净零排放幸福健康循环经济

以AI赋能工业自主化

自首座现代化工业工厂投入运营以来已过去约两个世纪，自首套工厂集散控制系统问世也已过去50余年。总体而言，人类，特别是工业领域，不仅面临着巨大的可能性，也面临着来自环境、供应链、安全和劳动力方面的新型复杂挑战。为了应对这些挑战，工业界必须进行优化，提高生产率、增强可持续性、提升韧性，并壮大劳动力队伍。应对这一系列棘手问题的一条重要途径，是在工业流程中进一步采用人工智能（AI）和自动化技术，实现更高层级的自主运营。横河电机正致力于实现这样一个未来：借助先进自动化与AI技术，工业工厂具备自主学习与适应能力，在突破人类能力限制进行运营的同时，进一步释放人类的潜能。

用机器替代人类劳动，整体上为世界带来了巨大的财富增长和健康福祉。它催生了各种节省劳力、缩短距离、促进沟通和扩展认知的创新成果，这些创新塑造了现代生活。但与此同时，它也引发了社会现状的阵痛式转型，同时给人类带来了许多严峻的挑战。

从被诗人威廉·布莱克1804年形容为“黑暗邪恶磨坊”的英国早期工厂的恶劣工作条件和区域性污染，到如今城市化浪潮、人口增长、社会不平等及环境恶化^*1等更广泛的结构性挑战，全球范围内持续推进的工业化进程，为每一代人都带来了新的难题。值得庆幸的是，其中许多问题正通过政府行动得到解决，如劳工权益与环保法规不断完善，同时工业流程的效率、安全性和可持续性也持续提升^*2。

我们与机器的关系始终呈现双面性的演进，而今正迈入新的阶段。

继蒸汽驱动的机械化、电力驱动的大规模生产以及电子和信息技术驱动的自动化革命之后，有观点指出，我们现在正迈入第四次工业革命，其特征是物理、数字和生物领域的技术深度融合^*3。此外，经济生产模式的这些变革不仅为全人类带来多元风险，也为工业自身构成了新的挑战。

当今工业面临的挑战

2023年，世界经济论坛联合剑桥大学工业创新政策组以及联合国工业发展组织，提出了未来工业须应对的五大挑战^*4。

首先是关乎地球生存的挑战：“环境退化、资源短缺以及绿色转型需求。”必须对整个生产链进行追踪并尽可能地减少资源消耗和碳排放^*5。

在应对这一宏大任务的同时，工业界须为各类供应链中断的风险做好准备，如气候灾难、疫情、地缘政治紧张局势和网络攻击。第三，采用并推广AI等新技术，需要建立新框架，来应对治理、互操作性和安全方面的挑战。在加速数字化转型的同时，网络安全挑战也亟待解决^*6。

第四，需要应对劳动力市场中的技能缺口、劳动力短缺和再培训需求。在面临“大规模人员更替”（即因老员工退休与新生代力量不足导致的熟练劳动力萎缩）的挑战时，工业界必须确保经验丰富的工厂操作员与技术工人的专业知识得以传承^*7。此外，日益复杂且24小时不间断的工厂运营模式，也有可能使工人不堪重负。

最后，工业作为商业主体，必须在追求利润目标与推动“社会利益和公平增长” 之间取得平衡^*8。具有社会正义和责任感的资本主义必须兼顾所有利益相关方的需求，而非仅关注股东利益。

以工厂与城市为背景，握手动作与AI、云图标交融，象征数字化协作

借助AI从工业自动化迈向工业自主化

在这一系列棘手挑战中，一条可行的路径是加速工业流程中AI与自动化的应用。最终，工厂资产和运营将实现更高层级的自主化，能够在尽可能少的人工干预下，自主学习、适应并自主响应，使人类操作员得以聚焦于更高层级的优化与创造性任务。

白皮书《智能时代的工业》指出，工业领域的AI和自动化将有助于应对诸多此类挑战，大幅提升生产力和竞争力，从而改善效率、减少资源消耗和浪费，同时释放人力使其专注于创造性工作、监督协调与决策制定^*9。

该报告调查显示，89%的公司认为AI与工业运营高度相关，并计划将其纳入生产网络。事实上，根据该报告，AI已在提升生产效率方面发挥作用，先行采用的企业反馈其制造成本平均降低了14%。麦肯锡公司分析称，尽管目前AI在工业领域的实际采用率仍偏低，但对于工业处理工厂而言，潜在的收益可能尤为显著。

“工业处理工厂的运营商在获取AI效益方面具备显著优势。许多工厂已高度依赖基于流程数据的决策机制。”麦肯锡全球能源与材料业务部的一份报告中指出，“如今，大多数工厂已在AI赋能的基础设施领域进行了大量投资，例如网络设计、控制系统和历史数据采集。”^*10

应对工业挑战的导航者

为了加速工业自动化中AI的应用与普及，横河电机正在研发重要的解决方案。

1975年，横河电机发布了其首套集散控制系统CENTUM。去年，公司推出了新版CENTUM。CENTUM VP R7旨在加速自动化和AI为工业领域创造效益。该系统扩展了控制与监测范围，具备预测性监测功能，可减轻操作员工作负荷。它还具有更强的网络安全特性，并能融合工厂操作员的经验，实现AI驱动的工厂运营。

“在这个波动性、不确定性、复杂性和模糊性加剧的时代，制造现场和管理层所需应对的条件日益复杂。”横河电机副总裁山本光浩表示，“通过实现稳定运营和扩大自主化范围，CENTUM VP R7将助力客户建设更可持续的社会，并实现可持续的业务增长。”

横河电机凭借其先进的控制和自动化技术，展现了令人瞩目的演进历程，始终顺应行业需求的变迁与广义技术趋势的发展：1970年代计算机化和自动化的起步；80年代至90年代个人电脑、互联网和数字技术的迅速普及；21世纪前十年移动和无线技术的兴起；以及近十年间大数据、云计算和物联网解决方案的发展。

CENTUM系统始终通过持续增强其特性与功能，更好地融合这些技术趋势与进步，助力客户在工业运营中实现更高的“可靠性、稳定性和连续性”。如今该系统已演进至第10代，已有约30,000套CENTUM系统部署在全球100多个国家，使其成为DCS市场的佼佼者。该系统广泛应用于石油天然气、石化、化工、钢铁、制浆造纸、电力和水处理等行业。

展望未来，横河电机明确了其DCS系统将聚焦的两大重要趋势：一是赋能预测性维护、质量控制和自动优化的AI与机器学习发展；二是用于仿真优化的数字孪生技术应用进展。所有这些功能都将推动“自主运营”目标的实现。

通信网络驱动的自动化工厂俯视图，画面叠加数字化信息流

不仅DCS，还有AI算法

除了为工厂开发支持AI的DCS外，横河电机已经在不同领域展现了工业AI如何切实发挥作用。

2022年，横河电机与原JSR公司弹性体业务部（现属ENEOS Materials公司）合作，部署了基于强化学习的AI算法——阶乘内核动态策略规划（FKDPP）。该算法由横河电机与奈良先端科学技术大学院大学于2018年联合研发，并在电气与电子工程师协会（IEEE）自动化科学与工程国际会议上被认定为可用于工厂管理的基于强化学习的AI技术。在JSR生产合成橡胶原料的化工厂中，横河电机通过将该AI与CENTUM集成，实现了连续35天的工厂自主、安全控制，在稳定产品质量、实现高产量的同时，显著降低了能耗。

横河电机的AI解决方案持续控制着该工业设施的运行，经过一年的试验后，这项基于强化学习的AI被正式投入应用，再次见证历史。FKDPP算法被用于实现阀门操作的自动化，显著减轻了操作员的工作负荷，消除了不合格产品的产生，并将蒸汽消耗和二氧化碳排放量降低了40%，从而实现了节能与成本削减的双重效益。

基于此次成功实践，横河电机于2025年在综合能源与化工企业沙特阿美运营的Fadhili天然气厂，部署了多个协同工作的FKDPP自主控制AI智能体。该AI解决方案直接对工厂的酸性气体脱除工序进行自主控制与优化，有效降低了能源与化学品的消耗。