【ZiDongHua 之“自動(dòng)化學(xué)院派”收錄關(guān)鍵詞：上海交通大學(xué) 自動(dòng)控制 人工智能 傳感器 】

　　

　　交大最新AI成果發(fā)布：既“準(zhǔn)時(shí)”，又靠譜！

　　

　　發(fā)酵技術(shù)是生物制造的核心手段，在食品、醫(yī)藥、能源以及化工等諸多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，是否掌握發(fā)酵領(lǐng)域的最新技術(shù)，決定著是否能在全球最“高精尖”的生物制造領(lǐng)域占得先機(jī)。而在生物發(fā)酵領(lǐng)域，時(shí)間是一個(gè)很大的影響因素：微生物在各個(gè)生長(zhǎng)階段的差異十分顯著，它們的生長(zhǎng)狀態(tài)關(guān)系到整個(gè)發(fā)酵過(guò)程的成敗。為了保證發(fā)酵質(zhì)量，通常需要人類工程師根據(jù)常年積累的經(jīng)驗(yàn)，24小時(shí)不間斷地進(jìn)行手動(dòng)調(diào)控。

　　

　　近日，上海交通大學(xué)李金金教授團(tuán)隊(duì)打造了“基于遷移學(xué)習(xí)和物理可解釋的小樣本AI工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)”（AI自控系統(tǒng)，ManuDrive），并落地轉(zhuǎn)化，使用“AI工程師”將時(shí)間維度引入工業(yè)發(fā)酵過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了AI動(dòng)態(tài)調(diào)控，通過(guò)在復(fù)雜的生物發(fā)酵過(guò)程中能動(dòng)態(tài)調(diào)控參數(shù)，實(shí)時(shí)生成未來(lái)每一個(gè)時(shí)刻的最優(yōu)發(fā)酵方案，進(jìn)而大幅度提升了工業(yè)發(fā)酵產(chǎn)量。

 

　　

　　將“時(shí)間維度”引入AI

　　

　　推動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)

 

　　

　　在新疆川寧生物的落地應(yīng)用中，ManuDrive大幅提升了發(fā)酵罐的發(fā)酵產(chǎn)量，同時(shí)生產(chǎn)過(guò)程中的波動(dòng)也得到了極大幅度的降低，工廠的生產(chǎn)穩(wěn)定性和效率都顯著增強(qiáng)。

　　

　　以抗生素發(fā)酵7天的周期為例，在發(fā)酵進(jìn)行到第20小時(shí)的時(shí)候，ManuDrive就能生成從第21小時(shí)、第22小時(shí)、第23小時(shí)，一直到最后的第150小時(shí)的完整發(fā)酵操作方案，精準(zhǔn)“預(yù)測(cè)”整個(gè)發(fā)酵過(guò)程。這改變了傳統(tǒng)的發(fā)酵調(diào)控模式，不再需要人類工程師手動(dòng)去進(jìn)行每個(gè)小時(shí)的發(fā)酵調(diào)控工作，而是借助人工智能向中控系統(tǒng)發(fā)送操作指令，大大提高了調(diào)控的效率與精準(zhǔn)度；通過(guò)AI調(diào)控所生成的方案更加科學(xué)有效，對(duì)原先以經(jīng)驗(yàn)為主的生物發(fā)酵方案進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化。同時(shí)，人工智能的調(diào)控具備持續(xù)迭代的優(yōu)勢(shì)，基于ManuDrive所產(chǎn)生的高質(zhì)量數(shù)據(jù)，AI又能夠持續(xù)進(jìn)行反饋和迭代，使得發(fā)酵產(chǎn)量不斷提升，形成了一個(gè)不斷輸入新數(shù)據(jù)、提升產(chǎn)量，再輸入新數(shù)據(jù)、進(jìn)一步提升產(chǎn)量的良性循環(huán)，進(jìn)一步推動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

 

　　

　　ManuDriveAI工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)界面

　　

　　ManuDrive將“時(shí)間維度”引入到工業(yè)控制領(lǐng)域當(dāng)中，攻克了生物發(fā)酵這一復(fù)雜且動(dòng)態(tài)過(guò)程里實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)與精準(zhǔn)調(diào)控的國(guó)際難題，顯著提高發(fā)酵穩(wěn)定性和產(chǎn)量。“隨著AI技術(shù)與生物制造的深度融合發(fā)展，發(fā)酵生產(chǎn)正逐步從以往依賴經(jīng)驗(yàn)的‘試錯(cuò)模式’向依靠數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的‘智能模式’轉(zhuǎn)變。它不僅對(duì)原有的生產(chǎn)流程進(jìn)行了重新塑造，更在生物制造領(lǐng)域催生出了一場(chǎng)意義深遠(yuǎn)的技術(shù)革命，為整個(gè)行業(yè)的未來(lái)發(fā)展開(kāi)辟了更為廣闊的前景。”李金金表示。

　　

　　ManuDrive已成功為新疆的川寧生物賦予強(qiáng)大科技動(dòng)能。通過(guò)這一先進(jìn)算法的應(yīng)用，川寧生物在生產(chǎn)、配方等多方面實(shí)現(xiàn)了顯著提升，企業(yè)收獲了巨大的經(jīng)濟(jì)利益，成為了滬疆合作中的典型代表案例，更是彰顯出上海科技賦能新疆產(chǎn)業(yè)所取得的重要成果。值得一提的是，上海市科委對(duì)這一成功實(shí)踐大力支持，并積極推薦在全國(guó)范圍內(nèi)，充分利用人工智能技術(shù)去為更多的制造業(yè)企業(yè)注入發(fā)展活力，助力企業(yè)打破發(fā)展瓶頸，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)整體邁向更高質(zhì)量的發(fā)展階段。

　　

　　“AI工程師”

　　

　　精準(zhǔn)預(yù)測(cè)復(fù)雜發(fā)酵過(guò)程

　　

　　ManuDrive通過(guò)軟硬件結(jié)合方式運(yùn)行。在軟件層面，ManuDrive具備強(qiáng)大且智能的“大腦”，從備料階段起，它就能夠深度挖掘并分析海量的歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)，憑借強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力和自主決策能力，精準(zhǔn)地規(guī)劃出物料的配比方案，確保每一個(gè)環(huán)節(jié)都能在最合理的準(zhǔn)備下開(kāi)啟。進(jìn)入生產(chǎn)環(huán)節(jié)后，軟件系統(tǒng)會(huì)向硬件設(shè)備下達(dá)指令，指揮整個(gè)生產(chǎn)流程有序自動(dòng)化推進(jìn)。例如，發(fā)酵罐能夠依據(jù)指令自動(dòng)啟停，溫度調(diào)節(jié)裝置可嚴(yán)格按照設(shè)定實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的溫度調(diào)控，通氣量控制設(shè)備也能穩(wěn)定地維持在合適的水平，每一個(gè)硬件動(dòng)作都能做到分毫不差，保證生產(chǎn)過(guò)程的精確性與連貫性。

　　

　　在硬件方面，密布于發(fā)酵罐等關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備上的各類傳感器，如同ManuDrive系統(tǒng)的“神經(jīng)末梢”，它們時(shí)刻保持高度的敏銳性，實(shí)時(shí)捕捉微生物生長(zhǎng)狀態(tài)、PH值、溶氧量等多達(dá)數(shù)百項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)，并將這些數(shù)據(jù)源源不斷地反饋給軟件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)接收到硬件傳來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)后，會(huì)結(jié)合內(nèi)置的考慮時(shí)間維度動(dòng)態(tài)變化的智能模型，以毫秒級(jí)的超快速度進(jìn)行深度分析，迅速優(yōu)化調(diào)控策略，讓整個(gè)發(fā)酵過(guò)程始終維持在最佳狀態(tài)。在產(chǎn)量預(yù)測(cè)環(huán)節(jié)，依托機(jī)器學(xué)習(xí)算法，“AI工程師”能夠?qū)Ａ可a(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘和分析，提前洞察產(chǎn)量波動(dòng)趨勢(shì)，將生產(chǎn)誤差嚴(yán)格控制在極小的范圍之內(nèi)。

　　

　　低成本“AI大腦”

　　

　　可適應(yīng)企業(yè)輕量化部署

　　

　　以生物發(fā)酵行業(yè)為例，ManuDrive跳出傳統(tǒng)AI模型需要海量訓(xùn)練迭代的“窠臼”，能精準(zhǔn)捕捉微生物生長(zhǎng)與環(huán)境變量間的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)，構(gòu)建起科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)念A(yù)測(cè)模型，訓(xùn)練效率提升了數(shù)十倍，大大縮短了從模型開(kāi)發(fā)到實(shí)際應(yīng)用的周期。操作人員不僅能直觀理解模型決策依據(jù)，還能基于因果邏輯對(duì)生產(chǎn)策略進(jìn)行靈活調(diào)整，提升生產(chǎn)決策的科學(xué)性與可靠性。這一特性在生物發(fā)酵等高風(fēng)險(xiǎn)、高成本領(lǐng)域尤為關(guān)鍵——既降低了因盲目試錯(cuò)帶來(lái)的資源損耗，又為生產(chǎn)流程優(yōu)化提供了堅(jiān)實(shí)的理論支撐。

　　

　　與此同時(shí)，不同于主流AI大模型需依賴數(shù)千乃至上萬(wàn)塊GPU卡才能運(yùn)行的高耗能模式，ManuDrive憑借創(chuàng)新算法架構(gòu)，僅需十幾張GPU卡，配合傳統(tǒng)AI模型中5%的數(shù)據(jù)量，就能實(shí)現(xiàn)連續(xù)、精準(zhǔn)的推理預(yù)測(cè)。這一突破不僅大幅削減企業(yè)在算力資源上的資金投入，更顯著降低智能化改造成本，讓中小型企業(yè)也能以低成本部署高效 “AI工業(yè)大腦”。

　　

　　在國(guó)產(chǎn)化適配層面，該系統(tǒng)深度兼容國(guó)產(chǎn)算力服務(wù)器，從硬件底層到算法框架實(shí)現(xiàn)全鏈路自主可控。系統(tǒng)充分發(fā)揮國(guó)產(chǎn)算力設(shè)備的性能優(yōu)勢(shì)，在保障運(yùn)算效率的同時(shí)，擺脫對(duì)進(jìn)口算力設(shè)備的依賴。這種輕量化部署與國(guó)產(chǎn)算力的結(jié)合，使企業(yè)無(wú)需擔(dān)心算力基礎(chǔ)設(shè)施的高昂建設(shè)成本與維護(hù)壓力，可快速完成系統(tǒng)部署與調(diào)試，加速智能化轉(zhuǎn)型進(jìn)程。