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横河电机:工业软件奠定工业全面智能化的基石
当前,无论是在全球还是在中国,通过扩大规模、提高产能来实现效益最大化的时代已经过去了,复杂多变的商业环境中,企业要提升盈利能力,就必须提高效率、提高资本效益、降本增效,以及实现安全可靠的生产。而工厂实现效率、效益、安全的提升,就需要借助于科技手段,实现工厂数字化转型。作为优秀的工业控制和信息化供应商,横河电机基于IA2IA愿景,近年来一直在不断完善工业软件产品线。
关键词: 工厂数字化 , IA2IA , 云部署

★ 本刊记者/文晓

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横河电机(中国)有限公司解决方案工程技术本部长王东博士

当前,无论是在全球还是在中国,通过扩大规模、提高产能来实现效益最大化的时代已经过去了,复杂多变的商业环境中,企业要提升盈利能力,就必须提高效率、提高资本效益、降本增效,以及实现安全可靠的生产。而工厂实现效率、效益、安全的提升,就需要借助于科技手段,实现工厂数字化转型。

横河电机作为先进的数字化、自动化解决方案提供商,一直在思考未来工厂的样子。2020年,横河电机提出了了IA2IA (Industry Automation to Industry Autonomy,工业自动化到工业自主化)的概念,即工厂要从现在的工业自动化,不断地进步成为未来的工业自主化。横河电机(中国)有限公司解决方案工程技术本部长王东博士表示:“工业自主化运行的特点就是尽可能地减少人的干预,从现场层、操作层,一直到决策层,都通过工业自主化运行系统来自主完成。为了实现IA2IA的愿景,其中一个很重要的手段就是工业软件。工业软件通过人工智能的赋能,可以实现自主优化生产方案、自动生产、故障的自动判断和解决等一系列目前还需要人来解决的问题。”

全面布局支撑IA2IA愿景

作为优秀的工业控制和信息化供应商,横河电机基于IA2IA愿景,近年来一直在不断完善工业软件产品线。据王东博士介绍,当前,除了传统的仪器仪表和控制系统,在生产运营管理和企业运营管理层级上,横河电机的工业软件也取得了长足的发展。

在控制层,横河电机除了有传统的基础控制层工业软件DCS&SIS、SCADA、PLC之外,还提供安全优化软件,如报警管理与优化软件、操作导航软件。目前横河电机和机器人厂家合作开发机器人系统管理平台,可以将不同类型的机器人,如无人机、爬行机器人、四轮机器人、履带式机器人等,通过一个统一的平台进行管理。

在生产运营管理层,横河电机首先提供实时数据库平台作为整个生产管理的基础。在生产优化方面,横河电机提供了如先进控制(PACE)、实时优化(D-RTO)等提高效益的解决方案和软件。在运行管理层面,横河电机开发了生产运行管理平台,这个平台采用前后端分离的设计,将运营管理的各个功能在一个统一的平台上运行,消除了信息孤岛。在这个平台上运行的功能模块包括生产计划调度、质量管理(QMS)、操作管理、供应链管理、能源管理、设备管理和诊断、库存管理等。这些模块既相互关联、相互支持运行,又可以相互独立运行。用户可以根据自己的业务需要选择必要的模块。

生产运行平台可以很容易地实现云部署。云部署为客户带来的好处是不需要大量投资建设数据中心,减少了固定资占比。

“今后,横河电机会继续开发新的工业软件,将人工智能技术应用于流程控制、设备诊断、能源优化、安全管理、质量管理等方面,最终实现工厂的自主化运行。”王东博士表示。

人工智能助力自主化运行

在自主化运行上,横河电机已经进行了很多的尝试。横河电机开发的AI智能化控制软件,已经在一家日本化工企业的装置中实现了35天的无人干预自动运行。横河电机中国的优化控制团队,也通过实时优化和先进控制技术,为国内的一家大型化工企业,实现了14天“零手动”操作的目标。

随着先进控制技术(Advanced Process Control)在石油化工行业中的广泛应用,工厂又面临着新的课题,就是如何根据原料性质、产品市场价格的变化来实时优化装置的工作点。为此横河电机推出了自己的实时优化技术D-RTO。D-RTO的全称是Dynamic Real Time Optimization,是集合流程模拟仿真技术、动态优化技术和先进控制技术于一体的,适合炼油化工行业多装置联合优化的技术。

横河电机的D-RTO技术,利用其全资子公司KBC的PetroSIM搭建装置的严格稳态机理模型,对装置进行在线模拟计算。计算周期为几十分钟。基于严格稳态模拟的结果,它生成线性增益矩阵,将线性增益矩阵的结果传递到优化计算平台。

传统RTO的闭环执行周期很长。首先,每个执行周期,稳态机理模型求解需要耗费大量时间。其次,在进行稳态计算之前以及优化结果下载之前,还要判断装置是否处于稳态。如果装置没有处于稳态,则不进行计算,也不输出优化结果。这导致一天24小时之内,RTO输出有效结果的次数非常有限。

横河电机的D-RTO也是基于稳态机理模型。在新的稳态结果出来之后,立刻更新线性增益矩阵。在两次稳态计算之间,持续地利用线性增益模型,进行优化计算。王东博士表示,由于采用了动态优化机制,横河电机的D-RTO技术具有如下特点:

其一,优化周期短。与传统的RTO不同的是,因为中间多了线性模型的辅助,动态RTO不必等到系统进入下一个稳态就可以进行优化。于是达到优化点的时间缩短了,缩短了时间就相当于提高了经济效益。

其二,最终优化点相同。和传统的RTO一样,因为都采用了严格机理模型技术,如果机理模型计算结果相同,那么最终的优化终点也都是一样的。

整体解决方案打造核心竞争力

对于工业软件的发展趋势,王东博士认为工业软件未来将朝着更加智能、更加开放的方向发展。

随着人工智能技术的快速发展,如果将人工智能技术和传统的工业软件相结合,能够为客户带来更好的效益。DCS系统收集了海量的数据,过去这些数据都沉睡在用户的服务器中,没有为客户的生产做出贡献。现在横河电机用AI技术对这些数据进行分析,就可以实现质量和工艺参数的相关性分析,能源消耗和产能的分析,设备状态和生产参数的分析等等。横河电机将这些分析集成在一个PDO效益驱动操作的工业软件中,通过DCS的实时数据,为工厂的操作员提供操作指导,帮助客户提高效益。

同时工业软件也应该更加地开放。以往,工业软件都是封闭的,很难实现和其他系统的数据共享。所以,我们在企业可以看到很多设备的、质量的、生产的管理系统,但是它们之间都是各自为政,互不相关,形成了信息孤岛。这种状况正在通过工业互联网的快速发展而得到改善。为了实现这样一个整合,工业软件需要提供标准化的数据结构,然后由工业互联网平台将各个业务模块的数据和业务功能进行整合。只有这样才能发挥工业软件的最大效益。横河电机也开发了这样一个工业互联网平台,第一步是将横河电机目前的工业软件进行整合,致力于消除信息孤岛,提高企业信息化水平。

谈及横河电机在工业软件领域的核心优势,王东博士表示:“智能化工厂的核心在于如何实现工厂信息的集成,就是IT/OT的融合。横河电机将测量、控制和信息化作为自己公司业务的三大支柱,所以核心优势为可以提供测量(仪表)、控制(DCS/PLC)、信息化(ERP/MOM)的整体解决方案,帮助客户实现IT/OT的融合。2015年以来,横河电机通过一系列的并购,特别是对KBC的收购,已经从过去的自动化控制供应商转型为包括咨询业务在内的解决方案提供商。横河电机通过自己过程行业的知识,加上自动化领域雄厚的基础,为客户提供智能工厂和数字化转型咨询服务。第三,如上所述,横河电机为智能化工厂和数字化转型开发了多种工业软件。通过这些软件,横河电机可以为客户提供具体的方案,帮助客户解决业务、生产上的痛点。”

横河电机对于未来工厂的愿景是从工业自动化转变到工业自主化,而实现工业自主化的核心是AI人工智能技术在工业上的应用。横河电机目前正在致力于人工智能工业软件的开发,软件包括自学习智能控制技术、智能故障诊断技术、智能安全解决方案等。横河电机期待能够通过这些技术的实施,真正实现面向未来的无人工厂。

摘自《自动化博览》2022年8月刊

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