三井化学、ボイラープラントの始動操作技能をAIシステムで継承へ

　三井化学が大阪工場（大阪府高石市）に導入したのは、全プラントに電力と蒸気を供給しているボイラープラントの昇圧操作を支援するためのAI（人工知能）システム。定期点検や異常停止時など運転が停止している状態から正常運転へ安全に復帰できるようにすることで、生産までのリードタイムを短縮するとともに、運転員の安全を確保するのが目的だ。

　ボイラープラントの始動時は、温度や圧力が大きく変わるため、急に加熱すると設備が損傷したり運転員の安全が損なわれたりする可能性がある。操作結果が複雑に変化するため、非定常状態での運転操作は特に難易度が高く、制御のためのシステム開発が困難だった。

　導入したAIシステムでは、ボイラードラム内の圧力が安全に高まるような操作を指示する。その指示に沿って運転員は、決められた速度を超えないように温度と圧力を高めればよい（図1）。熟練運転員の操作と同等かつ安全に始動できることを確認できたという。

図1：ボイラープラントの始動操作をAIシステムで指示することで、熟練運転員と同様の始動を可能にする

　システムの動作は、実際のプラントをオンライン上に再現した仮想プラント上で検証した。AIシステムの動きをシミュレーションすることで、実プラントへの影響を最小限に抑えるためだ。

　検証では、AIシステムに定常運転時も含めた、さまざまな状況に対応した運転方法を学習させた。シミュレーションのデータとニューラルネットワークを用いて実プラントの挙動を再現したモデルを元に、最適な運転操作を決定した。豪雨や原料変動といった外部要因の変動にも対応できるとする。

　AIシステムは、NECと産業技術総合研究所（産総研）とが開発した「プラント運転支援AI」と、温度や圧力などの制御量を計算する「レプリカモデル予測制御」の2つの技術を組み合わせて開発した。シミュレーションには「Visual Modeler」（オメガシミュレーション製）を利用している。

　NECらは、今回の成果を三井化学以外の化学メーカーなどにも展開する。始動操作や生産量変更操作など、自動制御あるいは運転支援が困難だった運転操作に適用することで、操業の効率化と運転コストの削減を図れるとする。