工業(yè)軟件在現(xiàn)代制造業(yè)，以及更廣泛意義上的工業(yè)智能中，往往都承擔(dān)著核心技術(shù)和核心系統(tǒng)的角色。它被譽(yù)為工業(yè)制造的大腦和神經(jīng)，隨著全球“傳統(tǒng)制造”加快向“智能制造”轉(zhuǎn)型升級(jí)，工業(yè)軟件正在成為智能制造的核心基礎(chǔ)性工具。
作為攻克高端制造和裝備過(guò)程中的核心技術(shù)，工業(yè)軟件大多離不開(kāi)底層數(shù)學(xué)軟件的支撐，數(shù)學(xué)工業(yè)軟件可以將復(fù)雜的運(yùn)營(yíng)難題抽象提煉成數(shù)學(xué)問(wèn)題進(jìn)行求解優(yōu)化，在數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，其對(duì)企業(yè)運(yùn)營(yíng)的數(shù)字化、精細(xì)化及最優(yōu)化管理有著不可忽視的支持作用。
近日，杉數(shù)科技聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席科學(xué)官、上海財(cái)經(jīng)大學(xué)交叉科學(xué)研究院院長(zhǎng)、上海復(fù)旦大學(xué)人工智能創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)研究院客座教授葛冬冬做客人民網(wǎng)《人民會(huì)客廳》，聚焦數(shù)學(xué)工業(yè)軟件創(chuàng)新話題，探討以求解器為代表的數(shù)學(xué)工業(yè)軟件如何更好地服務(wù)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
高運(yùn)營(yíng)復(fù)雜度＆響應(yīng)靈敏度，產(chǎn)業(yè)智能轉(zhuǎn)型頗具挑戰(zhàn)
當(dāng)前，諸如大數(shù)據(jù)和人工智能等新興技術(shù)極大地改變了全球要素資源配置方式、產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式和人民生活方式。處于經(jīng)濟(jì)新舊勢(shì)能轉(zhuǎn)換、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)的大背景下，面對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈和經(jīng)營(yíng)規(guī)模擴(kuò)大、協(xié)同和競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系復(fù)雜的局勢(shì)，企業(yè)在經(jīng)營(yíng)管理上面臨多方面挑戰(zhàn)，集中體現(xiàn)在三個(gè)方面。
第一，產(chǎn)業(yè)鏈全球化及生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大帶來(lái)的協(xié)同難度放大，產(chǎn)業(yè)進(jìn)步又使得各個(gè)環(huán)節(jié)的交叉及融合程度大大加深，因此，運(yùn)營(yíng)體系復(fù)雜度顯著提升。第二，在現(xiàn)代工業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中，為達(dá)到最優(yōu)效益，對(duì)生產(chǎn)和決策的響應(yīng)度要求也越來(lái)越高。第三，基礎(chǔ)工業(yè)行業(yè)具有技術(shù)密集型和資本密集型特點(diǎn)，生產(chǎn)過(guò)程中涉及到復(fù)雜的技術(shù)和設(shè)備，如高端數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化生產(chǎn)線等，技術(shù)壁壘和研發(fā)成本較高，而我國(guó)在此方面的技術(shù)積累和人才儲(chǔ)備都不足。
4年迭代7大版本，杉數(shù)自研求解器開(kāi)創(chuàng)“中國(guó)速度”
在應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)時(shí)，求解器的角色至關(guān)重要，其在現(xiàn)代制造業(yè)及更廣泛的工業(yè)智能中，往往都承擔(dān)著核心技術(shù)和系統(tǒng)的作用。它一方面為現(xiàn)代工業(yè)中的軟件提供底層支持，比如某些軟件的底層算法大多涉及到大規(guī)模線性／非線性復(fù)雜系統(tǒng)的求解和優(yōu)化，這些需要結(jié)合數(shù)學(xué)專業(yè)軟件來(lái)高效實(shí)現(xiàn)。另一方面，現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)和調(diào)度中的很多核心問(wèn)題，比如大規(guī)模生產(chǎn)和制造系統(tǒng)中的排產(chǎn)排程及生產(chǎn)調(diào)度、航空／公交／鐵路中的交通工具和乘務(wù)的調(diào)度排班及路線規(guī)劃、電網(wǎng)的全網(wǎng)電力調(diào)度優(yōu)化及機(jī)組組合優(yōu)化等，都可以通過(guò)專業(yè)的求解器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
隨著工業(yè)4．0概念興起，國(guó)家對(duì)數(shù)據(jù)科學(xué)愈加重視，社會(huì)對(duì)大數(shù)據(jù)和AI技術(shù)也普遍認(rèn)可，在中國(guó)，數(shù)學(xué)工業(yè)軟件和求解器迎來(lái)一個(gè)較好的發(fā)展期，其中杉數(shù)科技所從事的數(shù)學(xué)規(guī)劃類調(diào)度和優(yōu)化算法軟件——COPT優(yōu)化求解器穩(wěn)居世界一流水準(zhǔn)。
2019年5月，杉數(shù)科技推出國(guó)內(nèi)首款大規(guī)模專業(yè)數(shù)學(xué)優(yōu)化求解器Cardinal Optimizer（COPT），截止到現(xiàn)在，4年時(shí)間已經(jīng)迭代了7個(gè)大版本。當(dāng)時(shí)，COPT1．0版本先從最簡(jiǎn)單的線性系統(tǒng)開(kāi)始，一經(jīng)發(fā)布即登上世界求解器權(quán)威公測(cè)平臺(tái)線性規(guī)劃單純形法榜單榜首。隨后，杉數(shù)科技陸續(xù)發(fā)布了混合整數(shù)規(guī)劃、線性規(guī)劃內(nèi)點(diǎn)法、二階錐規(guī)劃、凸二次（約束）規(guī)劃、半定規(guī)劃等求解器多個(gè)功能模塊，填補(bǔ)了國(guó)產(chǎn)化求解器的諸多空白。
值得一提的是，根據(jù)美國(guó)ASU測(cè)評(píng)數(shù)據(jù)，COPT求解器的大部分求解模塊的求解性能都已比肩甚至超越國(guó)際先進(jìn)求解器，可支持億量級(jí)問(wèn)題的高效求解，具有強(qiáng)大的底層技術(shù)優(yōu)勢(shì)。企業(yè)對(duì)求解器的需求當(dāng)中，對(duì)于混合整數(shù)規(guī)劃（MIP）模塊的需求更大，實(shí)際占比接近80％。作為在現(xiàn)實(shí)中比較常用的整數(shù)規(guī)劃，杉數(shù)求解器COPT在整數(shù)規(guī)劃榜單上已達(dá)到世界第二的水平。
兼具商業(yè)價(jià)值＆社會(huì)價(jià)值，詳解求解器三大獨(dú)有優(yōu)勢(shì)
作為中國(guó)自主研發(fā)的高效數(shù)學(xué)規(guī)劃求解器套件，杉數(shù)求解器COPT不僅在功能和性能上具有優(yōu)勢(shì)，在當(dāng)今錯(cuò)綜復(fù)雜的國(guó)際環(huán)境下，在保障信息和數(shù)據(jù)安全上，其還有著以下不可忽視的優(yōu)勢(shì)。
第一，在通信、能源、電網(wǎng)、航空等基礎(chǔ)工業(yè)領(lǐng)域，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的優(yōu)化求解器和運(yùn)籌優(yōu)化算法平臺(tái)不僅具有極大的商業(yè)價(jià)值，更具有無(wú)可估量的社會(huì)價(jià)值。其一方面可以保障自己的軟件安全能力，另一方面可以有效保障數(shù)據(jù)安全，對(duì)事關(guān)國(guó)計(jì)民生的重要領(lǐng)域、基礎(chǔ)設(shè)施等命脈行業(yè)進(jìn)行自主把控。
第二，通常，對(duì)數(shù)學(xué)工業(yè)軟件有需求的企業(yè)，所面臨的運(yùn)營(yíng)決策場(chǎng)景大都比較復(fù)雜，為了破解運(yùn)營(yíng)難題需要進(jìn)行定制化開(kāi)發(fā)或?qū)?biāo)準(zhǔn)軟件進(jìn)行深層改造。此外，針對(duì)某些問(wèn)題，國(guó)家一些重點(diǎn)單位需要根據(jù)國(guó)產(chǎn)硬件進(jìn)行適配或重新編譯，而這些是國(guó)外軟件無(wú)法滿足的。而像杉數(shù)求解器COPT等國(guó)產(chǎn)數(shù)學(xué)工業(yè)軟件可以針對(duì)企業(yè)的運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景進(jìn)行定制化求解加速，根據(jù)不同版本硬件進(jìn)行求解器的重新編譯，做嵌入式系統(tǒng)改造，提供并更加便捷和及時(shí)的支持服務(wù)。
第三，杉數(shù)求解器COPT線性及整數(shù)求解器已被應(yīng)用于國(guó)家和企業(yè)的多個(gè)重要項(xiàng)目中，擁有豐富的落地場(chǎng)景，并可針對(duì)不同行業(yè)解決方案進(jìn)行定制化，根據(jù)需求及實(shí)際情況，為客戶量身定制服務(wù)。
服務(wù)產(chǎn)業(yè)重大需求，詳解典型應(yīng)用案例
目前，杉數(shù)求解器COPT已經(jīng)服務(wù)了1000多用戶，覆蓋20多個(gè)國(guó)計(jì)民生的行業(yè)，其應(yīng)用場(chǎng)景比較廣泛。除了覆蓋能源，電網(wǎng)，交通，航空航天等制造生產(chǎn)的核心技術(shù)領(lǐng)域外，事實(shí)上，還有更多的行業(yè)中的智能化轉(zhuǎn)型需求和場(chǎng)景也都可以應(yīng)用，比如供應(yīng)鏈管理中的倉(cāng)網(wǎng)規(guī)劃、庫(kù)存補(bǔ)貨與收益管理；物流中的路網(wǎng)優(yōu)化及設(shè)施選址；智慧城市的水網(wǎng)／汽網(wǎng)建設(shè)、智慧紅綠燈、應(yīng)急管理及出行平臺(tái)機(jī)制設(shè)計(jì)；金融資產(chǎn)配置優(yōu)化及風(fēng)險(xiǎn)管理；工程管理；宏觀經(jīng)濟(jì)管理等領(lǐng)域。
基于求解器決策優(yōu)化模式的大規(guī)模應(yīng)用，可以全面激活數(shù)據(jù)價(jià)值，優(yōu)化要素配置，有效降低能源及資源浪費(fèi)，助力產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。接下來(lái)將結(jié)合杉數(shù)科技多年服務(wù)經(jīng)驗(yàn)，闡述求解器在工業(yè)智能轉(zhuǎn)型中如何發(fā)揮價(jià)值。
先以能源電力領(lǐng)域的具體應(yīng)用為例，這是關(guān)乎每個(gè)人的日常生活的領(lǐng)域，如何保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行涉及非常復(fù)雜的計(jì)算。杉數(shù)求解器COPT可以廣泛用于無(wú)功調(diào)度優(yōu)化、電力市場(chǎng)定價(jià)和出清等典型能源電力優(yōu)化場(chǎng)景。
以杉數(shù)科技和中國(guó)南方電網(wǎng)電力調(diào)度中心的合作為例，雙方共同打造了定制化國(guó)產(chǎn)出清系統(tǒng)，幫助其在南方五省大范圍內(nèi)進(jìn)行電力調(diào)配和電網(wǎng)管理。通過(guò)南網(wǎng)總調(diào)，綜合考慮交直流迭代、梯級(jí)水電等復(fù)雜約束特點(diǎn)，用優(yōu)化技術(shù)引擎對(duì)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)原出清模型進(jìn)行深度定制化改造，實(shí)現(xiàn)機(jī)組分配最優(yōu)化，降低平均發(fā)電成本，提升整體運(yùn)營(yíng)效率。值得一提的是，與南網(wǎng)的合作，基于建設(shè)電力運(yùn)行方面國(guó)產(chǎn)的基礎(chǔ)軟件的共同目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)代碼國(guó)產(chǎn)自研率達(dá)100％，突破了優(yōu)化引擎技術(shù)此前依賴國(guó)外軟件的狀況。
列車運(yùn)行圖是列車在區(qū)間運(yùn)行及在車站到發(fā)時(shí)刻的技術(shù)文件，其編制是決定鐵路運(yùn)量的關(guān)鍵一環(huán)。高鐵運(yùn)行的濟(jì)效益主要取決于排班列車的數(shù)量，每增加一對(duì)列車每年?duì)I收增加近億元。
高鐵運(yùn)行管理主要涉及兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是列車時(shí)刻表問(wèn)題，每一輛列車什么時(shí)間發(fā)車、哪個(gè)時(shí)間到哪個(gè)站、用哪個(gè)車道、什么時(shí)間到下一個(gè)車站等這些都需要精密的排序；另一個(gè)是決策表，車站內(nèi)對(duì)于宏觀的列車時(shí)間表該如何把控的問(wèn)題。目前杉數(shù)對(duì)國(guó)內(nèi)最繁忙的一條高鐵線進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，通過(guò)求解器在1200秒內(nèi)即可計(jì)算排出雙向584輛車，而584是原來(lái)人工排序所能到達(dá)的極限，而且在1500秒內(nèi)可以完成雙向全部列車的鋪排，人工排序則需要數(shù)天。由此可以看出，通過(guò)求解器COPT對(duì)模型進(jìn)行求解，可以大幅提升運(yùn)營(yíng)人員工作效率和降低運(yùn)營(yíng)成本。
此外，杉數(shù)求解器COPT還幫助3C電子、鋼鐵、食品飲料、化工等20多個(gè)行業(yè)細(xì)分領(lǐng)域建設(shè)智能化的供應(yīng)鏈體系，解決核心的系統(tǒng)決策問(wèn)題，為行業(yè)的智能化升級(jí)提供強(qiáng)大動(dòng)力。未來(lái)，杉數(shù)求解器COPT將持續(xù)升級(jí)迭代，落地更多行業(yè)的智能決策場(chǎng)景應(yīng)用，持續(xù)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
