兼顧質(zhì)量、產(chǎn)量、節(jié)能和抗突發(fā)干擾的下一代控制技術(shù)投入實際應(yīng)用

橫河電機株式會社(Yokogawa Electric Corporation, TOKYO: 6841)和JSR Corporation (JSR, TOKYO: 4185)宣布成功完成一項現(xiàn)場測試。該測試使用人工智能(AI)連續(xù)35天對一家化工廠進行了自主控制，此舉開創(chuàng)了世界先河*1。該測試證明了強化學(xué)習(xí)人工智能可以安全地應(yīng)用于實際工廠，并證明了該技術(shù)可以控制現(xiàn)有控制方法（PID控制*2/APC*3）所無法實現(xiàn)的操作，到目前為止，此類操作仍需要根據(jù)工廠人員的經(jīng)驗判斷對控制閥進行手動操作。該舉措入選了日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省2020年高級工業(yè)安全促進項目補貼計劃。

從煉油和石化產(chǎn)品到高性能化學(xué)品、纖維、鋼鐵、制藥、食品和水，過程工業(yè)中的控制跨越廣泛的領(lǐng)域。所有這些都涉及化學(xué)反應(yīng)需要極高的可靠性。

在這項現(xiàn)場測試中，人工智能解決方案成功地處理了確保產(chǎn)品質(zhì)量和保持蒸餾塔中液體處于適當(dāng)水平所需的復(fù)雜條件，同時最大限度地利用余熱作為熱源。這種方法可以穩(wěn)定質(zhì)量，提高產(chǎn)量*4并節(jié)省能源。外部溫度的快速變化是擾亂控制狀態(tài)的主要外部因素，但在雨雪天氣中，生產(chǎn)的產(chǎn)品符合嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)并已經(jīng)發(fā)貨。嚴(yán)格此外，由于只生產(chǎn)合格產(chǎn)品，因此不存在因生產(chǎn)不合格產(chǎn)品而耗費燃料、勞動力、時間和其他資源的情況。通過以下流程，安全操作得以實現(xiàn)。

本次控制實驗中使用的人工智能，由橫河電機和奈良先端科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)(NAIST)于2018年共同研發(fā)，稱為階乘內(nèi)核動態(tài)策略規(guī)劃(FKDPP)算法，在電氣與電子工程師協(xié)會(IEEE)自動化科學(xué)與工程國際會議上被認(rèn)定為全球首個可用于工廠管理的基于強化學(xué)習(xí)的人工智能技術(shù)*7。橫河電機在2019年成功進行了控制培訓(xùn)系統(tǒng)*8實驗，在2020年4月成功進行了使用模擬器重建整個工廠的實驗*9，由此確認(rèn)了這種自主控制人工智能*10的潛力，并將其從理論發(fā)展為適合實際應(yīng)用的技術(shù)。此項技術(shù)可用于以往無法通過傳統(tǒng)控制方法（PID控制和APC）實現(xiàn)自動化的領(lǐng)域，其優(yōu)勢之一在于能夠處理相互沖突的目標(biāo)，例如對高質(zhì)量和節(jié)能的需求。

鑒于有眾多復(fù)雜的物理和化學(xué)現(xiàn)象影響實際工廠的運行，仍有許多情況需要經(jīng)驗豐富的操作員介入并進行控制。即使利用PID控制和APC實現(xiàn)自動操作，經(jīng)驗豐富的操作員有時也需要停止自動控制并更改配置和輸出值，例如由于降雨或其他天氣導(dǎo)致大氣溫度突變時。這是許多公司工廠的常見問題。在推進工業(yè)自主化*11過程中，，一個非常重大的挑戰(zhàn)是如何在人工干預(yù)不可避免的情況下實施自主控制，在確保高度安全的情況下盡可能地減少干預(yù)量。這項測試的結(jié)果表明，橫河電機與JSR公司的合作為解決這一長期存在的問題開辟了一條前進的道路。

橫河電機歡迎對這些舉措感興趣的全球客戶。橫河電機的目標(biāo)是迅速提供實現(xiàn)工業(yè)自主化的產(chǎn)品和解決方案。

JSR公司認(rèn)為，該試驗展示了人工智能在解決化工廠以往無法解決問題的可能性，并考慮將其在其他過程和工廠中的進行應(yīng)用，以進一步提高生產(chǎn)效率。

未來，兩家公司將繼續(xù)合作，研究在工廠中使用人工智能的方法。

JSR生產(chǎn)技術(shù)總經(jīng)理Masataka Masutani表示：“由于5G的全面發(fā)展、其他往數(shù)字化社會邁進方面的發(fā)展、確保工廠安全的人力資源的老齡化及其替代人員的缺乏，行業(yè)環(huán)境正發(fā)生變化，石化行業(yè)面臨著利用物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和人工智能等新技術(shù)來提高生產(chǎn)活動安全性和效率的巨大壓力。JSR的研究方向是通過積極結(jié)合無人機、物聯(lián)網(wǎng)傳感器、攝像頭等新技術(shù)實現(xiàn)生產(chǎn)智能化，在本次實驗中，我們采用了人工智能控制技術(shù)來應(yīng)對工廠過程控制自動化的挑戰(zhàn)。我們驗證了人工智能能夠自主控制以前依賴于操作員經(jīng)驗而通過手動執(zhí)行的過程，我們堅信人工智能控制技術(shù)的實用性和未來潛力。很多業(yè)內(nèi)人士表示，這項技術(shù)不僅減輕了操作員的負(fù)擔(dān)，而且我們也積極應(yīng)對了這項新技術(shù)的挑戰(zhàn)并取得了成功，這正是我們持續(xù)發(fā)展DX的動力。今后，我們將擴大人工智能控制的操作規(guī)模，努力提高化工廠的安全性、穩(wěn)定性和競爭力。”

NAIST副教授Takamitsu Matsubara表示：“我很高興這次現(xiàn)場測試取得了成功。數(shù)據(jù)分析和機器學(xué)習(xí)已開始應(yīng)用于化工廠運營，但可用于自主控制和運營優(yōu)化的技術(shù)直到現(xiàn)在還沒有完全準(zhǔn)備就緒。強化學(xué)習(xí)人工智能FKDPP算法由橫河電機和NAIST于2018年聯(lián)合研發(fā)，用于實現(xiàn)化工廠的自主控制。盡管必須采用大量傳感器和控制閥，但人工智能可以在有限學(xué)習(xí)試驗中生成穩(wěn)健的控制策略。這些功能有助于提高開發(fā)過程的效率，并在現(xiàn)場測試期間實現(xiàn)長達(dá)840小時的自主控制。我認(rèn)為在實際蒸餾塔中實現(xiàn)自主控制，集整個生產(chǎn)過程和安全性于一個系統(tǒng)，實際應(yīng)用水平達(dá)到如此高的水平，都是非常了不起的成就，對于整個行業(yè)來說意義重大。我期待著看到這項技術(shù)的未來發(fā)展?！?/p>

橫河電機副總裁兼橫河產(chǎn)品總部負(fù)責(zé)人Kenji Hasegawa補充道：“這次現(xiàn)場測試的成功得益于只有客戶才能提供的對生產(chǎn)過程和操作方面的深入了解，以及橫河電機利用測量、控制和信息來創(chuàng)造價值的能力。試驗表明，自主控制人工智能(FKDPP)可以在全球范圍內(nèi)極大地促進生產(chǎn)自動化、投資回報率最大化以及環(huán)境可持續(xù)性。分布式控制系統(tǒng)能夠控制和監(jiān)測工廠生產(chǎn)設(shè)施的運行，橫河電機在該系統(tǒng)的研發(fā)方面處于世界領(lǐng)先地位，并推動了一系列行業(yè)的發(fā)展。我們堅定地著眼于一個形成未來工業(yè)模式的自主操作的世界，目前正在推廣‘工業(yè)自動化到工業(yè)自主化’(IA2IA)的概念。為在能源、材料、制藥等眾多產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)將人員、機器、材料和方法(4M)的差異影響考慮在內(nèi)的強大而靈活的生產(chǎn)過程，我們將與世界各地的客戶合作，推動自主控制人工智能的聯(lián)合開發(fā)?！?/p>

關(guān)于橫河電機

橫河電機為能源、化工、材料、制藥和食品等多個行業(yè)的客戶提供測量、控制和信息領(lǐng)域的先進解決方案。橫河通過數(shù)字化智能制造幫助客戶解決日益復(fù)雜的生產(chǎn)、運營管理、資產(chǎn)、能源和供應(yīng)鏈優(yōu)化等問題，實現(xiàn)向自主運營的過渡。

橫河電機于1915年在東京成立，擁有117500多名員工，通過遍布61個國家的119家公司的全球網(wǎng)絡(luò)，為建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的社會創(chuàng)造新價值。

如需了解更多信息，請訪問www.yokogawa.com

關(guān)于JSR公司

JSR公司是一家在全球擁有9000多名員工的跨國公司，是各種技術(shù)驅(qū)動型市場的領(lǐng)先材料供應(yīng)商，致力于推動材料創(chuàng)新，通過材料創(chuàng)造價值來造福社會、人類和環(huán)境。JSR的全球網(wǎng)絡(luò)總部位于日本東京，在歐洲、美國、中國大陸、中國臺灣、韓國和泰國設(shè)有工廠和辦事處。JSR是一家以研究為導(dǎo)向的公司，與許多行業(yè)的領(lǐng)先創(chuàng)新者緊密合作，這些行業(yè)對人類社會現(xiàn)在和未來的福利至關(guān)重要：生命科學(xué)、電子材料、顯示器、塑料和合成橡膠。

如需了解有關(guān)JSR Corporation的更多信息，請訪問https://www.jsr.co.jp/jsr_e/

現(xiàn)場測試簡介

1.現(xiàn)場測試目的

(1) 證明強化學(xué)習(xí)人工智能（FKDPP：階乘內(nèi)核動態(tài)策略規(guī)劃算法）可以安全地應(yīng)用于需要安全保障的工廠

(2) 證明強化學(xué)習(xí)人工智能可用于控制現(xiàn)有控制方法（PID控制/APC）無法實現(xiàn)自動化的區(qū)域

2.詳細(xì)信息

3.公司職責(zé)

4.結(jié)果和與常規(guī)控制的比較

5.[參考資料]?工廠控制中所使用的人工智能的主要特點

關(guān)鍵詞： 人工智能 橫河電機 強化學(xué)習(xí) 生產(chǎn)控制 控制方法