AI based state observer for optimal process control: application to digital twins of manufacturing plants

Les plantes de fabricació estan subjectes a restriccions dinàmiques que requereixen una optimització robusta per millorar el rendiment i l' eficiència del sistema. En aquest projecte es presenta un nou sistema de control òptim basat en IA per a un bessó digital d' una planta de fabricació. El sistema proposat implementa un observador d' estat basat en IA per predir l' estat intern d' un model de procés altament incert i no lineal, tal com seria un sistema de producció real. Una funció d' optimització multi-objectiu es utilitzada per controlar els paràmetres de producció i mantenir el procés funcionant en condicions òptimes. El mètode d'Optimització del Control basat en AI es va implementar en un cas d'estudi d'una planta de fabricació d'acer. El rendiment del sistema es va avaluar utilitzant els KPIs de fabricació rellevants, com ara les taxes d'utilització i productivitat de l'equip del procés. L'ús de sistema de control optimitzat via AI millora amb èxit els KPIs de procés i potencialment podria reduir els costos de producció.Las plantas de fabricación están sujetas a restricciones dinámicas que requieren una optimización robusta para mejorar el rendimiento y la eficiencia. En este informe se presenta un nuevo sistema de control óptimo basado en IA para un gemelo digital de una planta de fabricación. El sistema propuesto implementa un observador de estado basado en IA para predecir el estado interno de un modelo de proceso altamente incierto y no lineal, tal y como sería un sistema de producción real. Una función de optimización multiobjetivo es utilizada para controlar los parámetros de producción y mantener el proceso funcionando en condiciones óptimas. El método de Optimización del Control basado en AI se implementó en un caso de estudio de una planta de fabricación de acero. El rendimiento del sistema se evaluó utilizando los KPIs de fabricación relevantes, como la utilización del equipo y las tasas de productividad del proceso. El uso del sistema de control óptimo de IA mejora los KPIs del proceso y podría reducir potencialmente los costos de producción.Manufacturing plants are subject to dynamic constrains requiring robust optimization methods for improved performance and efficiency. A novel AI based optimal control system for a Digital Twin of a manufacturing plant is presented in this report. The proposed system implements an AI based state observer to predict the internal state of a highly uncertain and non-linear process model, such as a real production system. A multi-objective optimization function is used to control production parameters and keeps the process running at an optimal condition. The AI Optimization Control method was implemented on a study case on a steel manufacturing plant. The performance of the system was evaluated using the relevant manufacturing KPIs such as the equipment utilization and productivity rates of the process. The use of the AI optimal control system successfully improves the process KPIs and could potentially reduce production costs