Этот проект был представлен на международной конференции IEEE в августе 2018 года. К 2020 году эта технология позволяла контролировать все технологические объекты, хотя и на очень сложных симуляторах. Итак, следующий вопрос стал, готов ли ФКДПП к реальному миру?
От моделирования к реальности
Yokogawa ответила на этот вопрос на своем полупроводниковом заводе Komagane в Мияда-мура, Япония (рис. 1). Здесь большая часть производства осуществляется в чистых помещениях при строго контролируемых условиях температуры и влажности, необходимых для производства бездефектной продукции. Задача системы искусственного интеллекта — оптимально управлять системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), поддерживая требуемые условия окружающей среды и сводя к минимуму потребление энергии.
Понятно, что фактическое приложение, выбранное для эксперимента такого типа, будет иметь скромные масштабы с минимальным потенциалом риска для безопасности. Этот консервативный подход может быть менее драматичным, чем подход на нефтеперерабатывающем заводе, но это не снижает его достоверности в качестве доказательства концепции.
На первый взгляд автономная работа системы HVAC может показаться несложной. Но на системы HVAC, поддерживающие строго контролируемую среду чистых помещений, приходится 30% всей энергии, потребляемой предприятием, и поэтому они требуют значительных затрат. Климат Японии меняется в зависимости от сезона, поэтому в разное время года необходимы корректировки, чтобы сбалансировать нагрев и охлаждение, а также обеспечить контроль влажности.
Объект находится в горной долине на высоте 646 метров (2119 футов). Он имеет умеренный климат и, как правило, относительно прохладный, с годовой температурой от -9 ° до 25 ° C (от 15,8 ° до 77 ° F). Завод производит полупроводниковые датчики давления (рис. 2), которые входят в семейство преобразователей давления DPharp, поэтому поддержание бесперебойного производства крайне важно. Несмотря на то, что эта демонстрация проводится на одном из собственных заводов Yokogawa, затраты и производственные риски не менее реальны, чем у внешнего заказчика.
Объект находится за пределами местной системы распределения природного газа, поэтому для получения пара для нагрева и увлажнения необходимо подавать сжиженный нефтяной (LP) газ. Воздушное охлаждение работает от обычной электроэнергии, поставляемой из сети. Обе системы работают согласованно, поскольку это необходимо для поддержания критического уровня влажности.
Сложное распределение энергии
Вопросы, связанные с использованием энергии на японских заводах, начинаются с высоких внутренних затрат. Энергия во всех формах стоит дорого по мировым стандартам, и эффективность имеет первостепенное значение. На предприятии в Комагане для обработки кремниевых пластин используются электрические печи, и необходимо утилизировать как можно больше отходящего тепла от этих операций, особенно в зимние месяцы.
Чтобы считаться успешной, автономная система управления должна сбалансировать многочисленные критические задачи, некоторые из которых являются взаимоисключающими. К этим целям относятся:
Необходимо поддерживать строгие стандарты температуры и влажности в чистых помещениях для обеспечения качества продукции, но с минимально возможным потреблением сжиженного нефтяного газа и электроэнергии.
Погодные условия могут значительно измениться за короткий промежуток времени, что требует компенсации.
Среда чистого помещения очень большая, поэтому существует высокая степень тепловой инерции. Следовательно, изменение температуры может занять много времени.
Оборудование в чистом помещении также вносит свой вклад в тепло, но это не может регулироваться автоматизированной системой управления.
Отработанное тепло электрических печей используется в качестве источника тепла вместо сжиженного нефтяного газа, но доступное количество сильно варьируется в зависимости от количества производственных линий, используемых в любой момент времени.
Подогретый теплоноситель котла является основным источником тепла для наружного воздуха. Если требуется больше тепла, чем доступно из этого восстановленного источника, оно должно исходить от котла, сжигающего сжиженный нефтяной газ.
Наружный воздух нагревается или охлаждается в зависимости от местной температуры, обычно от 3° до 28°C (от 37,4° до 82,4°F). Большую часть года наружный воздух нуждается в подогреве.
Существующая стратегия управления (рис. 3) сложнее, чем кажется на первый взгляд. Под поверхностью задействованные механизмы взаимосвязаны способами, которые изменились с годами, поскольку инженеры заводов работали над повышением эффективности.
Ранее предпринимались многочисленные попытки снизить потребление сжиженного нефтяного газа без крупных инвестиций в новое капитальное оборудование. Эти дополнительные улучшения достигли своего практического предела в 2019 году, что привело к внедрению новой стратегии управления на основе FKDPP в начале 2020 года.
Группа внедрения выбрала медленный день во время запланированного простоя производства, чтобы ввести в эксплуатацию новую систему управления. В течение этого дня системе ИИ было позволено провести собственные эксперименты с оборудованием, чтобы изучить его характеристики. Примерно после 20 итераций система искусственного интеллекта разработала модель процесса, способную достаточно хорошо управлять всей системой ОВКВ, чтобы поддерживать фактическое производство.
В течение недель и месяцев 2020 года система ИИ продолжала совершенствовать свою модель, внося рутинные коррективы с учетом изменений объемов производства и сезонных колебаний температуры. Конечным преимуществом новой системы на основе FKDPP стало снижение потребления сжиженного нефтяного газа на 3,6 процента после внедрения в 2020 году, полностью основанное на новой стратегии AI, без каких-либо крупных капиталовложений.
ИИ на основе FKDPP является одной из основных технологий, поддерживающих переход Yokogawa от промышленной автоматизации к промышленной автономии (IA2IA), дополняющий традиционные концепции пропорционально-интегрально-дифференциального и расширенного управления процессами во многих ситуациях и даже заменяющий сложные ручные операции в других случаях. Управление в режиме реального времени с использованием искусственного интеллекта с подкреплением, как показано здесь, представляет собой технологию управления следующего поколения, и ее можно использовать практически с любым производственным процессом, чтобы приблизить его к полностью автономной работе.
Отказ от ответственности:
Nordwel продает детали промышленной автоматизации, в том числе новые продукты и продукты, снятые с производства, и покупает такие рекомендуемые продукты через независимые каналы. Nordwel не является авторизованным дистрибьютором, дистрибьютором или представителем продуктов, представленных на этом веб-сайте. Все названия продуктов / изображения продуктов, товарные знаки, бренды и логотипы, используемые на этом веб-сайте, являются собственностью их соответствующих владельцев. Описание, описание или продажа продуктов с этими названиями, изображениями, товарными знаками, брендами и логотипами предназначены только для целей идентификации и не предполагают какой-либо связи или разрешения с каким-либо правообладателем.
