AI를 활용한 화학 공장 자동화
‘세계최초 35일 동안 자율적으로 운영’
 
Yokogawa와 JSR, 35일 연속 AI 기반 화학 공장 자율 제어 현장 테스트 최초 성공
품질, 수율, 에너지 절약, 긴급 장애 등을 고려한 차세대 제어 기술 실용화 가능
 
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<Yokogawa와 JSR, 35일 연속 AI 기반 화학 공장 자율 제어 현장 테스트 최초 성공했다.>
 
Yokogawa Electric Corporation(Yokogawa Electric Corporation, 이하 Yokogawa)과 JSR 코퍼레이션(이하 JSR)이 최근 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 APC의 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.
 
안상현 기자 press@iunews.co.kr
 
AI 솔루션, 3단계 공정을 통해 안전 운영 실현
높은 품질과 에너지 절약을 동시에 충족
 
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. 
Yokogawa는 2019년에 제어 트레이닝 시스템 실험과 2020년 4월 시뮬레이터를 사용해 전체 공장을 재현한 실험을 성공으로 이끈 이니셔티브를 통해 자율 제어 AI의 잠재력을 확인하고 이론에서 실제 적용에 적합한 기술로까지 진전시켰다. 이 AI 솔루션은 기존의 제어 방식(PID 제어 또는 APC)으로는 자동화가 불가능했던 영역에서 활용할 수 있으며, 상충되는 목표인 높은 품질과 에너지 절약을 동시에 충족한다.
 
석유화학 업계 본격적으로 5G 채택
생산성 개선 목표로 다른 공정과 플랜트도 적용 모색
 
실제 공장의 운영에 영향을 주는 수많은 복잡한 물리적이고 화학적인 현상을 고려하면 숙련된 작업자가 개입해 제어해야 하는 상황이 여전히 많이 존재한다. PID 제어 및 APC로 작업을 자동화하는 경우, 강우 또는 기타 기상 조건으로 기온이 급격하게 변하면 숙련된 작업자가 자동화 제어를 중단하고 구성 및 출력값을 변경해야 한다. 이는 많은 회사의 공장에서 공통으로 발생하는 문제다. 산업 자율화 전환 문제에 있어 지금까지 수동 개입이 꼭 필요했던 상황에서 최소한의 인력으로 높은 수준의 안전성을 보장하는 자율 제어를 도입하는 것이 매우 중요한 과제였다. 이번 테스트의 결과는 Yokogawa와 JSR 간의 협력이 이처럼 고질적인 문제를 해결하는 길을 열었다는 것을 보여준다.
Yokogawa는 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.
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. 
이번 실험에서는 AI의 제어 기술을 활용해 플랜트 공정 제어 자동화에 도전했다. 작업자의 경험을 바탕으로 수동으로 진행되던 공정을 AI가 자율적으로 제어할 수 있다는 것을 확인했고 AI를 활용한 제어의 효율성과 잠재력에 대한 확신이 생겼다. 우리는 작업자의 부담이 줄었을 뿐 아니라, 이 신기술에 도전하고 성공했다는 사실 자체가 디지털 혁명(DX)의 미래를 주도하는 계기가 될 수 있다는 의견을 현장에서 들었다. 앞으로 AI로 제어하는 작업을 확대하고 화학공장의 안전성·안정성·경쟁력 제고를 위해 노력할 것”이라고 밝혔다.
 
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