★ 本刊記者/文曉

橫河電機(jī)（中國）有限公司解決方案工程技術(shù)本部長王東博士

當(dāng)前，無論是在全球還是在中國，通過擴(kuò)大規(guī)模、提高產(chǎn)能來實(shí)現(xiàn)效益最大化的時(shí)代已經(jīng)過去了，復(fù)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(shí)現(xiàn)安全可靠的生產(chǎn)。而工廠實(shí)現(xiàn)效率、效益、安全的提升，就需要借助于科技手段，實(shí)現(xiàn)工廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

橫河電機(jī)作為先進(jìn)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(jī)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(jìn)步成為未來的工業(yè)自主化。橫河電機(jī)（中國）有限公司解決方案工程技術(shù)本部長王東博士表示：“工業(yè)自主化運(yùn)行的特點(diǎn)就是盡可能地減少人的干預(yù)，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(yùn)行系統(tǒng)來自主完成。為了實(shí)現(xiàn)IA2IA的愿景，其中一個(gè)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(shí)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(yīng)商，橫河電機(jī)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(dāng)前，除了傳統(tǒng)的儀器儀表和控制系統(tǒng)，在生產(chǎn)運(yùn)營管理和企業(yè)運(yùn)營管理層級上，橫河電機(jī)的工業(yè)軟件也取得了長足的發(fā)展。

在控制層，橫河電機(jī)除了有傳統(tǒng)的基礎(chǔ)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(bào)警管理與優(yōu)化軟件、操作導(dǎo)航軟件。目前橫河電機(jī)和機(jī)器人廠家合作開發(fā)機(jī)器人系統(tǒng)管理平臺，可以將不同類型的機(jī)器人，如無人機(jī)、爬行機(jī)器人、四輪機(jī)器人、履帶式機(jī)器人等，通過一個(gè)統(tǒng)一的平臺進(jìn)行管理。

在生產(chǎn)運(yùn)營管理層，橫河電機(jī)首先提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫平臺作為整個(gè)生產(chǎn)管理的基礎(chǔ)。在生產(chǎn)優(yōu)化方面，橫河電機(jī)提供了如先進(jìn)控制（PACE）、實(shí)時(shí)優(yōu)化（D-RTO）等提高效益的解決方案和軟件。在運(yùn)行管理層面，橫河電機(jī)開發(fā)了生產(chǎn)運(yùn)行管理平臺，這個(gè)平臺采用前后端分離的設(shè)計(jì)，將運(yùn)營管理的各個(gè)功能在一個(gè)統(tǒng)一的平臺上運(yùn)行，消除了信息孤島。在這個(gè)平臺上運(yùn)行的功能模塊包括生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度、質(zhì)量管理（QMS）、操作管理、供應(yīng)鏈管理、能源管理、設(shè)備管理和診斷、庫存管理等。這些模塊既相互關(guān)聯(lián)、相互支持運(yùn)行，又可以相互獨(dú)立運(yùn)行。用戶可以根據(jù)自己的業(yè)務(wù)需要選擇必要的模塊。

生產(chǎn)運(yùn)行平臺可以很容易地實(shí)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(shè)數(shù)據(jù)中心，減少了固定資占比。

“今后，橫河電機(jī)會繼續(xù)開發(fā)新的工業(yè)軟件，將人工智能技術(shù)應(yīng)用于流程控制、設(shè)備診斷、能源優(yōu)化、安全管理、質(zhì)量管理等方面，最終實(shí)現(xiàn)工廠的自主化運(yùn)行。”王東博士表示。

人工智能助力自主化運(yùn)行

在自主化運(yùn)行上，橫河電機(jī)已經(jīng)進(jìn)行了很多的嘗試。橫河電機(jī)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(shí)現(xiàn)了35天的無人干預(yù)自動運(yùn)行。橫河電機(jī)中國的優(yōu)化控制團(tuán)隊(duì)，也通過實(shí)時(shí)優(yōu)化和先進(jìn)控制技術(shù)，為國內(nèi)的一家大型化工企業(yè)，實(shí)現(xiàn)了14天“零手動”操作的目標(biāo)。

隨著先進(jìn)控制技術(shù)（Advanced Process Control）在石油化工行業(yè)中的廣泛應(yīng)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(jià)格的變化來實(shí)時(shí)優(yōu)化裝置的工作點(diǎn)。為此橫河電機(jī)推出了自己的實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)D-RTO。D-RTO的全稱是Dynamic Real Time Optimization，是集合流程模擬仿真技術(shù)、動態(tài)優(yōu)化技術(shù)和先進(jìn)控制技術(shù)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(shù)。

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

傳統(tǒng)RTO的閉環(huán)執(zhí)行周期很長。首先，每個(gè)執(zhí)行周期，穩(wěn)態(tài)機(jī)理模型求解需要耗費(fèi)大量時(shí)間。其次，在進(jìn)行穩(wěn)態(tài)計(jì)算之前以及優(yōu)化結(jié)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(jìn)行計(jì)算，也不輸出優(yōu)化結(jié)果。這導(dǎo)致一天24小時(shí)之內(nèi)，RTO輸出有效結(jié)果的次數(shù)非常有限。

橫河電機(jī)的D-RTO也是基于穩(wěn)態(tài)機(jī)理模型。在新的穩(wěn)態(tài)結(jié)果出來之后，立刻更新線性增益矩陣。在兩次穩(wěn)態(tài)計(jì)算之間，持續(xù)地利用線性增益模型，進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。王東博士表示，由于采用了動態(tài)優(yōu)化機(jī)制，橫河電機(jī)的D-RTO技術(shù)具有如下特點(diǎn)：

其一，優(yōu)化周期短。與傳統(tǒng)的RTO不同的是，因?yàn)橹虚g多了線性模型的輔助，動態(tài)RTO不必等到系統(tǒng)進(jìn)入下一個(gè)穩(wěn)態(tài)就可以進(jìn)行優(yōu)化。于是達(dá)到優(yōu)化點(diǎn)的時(shí)間縮短了，縮短了時(shí)間就相當(dāng)于提高了經(jīng)濟(jì)效益。

其二，最終優(yōu)化點(diǎn)相同。和傳統(tǒng)的RTO一樣，因?yàn)槎疾捎昧藝?yán)格機(jī)理模型技術(shù)，如果機(jī)理模型計(jì)算結(jié)果相同，那么最終的優(yōu)化終點(diǎn)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(rèn)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(shù)的快速發(fā)展，如果將人工智能技術(shù)和傳統(tǒng)的工業(yè)軟件相結(jié)合，能夠?yàn)榭蛻魩砀玫男б妗CS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(wù)器中，沒有為客戶的生產(chǎn)做出貢獻(xiàn)。現(xiàn)在橫河電機(jī)用AI技術(shù)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，就可以實(shí)現(xiàn)質(zhì)量和工藝參數(shù)的相關(guān)性分析，能源消耗和產(chǎn)能的分析，設(shè)備狀態(tài)和生產(chǎn)參數(shù)的分析等等。橫河電機(jī)將這些分析集成在一個(gè)PDO效益驅(qū)動操作的工業(yè)軟件中，通過DCS的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為工廠的操作員提供操作指導(dǎo)，幫助客戶提高效益。

同時(shí)工業(yè)軟件也應(yīng)該更加地開放。以往，工業(yè)軟件都是封閉的，很難實(shí)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(shè)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(guān)，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(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)整合，工業(yè)軟件需要提供標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，然后由工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺將各個(gè)業(yè)務(wù)模塊的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)功能進(jìn)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(jī)也開發(fā)了這樣一個(gè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，第一步是將橫河電機(jī)目前的工業(yè)軟件進(jìn)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(jī)在工業(yè)軟件領(lǐng)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(shí)現(xiàn)工廠信息的集成，就是IT/OT的融合。橫河電機(jī)將測量、控制和信息化作為自己公司業(yè)務(wù)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(shí)現(xiàn)IT/OT的融合。2015年以來，橫河電機(jī)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(yīng)商轉(zhuǎn)型為包括咨詢業(yè)務(wù)在內(nèi)的解決方案提供商。橫河電機(jī)通過自己過程行業(yè)的知識，加上自動化領(lǐng)域雄厚的基礎(chǔ)，為客戶提供智能工廠和數(shù)字化轉(zhuǎn)型咨詢服務(wù)。第三，如上所述，橫河電機(jī)為智能化工廠和數(shù)字化轉(zhuǎn)型開發(fā)了多種工業(yè)軟件。通過這些軟件，橫河電機(jī)可以為客戶提供具體的方案，幫助客戶解決業(yè)務(wù)、生產(chǎn)上的痛點(diǎn)。”

橫河電機(jī)對于未來工廠的愿景是從工業(yè)自動化轉(zhuǎn)變到工業(yè)自主化，而實(shí)現(xiàn)工業(yè)自主化的核心是AI人工智能技術(shù)在工業(yè)上的應(yīng)用。橫河電機(jī)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(xué)習(xí)智能控制技術(shù)、智能故障診斷技術(shù)、智能安全解決方案等。橫河電機(jī)期待能夠通過這些技術(shù)的實(shí)施，真正實(shí)現(xiàn)面向未來的無人工廠。

摘自《自動化博覽》2022年8月刊