横河电机公司和JSR公司宣布成功完成一项现场测试。该测试使用人工智能(AI)连续35天对一家化工厂进行了自主控制，此举开创了世界先河*1。该测试证明了强化学习人工智能可以安全地应用于实际工厂，并证明了该技术可以控制现有控制方法（PID控制*2/APC*3）所无法实现的操作，到目前为止，此类操作仍需要根据工厂人员的经验判断对控制阀进行手动操作。该举措入选了日本经济产业省年高级工业安全促进项目补贴计划。

JSR化工厂的蒸馏塔

从炼油和石化产品到高性能化学品、纤维、钢铁、制药、食品和水，过程工业中的控制跨越广泛的领域。所有这些都涉及化学反应需要极高的可靠性。在这项现场测试中，人工智能解决方案成功地处理了确保产品质量和保持蒸馏塔中液体处于适当水平所需的复杂条件，同时最大限度地利用余热作为热源。这种方法可以稳定质量，提高产量*并节省能源。外部温度的快速变化是扰乱控制状态的主要外部因素，但在雨雪天气中，生产的产品符合严格的标准并已经发货。另外，由于只生产合格产品，因此不存在因生产不合格产品而耗费燃料、劳动力、时间和其他资源的情况。通过以下流程，安全操作得以实现。控制区域和效果

通过以下过程确保安全运行：

确保工厂安全运营

本次控制实验中使用的人工智能，由横河电机和奈良先端科学技术大学院大学(NAIST)于年共同研发，称为阶乘内核动态策略规划(FKDPP)算法，在电气与电子工程师协会(IEEE)自动化科学与工程国际会议上被认定为全球首个可用于工厂管理的基于强化学习的人工智能技术*7。横河电机在年成功进行了控制培训系统*8实验，在年月成功进行了使用模拟器重建整个工厂的实验*9，由此确认了这种自主控制人工智能*10的潜力，并将其从理论发展为适合实际应用的技术。此项技术可用于以往无法通过传统控制方法（PID控制和APC）实现自动化的领域，其优势之一在于能够处理相互冲突的目标，例如对高质量和节能的需求。鉴于有众多复杂的物理和化学现象影响实际工厂的运行，仍有许多情况需要经验丰富的操作员介入并进行控制。即使利用PID控制和APC实现自动操作，经验丰富的操作员有时也需要停止自动控制并更改配置和输出值，例如由于降雨或其他天气导致大气温度突变时。这是许多公司工厂的常见问题。在推进工业自主化*11过程中，，一个非常重大的挑战是如何在人工干预不可避免的情况下实施自主控制，在确保高度安全的情况下尽可能地减少干预量。这项测试的结果表明，横河电机与JSR公司的合作为解决这一长期存在的问题开辟了一条前进的道路。横河电机欢迎对这些举措感兴趣的全球客户。横河电机的目标是迅速提供实现工业自主化的产品和解决方案。JSR公司认为，该试验展示了人工智能在解决化工厂以往无法解决问题的可能性，并考虑将其在其他过程和工厂中进行应用，以进一步提高生产效率。未来，两家公司将继续合作，研究在工厂中使用人工智能的方法。JSR生产技术总经理MasatakaMasutani表示：“由于5G的全面发展、其他往数字化社会迈进方面的发展、确保工厂安全的人力资源的老龄化及其替代人员的缺乏，行业环境正发生变化，石化行业面临着利用物联网(IoT)和人工智能等新技术来提高生产活动安全性和效率的巨大压力。JSR的研究方向是通过积极结合无人机、物联网传感器、摄像头等新技术实现生产智能化，在本次实验中，我们采用了人工智能控制技术来应对工厂过程控制自动化的挑战。我们验证了人工智能能够自主控制以前依赖于操作员经验而通过手动执行的过程，我们坚信人工智能控制技术的实用性和未来潜力。很多业内人士表示，这项技术不仅减轻了操作员的负担，而且我们也积极应对了这项新技术的挑战并取得了成功，这正是我们持续发展DX的动力。今后，我们将扩大人工智能控制的操作规模，努力提高化工厂的安全性、稳定性和竞争力。”NAIST副教授TakamitsuMatsubara表示：“我很高兴这次现场测试取得了成功。数据分析和机器学习已开始应用于化工厂运营，但可用于自主控制和运营优化的技术直到现在还没有完全准备就绪。强化学习人工智能FKDPP算法由横河电机和NAIST于年联合研发，用于实现化工厂的自主控制。尽管必须采用大量传感器和控制阀，但人工智能可以在有限学习试验中生成稳健的控制策略。这些功能有助于提高开发过程的效率，并在现场测试期间实现长达80小时的自主控制。我认为在实际蒸馏塔中实现自主控制，集整个生产过程和安全性于一个系统，实际应用水平达到如此高的水平，都是非常了不起的成就，对于整个行业来说意义重大。我期待着看到这项技术的未来发展。”横河电机副总裁兼横河产品总部负责人KenjiHasegawa补充道：“这次现场测试的成功得益于只有客户才能提供的对生产过程和操作方面的深入了解，以及横河电机利用测量、控制和信息来创造价值的能力。试验表明，自主控制人工智能(FKDPP)可以在全球范围内极大地促进生产自动化、投资回报率最大化以及环境可持续性。分布式控制系统能够控制和监测工厂生产设施的运行，横河电机在该系统的研发方面处于世界领先地位，并推动了一系列行业的发展。我们坚定地着眼于一个形成未来工业模式的自主操作的世界，目前正在推广‘工业自动化到工业自主化’(IA2IA)的概念。为在能源、材料、制药等众多产业实现将人员、机器、材料和方法(M)的差异影响考虑在内的强大而灵活的生产过程，我们将与世界各地的客户合作，推动自主控制人工智能的联合开发。”

*1基于横河电机于年2月进行的关于直接改变化工厂操作变量的人工智能调查。*2比例-积分-微分控制。由NicolasMinorsky于年首次提出，是一种用于过程工业的基础设施控制技术，用于控制数量、温度、液位、压力和成分等因素。根据当前值与设定值的偏差，使用P、I、D计算中的每一个结果针对目标值进行控制。这种控制模式存在无法应对多种外部干扰（天气、气候、材料成分变化）和目标值频繁变化等问题，因此需要手动控制。*3先进过程控制。该控制技术使用数学模型，可以预测过程响应并为PID控制回路实时提供设定值，以提高生产率、质量和可控性。先进过程控制也可以很容易地用于控制，以提高产量、减少劳动时间并节约能源。利用APC可以减小数据偏差，从而更接近操作性能的极限（即获得最佳性能）。然而，这项技术不擅长应对流体的快速蒸发和其他此类化学反应、材料成分的重大变化以及机械的变化，因此受到了限制。*通过精制过程从原料中获得的实际目标产品量。*5CENTUMVP集散控制系统对整个生产过程同时监测和控制压力、流速、温度等因素，并集成各种互锁功能，以实现安全稳定的操作和事故预防。为了防止工厂事故，可以与安全仪表系统(SIS)、紧急切断装置(ESD)、防火系统(FG)等配合使用。*6一种可以阻止启动的机制，除非在操作前满足某些条件。该机制通过防止不正确的操作、程序错误等来提高安全性。*7《用于醋酸乙烯单体工厂模型控制的阶乘内核动态策略规划》，年8月。

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