過去的幾十年里，有關(guān)高級過程控制（APC）的文獻(xiàn)早已經(jīng)汗牛充棟。理論上的進(jìn)步和實(shí)踐中的創(chuàng)新讓這項(xiàng)技術(shù)有著光明的未來。因?yàn)楣I(yè)中流程（變量）控制的需求持續(xù)增長，高級過程控制的應(yīng)用越來越寬廣。
業(yè)已證明，高級控制正在持續(xù)的幫助增加產(chǎn)能、提升產(chǎn)品質(zhì)量和一致性、減少能耗、提高設(shè)備響應(yīng)，而最為重要的是可以加強(qiáng)過程的安全性。所有這些優(yōu)點(diǎn)都驅(qū)使流程工廠根據(jù)自身的設(shè)計(jì)能力實(shí)施控制。
為了從工業(yè)的角度更加了解高級過程控制，我向尼日利亞液化天然氣公司儀表部門負(fù)責(zé)人Amos Ologunleko提出了一些問題。他曾經(jīng)擔(dān)任過儀表試運(yùn)行工程師、儀表可靠性工程師、儀表維護(hù)工程師（文萊液化天然氣公司）和高級儀表工程師，負(fù)責(zé)管理多個集成控制系統(tǒng)，包括DCS、安全系統(tǒng)以及第三方系統(tǒng)主機(jī)。
問：什么是高級流程控制，為什么要使用這種方法？
答：
為了了解APC以及為什么使用它，很重要的一點(diǎn)是要對傳統(tǒng)的過程控制設(shè)備有一個初步的了解。
在最基本的層級上，單環(huán)控制器可以根據(jù)從現(xiàn)場傳感器收到的信號控制一個過程變量，比如溫度、壓力、流速、液位和質(zhì)量。下一個層級包括用于規(guī)則控制的比例-積分-微分（PID）控制器，再接下來是約束控制器，操作員可以為相關(guān)的流程變量指定設(shè)置點(diǎn)。
APC提供一個高于規(guī)則/約束控制的控制算法和通用模型，可以在面板上通過操作員對過程變量的人工調(diào)整設(shè)置點(diǎn)控制整個工廠，并實(shí)現(xiàn)過程優(yōu)化。出于這個原因，對于APC應(yīng)用，如果想達(dá)到理想的效果，在基礎(chǔ)層保持自動模式而不是手動模型只是一個權(quán)宜之計(jì)。
簡單的說，由于那些被證明的優(yōu)點(diǎn)，人們才會使用APC。有很多報(bào)告都指出，成功實(shí)施APC可以節(jié)約運(yùn)營成本，甚至帶來額外的收入，具有良好的投資回報(bào)。
問：為什么最終用戶理解APC
如此重要？
答：
最終用戶應(yīng)該理解APC的原因有很多。首當(dāng)其沖的是，最終用戶需要成為決策的一個組成部分，保證APC的運(yùn)營目標(biāo)適當(dāng)。如果不小心，APC可能帶來的是異常夢魘。由于運(yùn)營目標(biāo)錯誤，會導(dǎo)致技術(shù)失效，進(jìn)而損失金錢喪失信心。APC沒有達(dá)到最優(yōu)性能的后果就是工廠悲劇了。
第二，大多數(shù)情況，最終用戶有責(zé)任尋找風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)者，并對APC項(xiàng)目啟動的基金進(jìn)行管理。兜售觀點(diǎn)也需要對于APC有基本的了解。
第三，同許多其他應(yīng)用一樣，最終用戶必須深入了解現(xiàn)有的技術(shù)，以及它們能夠適應(yīng)相應(yīng)的過程行業(yè)，帶來最大的收益。
問：你能描述一些常用的APC
技術(shù)嗎？
答：
流行的APC技術(shù)都是基于流程模型。現(xiàn)在有三種基本的建模技術(shù)，分別是定性、數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)方法。定性技術(shù)的一個很好的例子就是模糊邏輯，而數(shù)學(xué)模型可以基于常微分或者偏微分方程或者神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。另外，由于人們對于產(chǎn)品質(zhì)量越來越重視，統(tǒng)計(jì)過程控制（SPC）和質(zhì)量估計(jì)（QE）現(xiàn)在已經(jīng)成為主流。在人工智能和專家系統(tǒng)領(lǐng)域，還有一些進(jìn)展可以在工業(yè)界推廣。
圖注：成功實(shí)施APC可以節(jié)約運(yùn)營成本，甚至帶來額外的收入，具有良好的投資回報(bào)。
問：應(yīng)用高級流程控制，業(yè)界有哪些成功的例證？
答：
與二十年前不同，現(xiàn)在業(yè)內(nèi)有很多廠商具備實(shí)施以模型為基礎(chǔ)進(jìn)行控制的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)。在過程行業(yè)廣泛應(yīng)用的最為復(fù)雜的基于模型的APC技術(shù)，就是高級多變量控制模型。在油氣行業(yè)，殼牌全球解決方案國際公司（SGSI）的SMOC（殼牌多變量優(yōu)化控制）方案包就是一款領(lǐng)導(dǎo)性的產(chǎn)品。另外一個例子是動態(tài)矩陣控制公司（DMCC）的基于模型的動態(tài)預(yù)測控制（DMBPC）。實(shí)際上，控制廠商還有很多基于模型的方案正在不同的工業(yè)部門使用。
問：工業(yè)界是否樂于公布那些沒有達(dá)到期望的應(yīng)用？如果想讓項(xiàng)目達(dá)到目標(biāo)，步驟應(yīng)該包括哪些？
答：
你講得很對，成功的故事我們已經(jīng)說了太多了，但是卻很少有人提起失敗的教訓(xùn)。項(xiàng)目沒有達(dá)成目標(biāo)的原因有很多，比如每一個發(fā)生管理變更的項(xiàng)目，人的問題必須在各方加入的早期就解決完畢。
要努力保證正確的技術(shù)使用到正確的場合，不要有任何的假設(shè)。假設(shè)，就是在扇自己的耳光。所以每一個假設(shè)都會受到事實(shí)的反復(fù)拷問。再次重申，在業(yè)內(nèi)，誰都不想成為做實(shí)驗(yàn)的小白鼠，所以出于風(fēng)險(xiǎn)的考慮對第一次應(yīng)用有懷疑是非常正常的。業(yè)內(nèi)成熟的玩家應(yīng)該已經(jīng)從失敗和成功的項(xiàng)目中學(xué)到了足夠的經(jīng)驗(yàn)和知識。非理性的行為是項(xiàng)目失敗的重要原因，有很多法律手段可以處理這些問題。最后，在互聯(lián)網(wǎng)（APC網(wǎng)絡(luò)）上的用戶網(wǎng)絡(luò)可以提供相關(guān)的信息進(jìn)行協(xié)助，也可以為潛在的用戶提供指導(dǎo)。
問：在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界之間是否有合作開發(fā)新方法解決與工業(yè)相關(guān)的問題？
答：
全球范圍內(nèi)，在學(xué)術(shù)研究和實(shí)踐應(yīng)用之間建立廣泛的合作或者提供準(zhǔn)確的信息并不容易。但是，我們看到了越來越多的有工業(yè)經(jīng)驗(yàn)的人被大學(xué)錄用，推動APC的進(jìn)一步研究，而學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)直接參與其中的數(shù)量越來越少。
其中的一個例子就是Charles Cutler，他于1961年加入殼牌石油，并在此積累了豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，后來他又投身到學(xué)術(shù)界，在大學(xué)的環(huán)境中進(jìn)行鉆研并提出了動態(tài)矩陣控制（DMC）的概念。一些年后，在新奧爾良煉油公司流體催化裂化裝置上，他成功展示了DMC的功能。接下來在1986年，Cutler與同事Chuck Johnson合作開創(chuàng)了DMCC這家公司。該公司已經(jīng)被位于波士頓的Aspen技術(shù)公司收購，它是APC應(yīng)用的領(lǐng)先供應(yīng)商。而就在同一周，這家公司還收購了另外一家競爭對手Setpoint。
Aspen技術(shù)公司成立于1981年，是麻省理工學(xué)院與美國能源部聯(lián)合進(jìn)行研究的結(jié)晶。Aspen實(shí)際上就是流程工程項(xiàng)目高級系統(tǒng)的縮寫。
問：在選擇高級過程控制技術(shù)的時候，哪些是最終用戶確保成功需要考慮的關(guān)鍵因素？
答：
最終用戶應(yīng)該在APC實(shí)施項(xiàng)目之前就啟動機(jī)會搜尋工作。機(jī)會搜尋是一種幫助實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定過程的結(jié)構(gòu)化方法，通過識別關(guān)鍵決策點(diǎn)，高效實(shí)現(xiàn)定義完備的目標(biāo)。這是一項(xiàng)已被證明的方法，可以理順各方的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目成功。
除此而外，還必須設(shè)定收益估計(jì)的標(biāo)桿。由于對過程經(jīng)濟(jì)性的錯誤理解、錯誤解釋和錯誤展示，可能會出現(xiàn)對APC項(xiàng)目成本和收益的過高或者過低估計(jì)，這會帶來深遠(yuǎn)的影響。
問：最終用戶如何使用APC
設(shè)計(jì)流程？什么是你所推薦的最佳實(shí)踐？
答：
除了機(jī)會搜尋和收益估計(jì)之外，范圍確定以及對于項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)中每一個成員在項(xiàng)目的不同階段的角色和責(zé)任的清晰理解，是非常必要的。
APC算法需要對過程動態(tài)和實(shí)時控制數(shù)據(jù)庫和控制器的配置進(jìn)行建模，這對于成功至關(guān)重要。必須要進(jìn)行一系列工廠/基地的測試，保證模型最適合工廠的需要。
提供適合的環(huán)境和必要的資金，是最終用戶的責(zé)任，這樣才能確保APC與現(xiàn)有基礎(chǔ)控制平臺的成功集成。我愿意推薦系統(tǒng)試運(yùn)行的時候遵循根據(jù)預(yù)先定義的質(zhì)量控制保障框架采取一步一步的方法。項(xiàng)目的主要方面是項(xiàng)目完成之后的系統(tǒng)維護(hù)。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該關(guān)注的是在預(yù)算和進(jìn)度要求的限制下安全的完成工作。如果最終用戶沒有在項(xiàng)目自始自終保持如一，對于實(shí)現(xiàn)商業(yè)目標(biāo)是非常不利的。對現(xiàn)場設(shè)備，比如變送器和流程分析儀進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)控，及時修復(fù)設(shè)備功能，也是非常重要的工作。
必須要注意保證集成控制在自動模式的比例保持在100%（或者非常接近），必要的時候必須要有指定的技術(shù)團(tuán)隊(duì)對APC控制整定非常了解。操作人員應(yīng)該保證APC有80%甚至更長的運(yùn)行時間。
問：一般最終用戶會在APC
選型、設(shè)計(jì)和實(shí)施過程中犯哪些錯誤？
答：
APC應(yīng)用周密的計(jì)劃和執(zhí)行對于從項(xiàng)目中取得預(yù)期的回報(bào)都是非常關(guān)鍵的。一個主要需要避免的問題就是運(yùn)營目標(biāo)選擇不當(dāng)。讓我們考慮這樣一個常見的例子，在原油提煉的過程中，需要盡量減少蒸餾塔頂部的重質(zhì)部分，與盡量增加底部的輕質(zhì)部分是完全不同的工作。
另外一個陷阱是簽訂合同的時候企業(yè)往往關(guān)注的是出價最低的方法，但是通常這種方法沒有很強(qiáng)的技術(shù)競爭力。我們已經(jīng)知道有很多項(xiàng)目都是因?yàn)楹贤兏馐軗p失，不可避免的出現(xiàn)成倍攀升。
如前所述，最終用戶應(yīng)該在APC項(xiàng)目完成之后一直瞪大雙眼。對于現(xiàn)場設(shè)備和基礎(chǔ)層控制的持續(xù)關(guān)注，可以保證APC應(yīng)用的效果。這些工作必須貫徹項(xiàng)目的始終，否則，系統(tǒng)就可能如同一個黑箱，沒有人能夠進(jìn)行維護(hù)。因此，最終用戶必須要經(jīng)過合理的培訓(xùn)，保證系統(tǒng)維護(hù)和業(yè)務(wù)持續(xù)。操作員的重要作用也決不能忽視。
APC應(yīng)用沒有一個盡善盡美的方法，每一次實(shí)施都是獨(dú)特的。關(guān)鍵問題是選擇與技術(shù)經(jīng)驗(yàn)匹配的合適運(yùn)營目標(biāo)。企業(yè)必須要抵制項(xiàng)目重啟這類事件的發(fā)生。當(dāng)你及早了解其他人成功和失敗的教訓(xùn)，你就可以積累自己的經(jīng)驗(yàn)，（希望可以）避免錯誤的發(fā)生。
問：站在行業(yè)的角度，你如何看待APC
的未來？
答：
行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者一定是能夠持續(xù)解決問題的廠商。未來需要學(xué)習(xí)型組織，可以看到高級過程控制應(yīng)用的巨大潛力和價值。一個主要的挑戰(zhàn)，是在儀表、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多核計(jì)算機(jī)和最高級的軟件的環(huán)境，保證自己始終能夠站在領(lǐng)跑者的位置。在可以預(yù)見的未來，我們將擁有基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)的高級控制方案，并與當(dāng)前基于模型的高級流程控制和優(yōu)化應(yīng)用緊密結(jié)合。
過程經(jīng)驗(yàn)和知識將會是成功項(xiàng)目實(shí)施的關(guān)鍵。挑戰(zhàn)是如何縮小即將退休的技術(shù)骨干與新生力量之間知識的差距。
Chikezie Nwaoha是一名石油工程師，也是《亞洲控制工程》的特約編輯。
