【第一对焦:横河电机】横河电机是工业自动化和测试测量解决方案的供应商。横河电机将卓越的技术与工程服务、项目管理和维护相结合，操作效率、安全性、质量和可靠性等均经受住了现场验证。

横河电机戴煜博士：数字化、智能化将是工业自动化4.0的发展重点

后疫情时代，越来越多的企业开始积极利用新兴技术提高工业自动化水平。

随着电子信息技术的广泛应用让生产的自动化水平大幅提高，工业自动化已经步入了3.0时代，并向4.0时代高速迈进。

作为工业自动化业内的领军角色，横河电机株式会社多年来一直致力于为用户提供尖端的专业技术，支援顾客进行提高经营效率的改革，为产业的发展作出了贡献。

近日横河电机公司公布了一项最新调查结果，指出工业自主化的发展开始加速，而且环境可持续性这一领域的显著重要性也不断凸显。

调查结果显示，在云技术的帮助下，工业自主化部署的技术准备情况良好，工业自主化项目实施正在加快步伐，99%的制造商现在正积极考虑某种工业自主化的计划。

其中51% 的受访者表示他们正扩大工业自主化在其多个设施和业务职能部门的部署。

还有70%受访者表示云端技术已非常成熟，可以为工业自主化大规模部署与部分应用案例提供支持。

近日，横河电机株式会社董事和高级副总裁，数字解决方案总部总经理戴煜博士接受了媒体专访，回顾了工业自动化发展多年来，横河电机的卓越成就，并预测了工业自动化未来的发展方向和前景。

记者：在工业自动化发展这些年来，横河电机都做了哪些的举措和新技术革命呢，可以给我们介绍一下吗？

戴煜博士：这个很值得我骄傲！因为横河电机是一个一百多年的企业，它一直引领自动化行业的发展，它确实有非常多的新的举措和新的技术！

例如业内非常有名的涡街流量计，实际上就是由横河在1969年发明的。我们的这个自动化工业里面最常用的，也是最出名的，就是我们的集散控制系统(DCS)，也是1975年，横河推出了全球第一台商用的DCS系统。1991年，横河推出了第一台全数字化单晶硅谐振式传感器的差压变送器，这也是这个行业里面迄今为止一直都在使用的。2005年，发布了一体化的控制和安全系统，这也是非常有特色的。2013年，横河成立了横河电机解决方案服务有限公司，就开始了横河电机的数字化战略转型，这已经是非常早的了。2016年，横河电机收购了油气行业全球著名的技术与咨询公司-英英国KBC先进技术公司。2019年，横河和荷兰ExRobotics公司合作，将工业机器人应用于流程工业，最大限度地减少人员的现场活动，特别是危害环境的人员的活动。2020年，横河电机新技术中心在美国成立，开发基于新标准的开放的安全的和可互换操作的新的过程控制构架，并实施ExxonMobil要求的开放式过程控制系统的集成实践。同年，横河电机又提出了从工业自动化到工业自主化的，也就是IA2IA的自动化行业发展概念，以及基于系统之系统的解决方案概念，并从两个维度制定了实现价值创造的系统之系统的线路图，一个是工业自动化到工业自主化的用于提高控制的自主水平；第二是智能制造它用于扩大优化和控制的整体范围。这两个一起共同的促进系统的集成、数字化和自主化，从而帮助客户解决复杂系统中的问题，创造更多的客户价值。

近些年随着数字化技术的发展，特别是工业4.0，那么横河电机推出了横河云数字化平台、边缘计算及人工智能应用平台，以及许多基于多种技术的多种解决方案，解决客户问题，创造客户价值。横河电机还为客户提供数字化和智能制造转型方案的实施路线图，帮助客户实现数字化和智能制造的转型。

今年3月份，横河电机和JSR，日本JSR公司宣布，成功完成了一项自主控制现场测试。该测试是使用人工智能连续35天对一家化工厂的精馏单元进行自主控制，此举开创了自主控制实施应用的先河。该测试也证明了强化学习人工智能可以安全地应用到实际工程，并证明了该技术可以实现传统控制方法所无法实现的控制操作。2021年，横河电机宣布“AG2023”中期经营计划，公司根据联合国可持续发展目标所要解决的问题，设立优先业务目标，这其中包括了横河集团将加快减少其温室气体排放，并力争在2040年实现碳中和。

记者：刚才您提到碳中和。想请教一下，横河在碳中和方面是怎么样使用数字化去实现呢？

戴煜博士：数字化对碳中和实际上是非常重要的，数字化它能够帮助一个企业实现业务转型，它可以进一步的优化运营，提升效率，降低能耗物耗，而且能追踪碳的足迹，尽可能利用绿色能源，还有可再生能源，可以控制和降低碳排放。另外，数字化还可以帮助传统的石化企业，特别是化石能源企业，实现业务转型，通过不断地拓展、开拓绿色能源和可再生能源业务，减少对化石能源的依赖，慢慢能够实现碳中和的目标。第三个，就是数字化它可以加速整个企业价值链中新产品和它的加工过程的设计和优化，达到低碳产品和低碳加工过程的目的。

数字化还可以加快碳捕捉和碳利用的技术的开发和推广。还有呢，就是数字化和数字技术它可以建立一个企业或者甚至社区的整个的供应链、产业链和能源供需的综合大系统的模型，并且对这个大系统的碳足迹进行实时的监控和优化，对碳捕捉和利用进行不断地改进，逐步实现整个企业和社区的碳中和的目标。按照横河我们是有系统之系统的概念，所以各种系统把它联系在一起，形成一个更大的系统，通过这样，我们就可以逐步实现对整个城市或者是地区的碳中和的目标。这是数字化对实现碳中和目标有哪些作用。

记者：请问在碳中和方向上，横河在技术方面有哪些布局？

戴煜博士：我们实现碳中和，有很多很多的做法，因为横河电机在中期和长期业务计划里面，我们把联合国的可持续发展目标的问题列为是我们的业务开展的一个重要的方面，所以公司也制定了我们的可持续发展目标。

横河电机到2050年有三个可持续发展的目标，而且都跟碳是有关系的。第一个是实现碳净排放净零排放和阻止气候变化。第二个是向循环经济过渡。第三个要确保全民的福祉。横河电机也在全力以赴地加快其温室气体的排放的减少，并且希望在2040年实现碳中和。

同时，横河电机在六个方面作为优先的业务范围，并提供我们自动化相关的技术、产品和解决方案，这都是与减碳、碳排放是有关系的。第一个就是我们减少温室气体排放，并实现向环境可承受、可靠和可持续的能源形形式的过渡，这就是我们的能源转型的解决方案。第二个是通过数字化优化生产、实现自主化，并促进资源和能源的有效利用，这就是我们叫做优化资源、利用资源的解决方案。第三是支持工厂资产的长期优化运营，减少对环境的影响，这是我们高效清洁工厂解决方案。第四，我们促进与生活相关的创新，并提高工厂和社区的安全性，这是我们的舒适安全工厂和社区的解决方案。第五个，我们打造资源环境生态系统，促进生物经济和循环经济的发展，这是我们循环利用和生态保护解决方案。第六，建立机会均等的工作场所，使员工有尊严地发挥其潜力，这是我们发挥人力资源作用的解决方案。特别是在能源方案，横河电机关注绿色能源和可再生能源的全产业链，例如像国家电网有超高压输变电的相调控技术，电池储能全生命周期的优化管理；而且横河电机还在风力发电、垃圾发电等行业有成功的项目经验。特别公司关注氢能，尤其是氯氢，以及碳回收和碳利用的技术的发展，并成立了相关的技术团队，利用横河自动化和仪表方面的优势，推动氢能和碳回收这方面的开发和发展。在社区碳中和方面，横河电机接受日本政府的委托，正在开展项目可行性研究，是通过跨行业的合作，利用各种新技术、先进技术和优化方案，达到实现碳中和产业园区的目的。

记者：可以介绍一下，中国有哪些企业采用了你们的服务，并且对生产有哪些明显的作用和效果呢？

戴煜博士：其实横河电机早在1957年就开始在中国开展业务了。随着中国的改革开放，国内开始引进大量横河电机的仪器仪表和自动化系统。横河电机它的技术是非常先进的，产品质量也很好，服务也很优质，这在自动化行业和市场上迄今为止一直享有着良好的声誉。

而且为了帮助中国培养仪器仪表的人才，增进中日两国行业的交流，横河电机独家捐赠，1991年成立了纪念苏天-横河仪器仪表人才发展基金会，主要是选派国内仪器仪表行业的高级管理人员出国培训，也邀请国外的专家来华讲学。这个基金会历时一共27年，为中国仪器仪表和自动化行业的高级人才培养作出了重要贡献，而这个基金会在2018年完成了它的使命，已经注销。

到目前为止，横河电机已经在中国各行各业交付了4000多个控制系统和300多个安全系统，为中国大约一半的石油和天然气行业大型项目提供了仪表和自动化控制系统。目前有7000多以上的中国客户使用过横河产品，几乎遍布中国的能源、化工、材料、制药等各个行业。大的国企里面，包括中石油、中石化、中海油、中国化工、国家电网、中国能源、宝武钢铁等都是横河的客户。

另外，大型民营企业，恒力石化、万华化学、盛虹集团这些等等；还有大型跨国公司，那就更不用说了，巴斯夫、埃克森美孚等等；还有大型的合资的外资企业，中海壳牌、台塑等等。这些企业采用了横河的产品和服务，他们享受着横河电机提供的国际一流的技术、产品和服务，大大提高了他们工厂运行的稳定性、安全性、可靠性，并通过采用横河电机提供的全方位的优化解决方案，实现降低成本，提高效率，节能环保，长周期运行，取得了很好的经济效益和社会效益。比如在能源行业，中石化的燕山石化跟横河合作，开展提高增效项目，一共实施了32个项目，完成了世界级现行化模型的升级，实现了显著的增效和节能效果。在化工行业，像巨化集团它的甲烷氯化物，它一个装置实施横河的先进技术控制方案，能够实现每年蒸汽消耗减少6370吨，二氧化碳减少排放2293吨，这只是一个代理装置。

记者：跟国内的一些先进机械自动化相比来说，横河的优势是在哪些地方的呢？

戴煜博士：横河电机一直是全球自动化行业的一个知名品牌，它拥有先进的技术，优质的产品和服务，它的优势来源于它一百多年以来一直奉行的技术领先和质量第一的公司创立原则，坚持以客户为中心，充分了解客户需求，和客户共同来创新，创造更多的客户价值。

在一百多年以来，横河电机一直不断地技术创新和业务整合，将各个行业领先的技术和资源融为一体，为流程工业提供自下而上的全线产品和总体解决方案。横河电机它按照客户的实际要求，通过数字化和智能制造，帮助客户解决日益复杂的生产、运营、资产、能源和供应链管理及优化等问题，指导客户实现从工业自动化向工业自主化的变革。

记者：能介绍一下国外机械自动化的一个发展的一个大致的情况吗？

戴煜博士：目前，数字化和工业4.0都是工业自动化非常热门的方向，这个是驱动了工业自动化行业的变革，所以我们看国外的自动化方面也都在这一方面往前发展。这个里面包括了应用了大量的新技术，像5G、互联网、云技术、边缘计算等等。而且自动化技术和信息技术在加快地融合，而且再加上人工智能等等，推动了工业自动化向工业自主化、智能化转型。

像横河电机我们就有最新的技术，我们应用人工智能能够实现35天对某一个化工厂，日本的某个化工厂精馏系统进行自主控制，这也是第一次。

第二个就是技术方面出现了像比如说新一代的总线技术，也出现了新的开放式自动控制系统的构架，也出现新的智能仪表、工业云和工业互联网、无线通信技术、边缘计算、数据平台以及各类专用的工业软件，各类局部和整体优化和控制的解决方案都出来，而且新的工业自动化的技术标准也在形成中，这是在国外。

第三个，物联网实现了万物互联，数字孪生技术实现了对整个产品生命周期的系统化、可视化和最优化。云技术、边缘技术、大数据、人工智能实现了我们传统的自动化，对客户全产业链和价值链的实时的监控、优化和控制，这就包括了生产运行、设备管理、物流管理、供应链管理、节能减排等等，各这种大系统全部都连接起来，进行实时控制、优化和管理。

第四个，现在我们看到工业自动化已经不光是工业自动化了，那么这个是工业自动化和整个的IT，包括信息化，全部都连在一起，这样的话现在的工业自动化更注重网络安全，因此现在国外就是要求按照客户的要求，从客户工厂自动化控制系统到客户公司信息管理系统一体化的网络安全解决方案和运行维护都已经推出，像横河电机就为壳牌就做过这样的解决方案和运行维护。

第五个，也就是现在的自动化行业，从以前自动化的产品化向客户需求的定制化转变，为客户提供从现场运行到企业运营、从工厂管理到社区可持续协调发展的全方位的和全过程的总体的解决方案和服务，这就是在国外现在自动化的发展的大概情况。

记者：作为工业自动化的权威人士，您认为工业自动化未来的发展方向和前景是什么呢？

戴煜博士：工业自动化是大家经常一起讨论的问题，现在我们也可以看到，大量的新技术都运用到工业自动化里面来了，比如说5G，还有互联网、云技术、边缘技术、人工智能，新一代的总线等等，包括工业自动化领域自身的技术也在发展，整个这些都加快了自动化技术和信息技术的融合，这就进一步推动了工业自动化向工业自主化、智能化的转型。

第二个就是工业自动化从企业的局部拓展到了企业的整体，乃至相关的行业，它连接供应链/运行/物流/客户等等各个方面，并且它与生产过程实时相连，整合、优化和控制，使企业成为一个完整的、实时的、不断优化的、自主控制的、高效运行的大系统。

第三，就是工业自动化将通过利用测量控制、网络安全、人工智能、数字孪生等专业技术与客户的业务环境整合协同，这样与客户共同创新，创造新的商业模式和客户价值。

第四，在工业4.0和互联网概念下，将产生基于开放和互联的工业自动化新的技术标准。开放性使得今后工业自动化系统具有整体的和自适应的自动化系统构架，互联性使得今后的自动化系统具有实时感知、实时反应和开放的通讯功能。

第五，未来工业自动化行业将对从业人员提出更多的知识和技能方面的要求，知识方面就包括了过程分析、数据科学、生产工艺、设备管理、计划调度、安全环保、企业运营等，技术方面就包括如何去有效地运用这些知识来提高企业效率，增加效益，并及时应对市场的变化，满足客户的要求。

第六，是未来工业自动化行业将更加注重应对和解决社会和可持续发展中存在的紧迫问题，包括全球流行病、网络犯罪、全球气体气候变暖、资源短缺、贫穷落后、环境污染等，工业自动化行业将和合作伙伴和客户一起来共同应对这些问题和挑战。这是我提出的一点我们认为工业自动化未来发展的方向和前景，不一定全面，谢谢。

记者：目前疫情仍是社会上最让人关心的问题，而医疗行业的发展前景也是非常值得期待。但与此同时，医疗行业高昂的研发和制造费用也是让大家很关注的问题。在这方面，横河电机会如何发挥自己的作用？

戴煜博士：实际上横河电机一共有三个业务部门，其中生命科学部门，就是非常重要的一个部门。包括食品、饮料，特别是制药、医疗方面，我们提供全方位的自动化仪器仪表方面的产品和服务。这一方面的话，我们也有很多的产品和解决方案，比如说要开发一个新药，从试验，一直到真正的投入到生产，整个这些过程都是可以通过自动化系统，从计划、开发，然后到试验，一直到生产，我们都有我们的自动化的解决方案。

关于这方面，我们有很多的产品，可以为客户创造价值。这也是我们为人类的福祉和更好的生活做贡献的一个重要的目标和一个业务的方向。

横河电机和JSR公司使用人工智能连续35天对化工厂进行自主控制，开创世界先河

2022年3月22日

横河电机集团
JSR Corporation

横河电机公司和JSR公司宣布成功完成一项现场测试。该测试使用人工智能(AI)连续35天对一家化工厂进行了自主控制，此举开创了世界先河*1。该测试证明了强化学习人工智能可以安全地应用于实际工厂，并证明了该技术可以控制现有控制方法（PID控制*2/APC*3）所无法实现的操作，到目前为止，此类操作仍需要根据工厂人员的经验判断对控制阀进行手动操作。该举措入选了日本经济产业省2020年高级工业安全促进项目补贴计划。

JSR化工厂的蒸馏塔

从炼油和石化产品到高性能化学品、纤维、钢铁、制药、食品和水，过程工业中的控制跨越广泛的领域。所有这些都涉及化学反应需要极高的可靠性。

在这项现场测试中，人工智能解决方案成功地处理了确保产品质量和保持蒸馏塔中液体处于适当水平所需的复杂条件，同时最大限度地利用余热作为热源。这种方法可以稳定质量，提高产量*4并节省能源。外部温度的快速变化是扰乱控制状态的主要外部因素，但在雨雪天气中，生产的产品符合严格的标准并已经发货。此外，由于只生产合格产品，因此不存在因生产不合格产品而耗费燃料、劳动力、时间和其他资源的情况。通过以下流程，安全操作得以实现。

控制区域和效果
点击看大图 

通过以下过程确保安全运行：

确保工厂安全运营
点击看大图 

本次控制实验中使用的人工智能，由横河电机和奈良先端科学技术大学院大学(NAIST)于2018年共同研发，称为阶乘内核动态策略规划(FKDPP)算法，在电气与电子工程师协会(IEEE)自动化科学与工程国际会议上被认定为全球首个可用于工厂管理的基于强化学习的人工智能技术*7。横河电机在2019年成功进行了控制培训系统*8实验，在2020年4月成功进行了使用模拟器重建整个工厂的实验*9，由此确认了这种自主控制人工智能*10的潜力，并将其从理论发展为适合实际应用的技术。此项技术可用于以往无法通过传统控制方法（PID控制和APC）实现自动化的领域，其优势之一在于能够处理相互冲突的目标，例如对高质量和节能的需求。

鉴于有众多复杂的物理和化学现象影响实际工厂的运行，仍有许多情况需要经验丰富的操作员介入并进行控制。即使利用PID控制和APC实现自动操作，经验丰富的操作员有时也需要停止自动控制并更改配置和输出值，例如由于降雨或其他天气导致大气温度突变时。这是许多公司工厂的常见问题。在推进工业自主化*11过程中，，一个非常重大的挑战是如何在人工干预不可避免的情况下实施自主控制，在确保高度安全的情况下尽可能地减少干预量。这项测试的结果表明，横河电机与JSR公司的合作为解决这一长期存在的问题开辟了一条前进的道路。

横河电机欢迎对这些举措感兴趣的全球客户。横河电机的目标是迅速提供实现工业自主化的产品和解决方案。

JSR公司认为，该试验展示了人工智能在解决化工厂以往无法解决问题的可能性，并考虑将其在其他过程和工厂中的进行应用，以进一步提高生产效率。

未来，两家公司将继续合作，研究在工厂中使用人工智能的方法。

JSR生产技术总经理Masataka Masutani表示：“由于5G的全面发展、其他往数字化社会迈进方面的发展、确保工厂安全的人力资源的老龄化及其替代人员的缺乏，行业环境正发生变化，石化行业面临着利用物联网(IoT)和人工智能等新技术来提高生产活动安全性和效率的巨大压力。JSR的研究方向是通过积极结合无人机、物联网传感器、摄像头等新技术实现生产智能化，在本次实验中，我们采用了人工智能控制技术来应对工厂过程控制自动化的挑战。我们验证了人工智能能够自主控制以前依赖于操作员经验而通过手动执行的过程，我们坚信人工智能控制技术的实用性和未来潜力。很多业内人士表示，这项技术不仅减轻了操作员的负担，而且我们也积极应对了这项新技术的挑战并取得了成功，这正是我们持续发展DX的动力。今后，我们将扩大人工智能控制的操作规模，努力提高化工厂的安全性、稳定性和竞争力。”

NAIST副教授Takamitsu Matsubara表示：“我很高兴这次现场测试取得了成功。数据分析和机器学习已开始应用于化工厂运营，但可用于自主控制和运营优化的技术直到现在还没有完全准备就绪。强化学习人工智能FKDPP算法由横河电机和NAIST于2018年联合研发，用于实现化工厂的自主控制。尽管必须采用大量传感器和控制阀，但人工智能可以在有限学习试验中生成稳健的控制策略。这些功能有助于提高开发过程的效率，并在现场测试期间实现长达840小时的自主控制。我认为在实际蒸馏塔中实现自主控制，集整个生产过程和安全性于一个系统，实际应用水平达到如此高的水平，都是非常了不起的成就，对于整个行业来说意义重大。我期待着看到这项技术的未来发展。”

横河电机副总裁兼横河产品总部负责人Kenji Hasegawa补充道：“这次现场测试的成功得益于只有客户才能提供的对生产过程和操作方面的深入了解，以及横河电机利用测量、控制和信息来创造价值的能力。试验表明，自主控制人工智能(FKDPP)可以在全球范围内大幅促进生产自动化、提高投资回报率以及环境可持续性。分布式控制系统能够控制和监测工厂生产设施的运行，横河电机在该系统的研发方面处于世界领先地位，并推动了一系列行业的发展。我们坚定地着眼于一个形成未来工业模式的自主操作的世界，目前正在推广‘工业自动化到工业自主化’(IA2IA)的概念。为在能源、材料、制药等众多产业实现将人员、机器、材料和方法(4M)的差异影响考虑在内的强大而灵活的生产过程，我们将与世界各地的客户合作，推动自主控制人工智能的联合开发。”

*1 基于横河电机于2022年2月进行的关于直接改变化工厂操作变量的人工智能调查。
*2 比例-积分-微分控制。由Nicolas Minorsky于1922年首次提出，是一种用于过程工业的基础设施控制技术，用于控制数量、温度、液位、压力和成分等因素。根据当前值与设定值的偏差，使用P、I、D计算中的每一个结果针对目标值进行控制。这种控制模式存在无法应对多种外部干扰（天气、气候、材料成分变化）和目标值频繁变化等问题，因此需要手动控制。
*3 先进过程控制。该控制技术使用数学模型，可以预测过程响应并为PID控制回路实时提供设定值，以提高生产率、质量和可控性。先进过程控制也可以很容易地用于控制，以提高产量、减少劳动时间并节约能源。利用APC可以减小数据偏差，从而更接近操作性能的极限（即获得最佳性能）。然而，这项技术不擅长应对流体的快速蒸发和其他此类化学反应、材料成分的重大变化以及机械的变化，因此受到了限制。
*4 通过精制过程从原料中获得的实际目标产品量。
*5CENTUM VP集散控制系统对整个生产过程同时监测和控制压力、流速、温度等因素，并集成各种互锁功能，以实现安全稳定的操作和事故预防。为了防止工厂事故，可以与安全仪表系统(SIS)、紧急切断装置(ESD)、防火系统(F&G)等配合使用。
*6 一种可以阻止启动的机制，除非在操作前满足某些条件。该机制通过防止不正确的操作、程序错误等来提高安全性。
*7 《用于醋酸乙烯单体工厂模型控制的阶乘内核动态策略规划》，2018年8月。https://ieeexplore.ieee.org/document/8560593/ . IEEE (电气与电子工程师协会)电气与电子工程师协会(IEEE)是一个位于美国的学术研究和技术标准化组织，专注于电气和信息工程领域。IEEE在全球160个国家拥有超过40万名会员。
*8 一种用于进行水位调节训练和实验的三罐水位控制系统，总体目标是在最低阶段控制水位。该控制系统还带有能够产生人工干扰，从而随机改变水流状态的装置。由于液体的特性，控制水流速在过程工业中是一项艰难的挑战。通过对水流速的适当控制，该控制系统可提升制造工厂的生产效率。
*9 《用于醋酸乙烯单体过程全厂控制的可扩展强化学习》，控制工程实践(Control Engineering Practice,)，第97卷，2020年4月
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0967066120300186 
*10 横河电机将自主控制人工智能定义为能够独立推导出最佳控制方法并具有高度稳健性，能够在一定程度上自主处理前所未有情况的人工智能。
*11 横河电机对工业自主化的定义如下：“工厂设备和运营将具有学习和适应能力，可以通过最少的人为交互做出响应，从而使运营商能够执行更高级别的优化任务。”横河电机于2021年对390家制造公司的534名决策者进行了一项关于实施工业自主化的全球最终用户调查，结果显示，42%的受访者表示将人工智能应用于工厂过程优化会对未来三年内的工业自主化产生重大影响。
(参考: https://web-material3.yokogawa.com/24/32484/details/The_Acceleration_of_Industrial_Autonomy_English.pdf )