일본 요꼬가와전기(Yokogawa Electric Corporation)과 JSR 코퍼레이션(이하, JSR)이 인공지능(AI)으로 화학 공장을 35일 동안 자율적으로 운영하는 세계 최초의 현장 테스트를 성공리에 마쳤다고 22일 발표했다.

이번 테스트는 강화학습 기반 AI를 실제 공장에 안전하게 적용할 수 있다는 것과, 이 기술이 기존 PID 제어 방식 또는 고급공정제어(Advanced Process Control, APC)의 성능을 능가하고 지금까지 필요했던 공장 작업자의 판단에 따른 밸브 수동 조작까지 제어할 수 있다는 것을 입증한 것이다.

공정 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 안정화와 높은 수율 달성과 에너지 절약이 가능했으며 특히, 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.

또한 좋은 품질의 제품만을 생산함으로써 규격 외 제품을 생산할 때 발생하는 연료, 노동력, 시간 및 기타 손실을 모두 해소했다. AI 솔루션은 3단계 공정을 통해 안전 운영을 성공적으로 수행했다.

이 제어 테스트에 사용된 AI인 FKDPP(Factorial Kernel Dynamic Policy Programming) 프로토콜은 요코가와 전기와 나라첨단과학기술대(NARA Institute of Science and Technology)가 2018년에 공동 개발한 것으로 연구 결과는 제14회 IEEE 국제 자동화 과학 및 공학 학회에서 공장 관리에 활용할 수 있는 세계 최초의 강화학습 기반 AI(보기)로 발표됐다.

2020년 4월에는 플랜트 전체를 대상으로 한 시뮬레이터상에서의 제어 가능성을 확인(비닐 아세테이트 단량체 공정의 공장 전체 제어를 위한 확장 가능한 강화학습-다운) 하는 등, 자율 제어 AI ※ 10 을 이론에서 실용적으로 범위를 넓혀 왔다.

참고로  요코가와 전기가 2021년에 390개 제조업체 534명의 의사 결정권자를 대상으로 실시한 산업 자율성 구현(Implementation of Industrial Autonomy-다운/일본어)에 관한 설문조사에서 응답자의 42%가 공장 공정 최적화에 AI를 적용한다면 앞으로 3년간 산업 자율성에 상당한 영향을 미칠 것이라고 답변했다.

한편, 요코가와 전기는 전 세계적으로 이러한 도전에 관심이 있는 고객을 환영하며, 산업 자율성을 실현하는 제품과 솔루션을 신속하게 공급하는 것을 목표로 한다. 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.