요꼬가와 일렉트릭과 JSR 코퍼레이션(이하 JSR)이 AI로 화학 공장을 35일 동안 자율적으로 운영하는 세계 최초의 현장 테스트를 성공 리에 마쳤다고 발표했다.

이번 테스트는 강화 학습 기반 AI를 실제 공장에 안전하게 적용할 수 있다는 것과, 이 기술이 기존 제어 방식(PID 제어 또는 APC)의 성능을 능가하고 지금까지 필요했던 공장 작업자의 판단에 따른 밸브 수동 조작까지 제어할 수 있다는 것을 입증했다. 이 보도자료에 기술된 이니셔티브는 일본 경제산업성의 2020년 산업 안전 고도화 보조금 프로그램 추진 프로젝트로 선정됐다.



공정 산업의 제어는 정유, 석유화학, 고성능 화학, 섬유, 철강, 제약, 식품 및 수자원 등 광범위한 분야에 이용된다. 이런 업종에서는 화학 반응을 비롯한 다양한 요소들에 대해 매우 높은 수준의 신뢰가 필요하다.

이번 현장 테스트에서 사용된 AI 솔루션은 제품의 품질을 보장하는 동시에 증류탑의 액체를 적절한 수위로 유지하면서 폐열을 열원으로 최대한 활용하는 데 필요한 복잡한 조건을 성공적으로 처리했다. 그 결과 품질 안정화, 높은 수율 달성, 에너지 절약이 가능했다.

비, 눈 등의 다양한 기상 조건은 대기 온도를 급격하게 변화시켜 제어 상태를 방해할 수 있는 주요 요인이었지만 실제 생산된 제품은 엄격한 기준을 충족한 상태로 출하됐다. 또 좋은 품질의 제품만을 생산함으로써 규격 외 제품을 생산할 때 발생하는 연료, 노동력, 시간 및 기타 손실을 모두 제거했다. AI 솔루션은 3단계 공정을 통해 안전 운영을 성공적으로 수행했다.

이 제어 테스트에 사용된 AI인 FKDPP(Factorial Kernel Dynamic Policy Programming) 프로토콜은 Yokogawa와 나라첨단과학기술대(NAIST)가 2018년에 공동 개발한 것으로 IEEE 국제 자동화 과학 및 공학 콘퍼런스에서 공장 관리에 활용할 수 있는 세계 최초의 강화 학습 기반 AI로 인정받았다. 

JSR은 이번 시연이 이전의 화학 플랜트에서 해결할 수 없었던 문제를 처리하는 AI의 잠재력을 증명한다고 믿고 있으며 생산성 개선을 목표로 다른 공정과 플랜트에도 이를 적용할 방안을 모색하고 있다. 두 회사는 앞으로도 지속적인 협력을 통해 플랜트에서 AI를 활용할 다양한 방법을 연구할 계획이다.

마스타니 마사타카(Masataka Masutani) JSR 생산 기술 총괄은 “석유화학 업계는 본격적인 5G 채택과 디지털 사회로의 발전을 주도하는 요소뿐 아니라 공장 안전성을 유지할 인력의 고령화와 대체 인력 부족으로 변화하는 환경에서 IoT, AI 등의 신기술을 활용해 생산 활동의 안전성과 효율성을 개선해야 한다는 큰 압박을 받고 있다. JSR은 드론, IoT 센서, 카메라를 아우르는 다양한 신기술을 적극적으로 통합해 스마트한 생산성을 달성하기 위해 노력하고 있다.

하세가와 겐지(Kenji Hasegawa) Yokogawa 부사장 겸 제품 본부장은 “현장 테스트의 성공은 고객사만이 제공할 수 있는 생산 공정 및 운영에 대한 깊은 지식과 이를 기반으로 측정, 제어 및 정보를 활용해 가치를 창출하는 Yokogawa의 강점을 결합한 것이 주효했다. 또 자율 제어 AI(FKDPP)가 전 세계적으로 생산 자율화, ROI 극대화 및 환경 지속 가능성에 크게 이바지할 수 있다는 것을 증명했다. Yokogawa는 공장 생산 시설 운영을 제어하고 모니터링하는 분산 제어 시스템 개발에서 세계를 주도하고 다양한 산업의 성장을 지원해왔다"고 말했다.

또한, "우리는 산업의 미래에 적합한 모델을 생성하는 자율 운영의 세계에 집중하고 산업 자동화에서 산업 자율화로의 전환을 의미하는 AI2IA 개념에 집중하고 있다. 에너지, 재료, 제약 및 기타 여러 산업 분야에서 인간, 기계, 재료 및 방법을 의미하는 4M의 차이가 만들어내는 영향을 고려하는 강력하면서도 유연한 생산을 위해 전 세계 고객사들과 함께 자율 제어 AI의 개발에 더욱 박차를 가할 것”이라고 밝혔다.