Yokogawa의 자율제어 AI, 세계 최초로 에네오스머티리얼 화학 공장에 공식 채택

1년간의 안정적인 운영을 통해 이 차세대 제어 기술이 환경 영향을 줄이고 안정적인 품질을 달성하며 운영을 혁신할 수 있음을 입증

2023-03-30 15:40 출처: Yokogawa Electric Corporation (도쿄증권거래소 6841)

에네오스머티리얼 화학공장의 증류탑(사진: 에네오스머티리얼)

도쿄--(뉴스와이어)--Yokogawa와 에네오스머티리얼(ENEOS Materials Corporation, JSR의 구 엘라스토머 사업부)은 강화학습 기반 AI 알고리즘인 팩토리얼 커널 동적 정책 프로그래밍(Factorial Kernel Dynamic Policy Programming, FKDPP)을 에네오스머티리얼 화학 공장에 공식 사용하는 계약을 체결했다고 발표했다. 이 계약은 자율제어 AI[*1]가 약 1년에 걸쳐 해당 증류탑을 제어하는 현장 테스트를 수행하면서 높은 수준의 성능을 성공적으로 입증한 데 따른 것이다. 이는 세계에서 강화 학습 AI가 공장의 직접 제어에 공식적으로 채택된 첫 번째 사례이다[*2].

2022년 1월 17일부터 2월 21일까지 연속 35일(840시간) 동안 수행된 이 현장 테스트에서는 기존 제어 방식(PID 제어/APC)으로 지원되지 않아 작업자의 판단에 따라 밸브를 수동으로 제어해야 했던 증류 작업을 AI 솔루션이 제어할 수 있음을 최초로 확인했다[*3]. 예정된 유지보수 및 수리를 위해 공장 가동을 중지한 후 현장 테스트가 재개되었으며 이 테스트는 현재까지 계속되고 있다. 이 솔루션은 제품의 품질을 보장하는 동시에 증류탑의 액체를 적절한 수위로 유지하면서 폐열을 열원으로 최대한 활용하는 데 필요한 복잡한 조건을 제어할 수 있음을 결정적으로 입증하였다. 이를 통해 품질을 안정화하고 높은 수율을 달성했으며 에너지를 절감했다.

이 현장 테스트에서 자율제어 AI는 다음과 같은 네 가지 이점을 보여주었다.

1. 연중 내내 안정성 유지

자율제어 AI는 외부 온도가 약 40ºC 정도 차이 나는 겨울과 여름에도 안정적인 수위 제어를 유지하고 폐열 활용을 극대화했다. 어떤 문제도 관찰되지 않았으며 현장 테스트 내내 안정적인 작동과 높은 제품 품질을 달성했다.

2. 환경 영향 감소

자율제어 AI는 사양 미달 제품의 생산을 제거하여 연료, 인건비 등 비용을 절감하고 원자재의 효율적인 활용을 지원했다. 자율제어 AI는 출하 기준에 맞는 양질의 제품을 생산하면서도 기존 수동 제어 방식에 비해 증기사용량과 CO2 배출량을 40% 줄였다[*4].

3. 작업량 감소에 따른 안전성 향상

자율제어 AI는 작업자의 수동작업 필요 없다. 이는 업무량을 줄이고 사람의 실수를 방지하는 데 도움이 되었을 뿐만 아니라 정신적 스트레스 수준을 줄이고 안전성을 향상시켰다.

4. 강력한 AI 제어 모델

유지보수 및 수리를 위한 정기 가동 중단 후 상태변화를 거쳐도 동일한 AI 제어 모델을 계속 사용할 수 있었다.

에네오스머티리얼은 이번 1년간의 검증 과정을 통해 자율제어 AI가 겨울과 여름을 포함 연중 내내 안정적인 성능을 달성하고 운영을 최적화할 수 있는 강력한 시스템임을 확인했다. 에네오스는 이를 다른 공정 및 공장에 적용하는 방안을 검토하고, 자동화 범위를 확대해 생산성 향상과 에너지 절감을 위해 지속적으로 노력할 계획이다.

Yokogawa는 공장 자동화를 장려하기 위해 2월 27일 세계 최초로[*6] 엣지 컨트롤러[*5]용 자율제어 AI 서비스를 제공하기 시작했다. 이 서비스와 더불어 Yokogawa는 자율적인 공장 운영을 원하는 고객에게 제어 문제 파악부터 최적의 제어 방법 탐색, 비용 효율성 산출까지 전 과정을 아우르고 안전, 실증, 유지 관리 및 운영을 포함하는 글로벌 컨설팅 서비스를 제공하고 있다.

앞으로 에네오스머티리얼과 Yokogawa는 지속적인 협력을 통해 공장 제어 및 상태 기반 유지 관리에 AI를 사용하여 디지털 변환(DX)을 수행하는 방법을 조사할 예정이다.

에네오스머티리얼의 제품기술 사업부 책임자 마츠타니 마사타카(Masataka Masutani)는 다음과 같이 말했다. “시설의 안전 운영을 보장하던 숙련된 작업자들의 퇴직과 같이 석유화학 산업에 영향을 미치는 심각한 고령화와 대체 인력 부족 문제 속에서 이전에 수동으로 제어했던 공정을 AI로 자율제어 하는 이번 시연에 만족한다. 약 1년 동안 진행된 이번 테스트를 통해 작업자의 업무량 감소는 물론 계절적 변화나 주기적인 유지보수에도 영향을 받지 않고 안정적으로 운영할 수 있으며 에너지 절감과 온실가스 배출 감소 효과도 있음이 입증됐다. 우리는 스마트한 생산을 통해 안전과 안정성을 추구하고 운영상의 탄소배출을 줄이며 경쟁력을 강화하기 위해 계속 노력할 것이다.”

나라선단과학기술원대학원대학(Nara Institute of Science and Technology)의 마츠바라 타카미츠(Takamitsu Matsubara) 교수는 다음과 같이 말했다. “강화 학습의 핵심은 보상 함수를 설계하는 방식에 있다. 공정 산업 제어 지식을 보상 함수에 밀접하게 접목함으로써 연중 내내 안정적인 운영을 달성할 수 있는 높은 수준의 신뢰성과 검증성을 갖춘 AI 제어 모델을 생성할 수 있다. 이번 현장 테스트를 통해 정기적인 유지보수를 거친 후에도 모델을 그대로 적용될 수 있음을 확인했다는 점은 AI 제어 모델의 견고성을 시사한다. 복잡한 조건을 처리할 수 있는 새로운 제어 기술인 FKDPP가 전 세계 산업 발전에 폭넓게 기여할 것이라고 믿는다.”

Yokogawa 부사장 겸 제품 본부책임자인 하세가와 켄지(Kenji Hasegawa)는 다음과 같이 말했다. “전 세계적으로 독보적인 이 자율화 이니셔티브에 도전하기 위해 고객과 함께 일할 수 있어 매우 기쁘다. 물리적, 화학적 현상의 복합적인 영향으로 인해 실제 공장의 운영 제어는 매우 까다롭기 때문에 여전히 높은 수준의 숙련된 작업자가 개입해야 하는 많은 영역이 있다. Yokogawa는 제품 및 컨설팅에 중점을 두고 자율제어 AI를 개발 및 사용을 확대하면서 고객과 협력하여 탈탄소화, 디지털 전환 및 자율화 작업을 지원할 것이다.”

[*1] Yokogawa는 자율제어 AI를 제어를 위한 최적의 방법을 독립적으로 추론하고 이전에 경험하지 않은 상황을 일정 수준의 자율적처리를 수행할 수 있는 높은 수준의 견고성을 갖춘 AI로 정의하고 있다.

[*2] 2023년 3월 IoT Analytics에 의해 수행된 공개 자료를 기반으로 한 포괄적인 2차 연구

[*3] Yokogawa와 JSR, 35일 연속 AI 기반 화학 공장 자율제어 현장 테스트 최초 성공 - 품질, 수율, 에너지 절약, 긴급 장애 등을 고려한 차세대 제어 기술 실용화 가능

[*4] 액상 수위 유지를 위해 이전에 사용되던 증기 양과 이에 해당하는 이산화탄소 배출량 대비

[*5] Yokogawa, 엣지 컨트롤러용 자율제어 AI 서비스 출시 - 제어 최적화를 통해 생산성 향상 및 에너지 절약

[*6] 세계 최초의 에지 컨트롤러용 상용 강화 학습 AI 서비스. 공개적으로 사용 가능한 리소스에 대해 IoT 애널리틱스(IoT Analytics)에서 2023년 3월 실시한 포괄적인 2차 연구 기반.

에네오스머티리얼 소개

에네오스머티리얼은 전 세계 자동차 산업 및 기타 산업을 위한 합성 고무, 열가소성 엘라스토머, 라텍스 및 기타 원자재를 연구, 개발, 제조 및 판매한다. 2022년 4월 1일 JSR 기업(JSR Corporation)의 엘라스토머 사업부를 에네오스 기업(ENEOS Corporation)에 매각함으로써 설립된 에네오스머티리얼은 세계적 수준의 연구 개발 능력과 제조 기술을 보유하고 있다. 에네오스머티리얼은 에네오스 그룹의 광범위한 조달, 펀딩, 조직 및 글로벌 네트워크를 통해 고품질의 경쟁력 있는 제품을 안정적으로 공급할 수 있다. 전기자동차로의 전환, 지속가능발전목표(SDG) 달성 필요성 등의 변화에 부응하여 에네오스머티리얼은 기술 역량을 지속적으로 연마하고 사회에 기여하는 혁신을 추진하여 모두를 위한 보다 밝고 활기찬 미래를 약속한다.

Yokogawa 소개

Yokogawa는 에너지, 화학, 재료, 제약, 식품 등 다양한 산업의 고객사에 계측, 제어, 정보 분야의 첨단 솔루션을 제공하고 있다. Yokogawa는 효과적인 디지털 기술 응용을 통해 생산 최적화, 자산, 공급망과 관련된 고객사의 문제를 해결하고 자율 운영으로의 전환을 뒷받침한다. 1915년 도쿄에 설립된 Yokogawa는 세계 61개국, 122개 기업으로 이뤄진 글로벌 네트워크에서 일하는 1만7000명의 직원과 더불어 지속 가능한 사회를 구현하기 위해 노력하고 있다. 자세한 정보는 www.yokogawa.com 에서 찾을 수 있다.

이 보도자료에 등장하는 기업, 조직, 제품, 서비스 및 로고의 이름은 에네오스머티리얼, Yokogawa 또는 해당 소유자의 등록 상표 또는 상표이다.

사진/멀티미디어 자료: https://www.businesswire.com/news/home/53364485/en

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