IA na indústria de processos
Começamos por uma instalação e pelos dados de processo e de laboratório que já tem, e colocamos o modelo em produção, como fizemos para a Waternet.
Óxido nitroso e cloreto férrico: desenvolvemos modelos para a Waternet que reduzem as emissões e o consumo
Como parte da equipa Datalab da Waternet, criamos e mantemos o workflow de MLOps, desde o model registry até à implementação em produção. Desenvolvemos um modelo para minimizar as emissões de óxido nitroso no tratamento de águas residuais. Está também em desenvolvimento um modelo destinado a reduzir o consumo de cloreto férrico no pré-tratamento da água de rio para produção de água potável.
Porque é que o operador continua a ajustar o processo com base na amostra laboratorial desta manhã?
A qualidade do produto é determinada no laboratório algumas vezes por turno, enquanto a temperatura, a pressão e o caudal são registados a cada segundo no historian. Um soft sensor estima a qualidade entre análises a partir desses dados do processo, permitindo ao operador fazer ajustes mais cedo.
Modelos de processo que funcionam ao lado do operador e são monitorizados após a entrada em produção
Emissões da estação de tratamento
Na equipa Datalab da Waternet, desenvolvemos um modelo de machine learning para minimizar as emissões de óxido nitroso na estação de tratamento de águas residuais.
Manutenção baseada na condição
Para a Fokker Services, combinámos o histórico de manutenção, os dados dos sensores e os dados operacionais num modelo que mostra quando a manutenção é realmente necessária.
Uma plataforma para todas as fontes de dados
Para a Fokker Services Group, estamos a reunir fontes de dados dispersas numa plataforma de dados baseada na arquitetura medallion, com verificações integradas da qualidade dos dados.
Monitorizados quanto a drift
Os processos mudam e os modelos ficam desatualizados. Para a Rijkswaterstaat, criámos um pacote que monitoriza os modelos em produção quanto a drift e valores atípicos.
Começamos por uma malha de controlo ou instalação; só depois passamos ao resto do historian
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Decisão e pontos de medição
Que parâmetro, dosagem ou decisão de manutenção precisa de ser melhorado, e que tags, resultados laboratoriais e notificações de avarias lhe estão associados?
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Modelo experimental com dados históricos
Treinamos o modelo com períodos de produção anteriores, testamo-lo num período posterior e comparamo-lo com os resultados laboratoriais e a forma de trabalhar atual.
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Recomendações no ecrã do operador
A estimativa aparece no ecrã de controlo, com monitorização de drift. O operador continua a controlar a instalação.
Os nossos dados de processo são suficientes para um soft sensor ou um modelo?
Adequado se
Tem dados históricos num historian ou SCADA, resultados laboratoriais com carimbo temporal e uma decisão recorrente, como definir um setpoint, uma dosagem, o momento de limpar ou de substituir uma bomba.
Não adequado se
Os sensores foram substituídos ou recalibrados sem que isso tenha ficado registado, a instalação funciona sempre com uma receita diferente ou um controlador bem configurado já resolve o problema. Nesses casos, começamos pelos dados ou pelo sistema de controlo.
De que depende a dimensão do projeto
Do número de instalações e tags, da possibilidade de associar resultados laboratoriais e registos de avarias, da forma como o ambiente OT permite exportar dados, de o trabalho ficar ou não por um modelo experimental e de quem gere o modelo depois.
Pode um modelo intervir no controlo?
Construímo-lo para dar recomendações em paralelo com o sistema de controlo do processo. Se mais tarde pretender automatizar o controlo, defina primeiro quem o supervisiona, dentro de que limites o modelo pode atuar e como regressar ao sistema de controlo existente.
Soft sensor, otimização de processos ou modelo de manutenção: onde podem os dados gerar valor primeiro?
Soft sensor
Escolha esta opção se uma medição de qualidade só chegar do laboratório horas mais tarde. Recomendamos começar por aqui: os dados do processo e do laboratório geralmente já estão disponíveis, e é fácil avaliar os resultados.
Otimização de processos
Escolha esta opção se souber que resultado precisa de melhorar, como o consumo de energia por tonelada ou o consumo de materiais auxiliares, e se a instalação funcionar de forma suficientemente estável para comparar configurações.
Modelo de manutenção
Escolha esta opção se as avarias em bombas, compressores ou permutadores de calor interromperem a produção e dispuser de um histórico de avarias. Consulte manutenção preditiva.
Do modelo à produção: implementámos o fluxo de trabalho de MLOps na Waternet
A Data Science Lab trabalha com dados e IA a partir de Amesterdão desde 2016, como parceira da Databricks e da Microsoft. Na equipa Datalab da Waternet, implementámos o fluxo de trabalho de MLOps que coloca código e modelos em produção.

Uma instalação e uma exportação do historian são suficientes para uma primeira conversa
Stef Stoelwinder
Desenvolvimento de NegócioStef é o seu primeiro ponto de contacto. Na primeira conversa, discutimos por que instalação começar e que dados de processo e de laboratório tem.
E-mail info@datasciencelab.nl
Telefone +31 (0)20 3636 724
Que variável do processo gostaria de conhecer mais cedo ou com maior precisão?
Descreva a instalação, a sua questão e os dados de que já dispõe. Respondemos por e-mail ou agendamos uma primeira conversa.
Mensagem enviada
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Perguntas frequentes
Na indústria de processos, fabrica-se um produto num processo contínuo ou por lotes, como acontece nos setores alimentar, químico, do papel, da água potável e da energia. A IA ajuda em três áreas: estimar um valor que, atualmente, só é medido em laboratório, escolher melhor os parâmetros de operação e detetar avarias mais cedo.
O ponto de partida são quase sempre os dados do processo que já existem. Estas são algumas das aplicações de IA que desenvolvemos. Para saber mais sobre produção de energia e redes, consulte dados e IA para o setor da energia.
Um soft sensor é um modelo que estima uma variável do processo difícil de medir, como a concentração ou a viscosidade, a partir de medições recebidas continuamente, como a temperatura, a pressão e o caudal. Uma revisão de Kadlec, Gabrys e Strandt (Computers and Chemical Engineering, 2009) apresenta os soft sensors como uma alternativa valiosa para medir, monitorizar e controlar variáveis críticas do processo.
O risco está no tempo: um resultado laboratorial corresponde ao momento da recolha da amostra, não ao momento em que é introduzido no sistema. Se confundir os dois, treina o modelo com o estado errado do processo.
Normalmente, são necessários os tags do historian, alimentados pelo sistema de controlo do processo ou pelo SCADA, os resultados laboratoriais do LIMS e os registos de avarias e ordens de trabalho do sistema de manutenção. O modelo ISA-95 organiza uma empresa em camadas, desde os equipamentos no chão de fábrica até ao ERP, com MES e SCADA pelo meio.
Reunimos os dados dessas camadas numa plataforma de dados e IA, muitas vezes através do historian ou de uma ligação por OPC UA, a norma independente de plataforma para o intercâmbio de dados industriais.
O ambiente OT — as redes e os sistemas que controlam a instalação — está normalmente separado da rede dos escritórios, e deve continuar assim. A série ISA/IEC 62443 define requisitos e processos para manter a segurança digital dos sistemas de automação e controlo industriais.
Por isso, não lemos os dados diretamente do sistema de controlo. Usamos uma cópia do historian ou uma ligação aprovada pela equipa responsável pela gestão de OT. Um modelo que apenas recomenda ações não precisa de enviar dados de volta para o sistema de controlo.
Num processo contínuo, uma única bomba, compressor ou permutador de calor pode, por vezes, parar toda a linha. Um modelo de manutenção acompanha sinais como vibração, temperatura e queda de pressão, e aprende com o histórico de avarias que padrões antecedem uma falha. Num permutador de calor, a acumulação de sujidade revela-se muitas vezes por uma queda de pressão que aumenta gradualmente.
Para a Fokker Services, combinámos dados de manutenção, dados de sensores e dados operacionais num modelo que mostra quando a manutenção é realmente necessária. Saiba mais sobre a abordagem em predictive maintenance.
Depende do que o modelo faz. O Regulamento da IA classifica como de risco elevado a IA utilizada como componente de segurança no fornecimento de água, gás, aquecimento ou eletricidade. Um soft sensor que aconselha o operador é diferente de um modelo que aciona uma comporta ou válvula por si próprio.
Cabe à sua equipa jurídica ou de conformidade avaliar se a aplicação é de risco elevado. Ajudamos a fazer o levantamento e a preparar a classificação do risco; pode consultar o calendário em Regulamento da IA.
Uma matéria-prima diferente, um sensor substituído ou um novo ciclo de limpeza alteram os dados. Se o modelo não detetar a mudança, pode começar a fazer estimativas erradas sem que ninguém se aperceba. Por isso, é necessário monitorizar os modelos em produção. Para a Rijkswaterstaat, desenvolvemos um pacote genérico para deteção de drift e outliers.
Para a Waternet, criámos um workflow de MLOps com um MLflow model registry e templates de CI/CD, para que o código e os modelos sigam um percurso definido até à produção. Saiba mais sobre MLOps e gestão e melhoria contínua.
Quando um controlador bem configurado ou uma medição laboratorial adicional já resolve o problema, ou quando não é possível relacionar os dados históricos com resultados laboratoriais e avarias. Nesse caso, começa-se pelo controlo, pelos dados ou por um dashboard de Power BI — e dizemo-lo claramente.
Se fabrica produtos individuais numa linha, em vez de produzir um produto através de um processo, as questões são outras. Nesse caso, consulte a avaliação de IA para a indústria transformadora.
Aplicações, manutenção ou setor da energia: sobre o que quer ler a seguir?
- Aplicações de IAAs nossas aplicações de IA, da data science à business intelligence.
- Manutenção preditivaComo os dados dos ativos ajudam a planear a manutenção com mais antecedência e precisão do que um calendário fixo.
- Dados e IA para o setor da energiaComo reunimos informações de toda a cadeia para que os responsáveis pelo planeamento detetem anomalias mais cedo.