過去的幾十年里，有關高級過程控制（APC）的文獻早已經汗牛充棟。理論上的進步和實踐中的創(chuàng)新讓這項技術有著光明的未來。因為工業(yè)中流程（變量）控制的需求持續(xù)增長，高級過程控制的應用越來越寬廣。
業(yè)已證明，高級控制正在持續(xù)的幫助增加產能、提升產品質量和一致性、減少能耗、提高設備響應，而最為重要的是可以加強過程的安全性。所有這些優(yōu)點都驅使流程工廠根據自身的設計能力實施控制。
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責人Amos Ologunleko提出了一些問題。他曾經擔任過儀表試運行工程師、儀表可靠性工程師、儀表維護工程師（文萊液化天然氣公司）和高級儀表工程師，負責管理多個集成控制系統，包括DCS、安全系統以及第三方系統主機。
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，很重要的一點是要對傳統的過程控制設備有一個初步的了解。
在最基本的層級上，單環(huán)控制器可以根據從現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，操作員可以為相關的流程變量指定設置點。
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整設置點控制整個工廠，并實現過程優(yōu)化。出于這個原因，對于APC應用，如果想達到理想的效果，在基礎層保持自動模式而不是手動模型只是一個權宜之計。
簡單的說，由于那些被證明的優(yōu)點，人們才會使用APC。有很多報告都指出，成功實施APC可以節(jié)約運營成本，甚至帶來額外的收入，具有良好的投資回報。
問：為什么最終用戶理解APC
如此重要？
答：
最終用戶應該理解APC的原因有很多。首當其沖的是，最終用戶需要成為決策的一個組成部分，保證APC的運營目標適當。如果不小心，APC可能帶來的是異常夢魘。由于運營目標錯誤，會導致技術失效，進而損失金錢喪失信心。APC沒有達到最優(yōu)性能的后果就是工廠悲劇了。
第二，大多數情況，最終用戶有責任尋找風險分擔者，并對APC項目啟動的基金進行管理。兜售觀點也需要對于APC有基本的了解。
第三，同許多其他應用一樣，最終用戶必須深入了解現有的技術，以及它們能夠適應相應的過程行業(yè)，帶來最大的收益。
問：你能描述一些常用的APC
技術嗎？
答：
流行的APC技術都是基于流程模型。現在有三種基本的建模技術，分別是定性、數學和統計方法。定性技術的一個很好的例子就是模糊邏輯，而數學模型可以基于常微分或者偏微分方程或者神經網絡。另外，由于人們對于產品質量越來越重視，統計過程控制（SPC）和質量估計（QE）現在已經成為主流。在人工智能和專家系統領域，還有一些進展可以在工業(yè)界推廣。
圖注：成功實施APC可以節(jié)約運營成本，甚至帶來額外的收入，具有良好的投資回報。
問：應用高級流程控制，業(yè)界有哪些成功的例證？
答：
與二十年前不同，現在業(yè)內有很多廠商具備實施以模型為基礎進行控制的經驗和技術。在過程行業(yè)廣泛應用的最為復雜的基于模型的APC技術，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）方案包就是一款領導性的產品。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)預測控制（DMBPC）。實際上，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到期望的應用？如果想讓項目達到目標，步驟應該包括哪些？
答：
你講得很對，成功的故事我們已經說了太多了，但是卻很少有人提起失敗的教訓。項目沒有達成目標的原因有很多，比如每一個發(fā)生管理變更的項目，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使用到正確的場合，不要有任何的假設。假設，就是在扇自己的耳光。所以每一個假設都會受到事實的反復拷問。再次重申，在業(yè)內，誰都不想成為做實驗的小白鼠，所以出于風險的考慮對第一次應用有懷疑是非常正常的。業(yè)內成熟的玩家應該已經從失敗和成功的項目中學到了足夠的經驗和知識。非理性的行為是項目失敗的重要原因，有很多法律手段可以處理這些問題。最后，在互聯網（APC網絡）上的用戶網絡可以提供相關的信息進行協助，也可以為潛在的用戶提供指導。
問：在學術界和工業(yè)界之間是否有合作開發(fā)新方法解決與工業(yè)相關的問題？
答：
全球范圍內，在學術研究和實踐應用之間建立廣泛的合作或者提供準確的信息并不容易。但是，我們看到了越來越多的有工業(yè)經驗的人被大學錄用，推動APC的進一步研究，而學術機構直接參與其中的數量越來越少。
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驗，后來他又投身到學術界，在大學的環(huán)境中進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。該公司已經被位于波士頓的Aspen技術公司收購，它是APC應用的領先供應商。而就在同一周，這家公司還收購了另外一家競爭對手Setpoint。
Aspen技術公司成立于1981年，是麻省理工學院與美國能源部聯合進行研究的結晶。Aspen實際上就是流程工程項目高級系統的縮寫。
問：在選擇高級過程控制技術的時候，哪些是最終用戶確保成功需要考慮的關鍵因素？
答：
最終用戶應該在APC實施項目之前就啟動機會搜尋工作。機會搜尋是一種幫助實現穩(wěn)定過程的結構化方法，通過識別關鍵決策點，高效實現定義完備的目標。這是一項已被證明的方法，可以理順各方的關系，實現項目成功。
除此而外，還必須設定收益估計的標桿。由于對過程經濟性的錯誤理解、錯誤解釋和錯誤展示，可能會出現對APC項目成本和收益的過高或者過低估計，這會帶來深遠的影響。
問：最終用戶如何使用APC
設計流程？什么是你所推薦的最佳實踐？
答：
除了機會搜尋和收益估計之外，范圍確定以及對于項目團隊中每一個成員在項目的不同階段的角色和責任的清晰理解，是非常必要的。
APC算法需要對過程動態(tài)和實時控制數據庫和控制器的配置進行建模，這對于成功至關重要。必須要進行一系列工廠/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，是最終用戶的責任，這樣才能確保APC與現有基礎控制平臺的成功集成。我愿意推薦系統試運行的時候遵循根據預先定義的質量控制保障框架采取一步一步的方法。項目的主要方面是項目完成之后的系統維護。項目團隊應該關注的是在預算和進度要求的限制下安全的完成工作。如果最終用戶沒有在項目自始自終保持如一，對于實現商業(yè)目標是非常不利的。對現場設備，比如變送器和流程分析儀進行持續(xù)的監(jiān)控，及時修復設備功能，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團隊對APC控制整定非常了解。操作人員應該保證APC有80%甚至更長的運行時間。
問：一般最終用戶會在APC
選型、設計和實施過程中犯哪些錯誤？
答：
APC應用周密的計劃和執(zhí)行對于從項目中取得預期的回報都是非常關鍵的。一個主要需要避免的問題就是運營目標選擇不當。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部分，與盡量增加底部的輕質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)往往關注的是出價最低的方法，但是通常這種方法沒有很強的技術競爭力。我們已經知道有很多項目都是因為合同變更而遭受損失，不可避免的出現成倍攀升。
如前所述，最終用戶應該在APC項目完成之后一直瞪大雙眼。對于現場設備和基礎層控制的持續(xù)關注，可以保證APC應用的效果。這些工作必須貫徹項目的始終，否則，系統就可能如同一個黑箱，沒有人能夠進行維護。因此，最終用戶必須要經過合理的培訓，保證系統維護和業(yè)務持續(xù)。操作員的重要作用也決不能忽視。
APC應用沒有一個盡善盡美的方法，每一次實施都是獨特的。關鍵問題是選擇與技術經驗匹配的合適運營目標。企業(yè)必須要抵制項目重啟這類事件的發(fā)生。當你及早了解其他人成功和失敗的教訓，你就可以積累自己的經驗，（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)領導者一定是能夠持續(xù)解決問題的廠商。未來需要學習型組織，可以看到高級過程控制應用的巨大潛力和價值。一個主要的挑戰(zhàn)，是在儀表、網絡技術、多核計算機和最高級的軟件的環(huán)境，保證自己始終能夠站在領跑者的位置。在可以預見的未來，我們將擁有基于神經網絡和專家系統的高級控制方案，并與當前基于模型的高級流程控制和優(yōu)化應用緊密結合。
過程經驗和知識將會是成功項目實施的關鍵。挑戰(zhàn)是如何縮小即將退休的技術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。
