日本 東京 - 20232023年2月28
橫河電機株式會社宣佈OpreXTM即時操作系統控制器e-RT3 Plus推出強化學習服務，採用階乘內核動態策略程式設計（FKDPP）強化學習AI演算法，由套裝軟體和可選的諮詢服務和/或培訓專案組成，具體內容取決於最終使用者的需求。套裝軟體在全球範圍發佈，諮詢和培訓專案將首先在日本開展，然後推向其他海外市場。
Autonomous control AI service for edge controllers
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開發背景
工廠在實際操作時，有許多複雜的物理、化學和其他製程因素，仍需要資深操作人員進行手動干預，這些環節的控制除了難度較大，並且直接影響產品品質和獲利能力。傳統的控制技術包括PID控制*1和先進程序控制（APC）*2。採用PID控制或APC進行複雜控制，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，可實現複雜的控制，並消除對手動操作的依賴。
產品與服務特色
FKDPP是一種不同於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用於自主控制化工廠中無法使用現有控制方法進行控制，需要工廠人員手動操作的設施。這是世界首創*3，儘管存在天氣情況等可能會嚴重破壞控制狀態的因素，但仍實現了目標。
透過橫河電機今天宣佈的新服務，客戶可以使用FKDPP演算法創建AI控制模型，並安裝在邊緣控制器上。該服務具有以下特色和優點：
特色
- 由於簡化了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，並將其安裝在e-RT3邊緣控制器上。
- 其他設施仍在運行時，也可以改造自主控制AI的邊緣控制器。
- 支援短至0.01秒的控制週期，特別適合需要快速回應的控制應用。
優點
- 在僅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，並提高生產率。 - 抑制過衝
儘管因控制目標而異，但FKDPP可以抑制過衝。例如，減少不必要的過熱，過衝的減少（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。 - 顯著縮短設定時間
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。 - 能夠在相互衝突的要求之間取得適當的平衡
儘管將取決於控制目標，但FKDPP能夠處理相互衝突的要求，例如，在減少能源消耗和保持產品品質之間取得適當的平衡。
進行驗證（如下文所示）之後，橫河電機現在推出了這項新型自主控制AI服務，適用於各行各業的邊緣控制器，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衝，並將設定時間縮短約65%——自動調諧PID控制器需要約30分鐘設定時間，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
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e-RT3 邊緣控制器
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要使用此系統，需要邊緣控制器（單獨出售）、自主AI學習服務、以及在邊緣控制器上執行AI控制模型的套裝軟體以及運行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專案、相關諮詢服務、工程服務等，協助使用者入門。
奈良先端科學技術大學院大學教授鬆原崇充（Takamitsu Matsubara）與橫河電機共同開發了FKDPP演算法。他表示：“可以說，橫河電機能夠將強化學習(Reinforcement Learning)商業化，主要歸功於FKDPP減少強化學習需要龐大學習次數的課題，並使其更加可行。。針對製造業將強化學習商業化的控制系統產品，目前還沒有其他先例，橫河電機已證明了FKDPP的價值和實用性，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穀川健司（Kenji Hasegawa）補充說：“控制是產品品質和客戶收入的重要組成部分，但經驗豐富的操作員所具備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，解決客戶在傳統控制技術中遇到困難和擔憂。未來，我們還將開闢一個新領域，實現基於管理戰略的靈活控制。透過為客戶提供價值，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，並引領IA2IA——從工業自動化向工業自主化的過渡。”
*1 PID控制( Proportional-Integral-Derivative control ): 由Nicolas Minorsky於1922年首次提出，是一種用於製程工業和工廠自動化的基礎設施控制技術。用於控制流量、溫度、液位、壓力和成分等因素。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，並根據 “目標值”進行控制。在某些情況下，某個值可能會超過（過衝）設定值，或者需要一段時間來整定以避免過衝。
*2 APC控制(Proportional-Integral-Derivative control): 先進程序控制使用數學模型，預測製程回應，並為PID控制回路即時提供設定值，以提高生產率、品質和可控性。它可以很容易地用於控制，以提高產量、減少勞動時間並節約能源。APC可以減小資料偏差，進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 In a World First, Yokogawa and JSR Use AI to Autonomously Control a Chemical Plant for 35 Consecutive Days
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、塗料等）
- 電子（半導體製造設備等）
- 食品和農業
- 製藥
- 水和廢水
用途
控制溫度、壓力、水位、流量等
關於Yokogawa橫河電機集團
橫河電機為能源、化工、材料、製藥和食品等多個產業的客戶提供測量、控制和資訊領域的先進解決方案。Yokogawa藉由有效應用數位化技術，協助客戶解決日益複雜的生產、資產和供應鏈等問題，實現向自主營運的過渡。Yokogawa於1915年在東京成立，擁有17,000多名員工，透過遍佈61個國家122家公司的全球網路，致力於實現可持續發展的社會。詳情請訪問：
www.yokogawa.com
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