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1 方案背景與目標

隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型的不斷推進，流程工業(yè)正在經(jīng)歷從“自動化”到“自主化”的演變。特別是在OT（操作技術(shù)）和IT（信息技術(shù)）融合加深的背景下，行業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字化水平日益提高。自動化技術(shù)的廣泛應(yīng)用使得流程工業(yè)的管理和控制越來越依賴于數(shù)據(jù)和智能決策。然而，隨著技術(shù)的不斷進步和行業(yè)需求的多樣化，單純依靠自動化解決方案已無法滿足工業(yè)生產(chǎn)日益復雜的需求，自主運營的模式成為數(shù)字化工廠的未來發(fā)展趨勢。

為實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)型目標，艾默生通過將先進的自動化技術(shù)與艾斯本的工業(yè)AI軟件解決方案進行深度融合，提出了基于模型、AI、數(shù)據(jù)和工藝過程狀態(tài)的自主操控解決方案。該方案通過引入基于狀態(tài)的控制（SBC）技術(shù)、高級批量控制技術(shù)（ISA 88）、AI輔助的高保真混合工藝模型優(yōu)化技術(shù)以及其他先進技術(shù)，旨在實現(xiàn)全流程工藝過程的自主化操控。

自主操控的核心是通過實時在線的高保真混合工藝模型與操作規(guī)程的自動化融合，替代人工的分析決策和響應(yīng)操作，從而提高生產(chǎn)效率、降低人工成本、減少人為失誤，并確保生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和安全性。

本方案的目標是實現(xiàn)自主工藝操作和自主過程操作的閉環(huán)控制，使工廠能夠在無人干預的情況下，通過智能決策和自動化執(zhí)行優(yōu)化生產(chǎn)過程。這一自主操控解決方案將進一步推動數(shù)字化工廠向自主運營的目標邁進，為流程工業(yè)的未來發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

2 方案詳細介紹

本方案基于艾默生先進的自動化控制技術(shù)與艾斯本嵌入工業(yè)AI的流程模擬技術(shù)，通過深入融合高度自動化與優(yōu)化模型打造了基于模型，AI、數(shù)據(jù)和工藝過程狀態(tài)的最優(yōu)自主操控解決方案，依靠第一性原理與AI數(shù)據(jù)的混合模型代替人的操作分析與決策，依靠基于過程狀態(tài)的控制代替人的操作判斷與干預，即在線優(yōu)化混合工藝模型輸出優(yōu)化操作參數(shù)作為基于狀態(tài)的控制的自動化程序下的操作指令（APC等控制策略），從而完成在全流程工藝狀態(tài)下的自學習，自適應(yīng)，自優(yōu)化，形成感知、決策與執(zhí)行的閉環(huán)。

自主操控的精髓是在全流程工藝過程狀態(tài)下實現(xiàn)在線高保真混合工藝模型與操作規(guī)程自動化SBC的融合的閉環(huán)最優(yōu)操控。自主操控解決方案主要融合了基于狀態(tài)的控制SBC技術(shù)(ISA 106 連續(xù)過程操作的規(guī)程自動化標準定義的一種自動化方式)，第一性原理驅(qū)動的AI高保真工藝模型優(yōu)化技術(shù)、全流程動態(tài)仿真與控制系統(tǒng)虛擬化優(yōu)化驗證技術(shù)、基于狀態(tài)的報警SBA技術(shù)和先進過程控制APC技術(shù)。具體應(yīng)用到的技術(shù)和軟件如下：

-操作規(guī)程自動化 - 基于狀態(tài)的控制(SBC)，適用于連續(xù)生產(chǎn)

    SBC是ISA 106連續(xù)過程操作的規(guī)程自動化標準定義的一種高級自動化程序方式，依據(jù)工藝過程狀態(tài)將SOP操作規(guī)程和最佳操作實踐嵌在DCS控制程序中，實現(xiàn)全場景的自動操作，包括開停車、異常處理、設(shè)備切換、牌號切換、負荷調(diào)整等過程。SBC 是一種控制程序框架，采用模塊化架構(gòu)，包含過程知識并能夠執(zhí)行更復雜的過程操作。SBC是目前過程行業(yè)中智能工廠實現(xiàn)自主少人化操作的核心技術(shù)。

-報警優(yōu)化與管理 – 報警合理化、基于狀態(tài)的報警(SBA)和AgileOps報警管理平臺

依據(jù)ISA18.2、GB-T 41261過程工業(yè)報警系統(tǒng)管理標準建立企業(yè)級報警原則標準，依據(jù)報警原則進行報警靜態(tài)和動態(tài)合理化。提供完整的數(shù)字化精益報警管理設(shè)計，基于專業(yè)的數(shù)字化AgileOps報警管理平臺進行高級報警性能分析；搭建廠級報警主數(shù)據(jù)庫，與DCS系統(tǒng)同步報警參數(shù)，修改報警設(shè)置，并通過DCS操作畫面實現(xiàn)報警知識CCA(原因、后果及行動)與操作員的交互；依據(jù)動態(tài)合理化設(shè)計實施系統(tǒng)外的高級動態(tài)報警管理；支持系統(tǒng)外高級擱置報警管理，安全系統(tǒng)的完整性跟蹤及操作限制(旁路、聯(lián)鎖及操作邊界的)跟蹤統(tǒng)計。

-嵌入工業(yè)AI的先進控制(DMC3) 和DeltaV嵌入式先進控制PredictPro

    針對性通過APC先進控制解決生產(chǎn)裝置中多變量、非線性、強耦合、大滯后及多約束和多目標控制問題。APC控制方案有明顯技術(shù)優(yōu)勢，對被控對象的整體進行多個變量的控制并實現(xiàn)卡邊優(yōu)化操作，保障安全平穩(wěn)運行并實現(xiàn)最大的經(jīng)濟效益。艾默生可應(yīng)用最先進的Aspen DMC3 APC技術(shù)和嵌入式DeltaV APC技術(shù)。Aspen DMC3是當今最先進的APC控制技術(shù)，擁有多項技術(shù)專利。通過嵌入式 AI 、自適應(yīng)過程控制等關(guān)鍵技術(shù)來簡化建模過程，提高模型辨識能力、自動保障模型適配性，進而維持最佳過程性能，實現(xiàn)卓越運營和可持續(xù)發(fā)展目標。Aspen DMC3提供一站式的用于構(gòu)建和維護多變量控制器的工程環(huán)境，可以基于整個生命周期的需要修改多變量控制器的行為，從而帶來更大的利潤。

-數(shù)字化自學習回路性能監(jiān)測和自整定（DeltaV Insight & Entech)

    控制性能是生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益提升，企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基石。通過數(shù)字化智能回路性能分析與整定工具DeltaV Insight對DCS系統(tǒng)全部控制回路進行性能監(jiān)測，通過自學習和高級分析的方式進行PID參數(shù)優(yōu)化。

-工廠動態(tài)數(shù)字孿生系統(tǒng) (Aspen HYSYS/DeltaV Mimic/DeltaV Simulate)

    通過技術(shù)先進、市場領(lǐng)先及經(jīng)過豐富驗證的流程模擬軟件和控制系統(tǒng)虛擬化軟件搭建全工藝流程高精度動態(tài)數(shù)字孿生系統(tǒng)，打造虛擬數(shù)字孿生工廠，是實現(xiàn)自主運行的重要測試、驗證和優(yōu)化迭代的關(guān)鍵基礎(chǔ)平臺。工廠數(shù)字孿生的核心是工藝流程動態(tài)高精度AI混合模型(第一性原理和AI模型) ，Aspen 混合模型是一項突破性的最佳建模技術(shù)，將工業(yè)人工智能嵌入到領(lǐng)先的流程模擬軟件 Aspen Plus和 Aspen HYSYS 中，通過結(jié)合第一性原理、領(lǐng)域?qū)I(yè)知識、過程數(shù)據(jù)和人工智能建立高精度模型，降低建模難度、提升建模效率，并根據(jù)不斷變化的工藝過程和檢測數(shù)據(jù)來校準模型進而匹配工廠實際行為和性能。

-嚴格的穩(wěn)態(tài)工藝流程模擬(Aspen Plus/Aspen HYSYS)

    Aspen HYSYS/Plus通過其強大的建模技術(shù)能夠優(yōu)化各種操作過程中的產(chǎn)量、產(chǎn)品質(zhì)量和能源使用，結(jié)合工業(yè)AI技術(shù)搭建第一原理驅(qū)動的重要設(shè)備或單元的混合高精度穩(wěn)態(tài)模型，如反應(yīng)器，精餾塔、換熱器、壓縮機等，進而幫助工廠優(yōu)化設(shè)計和操作，以提高安全性、效率、設(shè)備健康性和盈利能力。通過將模型在線部署，利用實時過程數(shù)據(jù)自動校準模型，進行性能監(jiān)測與操作條件指導，與高度自動化SBC技術(shù)融合，最終實現(xiàn)模型驅(qū)動的閉環(huán)優(yōu)化控制

-第一性原理驅(qū)動的AI混合建模（Aspen Hybrid Model)

    Aspen 混合模型是一項突破性的最佳建模技術(shù)，可以為流程工業(yè)帶來巨大價值，尤其是在變化激烈的市場中。Aspen 混合模型將工業(yè)人工智能嵌入到領(lǐng)先的流程模擬軟件 Aspen Plus? 和 Aspen HYSYS? 中，通過結(jié)合第一原理、領(lǐng)域?qū)I(yè)知識、過程數(shù)據(jù)和人工智能建立高精度模型，并根據(jù)不斷變化的工藝條件來校準模型來匹配工廠實際行為和性能，以提高設(shè)計、運營和維護的安全性、可持續(xù)性和盈利能力。

-在線數(shù)字孿生工具(Aspen Online)

    通過Aspen OnLine使用與嚴格工藝模型相匹配的實時數(shù)據(jù)，通過實時運營指導，最大限度地提高運營盈利能力并實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標。Aspen OnLine可以通過OPC接口與各種實時數(shù)據(jù)庫或工廠DCS協(xié)同工作，不僅支持開環(huán)實施，還與先進控制緊密集成支持實時閉環(huán)實施，并在可視化界面中顯示模型結(jié)果，以跟蹤關(guān)鍵KPI、當前數(shù)據(jù)與優(yōu)化數(shù)據(jù)等。

-生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)平臺（Aspen IP.21實時數(shù)據(jù)庫)

     Aspen IP.21是AspenTech DataWorks的一部分，旨在通過強大的數(shù)據(jù)管理功能，幫助企業(yè)實現(xiàn)資產(chǎn)優(yōu)化和數(shù)據(jù)驅(qū)動的價值創(chuàng)造。Aspen先進的高性能的生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)平臺IP.21主要用于收集和存儲海量工藝過程，能耗，物料，質(zhì)量，設(shè)備狀態(tài)等生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全流程生產(chǎn)監(jiān)控，生產(chǎn)過程歷史數(shù)據(jù)監(jiān)控與工藝故障分析，基于Web的生產(chǎn)運行可視化展示，生產(chǎn)報表電子化等功能。IP.21原生支持對批次歷史數(shù)據(jù)進行切片，建立批次數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和存儲，進而支持高級批次數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化批次生產(chǎn)。

在DeltaV系統(tǒng)中通過SBC技術(shù)實現(xiàn)全流程操作規(guī)程自動化，通過先進專業(yè)的AgileOps報警管理平臺實現(xiàn)SBA動態(tài)報警管理。通過Aspen Plus/Hybrid建立高保真工藝模型，可以離線對SOP工藝操作參數(shù)優(yōu)化，對于適用在線應(yīng)用的場景，將通過Aspen OnLine實現(xiàn)在線操作參數(shù)指導和運行監(jiān)測，指導和監(jiān)測結(jié)果通過實時數(shù)據(jù)庫與DeltaV交互并通過SBC操作面板可視，進而指導SBC操作動作?？蛇x擇開環(huán)（人工調(diào)整或確認）或閉環(huán)（SBC自動執(zhí)行），開環(huán)和閉環(huán)方式依據(jù)模型輸出準確度來決定。

艾默生的自主操控技術(shù)路徑實際上是打造了基于工藝過程狀態(tài)，應(yīng)用工業(yè)AI和模型的“狀態(tài)優(yōu)化-狀態(tài)知識-狀態(tài)控制”循環(huán)優(yōu)化的閉環(huán)解決方案。整體上建立一個可以不斷自我迭代的開環(huán)或閉環(huán)有機生態(tài)環(huán)境，支撐最優(yōu)自主操作運行，實現(xiàn)少人化工廠，并提升工廠整體運營效益和行業(yè)競爭力。

3 代表性及推廣價值

本方案代表了流程工業(yè)自主操控技術(shù)的前沿，融合了先進自動化技術(shù)、工業(yè)AI和數(shù)字孿生模型，構(gòu)建了一個全面、智能、高效的閉環(huán)優(yōu)化系統(tǒng)。通過自主決策、大數(shù)據(jù)分析和精確控制，它突破了傳統(tǒng)自動化的局限，提供了更加靈活和自適應(yīng)的生產(chǎn)管理模式。方案的實施不僅能顯著提升生產(chǎn)效率，降低人工成本，還能增強工藝流程的穩(wěn)定性和安全性，為數(shù)字化工廠的未來發(fā)展提供堅實的技術(shù)支撐。

其推廣價值主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）廣泛適用性：該方案適用于各類流程工業(yè)，尤其是在化工、制藥、能源等對工藝控制精度要求較高的行業(yè)。其強大的自適應(yīng)能力和智能決策體系，可以有效應(yīng)對復雜的生產(chǎn)需求。

（2）成本效益：通過減少人工干預、優(yōu)化生產(chǎn)流程、提升設(shè)備利用率，該方案能夠幫助企業(yè)降低運營成本，提高生產(chǎn)效益，實現(xiàn)長遠的經(jīng)濟回報。

（3）推動行業(yè)創(chuàng)新：該方案代表了自主化控制的未來方向，推動了流程工業(yè)從自動化到自主化的轉(zhuǎn)型。其應(yīng)用將推動行業(yè)技術(shù)升級，提升企業(yè)的核心競爭力。

（4）數(shù)字化轉(zhuǎn)型引領(lǐng)者：在工業(yè)4.0和智能制造的背景下，本方案為工廠實現(xiàn)全面數(shù)字化和智能化運營提供了示范效應(yīng)，具有重要的行業(yè)引領(lǐng)作用，能夠幫助更多企業(yè)順利實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。