在诸多基础技术中,有一个重要而隐秘的存在:求解器。
上个世纪开始,求解器就被用于复杂数学问题的计算与决策,大到战争中的作战部署,小到码头集装箱的调配管理。求解器成为各行各业优化业务、提升工作效率和资源利用率的幕后英雄,可以算是名副其实的“产业重器”。
随着数字化进程的加快,许多业务场景都产生了海量的数据,让计划工作变得前所未有地复杂。因此,求解器也需要与时俱进。
9月23日的华为全联接2021上,华为云重磅发布了“天筹”AI求解器。当AI与求解器碰撞在一起,会给政企数字化转型带来哪些新的价值?作为数字技术基石中的基石,AI求解器会是新的国之重器吗?
我们从天筹AI求解器已经落地的场景——天津港出发,看世界前十的港口如何在数字化浪潮中,书写“天工开物”的新篇。
天工人代:天津港的数字化航程
宋应星的《天工开物》中,“天工”一词最初的含义“天工人其代之”,意思就是,人的责任是完成天的事功,也就是时代和国家赋予的使命。
那么,对于天津港来说,需要完成怎样的“天工”呢?
我们知道,海运贸易量占全球贸易总量90%,海运业也是国内经济与国际市场互通有无的窗口之一。而天津港作为北方的航运中心,是京津冀协同发展的重要支撑,自然也在国家战略大局中占有重要地位。
与此同时,天津港也面临着三个具体的“重担”:
1．当下之重。目前,天津港对外,同200多个国家和地区的800多个港口保持航运贸易往来,集装箱班轮航线达到131条,每月航班550余班;对内,辐射力腹地面积近500万平方公里,占全国52%。这也使得港口作业尤其繁忙,往来船舶众多,而有些船舶的离港时间比较着急,有些船舶离岗时间比较晚,如果没有安排好作业计划,很可能出现拥堵的情况,造成经济损失。
2．未来之重。天津港将充分发挥京津冀协同发展的重要支撑,服务“一带一路”,起到现代化的国际航运枢纽作用。目前年吞吐量达到了4．5亿吨,集装箱吞吐量近2千万箱,未来将会再创新高。面对未来如此庞大的业务体量,更加考验天津港的统筹规划优化能力。
3．数字之重。为了更好地提供服务、不断升级,天津港也在积极探索“智慧港口”的道路, 5G技术、自动驾驶集装箱卡车、智能堆场车道、智能车路协同系统、电子运单、网上结算等等功能都开始落地应用。
欲善其事,计划先行。天津港在探索智能、绿色、枢纽港口的道路上,发现在单机效率达到极限后,需要基于全局的统筹计划,进行全链路协同,才能最大化调动所有资源。
以前天津港主要是通过人工方式来进行泊位计划、岸桥作业计划、配载计划、堆场计划等。但随着业务规模的增多,这种计划方式变得十分耗时耗力,如果涉及到全局调优,就需要考虑千万种约束条件和变量,这仅靠人力也很难将所有因素都考虑充分,各个计划之间没有联动,无法做到全局协同。人工方式整个计划做完需要耗时24小时,一旦现场情况出现临时变动,很难适时调整。这种计划模式,越来越不适配大规模数字化带来的资源高效规划配置的需求了,也让港口运转、效益提升变得滞缓。
想要横渡数字之海,预先做好业务规划,就需要引入一项根技术——求解器。
工善其事:智能时代的解题利器
求解器(solver)到底是什么?简单来说,就是数学规划软件,用于实现复杂规划决策问题的算法求解。当数学模型涉及到百万级、千万级变量,就必须借助求解器软件来计算了。
对于产业来说,求解器的好处很明显,统筹全局,能够找到资源配置的最佳方式、最优决策。数字化之路上,没有求解器这把利器是万万不行的,但并不是每个企业都能用好它。目前来看,企业使用求解器主要存在几个障碍:
1．没得用。
求解器属于运筹学这样的基础学科,技术壁垒高、研发难度大。既需要数学基础,还要具备软件工程能力,这样的人才十分稀缺,所以很长一段时间里,国内都很少有人开发高性能商用求解器,企业只能选择成本高的海外产品,或者一些开源软件,不能处理大规模的计算。
2．用不好。
求解器在产业方面主要被用来解决优化问题,需要针对千万级变量的复杂问题进行求解,要求极高的性能;企业业务状态、数据实时变动,求解速度如果跟不上,会影响业务运转效率。
3．不会用。
对很多企业来说,求解器的使用门槛也很高,甚至可能根本没人会用。首先要把一个现实的业务问题,转换成求解器可以理解的数学问题,就需要专业人士。对于专业人才搜寻,就已经难倒了不少企业。如果要将求解器用到港口计划平台,往往需要在求解器外层层封装,变成容易被调用的API应用,企业才能够使用,这又会增加不少额外的成本。
这就是为什么求解器已经很早出现了,很多港口使用的计划方式,依然是Excel表或者其他的简易方式。
而就在这一条基础跑道上,华为云刚刚迈出了重要的一步。
开物之道:华为云的求解思路
《易经》中提到,“夫易开物成务,冒天下之道”,变化催生了物品,成就了事物,这是涵盖天地的“道”。明晓了产业变化,了解了天津港的数字困境和应用求解器的现实难点,自然就需要有人来改变和“开物”了。
天津港与华为云携手,引入更符合智能时代需求的天筹AI求解器,助力港口计划调度的全局优化。从中,我们可以看到两种开物思维:
1．AI以致用。
前面提到,求解器在产业数字化进程中的核心问题就是“用”,而AI本身又是一项致用性技术,二者的结合水到渠成,华为云天筹AI求解器,是首个商用的AI求解器。
首先,对于天津港来说,天筹AI求解器要能够支撑千万级规模的问题求解,满足国际性港口在当下和未来的规划需求,为此华为云也进行了大量技术研发,利用分布式并行加速技术,让天筹AI求解器的速度即便在亿级规模的问题求解也能最高提升了100 倍。
其次,通过AI技术将产业问题变成求解器能够理解的数学问题。华为云在上层搭建了智能化套件,企业可以用自然语言描述,自己想要在什么场景下、解决哪些路径问题或优化问题,AI就能自动识别这是哪一类数学问题,并将它编程翻译输出给底层的求解器。
另外,天筹可以用人工智能对相关问题自动分类,为不同场景的问题配置最佳参数和策略,从而加速求解过程,求解效果也更好。借助AI的自适应调优,让求解效率最高提升了30%。
AI与求解器的结合,降低了求解器的使用门槛,提升了规划能力,未来华为云天筹AI求解器将帮助天津港实现跨越式发展。基于华为云天筹AI求解器赋能的智能港口计划平台,完成整个计划仅仅需要10分钟,对比原来传统规划时间24小时,计划速度提升144倍。
2．服务以致远。
更智能的计划方式,最终就是为了实现港口资源利用率大化,服务好港口的客户,提升港口运转效率。
天津港股份有限公司的副总裁吴强表示:AI求解器赋能的智能计划平台,可实现全链路协同,最大化地调动所有资源。使设备利用率提高15%,堆场翻倒率降低20%,大幅度地提升了港口运转效率和作业效率,进而缩短船舶在港时间。通过全局优化,真正地实现了天津港资源调度最大化。
造化神秀:数字时代的大国工匠
一组埃森哲最新的全球调研数据显示,从2018年到2021年,全球的8300家标杆企业中,全面地拥抱数字化技术的前10%的企业,相比后25%的企业,营收增速快了5倍。可以预见,借助数字化来提质增效,已经成为千行百业的必然选择。
但是,提质增效虽是结果、目的,但它的实现还需要更细致的工具图,一步步指引产业,打开数字化项目成功的关键点。华为云天筹AI求解器,正是这样的“工具”。
从这个角度看,华为云和天津港的探索,正在书写一段大国工匠的故事:
1．画图。深深扎根在产业场景,梳理产业逻辑和需求,才能够层层剥离出求解器这样的基础痛点,将行业Konw-How与AI结合,画出产业技术升级的细节图。
2．造器。积极布局商用求解器,并引入AI等新技术,改变了求解器的商业格局。除了大型制造业,金融、物流、零售等各行各业的领军企业,都需要AI求解器来帮助实现全局协同和资源调度。
3．试炼。在寻求解决方案的过程中,华为始终坚持“自己的降落伞自己先跳”,保证了技术产品落地产业时更加可靠可用。以华为南方工厂为例,就基于AI求解器进行生产排班,实现了超大规模计划排产,库存齐套率提升37%,每年能节省巨大资金。
所谓匠心,或许就是没有捷径,没有妥协,一步一脚印地锻造出数字时代的神兵利器。也正是这样细致入微的“工匠精神”,才能夺天工造化,让更多天津港这样的领先企业,在“十四五”开局之年,开启新的时代征途。
