【儀表網 產品快訊】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習服務。這種自主控制服務面向基于OpreX™實時操作系統的機器控制器(e-RT3 Plus)，采用階乘內核動態策略編程(FKDPP)強化學習AI算法，由軟件包和可選的咨詢服務和/或培訓項目組成，具體取決于最終用戶的需求。該軟件面向全球發布。咨詢和培訓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
開發背景
鑒于實際工廠的物理、化學和其他工藝的復雜性，仍有許多地方需要資深操作人員進行干預。控制這些地方往往很困難，并且直接影響產品質量和盈利能力。傳統的控制技術包括PID控制*1和先進過程控制(APC)*2。采用PID控制或APC進行復雜控制，有時可能需要進行調整，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，可實現復雜的控制，并消除對手動操作的依賴。
產品與服務特點
FKDPP是一種不同于PID控制和APC的新型控制技術。2022年3月，橫河電機和JSR公司的彈性體業務部門(現歸ENEOS Materials公司所有)成功完成了一項為期35天的現場測試。在該測試中，AI用于自主控制化工廠中的設施，該設施無法使用現有控制方法進行控制，并且需要根據工廠人員的判斷手動操作控制閥。這開創了世界先河*3。盡管存在天氣情況等可能會嚴重破壞控制狀態的因素，但還是實現了這一目標。
借助橫河電機今天宣布的新服務，客戶可以使用FKDPP算法創建AI控制模型，并將其安裝在邊緣控制器上。該服務具有以下特點和優點：
特點
1.由于簡化了AI模型創建過程，即使非AI專家也可以創建自主控制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的設備控制應用。
優點
1.在只能進行手動控制的情況下實現自主控制
在超出PID控制和APC能力的地方應用自主控制AI，可以實現自主、優化控制。它不易受外部干擾的影響，可實現穩定控制，并提高生產率。
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(超過設定值的情況)預計將延長熔爐和其他加熱設施的使用壽命。
3.顯著縮短整定時間
與PID控制相比，FKDPP可顯著縮短整定時間，節約能源，提高生產率。
4.能夠在相互沖突的要求之間實現適當的平衡
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品質量之間取得適當的平衡。
在進行驗證(如下文所示)之后，橫河電機現在推出了這項新型自主控制AI服務，用于多個行業的邊緣控制器，而無需對工廠設施進行重大改造。
實驗爐控制
與自動調諧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，需要邊緣控制器(單獨出售)、自主AI學習服務、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。根據應用的不同，橫河電機可以提供培訓項目、相關咨詢服務、工程服務等，幫助用戶啟動。
奈良先端科學技術大學院大學教授松原崇充(Takamitsu Matsubara)與橫河電機共同開發了FKDPP算法。他評論說：“可以說，橫河電機能夠將強化學習商業化，主要歸功于FKDPP減少了強化學習課題龐大的學習次數，并使其更加可行。橫河電機已經證明了FKDPP的價值和實用性。將強化學習商業化為面向制造業的控制系統產品，還沒有其他先例。我預計FKDPP將為工業創造新的價值。”
橫河電機執行董事兼產品總部負責人長谷川健司(Kenji Hasegawa)補充說：“控制是產品質量和客戶收入的重要組成部分，但資深操作員的專業知識至關重要。我們認為，自主控制AI(FKDPP)是一項顛覆性創新，它將以多種新方式，解決在傳統控制技術中遇到困難的客戶的擔憂。未來，我們還將開辟一個新領域，實現基于管理戰略的靈活控制。通過為客戶提供價值，我們將為工業的可持續發展做出貢獻，同時盡可能地減少對環境的影響，并引領IA2IA——從工業自動化向工業自主化的過渡。”
*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和工廠自動化的基礎設施控制技術，用于控制流量、溫度、液位、壓力和成分等因素。它根據當前值與設定值之間的偏差，基于P、I、D計算實現針對目標值的控制。運算量是根據當前值與設定值之間的偏差，P(比例)、I(積分)和D(微分)運算的計算結果之和，并根據 “目標值”進行控制。在某些情況下，某個值可能會超過(過沖)設定值，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學模型，預測過程響應，并為PID控制回路實時提供設定值，以提高生產率、質量和可控性。它可以很容易地用于控制，以提高產量、減少勞動時間并節約能源。APC可以減小數據偏差，從而更接近操作性能的極限(即獲得優化性能)，但它不擅長對非線性化學反應和機械變化做出反應。
*3 橫河電機和JSR公司使用人工智能連續35天對化工廠進行自主控制，開創世界先河 - 兼顧質量、產量、節能和抗突發干擾的下一代控制技術投入實際應用 -
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(半導體制造設備等)
食品和農業
制藥
水和廢水
用途
控制溫度、壓力、水位、流量等
關于橫河電機集團
橫河電機為能源、化工、材料、制藥和食品等多個行業的客戶提供測量、控制和信息領域的先進解決方案。橫河電機通過數字化技術的有效應用，幫助客戶解決日益復雜的生產、資產和供應鏈優化等問題，實現向自主運營的過渡。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家公司的全球網絡，致力于實現可持續發展的社會。
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