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拯救地球,始于数据和模型

作者:石林才2022.07.26阅读 1389

  40.9℃!这是上海7月13日的气温,追平了有气象记录以来的最高纪录。而且,这次高温席卷了我国502万平方公里,持续了已近30天!
  当然,这种高温天气不只是在我国,全球多国都遭遇了极端性的气候现象。而且,不只是高温,还有极寒、暴雨、洪水,地球的环境气候似乎正在变得越来越差。
  面对迫在眉睫的全球气候问题,无数的科学家、工程师、国际组织和科技企业都在绞尽脑汁设法给地球“降温”、“减碳”,拯救地球。
  这其中就有一家专注于基于模型设计的数学计算软件公司,几十年来一直致力于帮助工程师和科学家更高效地解决全球气候、环境、能源等难题,为“拯救地球”肩负使命。这家公司就是MathWorks公司,它拥有将大量数学和图像处理函数与高级语言相结合的数学计算工具MATLAB,以及用于系统建模和仿真的 Simulink软件。
  如今,随着人工智能数字孪生技术的应用越来越广泛,MATLAB和Simulink迎来了更加广阔的发展空间。近日,正值MATLAB EXPO 2022中国用户大会举行,CONTROL ENGINEERING China采访了MathWorks中国区总经理曹新康、行业市场经理李靖远,对MATLAB和Simulink最新应用和发展有了一个更深入的了解。

MathWorks中国区总经理曹新康

MathWorks中国区行业市场经理李靖远

  拯救地球,始于数据和模型
  地球环境的恶化很大部分的原因是人类对能源的利用引起的,包括二氧化碳排放导致温室效应、有害气体污染大气环境等。因此,转变能源的利用方式,提高能源的利用率是应对地球环境恶化的关键手段。
  在曹新康看来,拯救日益恶化的地球环境需要依靠日新月异的新科技,特别是需要利用人工智能技术进行更好的能源管理和加速向电气化转型,而这一切都始于数据和模型。“要实现降低温室气体排放必须从能源生产、能源传输、能源利用等三大方面全链条改造,才能实现碳中和的目标CONTROL ENGINEERING China版权所有,每个环节都会用到仿真、建模、大数据、数字孪生和人工智能等基于数据和模型的技术。”
  曹新康认为www.cechina.cn,能源生产方面,需要大幅提高清洁能源占比,大力发展储能技术,减少弃风和弃光率。能源传输方面,需要优化电网结构设计,保证电力系统安全稳定高效运行,采用柔性交流输电和特高压等来提高传输过程中的效率,来降低损耗。能源利用方面,需要加速电气化进程,实现工业节能、建筑节能、交通节能。
  据李靖远介绍,在全球已经有大量的客户和合作伙伴在使用MathWorks基于模型的设计工具进行相关产品开发,来提高整个能源链条上各个环节的效率和利用率。
  比如在能源生产方面www.cechina.cn,使用MATLAB/Simulink建立整个风电厂的模型,进行动态仿真和功率预测,以确保并网的可靠性,使用MATLAB/Simulink为光伏微电网建立仿真系统来确定电池容量和系统可靠性。在能源传输方面,像芬兰国家电网在MATLAB中使用PMU数据分析电网稳定性,新西兰Transpower公司利用MATLAB/Simulink开发储量管理工具确保电网的可靠性。能源利用方面的例子就更多了,比如利用MATLAB/Simulink分析整个炼钢过程控制,改造炼钢过程能耗控制,利用MATLAB和Simulink去设计建筑系统的控制系统,优化能源分配、能源调比系统等。
  “针对可再生能源方面的应用,我们正在构建一个完整的MATLAB解决方案,包括基于人工智能的能源管理和电气化,从而让各行各业大幅提高可再生能源的使用率,减少碳排放,共同应对迫在眉睫的地球环境危机。”曹新康补充说道。
  让科学家和工程师更轻松使用AI
  人工智能(AI)技术是科学家和工程师应对全球挑战的有力武器。但科学家和工程师往往都是在各自领域方面的专家,而不是一个计算机或者算法专家,都专注在自己的研究领域,因此,一个容易上手,能够轻松使用的人工智能工具,对于帮助科学家和工程师取得领域里的突破至关重要。
  李敬远表示,对于人工智能,或者说深度学习、机器学习工具的选择通常需要考虑四个方面。第一个,相关工具箱的可用性,是不是对行业经验的一个有效总结。第二个,易用性,能够快速上手,能否把行业经验通过建模仿真的形式建立起来。第三个,有效性控制工程网版权所有,仿真测试结果是否有效、可靠。第四个,便捷性,能否可以轻松地自动生成代码,部署到系统里。
  “MATLAB就是一个能很好满足这四个要求的人工智能工具,它最大的一个好处就是低代码或者无代码建模,可以让用户轻松掌握使用人工智能技术来解决科研难题。”李敬远介绍说。
  对于MATLAB相比其他工具的优势,曹新康则表示,MATLAB在过去几年连续入围Gartner AI魔力象限中的领导者象限,足以证明MATLAB是最好用的人工智能工具之一。
  曹新康认为www.cechina.cn,AI其实是MATLAB的传统领域,早在2016年之前,MATLAB的神经网络工具箱已经是非常受欢迎的产品了。而这几年,MATLAB提供了大量的基于人工智能的工具箱,比方说机器学习、深度学习、强化学习等。同时,为适应各个行业和领域的需求,MathWorks推出了超过100种工具箱,覆盖航空航天,汽车、通讯、医疗、工业自动化、轨道交通、能源、金融等20多个行业,以及数据处理、信号图像处理、控制系统建模、人工智能训练和自动代码生成等各行业的共性领域。这些功能都以工具箱以及APP的形式发布,用户通过使用这些产品就可以极大程度地实现低代码,甚至根据需求完全可以做到无代码。
  其实随着这几年人工智能的火热,市场上出现了大量人工智能的工具,包括一些开源的免费算法、框架,应用也越来越广泛。那相对于这些兴起的工具,MATLAB有哪些优势呢?曹新康对此解释道,首先,MATLAB是十分开放的,可以很容易调用Tensorflow、Pytorch等这些开源算法和框架,MATLAB和开源工具之间是竞合的关系。另外,业界很多开源工具强调更多的是其算法有多厉害,而要把一个AI项目应用落地,需要一个完整的工作流程,从数据准备到模型建立,然后到系统设计,最后需要能够很容易部署到一个产品上,而MATLAB是一个全套的工具解决链,包括数据分析、数据训练、系统仿真、应用部署四大部分,这一点是具有明显优势的地方。
  “综合来说,我们MATLAB能够帮助科学家和工程师更快地把AI应用到他们的专业领域去,能够帮助他们更快地部署到产品之中或者企业的系统里,能够把应用集成过程中的风险降到最低。”曹新康总结道。
  长期主义让MATLAB历久弥新,永葆青春
  MATLAB其实早在1984年就已诞生,起初只是一款用于科学计算的商业数学软件,之后随着功能和工具的不断增多,到20世纪90年代,MATLAB已成为国际控制界的标准计算软件。
  而到如今,MATLAB成为了科学家和工程师最常用的分析数据、开发算法和创建数学模型的软件工具之一。正如曹新康所说,“MATLAB并不是因为人工智能热潮的兴起而推出的AI工具,用MATLAB来做AI开发是水到渠成的事。”
  诚然,MATLAB今天能在业界独占鳌头与其几十年来不断丰富工具箱,积累越来越多的行业知识有重要关系,但更重要的是MathWorks坚持长期主义的企业文化,让公司非常专注于长期战略的执行,很少被短期的市场变化所干扰。
  今年是MathWorks中国分公司成立十五周年,十五年来MathWorks中国的业绩一直保持着高速增长。对此,曹新康认为www.cechina.cn,这主要归功于中国公司秉承MathWorks长期主义文化,一直都一以贯之,一直坚持四个工作重点:扎根教育,深耕行业,深度支持和广泛合作。
  在教育方面,由于MathWorks对中国教育市场有一个特别倾斜政策,定价要比欧美国家低很多,所以教育市场的收入占比非常低。但MathWorks中国在教育方面的投入却非常大,有超过20%的员工专注在教育市场,而且每个员工都有义务去支持教育客户。
  MathWorks中国的第二个工作重点是深耕行业,目前在中国的汽车、航空航天、通讯、工业自动化、能源等各大领域都有广泛应用。比如FAST天文望远镜(“中国天眼”),中石化胜利油田的地震反演,中兴通讯的5G网络,三一重工基于高端工程装备和工况大数据的数字孪生模型等都有用到MATLAB/Simulink来做仿真建模分析。
  对于深度支持,曹新康表示CONTROL ENGINEERING China版权所有,MathWorks会为重点客户提供一个完整的工具链,同时通过一些引导性项目,通过人员培训、标准认证以及咨询,帮助客户建立起基于模型设计的、融合研发与IT运维一体的研发体系。
  在广泛合作方面,MathWorks一直在积极地开展跨平台、跨领域的合作,推动MATLAB健康生态系统。比如有一个致力于拓展跨领域的第三方合作计划MathWorks Connections,到目前为止已经有500多个第三方解决方案。
  “博观而约取,厚积而薄发。”今天,我们看到了MATLAB/Simulink在人工智能的加持下迎来了又一个发展的春天,但这背后,却是MathWorks几十年如一日的专注和坚守,正是这种看上去欠缺灵活性的长期主义给予了MATLAB/Simulink新一轮科技革命带来的时代机遇。确幸的是,我们也看到了MathWorks志存高远,正在以科技赋能的方式帮助科学家和工程师“拯救地球”,而这正是一个科技企业走向“星辰大海”未来之选。
  MathWorks的未来,值得期许!

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