拯救地球，始于數(shù)據(jù)和模型
發(fā)布時(shí)間：2022-07-26 作者：石林才
40.9℃！這是上海7月13日的氣溫，追平了有氣象記錄以來的最高紀(jì)錄。而且，這次高溫席卷了我國(guó)502萬平方公里，持續(xù)了已近30天！
當(dāng)然，這種高溫天氣不只是在我國(guó)，全球多國(guó)都遭遇了極端性的氣候現(xiàn)象。而且，不只是高溫，還有極寒、暴雨、洪水，地球的環(huán)境氣候似乎正在變得越來越差。
面對(duì)迫在眉睫的全球氣候問題，無數(shù)的科學(xué)家、工程師、國(guó)際組織和科技企業(yè)都在絞盡腦汁設(shè)法給地球“降溫”、“減碳”，拯救地球。
這其中就有一家專注于基于模型設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)計(jì)算軟件公司，幾十年來一直致力于幫助工程師和科學(xué)家更高效地解決全球氣候、環(huán)境、能源等難題，為“拯救地球”肩負(fù)使命。這家公司就是MathWorks公司，它擁有將大量數(shù)學(xué)和圖像處理函數(shù)與高級(jí)語言相結(jié)合的數(shù)學(xué)計(jì)算工具M(jìn)ATLAB，以及用于系統(tǒng)建模和仿真的 Simulink軟件。
如今，隨著人工智能和數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，MATLAB和Simulink迎來了更加廣闊的發(fā)展空間。近日，正值MATLAB EXPO 2022中國(guó)用戶大會(huì)舉行，CONTROL ENGINEERING China采訪了MathWorks中國(guó)區(qū)總經(jīng)理曹新康、行業(yè)市場(chǎng)經(jīng)理李靖遠(yuǎn)，對(duì)MATLAB和Simulink最新應(yīng)用和發(fā)展有了一個(gè)更深入的了解。
MathWorks中國(guó)區(qū)總經(jīng)理曹新康
MathWorks中國(guó)區(qū)行業(yè)市場(chǎng)經(jīng)理李靖遠(yuǎn)
拯救地球，始于數(shù)據(jù)和模型
地球環(huán)境的惡化很大部分的原因是人類對(duì)能源的利用引起的，包括二氧化碳排放導(dǎo)致溫室效應(yīng)、有害氣體污染大氣環(huán)境等。因此，轉(zhuǎn)變能源的利用方式，提高能源的利用率是應(yīng)對(duì)地球環(huán)境惡化的關(guān)鍵手段。
在曹新康看來，拯救日益惡化的地球環(huán)境需要依靠日新月異的新科技，特別是需要利用人工智能技術(shù)進(jìn)行更好的能源管理和加速向電氣化轉(zhuǎn)型，而這一切都始于數(shù)據(jù)和模型。“要實(shí)現(xiàn)降低溫室氣體排放必須從能源生產(chǎn)、能源傳輸、能源利用等三大方面全鏈條改造，才能實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，每個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)用到仿真、建模、大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生和人工智能等基于數(shù)據(jù)和模型的技術(shù)。”
曹新康認(rèn)為，能源生產(chǎn)方面，需要大幅提高清潔能源占比，大力發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)，減少棄風(fēng)和棄光率。能源傳輸方面，需要優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定高效運(yùn)行，采用柔性交流輸電和特高壓等來提高傳輸過程中的效率，來降低損耗。能源利用方面，需要加速電氣化進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)工業(yè)節(jié)能、建筑節(jié)能、交通節(jié)能。
據(jù)李靖遠(yuǎn)介紹，在全球已經(jīng)有大量的客戶和合作伙伴在使用MathWorks基于模型的設(shè)計(jì)工具進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)，來提高整個(gè)能源鏈條上各個(gè)環(huán)節(jié)的效率和利用率。
比如在能源生產(chǎn)方面，使用MATLAB/Simulink建立整個(gè)風(fēng)電廠的模型，進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真和功率預(yù)測(cè)，以確保并網(wǎng)的可靠性，使用MATLAB/Simulink為光伏微電網(wǎng)建立仿真系統(tǒng)來確定電池容量和系統(tǒng)可靠性。在能源傳輸方面，像芬蘭國(guó)家電網(wǎng)在MATLAB中使用PMU數(shù)據(jù)分析電網(wǎng)穩(wěn)定性，新西蘭Transpower公司利用MATLAB/Simulink開發(fā)儲(chǔ)量管理工具確保電網(wǎng)的可靠性。能源利用方面的例子就更多了，比如利用MATLAB/Simulink分析整個(gè)煉鋼過程控制，改造煉鋼過程能耗控制，利用MATLAB和Simulink去設(shè)計(jì)建筑系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，優(yōu)化能源分配、能源調(diào)比系統(tǒng)等。
“針對(duì)可再生能源方面的應(yīng)用，我們正在構(gòu)建一個(gè)完整的MATLAB解決方案，包括基于人工智能的能源管理和電氣化，從而讓各行各業(yè)大幅提高可再生能源的使用率，減少碳排放，共同應(yīng)對(duì)迫在眉睫的地球環(huán)境危機(jī)。”曹新康補(bǔ)充說道。
讓科學(xué)家和工程師更輕松使用AI
人工智能（AI）技術(shù)是科學(xué)家和工程師應(yīng)對(duì)全球挑戰(zhàn)的有力武器。但科學(xué)家和工程師往往都是在各自領(lǐng)域方面的專家，而不是一個(gè)計(jì)算機(jī)或者算法專家，都專注在自己的研究領(lǐng)域，因此，一個(gè)容易上手，能夠輕松使用的人工智能工具，對(duì)于幫助科學(xué)家和工程師取得領(lǐng)域里的突破至關(guān)重要。
李敬遠(yuǎn)表示，對(duì)于人工智能，或者說深度學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)工具的選擇通常需要考慮四個(gè)方面。第一個(gè)，相關(guān)工具箱的可用性，是不是對(duì)行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的一個(gè)有效總結(jié)。第二個(gè)，易用性，能夠快速上手，能否把行業(yè)經(jīng)驗(yàn)通過建模仿真的形式建立起來。第三個(gè)，有效性，仿真測(cè)試結(jié)果是否有效、可靠。第四個(gè)，便捷性，能否可以輕松地自動(dòng)生成代碼，部署到系統(tǒng)里。
“MATLAB就是一個(gè)能很好滿足這四個(gè)要求的人工智能工具，它最大的一個(gè)好處就是低代碼或者無代碼建模，可以讓用戶輕松掌握使用人工智能技術(shù)來解決科研難題。”李敬遠(yuǎn)介紹說。
對(duì)于MATLAB相比其他工具的優(yōu)勢(shì)，曹新康則表示，MATLAB在過去幾年連續(xù)入圍Gartner AI魔力象限中的領(lǐng)導(dǎo)者象限，足以證明MATLAB是最好用的人工智能工具之一。
曹新康認(rèn)為，AI其實(shí)是MATLAB的傳統(tǒng)領(lǐng)域，早在2016年之前，MATLAB的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱已經(jīng)是非常受歡迎的產(chǎn)品了。而這幾年，MATLAB提供了大量的基于人工智能的工具箱，比方說機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等。同時(shí)，為適應(yīng)各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域的需求，MathWorks推出了超過100種工具箱，覆蓋航空航天，汽車、通訊、醫(yī)療、工業(yè)自動(dòng)化、軌道交通、能源、金融等20多個(gè)行業(yè)，以及數(shù)據(jù)處理、信號(hào)圖像處理、控制系統(tǒng)建模、人工智能訓(xùn)練和自動(dòng)代碼生成等各行業(yè)的共性領(lǐng)域。這些功能都以工具箱以及APP的形式發(fā)布，用戶通過使用這些產(chǎn)品就可以極大程度地實(shí)現(xiàn)低代碼，甚至根據(jù)需求完全可以做到無代碼。
其實(shí)隨著這幾年人工智能的火熱，市場(chǎng)上出現(xiàn)了大量人工智能的工具，包括一些開源的免費(fèi)算法、框架，應(yīng)用也越來越廣泛。那相對(duì)于這些興起的工具，MATLAB有哪些優(yōu)勢(shì)呢？曹新康對(duì)此解釋道，首先，MATLAB是十分開放的，可以很容易調(diào)用Tensorflow、Pytorch等這些開源算法和框架，MATLAB和開源工具之間是競(jìng)合的關(guān)系。另外，業(yè)界很多開源工具強(qiáng)調(diào)更多的是其算法有多厲害，而要把一個(gè)AI項(xiàng)目應(yīng)用落地，需要一個(gè)完整的工作流程，從數(shù)據(jù)準(zhǔn)備到模型建立，然后到系統(tǒng)設(shè)計(jì)，最后需要能夠很容易部署到一個(gè)產(chǎn)品上，而MATLAB是一個(gè)全套的工具解決鏈，包括數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)訓(xùn)練、系統(tǒng)仿真、應(yīng)用部署四大部分，這一點(diǎn)是具有明顯優(yōu)勢(shì)的地方。
“綜合來說，我們MATLAB能夠幫助科學(xué)家和工程師更快地把AI應(yīng)用到他們的專業(yè)領(lǐng)域去，能夠幫助他們更快地部署到產(chǎn)品之中或者企業(yè)的系統(tǒng)里，能夠把應(yīng)用集成過程中的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。”曹新康總結(jié)道。
長(zhǎng)期主義讓MATLAB歷久彌新，永葆青春
MATLAB其實(shí)早在1984年就已誕生，起初只是一款用于科學(xué)計(jì)算的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，之后隨著功能和工具的不斷增多，到20世紀(jì)90年代，MATLAB已成為國(guó)際控制界的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算軟件。
而到如今，MATLAB成為了科學(xué)家和工程師最常用的分析數(shù)據(jù)、開發(fā)算法和創(chuàng)建數(shù)學(xué)模型的軟件工具之一。正如曹新康所說，“MATLAB并不是因?yàn)槿斯ぶ悄軣岢钡呐d起而推出的AI工具，用MATLAB來做AI開發(fā)是水到渠成的事。”
誠(chéng)然，MATLAB今天能在業(yè)界獨(dú)占鰲頭與其幾十年來不斷豐富工具箱，積累越來越多的行業(yè)知識(shí)有重要關(guān)系，但更重要的是MathWorks堅(jiān)持長(zhǎng)期主義的企業(yè)文化，讓公司非常專注于長(zhǎng)期戰(zhàn)略的執(zhí)行，很少被短期的市場(chǎng)變化所干擾。
今年是MathWorks中國(guó)分公司成立十五周年，十五年來MathWorks中國(guó)的業(yè)績(jī)一直保持著高速增長(zhǎng)。對(duì)此，曹新康認(rèn)為，這主要?dú)w功于中國(guó)公司秉承MathWorks長(zhǎng)期主義文化，一直都一以貫之，一直堅(jiān)持四個(gè)工作重點(diǎn)：扎根教育，深耕行業(yè)，深度支持和廣泛合作。
在教育方面，由于MathWorks對(duì)中國(guó)教育市場(chǎng)有一個(gè)特別傾斜政策，定價(jià)要比歐美國(guó)家低很多，所以教育市場(chǎng)的收入占比非常低。但MathWorks中國(guó)在教育方面的投入?yún)s非常大，有超過20%的員工專注在教育市場(chǎng)，而且每個(gè)員工都有義務(wù)去支持教育客戶。
MathWorks中國(guó)的第二個(gè)工作重點(diǎn)是深耕行業(yè)，目前在中國(guó)的汽車、航空航天、通訊、工業(yè)自動(dòng)化、能源等各大領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。比如FAST天文望遠(yuǎn)鏡（“中國(guó)天眼”），中石化勝利油田的地震反演，中興通訊的5G網(wǎng)絡(luò)，三一重工基于高端工程裝備和工況大數(shù)據(jù)的數(shù)字孿生模型等都有用到MATLAB/Simulink來做仿真建模分析。
對(duì)于深度支持，曹新康表示，MathWorks會(huì)為重點(diǎn)客戶提供一個(gè)完整的工具鏈，同時(shí)通過一些引導(dǎo)性項(xiàng)目，通過人員培訓(xùn)、標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證以及咨詢，幫助客戶建立起基于模型設(shè)計(jì)的、融合研發(fā)與IT運(yùn)維一體的研發(fā)體系。
在廣泛合作方面，MathWorks一直在積極地開展跨平臺(tái)、跨領(lǐng)域的合作，推動(dòng)MATLAB健康生態(tài)系統(tǒng)。比如有一個(gè)致力于拓展跨領(lǐng)域的第三方合作計(jì)劃MathWorks Connections，到目前為止已經(jīng)有500多個(gè)第三方解決方案。
“博觀而約取，厚積而薄發(fā)。”今天，我們看到了MATLAB/Simulink在人工智能的加持下迎來了又一個(gè)發(fā)展的春天，但這背后，卻是MathWorks幾十年如一日的專注和堅(jiān)守，正是這種看上去欠缺靈活性的長(zhǎng)期主義給予了MATLAB/Simulink新一輪科技革命帶來的時(shí)代機(jī)遇。確幸的是，我們也看到了MathWorks志存高遠(yuǎn)，正在以科技賦能的方式幫助科學(xué)家和工程師“拯救地球”，而這正是一個(gè)科技企業(yè)走向“星辰大海”未來之選。
MathWorks的未來，值得期許！