兼顧質量、產量、節能和抗突發干擾的下一代控制技術投入實際應用

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場測試。該測試使用人工智能(AI)連續35天對一家化工廠進行了自主控制，此舉開創了世界先河*1。該測試證明了強化學習人工智能可以安全地應用于實際工廠，并證明了該技術可以控制現有控制方法（PID控制*2/APC*3）所無法實現的操作，到目前為止，此類操作仍需要根據工廠人員的經驗判斷對控制閥進行手動操作。該舉措入選了日本經濟產業省2020年高級工業安全促進項目補貼計劃。

從煉油和石化產品到高性能化學品、纖維、鋼鐵、制藥、食品和水，過程工業中的控制跨越廣泛的領域。所有這些都涉及化學反應需要極高的可靠性。

在這項現場測試中，人工智能解決方案成功地處理了確保產品質量和保持蒸餾塔中液體處于適當水平所需的復雜條件，同時最大限度地利用余熱作為熱源。這種方法可以穩定質量，提高產量*4并節省能源。外部溫度的快速變化是擾亂控制狀態的主要外部因素，但在雨雪天氣中，生產的產品符合嚴格的標準并已經發貨。嚴格此外，由于只生產合格產品，因此不存在因生產不合格產品而耗費燃料、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。

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技術大學院大學(NAIST)于2018年共同研發，稱為階乘內核動態策略規劃(FKDPP)算法，在電氣與電子工程師協會(IEEE)自動化科學與工程國際會議上被認定為全球首個可用于工廠管理的基于強化學習的人工智能技術*7。橫河電機在2019年成功進行了控制培訓系統*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，由此確認了這種自主控制人工智能*10的潛力，并將其從理論發展為適合實際應用的技術。此項技術可用于以往無法通過傳統控制方法（PID控制和APC）實現自動化的領域，其優勢之一在于能夠處理相互沖突的目標，例如對高質量和節能的需求。

鑒于有眾多復雜的物理和化學現象影響實際工廠的運行，仍有許多情況需要經驗豐富的操作員介入并進行控制。即使利用PID控制和APC實現自動操作，經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。在推進工業自主化*11過程中，，一個非常重大的挑戰是如何在人工干預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量。這項測試的結果表明，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。橫河電機的目標是迅速提供實現工業自主化的產品和解決方案。

JSR公司認為，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用，以進一步提高生產效率。

未來，兩家公司將繼續合作，研究在工廠中使用人工智能的方法。

JSR生產技術總經理Masataka Masutani表示：“由于5G的全面發展、其他往數字化社會邁進方面的發展、確保工廠安全的人力資源的老齡化及其替代人員的缺乏，行業環境正發生變化，石化行業面臨著利用物聯網(IoT)和人工智能等新技術來提高生產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合無人機、物聯網傳感器、攝像頭等新技術實現生產智能化，在本次實驗中，我們采用了人工智能控制技術來應對工廠過程控制自動化的挑戰。我們驗證了人工智能能夠自主控制以前依賴于操作員經驗而通過手動執行的過程，我們堅信人工智能控制技術的實用性和未來潛力。很多業內人士表示，這項技術不僅減輕了操作員的負擔，而且我們也積極應對了這項新技術的挑戰并取得了成功，這正是我們持續發展DX的動力。今后，我們將擴大人工智能控制的操作規模，努力提高化工廠的安全性、穩定性和競爭力。”

NAIST副教授Takamitsu Matsubara表示：“我很高興這次現場測試取得了成功。數據分析和機器學習已開始應用于化工廠運營，但可用于自主控制和運營優化的技術直到現在還沒有完全準備就緒。強化學習人工智能FKDPP算法由橫河電機和NAIST于2018年聯合研發，用于實現化工廠的自主控制。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習試驗中生成穩健的控制策略。這些功能有助于提高開發過程的效率，并在現場測試期間實現長達840小時的自主控制。我認為在實際蒸餾塔中實現自主控制，集整個生產過程和安全性于一個系統，實際應用水平達到如此高的水平，都是非常了不起的成就，對于整個行業來說意義重大。我期待著看到這項技術的未來發展。”

橫河電機副總裁兼橫河產品總部負責人Kenji Hasegawa補充道：“這次現場測試的成功得益于只有客戶才能提供的對生產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)可以在全球范圍內極大地促進生產自動化、投資回報率最大化以及環境可持續性。分布式控制系統能夠控制和監測工廠生產設施的運行，橫河電機在該系統的研發方面處于世界領先地位，并推動了一系列行業的發展。我們堅定地著眼于一個形成未來工業模式的自主操作的世界，目前正在推廣‘工業自動化到工業自主化’(IA2IA)的概念。為在能源、材料、制藥等眾多產業實現將人員、機器、材料和方法(4M)的差異影響考慮在內的強大而靈活的生產過程，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合開發。”

關于橫河電機

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

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家公司的全球網絡，為建設可持續發展的社會創造新價值。

如需了解更多信息，請訪問www.yokogawa.com

關于JSR公司

JSR公司是一家在全球擁有9000多名員工的跨國公司，是各種技術驅動型市場的領先材料供應商，致力于推動材料創新，通過材料創造價值來造福社會、人類和環境。JSR的全球網絡總部位于日本東京，在歐洲、美國、中國大陸、中國臺灣、韓國和泰國設有工廠和辦事處。JSR是一家以研究為導向的公司，與許多行業的領先創新者緊密合作，這些行業對人類社會現在和未來的福利至關重要：生命科學、電子材料、顯示器、塑料和合成橡膠。

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

現場測試簡介

1.現場測試目的

(1) 證明強化學習人工智能（FKDPP：階乘內核動態策略規劃算法）可以安全地應用于需要安全保障的工廠

(2) 證明強化學習人工智能可用于控制現有控制方法（PID控制/APC）無法實現自動化的區域

2.詳細信息

3.公司職責

4.結果和與常規控制的比較

5.[參考資料]?工廠控制中所使用的人工智能的主要特點

關鍵詞： 人工智能 橫河電機 強化學習 生產控制 控制方法