1 方案背景与目标

随着数字化转型的不断推进，流程工业正在经历从“自动化”到“自主化”的演变。特别是在OT（操作技术）和IT（信息技术）融合加深的背景下，行业和基础设施的数字化水平日益提高。自动化技术的广泛应用使得流程工业的管理和控制越来越依赖于数据和智能决策。然而，随着技术的不断进步和行业需求的多样化，单纯依靠自动化解决方案已无法满足工业生产日益复杂的需求，自主运营的模式成为数字化工厂的未来发展趋势。

为实现这一转型目标，艾默生通过将先进的自动化技术与艾斯本的工业AI软件解决方案进行深度融合，提出了基于模型、AI、数据和工艺过程状态的自主操控解决方案。该方案通过引入基于状态的控制（SBC）技术、高级批量控制技术（ISA 88）、AI辅助的高保真混合工艺模型优化技术以及其他先进技术，旨在实现全流程工艺过程的自主化操控。

自主操控的核心是通过实时在线的高保真混合工艺模型与操作规程的自动化融合，替代人工的分析决策和响应操作，从而提高生产效率、降低人工成本、减少人为失误，并确保生产过程的稳定性和安全性。

本方案的目标是实现自主工艺操作和自主过程操作的闭环控制，使工厂能够在无人干预的情况下，通过智能决策和自动化执行优化生产过程。这一自主操控解决方案将进一步推动数字化工厂向自主运营的目标迈进，为流程工业的未来发展奠定基础。

2 方案详细介绍

本方案基于艾默生先进的自动化控制技术与艾斯本嵌入工业AI的流程模拟技术，通过深入融合高度自动化与优化模型打造了基于模型，AI、数据和工艺过程状态的最优自主操控解决方案，依靠第一性原理与AI数据的混合模型代替人的操作分析与决策，依靠基于过程状态的控制代替人的操作判断与干预，即在线优化混合工艺模型输出优化操作参数作为基于状态的控制的自动化程序下的操作指令（APC等控制策略），从而完成在全流程工艺状态下的自学习，自适应，自优化，形成感知、决策与执行的闭环。

自主操控的精髓是在全流程工艺过程状态下实现在线高保真混合工艺模型与操作规程自动化SBC的融合的闭环最优操控。自主操控解决方案主要融合了基于状态的控制SBC技术(ISA 106 连续过程操作的规程自动化标准定义的一种自动化方式)，第一性原理驱动的AI高保真工艺模型优化技术、全流程动态仿真与控制系统虚拟化优化验证技术、基于状态的报警SBA技术和先进过程控制APC技术。具体应用到的技术和软件如下：

-操作规程自动化 - 基于状态的控制(SBC)，适用于连续生产

    SBC是ISA 106连续过程操作的规程自动化标准定义的一种高级自动化程序方式，依据工艺过程状态将SOP操作规程和最佳操作实践嵌在DCS控制程序中，实现全场景的自动操作，包括开停车、异常处理、设备切换、牌号切换、负荷调整等过程。SBC 是一种控制程序框架，采用模块化架构，包含过程知识并能够执行更复杂的过程操作。SBC是目前过程行业中智能工厂实现自主少人化操作的核心技术。

-报警优化与管理 – 报警合理化、基于状态的报警(SBA)和AgileOps报警管理平台

依据ISA18.2、GB-T 41261过程工业报警系统管理标准建立企业级报警原则标准，依据报警原则进行报警静态和动态合理化。提供完整的数字化精益报警管理设计，基于专业的数字化AgileOps报警管理平台进行高级报警性能分析；搭建厂级报警主数据库，与DCS系统同步报警参数，修改报警设置，并通过DCS操作画面实现报警知识CCA(原因、后果及行动)与操作员的交互；依据动态合理化设计实施系统外的高级动态报警管理；支持系统外高级搁置报警管理，安全系统的完整性跟踪及操作限制(旁路、联锁及操作边界的)跟踪统计。

-嵌入工业AI的先进控制(DMC3) 和DeltaV嵌入式先进控制PredictPro

    针对性通过APC先进控制解决生产装置中多变量、非线性、强耦合、大滞后及多约束和多目标控制问题。APC控制方案有明显技术优势，对被控对象的整体进行多个变量的控制并实现卡边优化操作，保障安全平稳运行并实现最大的经济效益。艾默生可应用最先进的Aspen DMC3 APC技术和嵌入式DeltaV APC技术。Aspen DMC3是当今最先进的APC控制技术，拥有多项技术专利。通过嵌入式 AI 、自适应过程控制等关键技术来简化建模过程，提高模型辨识能力、自动保障模型适配性，进而维持最佳过程性能，实现卓越运营和可持续发展目标。Aspen DMC3提供一站式的用于构建和维护多变量控制器的工程环境，可以基于整个生命周期的需要修改多变量控制器的行为，从而带来更大的利润。

-数字化自学习回路性能监测和自整定（DeltaV Insight & Entech)

    控制性能是生产效率和经济效益提升，企业数字化转型的基石。通过数字化智能回路性能分析与整定工具DeltaV Insight对DCS系统全部控制回路进行性能监测，通过自学习和高级分析的方式进行PID参数优化。

-工厂动态数字孪生系统 (Aspen HYSYS/DeltaV Mimic/DeltaV Simulate)

    通过技术先进、市场领先及经过丰富验证的流程模拟软件和控制系统虚拟化软件搭建全工艺流程高精度动态数字孪生系统，打造虚拟数字孪生工厂，是实现自主运行的重要测试、验证和优化迭代的关键基础平台。工厂数字孪生的核心是工艺流程动态高精度AI混合模型(第一性原理和AI模型) ，Aspen 混合模型是一项突破性的最佳建模技术，将工业人工智能嵌入到领先的流程模拟软件 Aspen Plus和 Aspen HYSYS 中，通过结合第一性原理、领域专业知识、过程数据和人工智能建立高精度模型，降低建模难度、提升建模效率，并根据不断变化的工艺过程和检测数据来校准模型进而匹配工厂实际行为和性能。

-严格的稳态工艺流程模拟(Aspen Plus/Aspen HYSYS)

    Aspen HYSYS/Plus通过其强大的建模技术能够优化各种操作过程中的产量、产品质量和能源使用，结合工业AI技术搭建第一原理驱动的重要设备或单元的混合高精度稳态模型，如反应器，精馏塔、换热器、压缩机等，进而帮助工厂优化设计和操作，以提高安全性、效率、设备健康性和盈利能力。通过将模型在线部署，利用实时过程数据自动校准模型，进行性能监测与操作条件指导，与高度自动化SBC技术融合，最终实现模型驱动的闭环优化控制

-第一性原理驱动的AI混合建模（Aspen Hybrid Model)

    Aspen 混合模型是一项突破性的最佳建模技术，可以为流程工业带来巨大价值，尤其是在变化激烈的市场中。Aspen 混合模型将工业人工智能嵌入到领先的流程模拟软件 Aspen Plus® 和 Aspen HYSYS® 中，通过结合第一原理、领域专业知识、过程数据和人工智能建立高精度模型，并根据不断变化的工艺条件来校准模型来匹配工厂实际行为和性能，以提高设计、运营和维护的安全性、可持续性和盈利能力。

-在线数字孪生工具(Aspen Online)

    通过Aspen OnLine使用与严格工艺模型相匹配的实时数据，通过实时运营指导，最大限度地提高运营盈利能力并实现可持续发展目标。Aspen OnLine可以通过OPC接口与各种实时数据库或工厂DCS协同工作，不仅支持开环实施，还与先进控制紧密集成支持实时闭环实施，并在可视化界面中显示模型结果，以跟踪关键KPI、当前数据与优化数据等。

-生产实时数据平台（Aspen IP.21实时数据库)

     Aspen IP.21是AspenTech DataWorks的一部分，旨在通过强大的数据管理功能，帮助企业实现资产优化和数据驱动的价值创造。Aspen先进的高性能的生产实时数据平台IP.21主要用于收集和存储海量工艺过程，能耗，物料，质量，设备状态等生产数据，实现全流程生产监控，生产过程历史数据监控与工艺故障分析，基于Web的生产运行可视化展示，生产报表电子化等功能。IP.21原生支持对批次历史数据进行切片，建立批次数据结构和存储，进而支持高级批次数据分析，优化批次生产。

在DeltaV系统中通过SBC技术实现全流程操作规程自动化，通过先进专业的AgileOps报警管理平台实现SBA动态报警管理。通过Aspen Plus/Hybrid建立高保真工艺模型，可以离线对SOP工艺操作参数优化，对于适用在线应用的场景，将通过Aspen OnLine实现在线操作参数指导和运行监测，指导和监测结果通过实时数据库与DeltaV交互并通过SBC操作面板可视，进而指导SBC操作动作。可选择开环（人工调整或确认）或闭环（SBC自动执行），开环和闭环方式依据模型输出准确度来决定。

艾默生的自主操控技术路径实际上是打造了基于工艺过程状态，应用工业AI和模型的“状态优化-状态知识-状态控制”循环优化的闭环解决方案。整体上建立一个可以不断自我迭代的开环或闭环有机生态环境，支撑最优自主操作运行，实现少人化工厂，并提升工厂整体运营效益和行业竞争力。

3 代表性及推广价值

本方案代表了流程工业自主操控技术的前沿，融合了先进自动化技术、工业AI和数字孪生模型，构建了一个全面、智能、高效的闭环优化系统。通过自主决策、大数据分析和精确控制，它突破了传统自动化的局限，提供了更加灵活和自适应的生产管理模式。方案的实施不仅能显著提升生产效率，降低人工成本，还能增强工艺流程的稳定性和安全性，为数字化工厂的未来发展提供坚实的技术支撑。

其推广价值主要体现在以下几个方面：

（1）广泛适用性：该方案适用于各类流程工业，尤其是在化工、制药、能源等对工艺控制精度要求较高的行业。其强大的自适应能力和智能决策体系，可以有效应对复杂的生产需求。

（2）成本效益：通过减少人工干预、优化生产流程、提升设备利用率，该方案能够帮助企业降低运营成本，提高生产效益，实现长远的经济回报。

（3）推动行业创新：该方案代表了自主化控制的未来方向，推动了流程工业从自动化到自主化的转型。其应用将推动行业技术升级，提升企业的核心竞争力。

（4）数字化转型引领者：在工业4.0和智能制造的背景下，本方案为工厂实现全面数字化和智能化运营提供了示范效应，具有重要的行业引领作用，能够帮助更多企业顺利实现数字化转型。