není možné objekt nastavit na danou pozici, nebo je objektů více? V práci je zmíněna i možnost automatizace hledání objektu, ale návrh měl být preciznější. V kapitole 6 je popis vlastní demonstrační aplikace. Zde student opouští přímé využití nástroje DLT, se kterým měl podle zadání pracovat – očekával bych lepší zdůvodnění citovaných nedostatků (zvláště pak v návaznosti na požadavky bodu 5 zadání, pro implementaci v DLT). Student dále volá přímo metody (HALCON), které by byly volány z DLT (grafické rozhraní) čímž splňuje zadání a přidává vlastní práci s realizací rozhraní pomocí jiných programových prostředků.
Poslední tři body zadání jsou pokryté kapitolami 5 až Závěr (38 stran). Zde je popsán způsob realizace aplikace, testovací aplikace a skutečnosti, které bylo nutné řešit. Je zde popis komunikace mezi HW, popis využití funkcí dodaného SW a jejich integrace do vlastní aplikace. Hlavní část vlastní tvorby na základě požadavků zadání je popsána v kapitole 6.3. Snímky výsledné aplikace přehledně demonstrují rozhraní s nastavením parametrů popsaným v práci. Pro obrazovky zobrazující výsledky vyhodnocení (obr. 7.4, 7 .5) bych uvítal zobrazení aktuálního snímku.
Pro zvládnutí problému bylo nutné nastudovat několik prostředí s jejich specifickým použitím a ovládáním. Z toho plyne nutnost zpracování příslušné literatury, která je uvedena a odkazována.
Práce je na dobré úrovni, jsou v ní překlepy, které však nebrání orientaci v textu.
K práci je připojeno datové medium s realizovaným kódem. Uvítal bych i přítomnost využitého datasetu s příslušnými datovými soubory získanými během vyhodnocení
Práce svědčí o magisterských schopnostech studenta. Topics for thesis defence:
  1. Jak by probíhalo nastavení regionů v případě, že by objekty měnily pozici mezi snímky? Jak se řeší anotace pro více objektů ve snímku?
Points proposed by reviewer: 80

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová