工業工程師正在利用人工智能構建先進的流程模擬解決方案，并加快能源、電力和化學行業實現完全自主運營的進程。
融合人工智能的深度強化學習（DRL）代理正在幫助將傳統的工業自動化轉變為核心控制、現場和生產流程的工業自主。這是使用 智能體人工智能 進行高級推理和迭代規劃，旨在實現人類在循環中的目標，通過這種方式，能夠實現新的應用，例如高級工業控制、系統級自主和完全自主的工廠。
在本文中，我們將探討工業軟件領域的領導者 AVEVA 如何將其 Dynamic Simulation 平臺與 NVIDIA Raptor DRL 引擎集成，以最大限度地提高工業設備的產量、減少計劃外停機時間并提高產品質量。
工業自動化的挑戰和優勢?
傳統的高級控制技術 (例如高級過程控制或閉環實時優化) 非常適合可重復過程。當工廠條件相對穩定以優化能源消耗、排放和生產時，就會出現這種情況。然而，工業廠房會發生瞬變事件，例如施加的進料變化或意外干擾，而使用基礎級別或高級流程控制很難控制這些事件。
在這些動態情況下，工業工廠操作人員會轉而采用手動控制來重新穩定工廠，并避免不必要且昂貴的后果，例如因突發事件而自動關閉發電渦輪機時發生的停機事故。
通過實現更高的工業自主性，工廠操作人員、經理和工程師可以獲得以下優勢：
- 增強安全性 ：減少工人暴露于危險環境中。
- 提高運營效率 ：優化生產和設備使用。
- 降低成本 ：優化勞動力和維護成本。
- 改進決策制定 ：通過 AI 驅動的見解提高準確性和性能。
- 環境可持續性 ：優化資源使用并減少排放。
- 可擴展性 ：支持高效管理大型或遠程操作。
- 互聯的遠程操作 ：集中控制地理上分散的資產。
制定工業自動化策略?
AVEVA 和施耐德電氣將運用其行業專業知識，在工業流程、混合和計算基礎設施用例方面與 NVIDIA 合作：
- 使用物理精準的工業數字流程在高速計算架構上進行大規模訓練的自主人工智能代理。
- 適用于工業 3D 環境的大規模高保真數字孿生，以及用于實時監控和控制工業運營的統一運營中心。
- 適用于 NVIDIA 加速計算集群的數據中心參考設計，使運營商能夠在其數據中心基礎設施上支持人工智能工作負載，從而提高部署速度和可靠的生命周期運營。
使用 NVIDIA Raptor 進行 AVEVA 動態模擬的效果
AVEVA Dynamic Simulation 是用于工業流程的嚴格的第一原則模擬器，使用與 NVIDIA Raptor 的集成進行了測試，后者是一種深度強化學習引擎。
AVEVA Dynamic Simulation 用于為工藝工廠構建動態模擬模型，用于在多個用例中進行操作員培訓模擬器、控制檢查和工藝設計。
工業工程師使用 AVEVA Dynamic Simulation 降低運營成本、縮短工業產品的上市時間、增強工人安全，并優化各種重工業的工廠正常運行時間。
Raptor 使用 AVEVA 的工業流程工廠動態流程模擬進行離線訓練。Raptor 支持在本地或云端使用加速計算進行大規模強化學習訓練。
NVIDIA 內部使用 Raptor 框架，通過強化學習進行芯片設計。借助 Raptor，NVIDIA 生成的算術電路占用空間減少了 25%，同時保持與領先的電子設計自動化軟件解決方案相似的性能和準確性。由于 Raptor 支持各種強化學習算法（例如近端策略優化），因此可用于解決諸如 AVEVA Dynamic Simulation 等行業問題。
AVEVA Dynamic Simulation 模型環境接收 NVIDIA Raptor 深度強化學習代理的操作，將新狀態輸出到 Raptor。在每個步驟中，DRL 代理都會獲得獎勵，具體取決于其操作是否導致了更好的狀態或更糟糕的狀態。Raptor 通過在一系列行動中最大化獎勵來進行學習。
經過訓練后，生成的控制策略可以部署到工廠控制系統中:
- 通過在比手動工廠操作員更短的時間內穩定產品質量，最大限度地減少工廠故障對生產的影響。
- 改進對批處理流程的控制，以提供一致且可重復的產品質量。
- 縮短復雜的啟動和關閉時間，以最大限度地提高生產吞吐量。
例如，工業問題是通過化學蒸工藝從較輕的甲烷和乙烷中分離較重的丙烷。當輸入的進料量變化大于預期時，工業流程會受到干擾，傳統控制可能無法在正確的范圍內管理水平和產品質量。通常情況下，這需要工廠操作人員干預。
使用 AVEVA Dynamic Simulation 訓練 Raptor DRL 智能體，以控制輸入到塔的熱量、塔底水平和回流鼓水平。結果表明，DRL 智能體可以將蒸餾系統的穩定時間縮短一半，且在進料發生大變化時，溫度和產品質量仍能保持在正確范圍內，與傳統的工業基礎控制器相比，DRL 智能體的性能更好。
工業過程仿真的未來?
AI 和深度強化學習使工業工廠流程控制實現更高水平的自主性。AVEVA 的精確流程數字孿生和 NVIDIA 加速計算平臺正在推動工業流程模擬從概念驗證到現實世界部署的創新。
AVEVA 的后續步驟是對 AVEVA Dynamic Simulation 進行試點、產品化和擴展，借助 Raptor。AVEVA 計劃與全球一些大型能源公司合作試用該解決方案，這是客戶獲得信心必不可少的第一步。一個關鍵優勢是，AVEVA Dynamic Simulation with Raptor 可以從實際的工業發電廠完全離線進行訓練、測試和驗證。
在成功完成客戶試點后，AVEVA 將使用 AVEVA Connect 中的無代碼工作流實現解決方案的產品化和規模化。這將使用 NVIDIA 加速計算平臺和即插即用模塊加快訓練速度，從而測試和部署深度強化學習代理。
詳細了解 AVEVA 和 NVIDIA 在工業過程仿真方面的協作 。探索 AVEVA Dynamic Simulation 和 NVIDIA Raptor 。
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