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當(dāng)前，在國家新發(fā)展格局和新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革背景下，以邊緣計(jì)算和人工智能為代表的新興技術(shù)，正在加速重塑新的生產(chǎn)關(guān)系，不斷推動產(chǎn)業(yè)向“數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、綠色化”發(fā)展。

以“數(shù)智協(xié)同，鑄就新質(zhì)生產(chǎn)力”為主題，2024中國自動化產(chǎn)業(yè)年會于今日在京舉行，西門子（中國）有限公司受邀參加，《基于工業(yè)邊緣和人工智能增強(qiáng)控制的質(zhì)量分析與優(yōu)化解決方案》入選 “2023中國自動化領(lǐng)域年度最具價(jià)值解決方案”。

該方案利用工業(yè)邊緣和人工智能增強(qiáng)控制技術(shù)解決實(shí)際生產(chǎn)問題，有效幫助工業(yè)企業(yè)提升生產(chǎn)穩(wěn)定性，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，最終實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效。該方案的推廣對于最大化發(fā)揮工廠的數(shù)據(jù)價(jià)值，驅(qū)動產(chǎn)業(yè)變革都具有重要意義。

1. 客戶痛點(diǎn)

該解決方案最初應(yīng)用于粉末類食品的干燥工藝階段。粉末類食品的水分控制是一個(gè)多變量、非線性、大時(shí)滯的復(fù)雜過程，且生產(chǎn)過程存在原料等不確定因素。在這之前，工廠一直通過人工調(diào)節(jié)生產(chǎn)參數(shù)，控制干燥過程，但由于工藝人員操作差異性較大，且經(jīng)驗(yàn)豐富的工藝人員的招聘也愈發(fā)困難，造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，含水量忽高忽低，每年給客戶工廠造成巨大損失。隨著市場需求的不斷變化，消費(fèi)者對食品質(zhì)量的要求也越來越嚴(yán)苛，保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，減少損失與浪費(fèi)，是工業(yè)企業(yè)期待解決的問題。

基于以上痛點(diǎn)，西門子與工業(yè)客戶攜手共創(chuàng)，為客戶打造了一套基于工業(yè)邊緣和人工智能的粉末類食品水分智能控制系統(tǒng)，以幫助提升整體生產(chǎn)的穩(wěn)定性。隨著AI增強(qiáng)控制系統(tǒng)的成功落地，我們也在越來越多的行業(yè)進(jìn)行深度探索，該方案已在包括糧油、乳制品、調(diào)味品、電池、新材料等多行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。

2.  方案介紹

以粉末類食品干燥優(yōu)化項(xiàng)目為例，該方案實(shí)現(xiàn)了首個(gè)AI驅(qū)動的DCS控制，用AI全自動接管代替原來的人工調(diào)控。

1. 結(jié)合控制理論與AI技術(shù)的趨勢，采用最新型的深度學(xué)習(xí)技術(shù)進(jìn)行模型預(yù)測和參數(shù)尋優(yōu)，實(shí)現(xiàn)動態(tài)增強(qiáng)控制。基于增強(qiáng)控制的核心，采用串級預(yù)測控制模型，將MPC與DRL方法相結(jié)合；

2. AI預(yù)測模型能進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測。水分預(yù)測結(jié)果符合水分生產(chǎn)變化的整體趨勢，能夠抑制水分監(jiān)測設(shè)備重復(fù)精度抖動突變的影響；

3. 實(shí)現(xiàn)了多變量決策。系統(tǒng)后臺能夠?qū)资畟€(gè)點(diǎn)位的工藝參數(shù)進(jìn)行處理，能對尾氣溫度和水分等多變量進(jìn)行預(yù)測分析實(shí)現(xiàn)智能決策；

4. 完全兼容現(xiàn)有螺旋控制PID接口，通過動態(tài)尋優(yōu)下發(fā)間距小且頻度密的上下限參數(shù)指令，實(shí)現(xiàn)控制過程無縫切換的同時(shí)，提高了控制精度和時(shí)效性；

同時(shí)，該方案也與西門子工業(yè)邊緣聯(lián)動，將AI模型部署在邊緣設(shè)備上，模型的推理在本地側(cè)進(jìn)行，通過邊緣管理平臺實(shí)現(xiàn)對模型的統(tǒng)一管理與更新下發(fā)，有效保證了數(shù)據(jù)的安全性和實(shí)時(shí)性。

目前，該方案已不僅應(yīng)用在粉末類食品的干燥工藝控制領(lǐng)域，更在糧油、乳制品、調(diào)味品、電池、新材料等多行業(yè)中得到廣泛落地和應(yīng)用。如何發(fā)揮數(shù)據(jù)最大的價(jià)值，在數(shù)據(jù)源頭實(shí)時(shí)分析提質(zhì)增效的空間，找到可持續(xù)改善的需求，對于工業(yè)客戶尤為重要。

本方案，從數(shù)據(jù)出發(fā)為客戶提供決策依據(jù)，定制管控量測指標(biāo)。數(shù)據(jù)成熟度高的產(chǎn)線可結(jié)合定制算法模塊進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)AI增強(qiáng)控制，助力企業(yè)提質(zhì)增效。

3.  推廣價(jià)值

本方案將工業(yè)邊緣與AI增強(qiáng)控制技術(shù)應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域，可為工業(yè)企業(yè)帶來多個(gè)層面的實(shí)際價(jià)值。例如，在粉末類食品干燥工藝優(yōu)化控制項(xiàng)目中：

用AI全自動接管代替原來的人工調(diào)控，極大提升了水分控制的穩(wěn)定性，將達(dá)標(biāo)產(chǎn)品的比例提高了十幾個(gè)百分點(diǎn)

為客戶實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)原料的節(jié)省，四條產(chǎn)線的直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到百萬級別為客戶每年節(jié)約百萬級的能源成本

在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過程中，越來越多的企業(yè)希望通過人工智能和邊緣計(jì)算等新興技術(shù)來優(yōu)化核心產(chǎn)品的核心工藝，并進(jìn)一步提升產(chǎn)品品質(zhì)。本方案聚焦于此，將新興技術(shù)落地于生產(chǎn)現(xiàn)場側(cè)，有效幫助工業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效。目前在糧油、乳制品、調(diào)味品、電池、新材料等多行業(yè)中都具備可復(fù)制性與落地潛力。