【研究動態(tài)】萬物縱橫楊帆博士在Applied Soft Computing發(fā)表石化生產(chǎn)異常工況預(yù)警的人工智能算法研究成果

研究成果：Attention-based EarlyWarning Framework for Abnormal Operating Conditions in Fluid Catalytic Cracking Units
作者：湯臣薇，楊帆*，呂建成 等
發(fā)表期刊：Applied Soft Computing

資訊概況

近日，計算機科學領(lǐng)域著名期刊《Applied Soft Computing》（SCI一區(qū)， Top期刊）刊載了四川萬物縱橫 楊帆博士與四川大學合作的最新工業(yè)智能研究成果《基于注意力機制的催化裂化裝置異常工況預(yù)警（Attention-based EarlyWarning Framework for Abnormal Operating Conditions in Fluid Catalytic Cracking Units》。

論文在線預(yù)覽鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1568494624000498

該論文由楊帆博士與四川大學呂建成教授團隊合作發(fā)表，論文一作是四川大學湯臣薇副教授。楊帆博士作為該論文算法的主要設(shè)計人，是該論文的通訊作者。

論文在線頁面

論文介紹

催化裂化是最復(fù)雜的化工過程之一，它是重質(zhì)油在酸性催化劑作用下，在溫度500℃左右，壓力達到1×105~3×105Pa的條件下發(fā)生的以裂化反應(yīng)為主的一系列化學反應(yīng)，反應(yīng)主要生成輕質(zhì)油、氣體和焦炭。目前，中國催化裂化裝置生產(chǎn)的柴油和汽油約占成品柴油和汽油總量的30%和70%左右，催化裂化已經(jīng)成為重油加工的最重要方法之一。

催化裂化裝置非常龐大，在高溫高壓的苛刻條件下運行，運行過程中會使用或產(chǎn)生大量有毒有害、易燃易爆的危險化學品，如果出現(xiàn)生產(chǎn)問題，將可能引起巨大的安全、環(huán)保事故，造成重大生命財產(chǎn)損失。實時監(jiān)控催化裂化裝置的運行狀況，及時進行異常工況預(yù)警，進而指導(dǎo)工作人員提前干預(yù)，是安全生產(chǎn)的重要保障手段之一。

由于催化裂化裝置工藝參數(shù)之間的相關(guān)性很強，因此很難對故障進行分析和檢測。基于深度學習的方法在這一問題上取得了很好的效果，但大多數(shù)方法都不能解決傳感器數(shù)據(jù)噪聲和異常召回率低的問題。該研究論文提出了具有異常模式注意的卷積遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（APA-CRNN）。
1. APA-CRNN該方法中的自相關(guān)去噪器（SCD）可以降低傳感器數(shù)據(jù)的噪聲。
2. 利用卷積遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CRNN）學習不同工藝參數(shù)的潛在相關(guān)特性。
3. 為了提高異常情況的召回率，該方法對歷史異常樣本數(shù)據(jù)進行聚類，得到不同的異常模式，并通過異常模式注意（APA）模塊對CRNN模塊輸出中與異常情況相關(guān)的部分進行強化。
4. 實驗結(jié)果表明，該方法能更有效地識別催化裂化裝置的異常情況，提高工業(yè)過程的安全性、效率和可持續(xù)性。

整體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

基于自相關(guān)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊與傳統(tǒng)降噪算法的對比

本研究成果與其它方法的效果對比

拓展：

《Applied Soft Computing》是計算機科學領(lǐng)域的著名期刊，由Elsevier(愛思唯爾)創(chuàng)刊于2001年，屬JCR 1區(qū)、中國科學院SCI分區(qū)TOP期刊，在CiteScore(引用分數(shù))排名中，得分14.3，位于計算機科學分類的前5%。Applied Soft Computing(應(yīng)用軟計算) 旨在利用人們對不精確性和不確定性的容忍，提高問題的易處理性和穩(wěn)健性并降低處理成本，以解決現(xiàn)實生活中的復(fù)雜問題。

Applied Soft Computing

四川萬物縱橫致力于物聯(lián)網(wǎng)智能的研究與應(yīng)用，在工業(yè)智能應(yīng)用領(lǐng)域有較深的研究。首席科學家楊帆博士在該領(lǐng)域已經(jīng)獲得授權(quán)專利19項，發(fā)表多篇論文（2篇 SCI一區(qū)、2篇 SCI 二區(qū)、3篇EI/中文學報、4篇國家級行業(yè)會議論文），其中發(fā)表在國內(nèi)石化加工權(quán)威期刊“石油學報（石油加工）”的文章《智能優(yōu)化算法及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在催化裂化模型分析中的應(yīng)用進展》 被評為該期刊“近10年(2013—2023年)高影響力論文”；發(fā)表在 "Big Data Mining and Analytics "(SCI 一區(qū))的論文Artificial Intelligence Methods Applied to Catalytic Cracking， 被美國科學促進會(AAAS)的官網(wǎng) EurekAlert! 進行了深度報道(https://www.eurekalert.org/news-releases/986624)。

審核編輯 黃宇