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橫河電機推出用于邊緣控制器的自主控制AI服務(wù)

2023-02-28 13:37:12來源：橫河電機 閱讀量：281 評論

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　　近日，橫河電機株式會社宣布推出面向邊緣控制器的強化學(xué)習(xí)服務(wù)。這種自主控制服務(wù)面向基于OpreX™實時操作系統(tǒng)的機器控制器(e-RT3 Plus)，采用階乘內(nèi)核動態(tài)策略編程(FKDPP)強化學(xué)習(xí)AI算法，由軟件包和可選的咨詢服務(wù)和/或培訓(xùn)項目組成，具體取決于最終用戶的需求。該軟件面向全球發(fā)布。咨詢和培訓(xùn)項目將首先在日本開展，然后推向其他市場。
 
面向邊緣控制器的自主控制AI服務(wù)
 
　　開發(fā)背景
 
　　鑒于實際工廠的物理、化學(xué)和其他工藝的復(fù)雜性，仍有許多地方需要資深操作人員進行干預(yù)?？刂七@些地方往往很困難，并且直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和盈利能力。傳統(tǒng)的控制技術(shù)包括PID控制*1和先進過程控制(APC)*2。采用PID控制或APC進行復(fù)雜控制，有時可能需要進行調(diào)整，而這可能會耗費大量的時間和精力。此外，某些工廠操作區(qū)域不適合PID控制或APC，必須手動控制，這就需要操作員在控制輸入前進行判斷。自主控制AI是針對此類情況的新技術(shù)，可實現(xiàn)復(fù)雜的控制，并消除對手動操作的依賴。
 
　　產(chǎn)品與服務(wù)特點
 
　　FKDPP是一種不同于PID控制和APC的新型控制技術(shù)。2022年3月，橫河電機和JSR公司的彈性體業(yè)務(wù)部門(現(xiàn)歸ENEOS Materials公司所有)成功完成了一項為期35天的現(xiàn)場測試。在該測試中，AI用于自主控制化工廠中的設(shè)施，該設(shè)施無法使用現(xiàn)有控制方法進行控制，并且需要根據(jù)工廠人員的判斷手動操作控制閥。這開創(chuàng)了世界先河*3。盡管存在天氣情況等可能會嚴重破壞控制狀態(tài)的因素，但還是實現(xiàn)了這一目標。
 
　　借助橫河電機今天宣布的新服務(wù)，客戶可以使用FKDPP算法創(chuàng)建AI控制模型，并將其安裝在邊緣控制器上。該服務(wù)具有以下特點和優(yōu)點：
 
　　特點
 
　　1.由于簡化了AI模型創(chuàng)建過程，即使非AI專家也可以創(chuàng)建自主控制AI模型，并將其安裝在e-RT3邊緣控制器上。
 
　　2.其他設(shè)施仍在運行時，也可以對安裝了自主控制AI的邊緣控制器進行改造。
 
　　3.它支持短至0.01秒的控制周期，特別適合需要快速響應(yīng)的設(shè)備控制應(yīng)用。
 
　　優(yōu)點
 
　　1.在只能進行手動控制的情況下實現(xiàn)自主控制
 
　　在超出PID控制和APC能力的地方應(yīng)用自主控制AI，可以實現(xiàn)自主、優(yōu)化控制。它不易受外部干擾的影響，可實現(xiàn)穩(wěn)定控制，并提高生產(chǎn)率。
 
　　2.抑制過沖
 
　　盡管因控制目標而異，但FKDPP可以抑制過沖。例如，通過減少不必要的過熱，過沖的減少(超過設(shè)定值的情況)預(yù)計將延長熔爐和其他加熱設(shè)施的使用壽命。
 
　　3.顯著縮短整定時間
 
　　與PID控制相比，F(xiàn)KDPP可顯著縮短整定時間，節(jié)約能源，提高生產(chǎn)率。
 
　　4.能夠在相互沖突的要求之間實現(xiàn)適當(dāng)?shù)钠胶?br /> 
　　雖然取決于控制目標，但FKDPP能夠處理相互沖突的要求，例如，在減少能源消耗和保持產(chǎn)品質(zhì)量之間取得適當(dāng)?shù)钠胶狻?br /> 
　　在進行驗證(如下文所示)之后，橫河電機現(xiàn)在推出了這項新型自主控制AI服務(wù)，用于多個行業(yè)的邊緣控制器，而無需對工廠設(shè)施進行重大改造。
 
　　實驗爐控制
 
　　與自動調(diào)諧PID控制相比，該解決方案能夠抑制過沖，并將整定時間縮短約65%——自動調(diào)諧PID控制器需要約30分鐘整定時間，而自主AI控制需要約10分鐘。
自動調(diào)諧PID控制與自主AI控制的比較
e-RT3邊緣控制器
 
　　要使用此系統(tǒng)，需要邊緣控制器(單獨出售)、自主AI學(xué)習(xí)服務(wù)、在邊緣控制器上實施AI控制模型的軟件包以及運行AI控制模型的許可證。根據(jù)應(yīng)用的不同，橫河電機可以提供培訓(xùn)項目、相關(guān)咨詢服務(wù)、工程服務(wù)等，幫助用戶啟動。
 
　　奈良先端科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)教授松原崇充(Takamitsu Matsubara)與橫河電機共同開發(fā)了FKDPP算法。他評論說：“可以說，橫河電機能夠?qū)娀瘜W(xué)習(xí)商業(yè)化，主要歸功于FKDPP減少了強化學(xué)習(xí)課題龐大的學(xué)習(xí)次數(shù)，并使其更加可行。橫河電機已經(jīng)證明了FKDPP的價值和實用性。將強化學(xué)習(xí)商業(yè)化為面向制造業(yè)的控制系統(tǒng)產(chǎn)品，還沒有其他先例。我預(yù)計FKDPP將為工業(yè)創(chuàng)造新的價值。”
 
　　橫河電機執(zhí)行董事兼產(chǎn)品總部負責(zé)人長谷川健司(Kenji Hasegawa)補充說：“控制是產(chǎn)品質(zhì)量和客戶收入的重要組成部分，但資深操作員的專業(yè)知識至關(guān)重要。我們認為，自主控制AI(FKDPP)是一項顛覆性創(chuàng)新，它將以多種新方式，解決在傳統(tǒng)控制技術(shù)中遇到困難的客戶的擔(dān)憂。未來，我們還將開辟一個新領(lǐng)域，實現(xiàn)基于管理戰(zhàn)略的靈活控制。通過為客戶提供價值，我們將為工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻，同時盡可能地減少對環(huán)境的影響，并引領(lǐng)IA2IA——從工業(yè)自動化向工業(yè)自主化的過渡。”
 
　　*1 比例-積分-微分控制，由Nicolas Minorsky于1922年首次提出，是一種用于流程工業(yè)和工廠自動化的基礎(chǔ)設(shè)施控制技術(shù)，用于控制流量、溫度、液位、壓力和成分等因素。它根據(jù)當(dāng)前值與設(shè)定值之間的偏差，基于P、I、D計算實現(xiàn)針對目標值的控制。運算量是根據(jù)當(dāng)前值與設(shè)定值之間的偏差，P(比例)、I(積分)和D(微分)運算的計算結(jié)果之和，并根據(jù) “目標值”進行控制。在某些情況下，某個值可能會超過(過沖)設(shè)定值，或者需要一段時間來整定以避免過沖。
 
　　*2 先進過程控制使用數(shù)學(xué)模型，預(yù)測過程響應(yīng)，并為PID控制回路實時提供設(shè)定值，以提高生產(chǎn)率、質(zhì)量和可控性。它可以很容易地用于控制，以提高產(chǎn)量、減少勞動時間并節(jié)約能源。APC可以減小數(shù)據(jù)偏差，從而更接近操作性能的極限(即獲得優(yōu)化性能)，但它不擅長對非線性化學(xué)反應(yīng)和機械變化做出反應(yīng)。
 
　　*3 橫河電機和JSR公司使用人工智能連續(xù)35天對化工廠進行自主控制，開創(chuàng)世界先河 - 兼顧質(zhì)量、產(chǎn)量、節(jié)能和抗突發(fā)干擾的下一代控制技術(shù)投入實際應(yīng)用 -
 
　　目標市場：資源和能源(石油、化工、天然氣、電力、可再生能源等)、材料(紡織品、紙漿和造紙、涂料等)、電子(半導(dǎo)體制造設(shè)備等)、食品和農(nóng)業(yè)、制藥、水和廢水
 
　　用途：控制溫度、壓力、水位、流量等
 
　　關(guān)于橫河電機集團
 
　　橫河電機為能源、化工、材料、制藥和食品等多個行業(yè)的客戶提供測量、控制和信息領(lǐng)域的先進解決方案。橫河電機通過數(shù)字化技術(shù)的有效應(yīng)用，幫助客戶解決日益復(fù)雜的生產(chǎn)、資產(chǎn)和供應(yīng)鏈優(yōu)化等問題，實現(xiàn)向自主運營的過渡。橫河電機于1915年在東京成立，擁有17,000多名員工。它通過遍布61個國家的122家公司的全球網(wǎng)絡(luò)，致力于實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的社會。
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