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訪談頻道★ 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，通過擴大規模、提高產能來實現效益最大化的時代已經過去了，復雜多變的商業環境中，企業要提升盈利能力，就必須提高效率、提高資本效益、降本增效，以及實現安全可靠的生產。而工廠實現效率、效益、安全的提升，就需要借助于科技手段，實現工廠數字化轉型。
橫河電機作為先進的數字化、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，工業自動化到工業自主化）的概念，即工廠要從現在的工業自動化，不斷地進步成為未來的工業自主化。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：“工業自主化運行的特點就是盡可能地減少人的干預，從現場層、操作層，一直到決策層，都通過工業自主化運行系統來自主完成。為了實現IA2IA的愿景，其中一個很重要的手段就是工業軟件。工業軟件通過人工智能的賦能，可以實現自主優化生產方案、自動生產、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
作為優秀的工業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軟件產品線。據王東博士介紹，當前，除了傳統的儀器儀表和控制系統，在生產運營管理和企業運營管理層級上，橫河電機的工業軟件也取得了長足的發展。
在控制層，橫河電機除了有傳統的基礎控制層工業軟件DCS&SIS、SCADA、PLC之外，還提供安全優化軟件，如報警管理與優化軟件、操作導航軟件。目前橫河電機和機器人廠家合作開發機器人系統管理平臺，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，通過一個統一的平臺進行管理。
在生產運營管理層，橫河電機首先提供實時數據庫平臺作為整個生產管理的基礎。在生產優化方面，橫河電機提供了如先進控制（PACE）、實時優化（D-RTO）等提高效益的解決方案和軟件。在運行管理層面，橫河電機開發了生產運行管理平臺，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計劃調度、質量管理（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、相互支持運行，又可以相互獨立運行。用戶可以根據自己的業務需要選擇必要的模塊。
生產運行平臺可以很容易地實現云部署。云部署為客戶帶來的好處是不需要大量投資建設數據中心，減少了固定資占比。
“今后，橫河電機會繼續開發新的工業軟件，將人工智能技術應用于流程控制、設備診斷、能源優化、安全管理、質量管理等方面，最終實現工廠的自主化運行。”王東博士表示。
人工智能助力自主化運行
在自主化運行上，橫河電機已經進行了很多的嘗試。橫河電機開發的AI智能化控制軟件，已經在一家日本化工企業的裝置中實現了35天的無人干預自動運行。橫河電機中國的優化控制團隊，也通過實時優化和先進控制技術，為國內的一家大型化工企業，實現了14天“零手動”操作的目標。
隨著先進控制技術（Advanced Process Control）在石油化工行業中的廣泛應用，工廠又面臨著新的課題，就是如何根據原料性質、產品市場價格的變化來實時優化裝置的工作點。為此橫河電機推出了自己的實時優化技術D-RTO。D-RTO的全稱是Dynamic Real Time Optimization，是集合流程模擬仿真技術、動態優化技術和先進控制技術于一體的，適合煉油化工行業多裝置聯合優化的技術。
橫河電機的D-RTO技術，利用其全資子公司KBC的PetroSIM搭建裝置的嚴格穩態機理模型，對裝置進行在線模擬計算。計算周期為幾十分鐘。基于嚴格穩態模擬的結果，它生成線性增益矩陣，將線性增益矩陣的結果傳遞到優化計算平臺。
傳統RTO的閉環執行周期很長。首先，每個執行周期，穩態機理模型求解需要耗費大量時間。其次，在進行穩態計算之前以及優化結果下載之前，還要判斷裝置是否處于穩態。如果裝置沒有處于穩態，則不進行計算，也不輸出優化結果。這導致一天24小時之內，RTO輸出有效結果的次數非常有限。
橫河電機的D-RTO也是基于穩態機理模型。在新的穩態結果出來之后，立刻更新線性增益矩陣。在兩次穩態計算之間，持續地利用線性增益模型，進行優化計算。王東博士表示，由于采用了動態優化機制，橫河電機的D-RTO技術具有如下特點：
其一，優化周期短。與傳統的RTO不同的是，因為中間多了線性模型的輔助，動態RTO不必等到系統進入下一個穩態就可以進行優化。于是達到優化點的時間縮短了，縮短了時間就相當于提高了經濟效益。
其二，最終優化點相同。和傳統的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
對于工業軟件的發展趨勢，王東博士認為工業軟件未來將朝著更加智能、更加開放的方向發展。
隨著人工智能技術的快速發展，如果將人工智能技術和傳統的工業軟件相結合，能夠為客戶帶來更好的效益。DCS系統收集了海量的數據，過去這些數據都沉睡在用戶的服務器中，沒有為客戶的生產做出貢獻。現在橫河電機用AI技術對這些數據進行分析，就可以實現質量和工藝參數的相關性分析，能源消耗和產能的分析，設備狀態和生產參數的分析等等。橫河電機將這些分析集成在一個PDO效益驅動操作的工業軟件中，通過DCS的實時數據，為工廠的操作員提供操作指導，幫助客戶提高效益。
同時工業軟件也應該更加地開放。以往，工業軟件都是封閉的，很難實現和其他系統的數據共享。所以，我們在企業可以看到很多設備的、質量的、生產的管理系統，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互聯網的快速發展而得到改善。為了實現這樣一個整合，工業軟件需要提供標準化的數據結構，然后由工業互聯網平臺將各個業務模塊的數據和業務功能進行整合。只有這樣才能發揮工業軟件的最大效益。橫河電機也開發了這樣一個工業互聯網平臺，第一步是將橫河電機目前的工業軟件進行整合，致力于消除信息孤島，提高企業信息化水平。
談及橫河電機在工業軟件領域的核心優勢，王東博士表示：“智能化工廠的核心在于如何實現工廠信息的集成，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務的三大支柱，所以核心優勢為可以提供測量（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，已經從過去的自動化控制供應商轉型為包括咨詢業務在內的解決方案提供商。橫河電機通過自己過程行業的知識，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字化轉型開發了多種工業軟件。通過這些軟件，橫河電機可以為客戶提供具體的方案，幫助客戶解決業務、生產上的痛點。”
橫河電機對于未來工廠的愿景是從工業自動化轉變到工業自主化，而實現工業自主化的核心是AI人工智能技術在工業上的應用。橫河電機目前正在致力于人工智能工業軟件的開發，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，真正實現面向未來的無人工廠。
摘自《自動化博覽》2022年8月刊
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號