التحكم المتقدم في العمليات

في نظرية التحكم ، يشير التحكم المتقدم في العمليات (APC) إلى مجموعة واسعة من التقنيات والتكنولوجيات المُطبقة ضمن أنظمة التحكم في العمليات الصناعية. عادةً ما تُستخدم أنظمة التحكم المتقدمة في العمليات بشكل اختياري، بالإضافة إلى أنظمة التحكم الأساسية . تُصمم أنظمة التحكم الأساسية وتُبنى مع العملية نفسها لتسهيل متطلبات التشغيل والتحكم والأتمتة الأساسية. أما أنظمة التحكم المتقدمة، فتُضاف عادةً لاحقًا، غالبًا على مدار سنوات عديدة، لمعالجة فرص تحسين الأداء أو الجدوى الاقتصادية في العملية.

يشير مصطلح التحكم في العمليات (الأساسي والمتقدم) عادةً إلى الصناعات التحويلية، والتي تشمل الصناعات الكيميائية والبتروكيميائية وتكرير النفط والمعادن وتصنيع الأغذية والأدوية وتوليد الطاقة، وغيرها. وتتميز هذه الصناعات بالعمليات المستمرة ومعالجة السوائل، على عكس تصنيع الأجزاء المنفصلة، ​​مثل صناعة السيارات والإلكترونيات. ويُعد مصطلح أتمتة العمليات مرادفًا للتحكم في العمليات.

تُنفَّذ أنظمة التحكم في العمليات (الأساسية والمتقدمة) ضمن نظام التحكم في العمليات، والذي قد يشمل نظام تحكم موزع (DCS) ، ووحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC) ، و/أو حاسوب تحكم إشرافي. تتميز أنظمة التحكم الموزعة ووحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة عادةً بمتانتها الصناعية وقدرتها على تحمل الأعطال. أما حواسيب التحكم الإشرافية، فغالبًا ما تكون أقل متانة وأقل قدرة على تحمل الأعطال، ولكنها توفر مستوى أعلى من القدرة الحسابية لنظام التحكم، لاستضافة تطبيقات تحكم متقدمة قيّمة، وإن لم تكن بالغة الأهمية. قد توجد أنظمة التحكم المتقدمة إما في نظام التحكم الموزع أو في الحاسوب الإشرافي، وذلك حسب التطبيق. بينما توجد أنظمة التحكم الأساسية في نظام التحكم الموزع وأنظمته الفرعية، بما في ذلك وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة.

فيما يلي قائمة بأنواع معروفة من أنظمة التحكم المتقدمة في العمليات:

• يشير مصطلح التحكم التنظيمي المتقدم (ARC) إلى العديد من تقنيات التحكم المتقدمة والمثبتة، مثل التجاوز أو الكسب التكيفي (ولكن في جميع الحالات، يُشار إليها بـ "التنظيم أو التغذية الراجعة"). كما يُستخدم مصطلح ARC كمصطلح شامل للإشارة إلى أي تقنية مُخصصة أو غير بسيطة لا تندرج تحت أي فئة أخرى. تُنفذ تقنيات ARC عادةً باستخدام وحدات وظيفية أو إمكانيات برمجة مُخصصة على مستوى نظام التحكم الموزع (DCS). في بعض الحالات، توجد تقنيات ARC على مستوى حاسوب التحكم الإشرافي.
• يشير التحكم المتقدم في العمليات (APC) إلى العديد من تقنيات التحكم المتقدمة والمثبتة، مثل التحكم التنبؤي، وفصل المكونات، والتحكم الاستدلالي. ويمكن أن يشمل التحكم المتقدم في العمليات أيضًا التحكم التنبؤي القائم على النموذج، الموضح أدناه. ويتم تطبيق التحكم المتقدم في العمليات عادةً باستخدام وحدات وظيفية أو إمكانيات برمجة مخصصة على مستوى نظام التحكم الموزع (DCS). وفي بعض الحالات، يكون التحكم المتقدم في العمليات موجودًا على مستوى حاسوب التحكم الإشرافي.
• يُعدّ التحكم التنبؤي متعدد المتغيرات (MPC) تقنية شائعة، تُستخدم عادةً في حاسوب تحكم إشرافي، حيث تُحدد متغيرات العملية المستقلة والتابعة المهمة، والعلاقات الديناميكية (النماذج) بينها، وغالبًا ما تستخدم خوارزميات التحكم والتحسين القائمة على المصفوفات للتحكم في متغيرات متعددة في آنٍ واحد. ومن متطلبات MPC أن تكون النماذج خطية عبر نطاق تشغيل وحدة التحكم. وقد شكّل MPC جزءًا أساسيًا من التحكم التنبؤي المتقدم (APC) منذ أن وفرت الحواسيب الإشرافية القدرات الحسابية اللازمة لأنظمة التحكم في ثمانينيات القرن الماضي.
• يُشبه التحكم التنبؤي غير الخطي التحكم التنبؤي متعدد المتغيرات في أنه يدمج النماذج الديناميكية والتحكم القائم على الرياضيات المصفوفية؛ إلا أنه لا يشترط خطية النموذج. ويمكن للتحكم التنبؤي غير الخطي استيعاب العمليات ذات النماذج التي تتضمن مكاسب وديناميكيات متغيرة (مثل أوقات التأخير وأوقات التباطؤ).
• التحكم الاستدلالي: يقوم مفهوم التحكم الاستدلالي على حساب خصائص التدفق من قياسات العملية المتاحة بسهولة، مثل درجة الحرارة والضغط، والتي قد يكون قياسها مباشرةً في الوقت الفعلي مكلفًا أو يستغرق وقتًا طويلاً. ويمكن التحقق دوريًا من دقة الاستدلال من خلال التحليل المختبري. ويمكن استخدام القياسات الاستدلالية بدلاً من أجهزة التحليل الفعلية المتصلة بالإنترنت، سواءً لتوفير معلومات للمشغل، أو لربطها بوحدات التحكم الأساسية في العملية، أو لوحدات التحكم متعددة المتغيرات.
• يشير التحكم التسلسلي إلى تسلسلات الأتمتة غير المتصلة القائمة على الوقت والأحداث والتي تحدث ضمن العمليات المستمرة. ويمكن تنفيذ هذه التسلسلات كمجموعة من كتل وظائف الوقت والمنطق، أو خوارزمية مخصصة، أو منهجية مخطط وظائف تسلسلي رسمية .
• التحكم الذكي هو فئة من تقنيات التحكم التي تستخدم مناهج الحوسبة المختلفة للذكاء الاصطناعي مثل الشبكات العصبية ، والاحتمالية البايزية ، والمنطق الضبابي ، والتعلم الآلي ، والحوسبة التطورية ، والخوارزميات الجينية .

التقنيات التالية مرتبطة بـ APC، وفي بعض السياقات، يمكن اعتبارها جزءًا من APC، ولكنها بشكل عام تقنيات منفصلة لها مقالاتها الخاصة (أو تحتاج إلى مقالات خاصة بها) على ويكي.

• على الرغم من اسمها، فإنّ التحكم الإحصائي في العمليات (SPC) أكثر شيوعًا في تصنيع الأجزاء المنفصلة والتحكم في عمليات الدفعات منه في التحكم في العمليات المستمرة. في التحكم الإحصائي في العمليات، تشير كلمة "عملية" إلى عملية مراقبة العمل والجودة، وليس إلى التحكم في العمليات المستمرة.
• يتم استخدام التحكم في العمليات الدفعية (انظر ANSI/ISA-88) في العمليات الدفعية غير المستمرة، مثل العديد من المستحضرات الصيدلانية والمواد الكيميائية والأغذية.
• تعتمد عملية التحسين القائمة على المحاكاة على نماذج محاكاة العمليات الحاسوبية، سواءً كانت ديناميكية أو مستقرة، لتحديد أهداف التشغيل المثلى في الوقت الفعلي، أي بشكل دوري، بدءًا من الساعة وحتى اليوم. يُعتبر هذا أحيانًا جزءًا من التحكم الآلي في العمليات، ولكنه في الواقع لا يزال تقنية ناشئة، وغالبًا ما يكون جزءًا من إدارة العمليات.
• يشير تخطيط وتحسين التصنيع (MPO) إلى النشاط التجاري المستمر للوصول إلى أهداف التشغيل المثلى التي يتم تنفيذها بعد ذلك في المنظمة التشغيلية، إما يدويًا أو، في بعض الحالات، يتم إبلاغها تلقائيًا إلى نظام التحكم في العمليات.
• يشير نظام السلامة المجهز إلى نظام مستقل عن نظام التحكم في العملية، سواء من الناحية المادية أو الإدارية، والذي يتمثل غرضه في ضمان السلامة الأساسية للعملية.

يُطلق على المسؤولين عن تصميم وتطبيق وصيانة تطبيقات التحكم الآلي في العمليات (APC) اسم مهندسي التحكم الآلي في العمليات أو مهندسي تطبيقات التحكم. وعادةً ما يعتمد مؤهلاتهم العلمية على مجال تخصصهم. فعلى سبيل المثال، في الصناعات التحويلية، يمتلك العديد من مهندسي التحكم الآلي في العمليات خلفية في الهندسة الكيميائية ، ما يجمع بين خبرة التحكم في العمليات والمعالجة الكيميائية.

توظف معظم المنشآت التشغيلية الكبيرة، مثل مصافي النفط، عدداً من المتخصصين والخبراء في أنظمة التحكم، بدءاً من أجهزة القياس الميدانية، وأنظمة التحكم التنظيمي (DCS وPLC)، وأنظمة التحكم المتقدمة في العمليات، وصولاً إلى شبكات وأنظمة التحكم الأمنية. وبحسب حجم المنشأة وظروفها، قد تشمل مسؤوليات هؤلاء الموظفين مجالات متعددة أو قد يكونون متخصصين في مجال واحد. ويمكن الاستعانة بالعديد من شركات خدمات التحكم في العمليات لتقديم الدعم والخدمات في كل مجال.

يُعتبر استخدام تقنيات الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي والتعلم العميق في التحكم بالعمليات نهجًا متقدمًا للتحكم بالعمليات حيث يتم استخدام الذكاء لتحسين معايير التشغيل بشكل أكبر.

لعقود طويلة، اعتمدت عمليات ومنطق أنظمة التحكم في عمليات النفط والغاز على المعادلات الفيزيائية التي تحدد المعايير، بالإضافة إلى تفاعلات المشغلين المستندة إلى الخبرة وأدلة التشغيل. تستطيع خوارزميات الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي دراسة ظروف التشغيل الديناميكية وتحليلها، واقتراح معايير مُحسَّنة، سواءً لضبط معايير المنطق مباشرةً أو لتقديم اقتراحات للمشغلين. تؤدي تدخلات هذه النماذج الذكية إلى تحسين التكلفة والإنتاج والسلامة. ^{[ 1 ]}

• APC: التحكم المتقدم في العمليات، بما في ذلك التغذية الأمامية، وفصل الاقتران، والاستدلال، والخوارزميات المخصصة؛ وعادة ما يشير إلى نظام التحكم الموزع (DCS).
• ARC: التحكم التنظيمي المتقدم، بما في ذلك الكسب التكيفي، والتجاوز، والمنطق، والمنطق الضبابي، والتحكم في التسلسل، والتحكم في الجهاز، والخوارزميات المخصصة؛ وعادة ما يشير إلى نظام التحكم الموزع (DCS).
• الطبقة الأساسية: تشمل DCS وSIS والأجهزة الميدانية والأنظمة الفرعية الأخرى لـ DCS، مثل أجهزة التحليل وأنظمة صحة المعدات ووحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs).
• BPCS: نظام التحكم الأساسي في العمليات (انظر "الطبقة الأساسية")
• نظام التحكم الموزع (DCS): غالبًا ما يكون مرادفًا لنظام التحكم في المباني (BPCS).
• MPO: تخطيط وتحسين عمليات التصنيع
• MPC: التحكم التنبؤي متعدد المتغيرات
• نظام السلامة المجهز بأجهزة قياس السلامة (SIS):
• خبير في الموضوع: خبير في الموضوع

• مقال حول التحكم المتقدم في العمليات.