高质量发展是全面建设社会主义现代化国家的首要任务。制造业是国民经济的主体,推动制造业向高端化转型升级、建设制造强国,是高质量发展的重要体现。工业软件在现代制造业,以及更广泛意义上的工业智能中,往往都承担着核心技术和核心系统的角色。它被誉为工业制造的大脑和神经,随着全球“传统制造”加快向“智能制造”转型升级,工业软件正在成为智能制造的核心基础性工具。

作为攻克高端制造和装备过程中的核心技术,工业软件大多离不开底层数学软件的支撑,数学工业软件可以将复杂的运营难题抽象提炼成数学问题进行求解优化,在数字经济时代,其对企业运营的数字化、精细化及最优化管理有着不可忽视的支持作用。

近日,杉数科技联合创始人兼首席科学官、上海财经大学交叉科学研究院院长、上海复旦大学人工智能创新与产业研究院客座教授葛冬冬做客人民网《人民会客厅》,聚焦数学工业软件创新话题,探讨以求解器为代表的数学工业软件如何更好地服务产业高质量发展。

高运营复杂度&响应灵敏度,产业智能转型颇具挑战

当前,诸如大数据和人工智能等新兴技术极大地改变了全球要素资源配置方式、产业发展模式和人民生活方式。处于经济新旧势能转换、结构转型升级的大背景下,面对产业链和经营规模扩大、协同和竞争关系复杂的局势,企业在经营管理上面临多方面挑战,集中体现在三个方面。

第一,产业链全球化及生产规模扩大带来的协同难度放大,产业进步又使得各个环节的交叉及融合程度大大加深,因此,运营体系复杂度显著提升。第二,在现代工业的生产运营中,为达到最优效益,对生产和决策的响应度要求也越来越高。第三,基础工业行业具有技术密集型和资本密集型特点,生产过程中涉及到复杂的技术和设备,如高端数控机床、自动化生产线等,技术壁垒和研发成本较高,而我国在此方面的技术积累和人才储备都不足。

4年迭代7大版本,杉数自研求解器开创“中国速度”

在应对上述挑战时,求解器的角色至关重要,其在现代制造业及更广泛的工业智能中,往往都承担着核心技术和系统的作用。它一方面为现代工业中的软件提供底层支持,比如某些软件的底层算法大多涉及到大规模线性/非线性复杂系统的求解和优化,这些需要结合数学专业软件来高效实现。另一方面,现在工业生产和调度中的很多核心问题,比如大规模生产和制造系统中的排产排程及生产调度、航空/公交/铁路中的交通工具和乘务的调度排班及路线规划、电网的全网电力调度优化及机组组合优化等,都可以通过专业的求解器来实现。

随着工业4.0概念兴起,国家对数据科学愈加重视,社会对大数据和AI技术也普遍认可,在中国,数学工业软件和求解器迎来一个较好的发展期,其中杉数科技所从事的数学规划类调度和优化算法软件——COPT优化求解器稳居世界一流水准。

2019年5月,杉数科技推出国内首款大规模专业数学优化求解器Cardinal Optimizer(COPT),截止到现在,4年时间已经迭代了7个大版本。当时,COPT1.0版本先从最简单的线性系统开始,一经发布即登上世界求解器权威公测平台线性规划单纯形法榜单榜首。随后,杉数科技陆续发布了混合整数规划、线性规划内点法、二阶锥规划、凸二次(约束)规划、半定规划等求解器多个功能模块,填补了国产化求解器的诸多空白。

值得一提的是,根据美国ASU测评数据,COPT求解器的大部分求解模块的求解性能都已比肩甚至超越国际先进求解器,可支持亿量级问题的高效求解,具有强大的底层技术优势。企业对求解器的需求当中,对于混合整数规划(MIP)模块的需求更大,实际占比接近80%。作为在现实中比较常用的整数规划,杉数求解器COPT在整数规划榜单上已达到世界第二的水平。

兼具商业价值&社会价值,详解求解器三大独有优势

作为中国自主研发的高效数学规划求解器套件,杉数求解器COPT不仅在功能和性能上具有优势,在当今错综复杂的国际环境下,在保障信息和数据安全上,其还有着以下不可忽视的优势。

第一,在通信、能源、电网、航空等基础工业领域,具有自主知识产权的优化求解器和运筹优化算法平台不仅具有极大的商业价值,更具有无可估量的社会价值。其一方面可以保障自己的软件安全能力,另一方面可以有效保障数据安全,对事关国计民生的重要领域、基础设施等命脉行业进行自主把控。

第二,通常,对数学工业软件有需求的企业,所面临的运营决策场景大都比较复杂,为了破解运营难题需要进行定制化开发或对标准软件进行深层改造。此外,针对某些问题,国家一些重点单位需要根据国产硬件进行适配或重新编译,而这些是国外软件无法满足的。而像杉数求解器COPT等国产数学工业软件可以针对企业的运营场景进行定制化求解加速,根据不同版本硬件进行求解器的重新编译,做嵌入式系统改造,提供并更加便捷和及时的支持服务。

第三,杉数求解器COPT线性及整数求解器已被应用于国家和企业的多个重要项目中,拥有丰富的落地场景,并可针对不同行业解决方案进行定制化,根据需求及实际情况,为客户量身定制服务。

服务产业重大需求,详解典型应用案例

目前,杉数求解器COPT已经服务了1000多用户,覆盖20多个国计民生的行业,其应用场景比较广泛。除了覆盖能源,电网,交通,航空航天等制造生产的核心技术领域外,事实上,还有更多的行业中的智能化转型需求和场景也都可以应用,比如供应链管理中的仓网规划、库存补货与收益管理;物流中的路网优化及设施选址;智慧城市的水网/汽网建设、智慧红绿灯、应急管理及出行平台机制设计;金融资产配置优化及风险管理;工程管理;宏观经济管理等领域。

基于求解器决策优化模式的大规模应用,可以全面激活数据价值,优化要素配置,有效降低能源及资源浪费,助力产业高质量发展。接下来将结合杉数科技多年服务经验,阐述求解器在工业智能转型中如何发挥价值。

先以能源电力领域的具体应用为例,这是关乎每个人的日常生活的领域,如何保证电力系统稳定运行涉及非常复杂的计算。杉数求解器COPT可以广泛用于无功调度优化、电力市场定价和出清等典型能源电力优化场景。

以杉数科技和中国南方电网电力调度中心的合作为例,双方共同打造了定制化国产出清系统,帮助其在南方五省大范围内进行电力调配和电网管理。通过南网总调,综合考虑交直流迭代、梯级水电等复杂约束特点,用优化技术引擎对电力现货市场原出清模型进行深度定制化改造,实现机组分配最优化,降低平均发电成本,提升整体运营效率。值得一提的是,与南网的合作,基于建设电力运行方面国产的基础软件的共同目标,实现代码国产自研率达100%,突破了优化引擎技术此前依赖国外软件的状况。

列车运行图是列车在区间运行及在车站到发时刻的技术文件,其编制是决定铁路运量的关键一环。高铁运行的济效益主要取决于排班列车的数量,每增加一对列车每年营收增加近亿元。

高铁运行管理主要涉及两个问题,一个是列车时刻表问题,每一辆列车什么时间发车、哪个时间到哪个站、用哪个车道、什么时间到下一个车站等这些都需要精密的排序;另一个是决策表,车站内对于宏观的列车时间表该如何把控的问题。目前杉数对国内最繁忙的一条高铁线进行实际测试,通过求解器在1200秒内即可计算排出双向584辆车,而584是原来人工排序所能到达的极限,而且在1500秒内可以完成双向全部列车的铺排,人工排序则需要数天。由此可以看出,通过求解器COPT对模型进行求解,可以大幅提升运营人员工作效率和降低运营成本。

此外,杉数求解器COPT还帮助3C电子、钢铁、食品饮料、化工等20多个行业细分领域建设智能化的供应链体系,解决核心的系统决策问题,为行业的智能化升级提供强大动力。未来,杉数求解器COPT将持续升级迭代,落地更多行业的智能决策场景应用,持续驱动产业高质量发展。

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