1 方案背景與目標

隨著(zhù)數字化轉型的不斷推進(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)和基礎設施的數字化水平日益提高。自動(dòng)化技術(shù)的廣泛應用使得流程工業(yè)的管理和控制越來(lái)越依賴(lài)于數據和智能決策。然而，隨著(zhù)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(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)日益復雜的需求，自主運營(yíng)的模式成為數字化工廠(chǎng)的未來(lái)發(fā)展趨勢。

為實(shí)現這一轉型目標，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、數據和工藝過(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(xiàn)的高保真混合工藝模型與操作規程的自動(dòng)化融合，替代人工的分析決策和響應操作，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)程的穩定性和安全性。

本方案的目標是實(shí)現自主工藝操作和自主過(guò)程操作的閉環(huán)控制，使工廠(chǎng)能夠在無(wú)人干預的情況下，通過(guò)智能決策和自動(dòng)化執行優(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)數字化工廠(chǎng)向自主運營(yíng)的目標邁進(jìn)，為流程工業(yè)的未來(lái)發(fā)展奠定基礎。

2 方案詳細介紹

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、數據和工藝過(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數據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，即在線(xiàn)優(yōu)化混合工藝模型輸出優(yōu)化操作參數作為基于狀態(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，自適應，自?xún)?yōu)化，形成感知、決策與執行的閉環(huán)。

自主操控的精髓是在全流程工藝過(guò)程狀態(tài)下實(shí)現在線(xiàn)高保真混合工藝模型與操作規程自動(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 連續過(guò)程操作的規程自動(dòng)化標準定義的一種自動(dòng)化方式)，第一性原理驅動(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(jìn)過(guò)程控制APC技術(shù)。具體應用到的技術(shù)和軟件如下：

-操作規程自動(dòng)化 - 基于狀態(tài)的控制(SBC)，適用于連續生產(chǎn)

    SBC是ISA 106連續過(guò)程操作的規程自動(dòng)化標準定義的一種高級自動(dòng)化程序方式，依據工藝過(guò)程狀態(tài)將SOP操作規程和最佳操作實(shí)踐嵌在DCS控制程序中，實(shí)現全場(chǎng)景的自動(dòng)操作，包括開(kāi)停車(chē)、異常處理、設備切換、牌號切換、負荷調整等過(guò)程。SBC 是一種控制程序框架，采用模塊化架構，包含過(guò)程知識并能夠執行更復雜的過(guò)程操作。SBC是目前過(guò)程行業(yè)中智能工廠(chǎng)實(shí)現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ISA18.2、GB-T 41261過(guò)程工業(yè)報警系統管理標準建立企業(yè)級報警原則標準，依據報警原則進(jìn)行報警靜態(tài)和動(dòng)態(tài)合理化。提供完整的數字化精益報警管理設計，基于專(zhuān)業(yè)的數字化AgileOps報警管理平臺進(jìn)行高級報警性能分析；搭建廠(chǎng)級報警主數據庫，與DCS系統同步報警參數，修改報警設置，并通過(guò)DCS操作畫(huà)面實(shí)現報警知識CCA(原因、后果及行動(dòng))與操作員的交互；依據動(dòng)態(tài)合理化設計實(shí)施系統外的高級動(dòng)態(tài)報警管理；支持系統外高級擱置報警管理，安全系統的完整性跟蹤及操作限制(旁路、聯(lián)鎖及操作邊界的)跟蹤統計。

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

    針對性通過(guò)APC先進(jìn)控制解決生產(chǎn)裝置中多變量、非線(xiàn)性、強耦合、大滯后及多約束和多目標控制問(wèn)題。APC控制方案有明顯技術(shù)優(yōu)勢，對被控對象的整體進(jìn)行多個(gè)變量的控制并實(shí)現卡邊優(yōu)化操作，保障安全平穩運行并實(shí)現最大的經(jīng)濟效益。艾默生可應用最先進(jìn)的Aspen DMC3 APC技術(shù)和嵌入式DeltaV APC技術(shù)。Aspen DMC3是當今最先進(jìn)的APC控制技術(shù)，擁有多項技術(shù)專(zhuān)利。通過(guò)嵌入式 AI 、自適應過(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)現卓越運營(yíng)和可持續發(fā)展目標。Aspen DMC3提供一站式的用于構建和維護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。

-數字化自學(xué)習回路性能監測和自整定（DeltaV Insight & Entech)

    控制性能是生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益提升，企業(yè)數字化轉型的基石。通過(guò)數字化智能回路性能分析與整定工具DeltaV Insight對DCS系統全部控制回路進(jìn)行性能監測，通過(guò)自學(xué)習和高級分析的方式進(jìn)行PID參數優(yōu)化。

-工廠(chǎng)動(dòng)態(tài)數字孿生系統 (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)豐富驗證的流程模擬軟件和控制系統虛擬化軟件搭建全工藝流程高精度動(dòng)態(tài)數字孿生系統，打造虛擬數字孿生工廠(chǎng)，是實(shí)現自主運行的重要測試、驗證和優(yōu)化迭代的關(guān)鍵基礎平臺。工廠(chǎng)數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)結合第一性原理、領(lǐng)域專(zhuān)業(yè)知識、過(guò)程數據和人工智能建立高精度模型，降低建模難度、提升建模效率，并根據不斷變化的工藝過(guò)程和檢測數據來(lái)校準模型進(jìn)而匹配工廠(chǎng)實(shí)際行為和性能。

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

    Aspen HYSYS/Plus通過(guò)其強大的建模技術(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，結合工業(yè)AI技術(shù)搭建第一原理驅動(dòng)的重要設備或單元的混合高精度穩態(tài)模型，如反應器，精餾塔、換熱器、壓縮機等，進(jìn)而幫助工廠(chǎng)優(yōu)化設計和操作，以提高安全性、效率、設備健康性和盈利能力。通過(guò)將模型在線(xiàn)部署，利用實(shí)時(shí)過(guò)程數據自動(dòng)校準模型，進(jìn)行性能監測與操作條件指導，與高度自動(dòng)化SBC技術(shù)融合，最終實(shí)現模型驅動(dòng)的閉環(huán)優(yōu)化控制

-第一性原理驅動(dòng)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(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)結合第一原理、領(lǐng)域專(zhuān)業(yè)知識、過(guò)程數據和人工智能建立高精度模型，并根據不斷變化的工藝條件來(lái)校準模型來(lái)匹配工廠(chǎng)實(shí)際行為和性能，以提高設計、運營(yíng)和維護的安全性、可持續性和盈利能力。

-在線(xiàn)數字孿生工具(Aspen Online)

    通過(guò)Aspen OnLine使用與嚴格工藝模型相匹配的實(shí)時(shí)數據，通過(guò)實(shí)時(shí)運營(yíng)指導，最大限度地提高運營(yíng)盈利能力并實(shí)現可持續發(fā)展目標。Aspen OnLine可以通過(guò)OPC接口與各種實(shí)時(shí)數據庫或工廠(chǎng)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果，以跟蹤關(guān)鍵KPI、當前數據與優(yōu)化數據等。

-生產(chǎn)實(shí)時(shí)數據平臺（Aspen IP.21實(shí)時(shí)數據庫)

     Aspen IP.21是AspenTech DataWorks的一部分，旨在通過(guò)強大的數據管理功能，幫助企業(yè)實(shí)現資產(chǎn)優(yōu)化和數據驅動(dòng)的價(jià)值創(chuàng )造。Aspen先進(jìn)的高性能的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數據平臺IP.21主要用于收集和存儲海量工藝過(guò)程，能耗，物料，質(zhì)量，設備狀態(tài)等生產(chǎn)數據，實(shí)現全流程生產(chǎn)監控，生產(chǎn)過(guò)程歷史數據監控與工藝故障分析，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據進(jìn)行切片，建立批次數據結構和存儲，進(jìn)而支持高級批次數據分析，優(yōu)化批次生產(chǎn)。

在DeltaV系統中通過(guò)SBC技術(shù)實(shí)現全流程操作規程自動(dòng)化，通過(guò)先進(jìn)專(zhuān)業(yè)的AgileOps報警管理平臺實(shí)現SBA動(dòng)態(tài)報警管理。通過(guò)Aspen Plus/Hybrid建立高保真工藝模型，可以離線(xiàn)對SOP工藝操作參數優(yōu)化，對于適用在線(xiàn)應用的場(chǎng)景，將通過(guò)Aspen OnLine實(shí)現在線(xiàn)操作參數指導和運行監測，指導和監測結果通過(guò)實(shí)時(shí)數據庫與DeltaV交互并通過(guò)SBC操作面板可視，進(jìn)而指導SBC操作動(dòng)作?？蛇x擇開(kāi)環(huán)（人工調整或確認）或閉環(huán)（SBC自動(dòng)執行），開(kāi)環(huán)和閉環(huán)方式依據模型輸出準確度來(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(gè)可以不斷自我迭代的開(kāi)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(shí)現少人化工廠(chǎng)，并提升工廠(chǎng)整體運營(yíng)效益和行業(yè)競爭力。

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和數字孿生模型，構建了一個(gè)全面、智能、高效的閉環(huán)優(yōu)化系統。通過(guò)自主決策、大數據分析和精確控制，它突破了傳統自動(dòng)化的局限，提供了更加靈活和自適應的生產(chǎn)管理模式。方案的實(shí)施不僅能顯著(zhù)提升生產(chǎn)效率，降低人工成本，還能增強工藝流程的穩定性和安全性，為數字化工廠(chǎng)的未來(lái)發(fā)展提供堅實(shí)的技術(shù)支撐。

其推廣價(jià)值主要體現在以下幾個(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、能源等對工藝控制精度要求較高的行業(yè)。其強大的自適應能力和智能決策體系，可以有效應對復雜的生產(chǎn)需求。

（2）成本效益：通過(guò)減少人工干預、優(yōu)化生產(chǎn)流程、提升設備利用率，該方案能夠幫助企業(yè)降低運營(yíng)成本，提高生產(chǎn)效益，實(shí)現長(cháng)遠的經(jīng)濟回報。

（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)化到自主化的轉型。其應用將推動(dòng)行業(yè)技術(shù)升級，提升企業(yè)的核心競爭力。

（4）數字化轉型引領(lǐng)者：在工業(yè)4.0和智能制造的背景下，本方案為工廠(chǎng)實(shí)現全面數字化和智能化運營(yíng)提供了示范效應，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)現數字化轉型。