Yokogawa y DOCOMO realizan con éxito una prueba de tecnología de control remoto mediante 5G, nube e IA

Tokio, Japón - 30 de mayo de 2022

Yokogawa Electric Corporation / Corporación Eléctrica Yokogawa
NTT DOCOMO INC.

Yokogawa Electric Corporation / Corporación Eléctrica Yokogawa (TOKYO: 6841) y NTT DOCOMO, INC. (DOCOMO) han anunciado hoy que han llevado a cabo una prueba de concepto (PoC) de una tecnología de control remoto para procesamiento industrial. La prueba PoC consistió en el uso en un entorno de nube de una IA de control autónomo, el ^algoritmo*1 Factorial Kernel Dynamic Policy Programming (FKDPP) desarrollado por Yokogawa y el Instituto de Ciencia y Tecnología de Nara, y una red de comunicaciones móviles de quinta generación (5G) proporcionada por DOCOMO. La prueba, en la que se controló con éxito una operación de procesamiento de planta simulada, demostró que la 5G es adecuada para el control remoto de procesos de planta reales.

La tendencia de los últimos años a ubicar las instalaciones de producción en zonas remotas y/o peligrosas está impulsando una creciente demanda de operaciones industriales a distancia y transformando la forma de trabajar de las personas. Mientras tanto, los equipos utilizados en las plantas para purificar y refinar recursos y materiales para productos esenciales pueden deteriorarse tras muchos años de uso, por lo que la regulación y el control remotos y autónomos serían enormemente beneficiosos. Una posible solución es instalar dispositivos de borde equipados para comunicaciones inalámbricas de alta velocidad en las plantas y emplear IA de control autónomo basada en la nube para controlar los equipos de forma dinámica. Yokogawa ya ha demostrado que su algoritmo FKDPP es una solución viable de IA de control autónomo. En una prueba de campo realizada en una planta ^química*2 el pasado mes de febrero, FKDPP controló con éxito durante 35 días procesos difíciles de automatizar con las tecnologías de control ^PID*3y​ ​^APC*4 existentes y que, por tanto, se realizaban manualmente. La combinación de FKDPP y la nube con 5G, que ofrece baja latencia y la capacidad de conectar un gran número de dispositivos, promete ser una tecnología fundamental para lograr la autonomía industrial.

PoC overview
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Tras un acuerdo entre Yokogawa y DOCOMO anunciado el 14 de abril de 2021, se llevó a cabo la prueba de demostración para verificar si un sistema de control de tres Nivel del depósito ^*5 podía controlarse utilizando FKDPP en la nube a través de una red 5G. Se fijó un nivel de agua objetivo, se realizaron pruebas con ciclos de control de baja a alta velocidad y se confirmaron los efectos de la latencia de las comunicaciones móviles en el control FKDPP. En comparación con 4G, la prueba demostró que, especialmente con el control de alta velocidad, 5G ofrece 1) menor latencia, 2) menos rebasamiento en relación con el nivel de agua objetivo, y 3) es capaz de manejar un ciclo de control tan corto como 0,2 segundos, logrando así un mejor control para una calidad más estable y una mayor eficiencia energética.

Envisioned future application of 5G, cloud, and AI for industrial autonomy
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Yokogawa, que defiende el concepto de automatización industrial a autonomía industrial (IA2IA) desde 2019, pretende aplicar la tecnología 5G para el control remoto de plantas. En colaboración con DOCOMO y los clientes, seguirá llevando a cabo iniciativas avanzadas destinadas a facilitar el cambio hacia la autonomía industrial.

DOCOMO sigue mejorando y evolucionando sus tecnologías de red, creando redes avanzadas adaptadas a las necesidades de clientes específicos y desarrollando soluciones 5G para diversos fines públicos y privados.

Tanto Yokogawa como DOCOMO, como miembros de la 5G Alliance for Connected Industrias and Automation (5G-ACIA), que persigue aplicaciones industriales para 5G, seguirán evaluando el uso de 5G para operaciones de planta remotas y autónomas. Mediante la realización de demostraciones en una amplia gama de plantas de clientes y el examen de la fiabilidad de las comunicaciones y los problemas relacionados con la latencia durante el uso a largo plazo, las empresas se esforzarán por lograr un control autónomo habilitado para 5G e IA. La 5G-ACIA presentará los resultados de esta prueba de demostración en Hannover Messe ^2022*6, entre el 30 de mayo y el 2 de junio.

Comentarios de las empresas

Kenji Hasegawa, Vicepresidente y Director de la sede central de productos Yokogawa en Yokogawa Electric Corporation / Corporación Eléctrica Yokogawa:
"Nuestra IA de control autónomo puede utilizarse no sólo en la industria de procesos, sino también para determinados procesos de la automatización de fábricas, como los procesos de calefacción. Puede utilizarse en áreas en las que las tecnologías de control existentes no pueden aplicarse, puede lograr tiempos de asentamiento más cortos en comparación con las tecnologías existentes y evitar el rebasamiento. En general, los beneficios tangibles incluyen la mejora de la productividad y la contribución a una sociedad más sostenible. Al vincular la información sobre producción, inventario, demanda y otros asuntos con la IA de control autónomo basada en la nube, será posible alinear las directivas de gestión con el control real de las operaciones en la planta. Aunque se han utilizado comunicaciones inalámbricas en las plantas, esta innovación utiliza 5G para la IA de control autónomo basada en la nube. Al llevar a cabo esta iniciativa de vanguardia en colaboración con DOCOMO y nuestros clientes, lideraremos el cambio hacia la autonomía industrial."

Hisakazu Tsuboya, vicepresidente sénior y director general del departamento de negocio de 5G e IoT de NTT DOCOMO:
"DOCOMO está ayudando a transformar el sector industrial con tecnologías de vanguardia y diversas soluciones móviles. La demostración ha demostrado que las comunicaciones 5G de baja latencia ayudan a mejorar la precisión de las operaciones de control remoto en las plantas, lo que se espera que contribuya significativamente a la productividad sostenible para el procesamiento y otros tipos de fabricación". DOCOMO, junto con Yokogawa y sus socios, continuará desarrollando 5G y otros entornos de comunicaciones móviles para diversos lugares de trabajo en las industrias de procesamiento con el fin de superar los desafíos y crear nuevo valor."

*1 The FKDPP AI algorithm, which uses reinforcement learning technology, can be applied to all kinds of control applications, including those that cannot be automated with existing control methods such as PID control or APC, to achieve conventionally challenging simultaneous goals, such as high quality and energy efficiency (see attachment for details).
*2 See press release (In a World First, Yokogawa and JSR Use AI to Autonomously Control a Chemical Plant for 35 Consecutive Days: https://www.yokogawa.com/news/press-releases/2022/2022-03-22/)
*3 Proportional-Integral-Derivative control, first proposed by Nicolas Minorsky in 1922, is an infrastructure-control technology for processing industries that is used to control items such as quantity, temperature, level, pressure, and ingredients. It implements control aimed at target values based on P, I and D calculations according to deviations between current and set values. In some cases, due to the characteristics of the mathematical expression, a value might exceed (overshoot) the set value or take time to settle to avoid overshoot.
*4 Advanced Process Control uses a mathematical model to predict process responses and supply set values to the PID control loop in real time in order to improve productivity, quality, and controllability. It is easily applied for control to increase production, reduce labor time, and save energy. APC results in smaller deviations in data, making it possible to more closely approach the limits of operating performance (i.e., optimal performance), but it is not adept at responding to the rapid vaporization of fluids, similar chemical reactions, major changes in material composition, and changes in machinery.
*5 A three tank level control system that is used for training and experiments involving the regulation of water flow from one level to the next with the aim of controlling the water level at the lowest tank.
*6 One of the world's largest international manufacturing exhibitions, which attracted some 6,500 companies and 220,000 people in 2019. https://www.hannovermesse.de/en/

 

Sobre Yokogawa

Yokogawa provides advanced solutions in the areas of measurement, control, and information to customers across a broad range of industries, including energy, chemicals, materials, pharmaceuticals, and food. Yokogawa addresses customer issues regarding the optimization of production, assets, and the supply chain with the effective application of digital technologies, enabling the transition to autonomous operations.
Founded in Tokyo in 1915, Yokogawa continues to work toward a sustainable society through its 17,500 employees in a global network of 119 companies spanning 61 countries.
For more information, visit www.yokogawa.com

Acerca de NTT DOCOMO

NTT DOCOMO, Japan's leading mobile operator with over 83 million subscriptions, is one of the world's foremost contributors to 3G, 4G and 5G mobile network technologies. Beyond core communications services, DOCOMO is challenging new frontiers in collaboration with a growing number of entities ("+d" partners), creating exciting and convenient value-added services that change the way people live and work. Under a medium-term plan toward 2020 and beyond, DOCOMO is pioneering a leading-edge 5G network to facilitate innovative services that will amaze and inspire customers beyond their expectations. https://www.docomo.ne.jp/english/

Los nombres de empresas, organizaciones, productos, servicios y logotipos aquí mencionados son marcas registradas o marcas comerciales de Yokogawa Electric Corporation / Corporación Eléctrica Yokogawa, NTT DOCOMO Inc. o sus respectivos propietarios.

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Visión general de PdC

1. Objetivo de la prueba PdC

La prueba confirmó la gama de operaciones que pueden controlarse con una IA de control autónomo basada en la nube a través de una red móvil 5G. El rendimiento del control mediante comunicaciones 4G y 5G independientes se comparó en términos de latencia y rendimiento (cantidad de datos enviados y recibidos en un periodo fijo).

2. Detalles

3. Funciones de cada empresa

4. Resultados

Se confirmó que, en comparación con 4G, 5G ofrece (1) menor latencia y (2) permite realizar operaciones de control con menos sobreimpulso, especialmente cuando se utiliza control de alta velocidad. También se confirmó que (3) el funcionamiento es posible en un ciclo de control tan corto como 0,2 segundos. En conjunto, la 5G puede lograr un mejor control y contribuir a una calidad más estable y una mayor eficiencia energética.

5. Sobre la IA de control autónomo (algoritmo FKDPP)

La IA utilizada en esta prueba de demostración fue el algoritmo Factorial Kernel Dynamic Policy Programming (FKDPP), desarrollado conjuntamente por Yokogawa Electric Corporation / Corporación Eléctrica Yokogawa y el Instituto de Ciencia y Tecnología de Nara (NAIST) en 2018. Fue reconocido por el IEEE por ser la primera IA del mundo basada en el aprendizaje por refuerzo que puede utilizarse en la gestión de ^plantas*1.

El FKDPP proporciona los siguientes beneficios clave:

• Puede utilizarse para todo tipo de control, incluidas aplicaciones que no pueden automatizarse con los métodos de control existentes (control PID o APC), lo que permite a los ingenieros alcanzar objetivos complicados que convencionalmente han sido difíciles de lograr simultáneamente, como la alta calidad y la eficiencia energética.
• Mejora la productividad en términos de mayor calidad, mayor eficiencia energética, mayor rendimiento y menor tiempo de asentamiento.
• Simple, porque requiere menos aprendizaje y no necesita datos etiquetados por carga.
• Es relativamente fácil explicar cómo funciona la IA.
• Alcanza el mismo nivel de seguridad que los sistemas convencionales (muy robusto e integrable en los sistemas de control de producción existentes).

En abril de 2020, Yokogawa utilizó un modelo de ^{simulación*2} para confirmar que su IA de control autónomo tiene potencial para controlar toda una planta. Ese mismo año, en una exposición en la Measurement Exhibition 2020 OSAKA (organizada por la Japan Electric Measuring Instruments Manufacturers' Association), la empresa demostró cómo esta IA puede controlar de forma autónoma un sistema de control de tres Nivel del depósito. Aunque el sistema puede controlarse con la tecnología de control PID convencional, se demostró que FKDPP puede reducir el tiempo de asentamiento entre un 30% y un 50%, al tiempo que evita el sobreimpulso. En febrero de 2022, Yokogawa utilizó con éxito la tecnología para controlar una planta química real durante 35 días consecutivos, una primicia mundial.

*1 Factorial Kernel Dynamic Policy Programming for Vinyl Acetate Monomer Plant Model Control (August 2018) https://ieeexplore.ieee.org/document/8560593/ The Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) is an academic research group and technology standardization institution for electric engineering, headquartered in the United States with more than 400,000 members in more than 160 countries.
*2 Scalable Reinforcement Learning for Plant-wide Control of Vinyl Acetate Monomer Process, Control Engineering Practice, Volume 97 (April 2020) https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0967066120300186