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★ 本刊記者/文曉

橫河電機（中國）有限公司解決方案工程技術本部長王東博士

當前，無論是在全球還是在中國，通過擴大規(guī)模、提高產(chǎn)能來實現(xiàn)效益最大化的時代已經(jīng)過去了，復雜多變的商業(yè)環(huán)境中，企業(yè)要提升盈利能力，就必須提高效率、提高資本效益、降本增效，以及實現(xiàn)安全可靠的生產(chǎn)。而工廠實現(xiàn)效率、效益、安全的提升，就需要借助于科技手段，實現(xiàn)工廠數(shù)字化轉型。

橫河電機作為先進的數(shù)字化、自動化解決方案提供商，一直在思考未來工廠的樣子。2020年，橫河電機提出了了IA2IA （Industry Automation to Industry Autonomy，工業(yè)自動化到工業(yè)自主化）的概念，即工廠要從現(xiàn)在的工業(yè)自動化，不斷地進步成為未來的工業(yè)自主化。橫河電機（中國）有限公司解決方案工程技術本部長王東博士表示：“工業(yè)自主化運行的特點就是盡可能地減少人的干預，從現(xiàn)場層、操作層，一直到?jīng)Q策層，都通過工業(yè)自主化運行系統(tǒng)來自主完成。為了實現(xiàn)IA2IA的愿景，其中一個很重要的手段就是工業(yè)軟件。工業(yè)軟件通過人工智能的賦能，可以實現(xiàn)自主優(yōu)化生產(chǎn)方案、自動生產(chǎn)、故障的自動判斷和解決等一系列目前還需要人來解決的問題。”

全面布局支撐IA2IA愿景

作為優(yōu)秀的工業(yè)控制和信息化供應商，橫河電機基于IA2IA愿景，近年來一直在不斷完善工業(yè)軟件產(chǎn)品線。據(jù)王東博士介紹，當前，除了傳統(tǒng)的儀器儀表和控制系統(tǒng)，在生產(chǎn)運營管理和企業(yè)運營管理層級上，橫河電機的工業(yè)軟件也取得了長足的發(fā)展。

在控制層，橫河電機除了有傳統(tǒng)的基礎控制層工業(yè)軟件DCS&SIS、SCADA、PLC之外，還提供安全優(yōu)化軟件，如報警管理與優(yōu)化軟件、操作導航軟件。目前橫河電機和機器人廠家合作開發(fā)機器人系統(tǒng)管理平臺，可以將不同類型的機器人，如無人機、爬行機器人、四輪機器人、履帶式機器人等，通過一個統(tǒng)一的平臺進行管理。

在生產(chǎn)運營管理層，橫河電機首先提供實時數(shù)據(jù)庫平臺作為整個生產(chǎn)管理的基礎。在生產(chǎn)優(yōu)化方面，橫河電機提供了如先進控制（PACE）、實時優(yōu)化（D-RTO）等提高效益的解決方案和軟件。在運行管理層面，橫河電機開發(fā)了生產(chǎn)運行管理平臺，這個平臺采用前后端分離的設計，將運營管理的各個功能在一個統(tǒng)一的平臺上運行，消除了信息孤島。在這個平臺上運行的功能模塊包括生產(chǎn)計劃調(diào)度、質(zhì)量管理（QMS）、操作管理、供應鏈管理、能源管理、設備管理和診斷、庫存管理等。這些模塊既相互關聯(lián)、相互支持運行，又可以相互獨立運行。用戶可以根據(jù)自己的業(yè)務需要選擇必要的模塊。

生產(chǎn)運行平臺可以很容易地實現(xiàn)云部署。云部署為客戶帶來的好處是不需要大量投資建設數(shù)據(jù)中心，減少了固定資占比。

“今后，橫河電機會繼續(xù)開發(fā)新的工業(yè)軟件，將人工智能技術應用于流程控制、設備診斷、能源優(yōu)化、安全管理、質(zhì)量管理等方面，最終實現(xiàn)工廠的自主化運行。”王東博士表示。

人工智能助力自主化運行

在自主化運行上，橫河電機已經(jīng)進行了很多的嘗試。橫河電機開發(fā)的AI智能化控制軟件，已經(jīng)在一家日本化工企業(yè)的裝置中實現(xiàn)了35天的無人干預自動運行。橫河電機中國的優(yōu)化控制團隊，也通過實時優(yōu)化和先進控制技術，為國內(nèi)的一家大型化工企業(yè)，實現(xiàn)了14天“零手動”操作的目標。

隨著先進控制技術（Advanced Process Control）在石油化工行業(yè)中的廣泛應用，工廠又面臨著新的課題，就是如何根據(jù)原料性質(zhì)、產(chǎn)品市場價格的變化來實時優(yōu)化裝置的工作點。為此橫河電機推出了自己的實時優(yōu)化技術D-RTO。D-RTO的全稱是Dynamic Real Time Optimization，是集合流程模擬仿真技術、動態(tài)優(yōu)化技術和先進控制技術于一體的，適合煉油化工行業(yè)多裝置聯(lián)合優(yōu)化的技術。

橫河電機的D-RTO技術，利用其全資子公司KBC的PetroSIM搭建裝置的嚴格穩(wěn)態(tài)機理模型，對裝置進行在線模擬計算。計算周期為幾十分鐘。基于嚴格穩(wěn)態(tài)模擬的結果，它生成線性增益矩陣，將線性增益矩陣的結果傳遞到優(yōu)化計算平臺。

傳統(tǒng)RTO的閉環(huán)執(zhí)行周期很長。首先，每個執(zhí)行周期，穩(wěn)態(tài)機理模型求解需要耗費大量時間。其次，在進行穩(wěn)態(tài)計算之前以及優(yōu)化結果下載之前，還要判斷裝置是否處于穩(wěn)態(tài)。如果裝置沒有處于穩(wěn)態(tài)，則不進行計算，也不輸出優(yōu)化結果。這導致一天24小時之內(nèi)，RTO輸出有效結果的次數(shù)非常有限。

橫河電機的D-RTO也是基于穩(wěn)態(tài)機理模型。在新的穩(wěn)態(tài)結果出來之后，立刻更新線性增益矩陣。在兩次穩(wěn)態(tài)計算之間，持續(xù)地利用線性增益模型，進行優(yōu)化計算。王東博士表示，由于采用了動態(tài)優(yōu)化機制，橫河電機的D-RTO技術具有如下特點：

其一，優(yōu)化周期短。與傳統(tǒng)的RTO不同的是，因為中間多了線性模型的輔助，動態(tài)RTO不必等到系統(tǒng)進入下一個穩(wěn)態(tài)就可以進行優(yōu)化。于是達到優(yōu)化點的時間縮短了，縮短了時間就相當于提高了經(jīng)濟效益。

其二，最終優(yōu)化點相同。和傳統(tǒng)的RTO一樣，因為都采用了嚴格機理模型技術，如果機理模型計算結果相同，那么最終的優(yōu)化終點也都是一樣的。

整體解決方案打造核心競爭力

對于工業(yè)軟件的發(fā)展趨勢，王東博士認為工業(yè)軟件未來將朝著更加智能、更加開放的方向發(fā)展。

隨著人工智能技術的快速發(fā)展，如果將人工智能技術和傳統(tǒng)的工業(yè)軟件相結合，能夠為客戶帶來更好的效益。DCS系統(tǒng)收集了海量的數(shù)據(jù)，過去這些數(shù)據(jù)都沉睡在用戶的服務器中，沒有為客戶的生產(chǎn)做出貢獻。現(xiàn)在橫河電機用AI技術對這些數(shù)據(jù)進行分析，就可以實現(xiàn)質(zhì)量和工藝參數(shù)的相關性分析，能源消耗和產(chǎn)能的分析，設備狀態(tài)和生產(chǎn)參數(shù)的分析等等。橫河電機將這些分析集成在一個PDO效益驅動操作的工業(yè)軟件中，通過DCS的實時數(shù)據(jù)，為工廠的操作員提供操作指導，幫助客戶提高效益。

同時工業(yè)軟件也應該更加地開放。以往，工業(yè)軟件都是封閉的，很難實現(xiàn)和其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享。所以，我們在企業(yè)可以看到很多設備的、質(zhì)量的、生產(chǎn)的管理系統(tǒng)，但是它們之間都是各自為政，互不相關，形成了信息孤島。這種狀況正在通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展而得到改善。為了實現(xiàn)這樣一個整合，工業(yè)軟件需要提供標準化的數(shù)據(jù)結構，然后由工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺將各個業(yè)務模塊的數(shù)據(jù)和業(yè)務功能進行整合。只有這樣才能發(fā)揮工業(yè)軟件的最大效益。橫河電機也開發(fā)了這樣一個工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，第一步是將橫河電機目前的工業(yè)軟件進行整合，致力于消除信息孤島，提高企業(yè)信息化水平。

談及橫河電機在工業(yè)軟件領域的核心優(yōu)勢，王東博士表示：“智能化工廠的核心在于如何實現(xiàn)工廠信息的集成，就是IT/OT的融合。橫河電機將測量、控制和信息化作為自己公司業(yè)務的三大支柱，所以核心優(yōu)勢為可以提供測量（儀表）、控制（DCS/PLC）、信息化（ERP/MOM）的整體解決方案，幫助客戶實現(xiàn)IT/OT的融合。2015年以來，橫河電機通過一系列的并購，特別是對KBC的收購，已經(jīng)從過去的自動化控制供應商轉型為包括咨詢業(yè)務在內(nèi)的解決方案提供商。橫河電機通過自己過程行業(yè)的知識，加上自動化領域雄厚的基礎，為客戶提供智能工廠和數(shù)字化轉型咨詢服務。第三，如上所述，橫河電機為智能化工廠和數(shù)字化轉型開發(fā)了多種工業(yè)軟件。通過這些軟件，橫河電機可以為客戶提供具體的方案，幫助客戶解決業(yè)務、生產(chǎn)上的痛點。”

橫河電機對于未來工廠的愿景是從工業(yè)自動化轉變到工業(yè)自主化，而實現(xiàn)工業(yè)自主化的核心是AI人工智能技術在工業(yè)上的應用。橫河電機目前正在致力于人工智能工業(yè)軟件的開發(fā)，軟件包括自學習智能控制技術、智能故障診斷技術、智能安全解決方案等。橫河電機期待能夠通過這些技術的實施，真正實現(xiàn)面向未來的無人工廠。

摘自《自動化博覽》2022年8月刊