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1 方案背景與目標(biāo)

隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型的不斷推進(jìn)，流程工業(yè)正在經(jīng)歷從“自動(dòng)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(dòng)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(lái)越依賴(lài)于數(shù)據(jù)和智能決策。然而，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和行業(yè)需求的多樣化，單純依靠自動(dòng)化解決方案已無(wú)法滿足工業(yè)生產(chǎn)日益復(fù)雜的需求，自主運(yùn)營(yíng)的模式成為數(shù)字化工廠的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

為實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)型目標(biāo)，艾默生通過(guò)將先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)與艾斯本的工業(yè)AI軟件解決方案進(jìn)行深度融合，提出了基于模型、AI、數(shù)據(jù)和工藝過(guò)程狀態(tài)的自主操控解決方案。該方案通過(guò)引入基于狀態(tài)的控制（SBC）技術(shù)、高級(jí)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(jìn)技術(shù)，旨在實(shí)現(xiàn)全流程工藝過(guò)程的自主化操控。

自主操控的核心是通過(guò)實(shí)時(shí)在線的高保真混合工藝模型與操作規(guī)程的自動(dòng)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(guò)程的穩(wěn)定性和安全性。

本方案的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)自主工藝操作和自主過(guò)程操作的閉環(huán)控制，使工廠能夠在無(wú)人干預(yù)的情況下，通過(guò)智能決策和自動(dòng)化執(zhí)行優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程。這一自主操控解決方案將進(jìn)一步推動(dòng)數(shù)字化工廠向自主運(yùn)營(yíng)的目標(biāo)邁進(jìn)，為流程工業(yè)的未來(lái)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

2 方案詳細(xì)介紹

本方案基于艾默生先進(jìn)的自動(dòng)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(guò)深入融合高度自動(dòng)化與優(yōu)化模型打造了基于模型，AI、數(shù)據(jù)和工藝過(guò)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(guò)程狀態(tài)的控制代替人的操作判斷與干預(yù)，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(dòng)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(xué)習(xí)，自適應(yīng)，自?xún)?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(guò)程狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)在線高保真混合工藝模型與操作規(guī)程自動(dòng)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(guò)程操作的規(guī)程自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)定義的一種自動(dòng)化方式)，第一性原理驅(qū)動(dòng)的AI高保真工藝模型優(yōu)化技術(shù)、全流程動(dòng)態(tài)仿真與控制系統(tǒng)虛擬化優(yōu)化驗(yàn)證技術(shù)、基于狀態(tài)的報(bào)警SBA技術(shù)和先進(jìn)過(guò)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(dòng)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(guò)程操作的規(guī)程自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)定義的一種高級(jí)自動(dòng)化程序方式，依據(jù)工藝過(guò)程狀態(tài)將SOP操作規(guī)程和最佳操作實(shí)踐嵌在DCS控制程序中，實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)景的自動(dòng)操作，包括開(kāi)停車(chē)、異常處理、設(shè)備切換、牌號(hào)切換、負(fù)荷調(diào)整等過(guò)程。SBC 是一種控制程序框架，采用模塊化架構(gòu)，包含過(guò)程知識(shí)并能夠執(zhí)行更復(fù)雜的過(guò)程操作。SBC是目前過(guò)程行業(yè)中智能工廠實(shí)現(xiàn)自主少人化操作的核心技術(shù)。

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

依據(jù)ISA18.2、GB-T 41261過(guò)程工業(yè)報(bào)警系統(tǒng)管理標(biāo)準(zhǔn)建立企業(yè)級(jí)報(bào)警原則標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)報(bào)警原則進(jìn)行報(bào)警靜態(tài)和動(dòng)態(tài)合理化。提供完整的數(shù)字化精益報(bào)警管理設(shè)計(jì)，基于專(zhuān)業(yè)的數(shù)字化AgileOps報(bào)警管理平臺(tái)進(jìn)行高級(jí)報(bào)警性能分析；搭建廠級(jí)報(bào)警主數(shù)據(jù)庫(kù)，與DCS系統(tǒng)同步報(bào)警參數(shù)，修改報(bào)警設(shè)置，并通過(guò)DCS操作畫(huà)面實(shí)現(xiàn)報(bào)警知識(shí)CCA(原因、后果及行動(dòng))與操作員的交互；依據(jù)動(dòng)態(tài)合理化設(shè)計(jì)實(shí)施系統(tǒng)外的高級(jí)動(dòng)態(tài)報(bào)警管理；支持系統(tǒng)外高級(jí)擱置報(bào)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(jì)。

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

    針對(duì)性通過(guò)APC先進(jìn)控制解決生產(chǎn)裝置中多變量、非線性、強(qiáng)耦合、大滯后及多約束和多目標(biāo)控制問(wèn)題。APC控制方案有明顯技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)被控對(duì)象的整體進(jìn)行多個(gè)變量的控制并實(shí)現(xiàn)卡邊優(yōu)化操作，保障安全平穩(wěn)運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)最大的經(jīng)濟(jì)效益。艾默生可應(yīng)用最先進(jìn)的Aspen DMC3 APC技術(shù)和嵌入式DeltaV APC技術(shù)。Aspen DMC3是當(dāng)今最先進(jìn)的APC控制技術(shù)，擁有多項(xiàng)技術(shù)專(zhuān)利。通過(guò)嵌入式 AI 、自適應(yīng)過(guò)程控制等關(guān)鍵技術(shù)來(lái)簡(jiǎn)化建模過(guò)程，提高模型辨識(shí)能力、自動(dòng)保障模型適配性，進(jìn)而維持最佳過(guò)程性能，實(shí)現(xiàn)卓越運(yùn)營(yíng)和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。Aspen DMC3提供一站式的用于構(gòu)建和維護(hù)多變量控制器的工程環(huán)境，可以基于整個(gè)生命周期的需要修改多變量控制器的行為，從而帶來(lái)更大的利潤(rùn)。

-數(shù)字化自學(xué)習(xí)回路性能監(jiān)測(cè)和自整定（DeltaV Insight & Entech)

    控制性能是生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益提升，企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基石。通過(guò)數(shù)字化智能回路性能分析與整定工具DeltaV Insight對(duì)DCS系統(tǒng)全部控制回路進(jìn)行性能監(jiān)測(cè)，通過(guò)自學(xué)習(xí)和高級(jí)分析的方式進(jìn)行PID參數(shù)優(yōu)化。

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

    通過(guò)技術(shù)先進(jìn)、市場(chǎng)領(lǐng)先及經(jīng)過(guò)豐富驗(yàn)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(dòng)態(tài)數(shù)字孿生系統(tǒng)，打造虛擬數(shù)字孿生工廠，是實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)行的重要測(cè)試、驗(yàn)證和優(yōu)化迭代的關(guān)鍵基礎(chǔ)平臺(tái)。工廠數(shù)字孿生的核心是工藝流程動(dòng)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(xiàng)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(guò)結(jié)合第一性原理、領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)、過(guò)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(guò)程和檢測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)校準(zhǔn)模型進(jìn)而匹配工廠實(shí)際行為和性能。

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

    Aspen HYSYS/Plus通過(guò)其強(qiáng)大的建模技術(shù)能夠優(yōu)化各種操作過(guò)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(dòng)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(jī)等，進(jìn)而幫助工廠優(yōu)化設(shè)計(jì)和操作，以提高安全性、效率、設(shè)備健康性和盈利能力。通過(guò)將模型在線部署，利用實(shí)時(shí)過(guò)程數(shù)據(jù)自動(dòng)校準(zhǔn)模型，進(jìn)行性能監(jiān)測(cè)與操作條件指導(dǎo)，與高度自動(dòng)化SBC技術(shù)融合，最終實(shí)現(xiàn)模型驅(qū)動(dòng)的閉環(huán)優(yōu)化控制

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

    Aspen 混合模型是一項(xiàng)突破性的最佳建模技術(shù)，可以為流程工業(yè)帶來(lái)巨大價(jià)值，尤其是在變化激烈的市場(chǎng)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(guò)結(jié)合第一原理、領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)、過(guò)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(lái)校準(zhǔn)模型來(lái)匹配工廠實(shí)際行為和性能，以提高設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)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(guò)Aspen OnLine使用與嚴(yán)格工藝模型相匹配的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)實(shí)時(shí)運(yùn)營(yíng)指導(dǎo)，最大限度地提高運(yùn)營(yíng)盈利能力并實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。Aspen OnLine可以通過(guò)OPC接口與各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)或工廠DCS協(xié)同工作，不僅支持開(kāi)環(huán)實(shí)施，還與先進(jìn)控制緊密集成支持實(shí)時(shí)閉環(huán)實(shí)施，并在可視化界面中顯示模型結(jié)果，以跟蹤關(guān)鍵KPI、當(dāng)前數(shù)據(jù)與優(yōu)化數(shù)據(jù)等。

-生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)（Aspen IP.21實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù))

     Aspen IP.21是AspenTech DataWorks的一部分，旨在通過(guò)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理功能，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)優(yōu)化和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的價(jià)值創(chuàng)造。Aspen先進(jìn)的高性能的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)IP.21主要用于收集和存儲(chǔ)海量工藝過(guò)程，能耗，物料，質(zhì)量，設(shè)備狀態(tài)等生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全流程生產(chǎn)監(jiān)控，生產(chǎn)過(guò)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(yùn)行可視化展示，生產(chǎn)報(bào)表電子化等功能。IP.21原生支持對(duì)批次歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行切片，建立批次數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)，進(jìn)而支持高級(jí)批次數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化批次生產(chǎn)。

在DeltaV系統(tǒng)中通過(guò)SBC技術(shù)實(shí)現(xiàn)全流程操作規(guī)程自動(dòng)化，通過(guò)先進(jìn)專(zhuān)業(yè)的AgileOps報(bào)警管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)SBA動(dòng)態(tài)報(bào)警管理。通過(guò)Aspen Plus/Hybrid建立高保真工藝模型，可以離線對(duì)SOP工藝操作參數(shù)優(yōu)化，對(duì)于適用在線應(yīng)用的場(chǎng)景，將通過(guò)Aspen OnLine實(shí)現(xiàn)在線操作參數(shù)指導(dǎo)和運(yùn)行監(jiān)測(cè)，指導(dǎo)和監(jiān)測(cè)結(jié)果通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與DeltaV交互并通過(guò)SBC操作面板可視，進(jìn)而指導(dǎo)SBC操作動(dòng)作。可選擇開(kāi)環(huán)（人工調(diào)整或確認(rèn)）或閉環(huán)（SBC自動(dòng)執(zhí)行），開(kāi)環(huán)和閉環(huán)方式依據(jù)模型輸出準(zhǔn)確度來(lái)決定。

艾默生的自主操控技術(shù)路徑實(shí)際上是打造了基于工藝過(guò)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(shí)-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(gè)可以不斷自我迭代的開(kāi)環(huán)或閉環(huán)有機(jī)生態(tài)環(huán)境，支撐最優(yōu)自主操作運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)少人化工廠，并提升工廠整體運(yùn)營(yíng)效益和行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

3 代表性及推廣價(jià)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(jìn)自動(dòng)化技術(shù)、工業(yè)AI和數(shù)字孿生模型，構(gòu)建了一個(gè)全面、智能、高效的閉環(huán)優(yōu)化系統(tǒng)。通過(guò)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(dòng)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(shí)施不僅能顯著提升生產(chǎn)效率，降低人工成本，還能增強(qiáng)工藝流程的穩(wěn)定性和安全性，為數(shù)字化工廠的未來(lái)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。

其推廣價(jià)值主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

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

（2）成本效益：通過(guò)減少人工干預(yù)、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(yùn)營(yíng)成本，提高生產(chǎn)效益，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。

（3）推動(dòng)行業(yè)創(chuàng)新：該方案代表了自主化控制的未來(lái)方向，推動(dòng)了流程工業(yè)從自動(dòng)化到自主化的轉(zhuǎn)型。其應(yīng)用將推動(dòng)行業(yè)技術(shù)升級(jí)，提升企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)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(shí)現(xiàn)全面數(shù)字化和智能化運(yùn)營(yíng)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(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。