智能世界是一道迷人的数学题

    二战期间,盟军要为规模空前庞大、结构无比复杂的潜艇与舰船规划路线,制定运输策略,于是军方请来了数学家帮助破解这个复杂的管理难题。一门横跨数学与管理学的全新学科体系——运筹学(Operational Research)就这样诞生了。
    中国翻译家从“运筹帷幄之中,决胜千里之外”里选取了运筹这个词来意译OR,真可谓是神来之笔。这门学科的精髓在于将应用数学中的求最优解方案,带入到现实世界中五花八门的问题中来,帮助决策者看破数量和规模的迷雾。
    上世纪60年代,运筹学开始与新兴的计算机科学结合,用自动化计算的方式完成运筹推理,显然比人工更具优势,于是求解器诞生了。
    在欧美国家,大型基础设施建设和大规模企业背后,基本都有求解器的身影。大到航空轨道计算、远洋船舶路线规划,小到一家工厂的供应链管理、一个仓库的库区规划,都可以用求解器得到最佳答案。
    
    在中国,我们也可以看到需要求解器的场景越来越多。“双11”疯狂购物之后如何处理复杂的仓储、物流与退换货系统;面对疫情防控期间订单暴涨,工厂如何管理上万个员工和数百个厂房,才能实现资源最大化利用;在大型机场,如何让每天上千架航班最大化利用廊桥……这些问题都需要求解器来一锤定音。在产业智能化的浪潮中,求解器是一道不应缺席的身影。
    在现实中,企业应用求解器总有这样那样的难题;求解器这棵古树上,正待绽放出新的花蕊。
    不久之前,华为云在华为全联接2021期间发布了新一代天筹(OptVerse)AI求解器。在最新的全球权威Hans Mittelmann单纯形求解器榜单中,华为云天筹AI求解器斩获第一。一时间,AI求解器在业界激发了无数讨论,让求解器这个历史悠久的概念重新回到产业一线。而天筹AI求解器也与大模型、知识计算一同构成了华为云最新的AI前沿技术序列。
    在天筹AI求解器的背后,还有很多故事与价值值得被看见。智能世界这道迷人的数学题,需要AI求解器深深参与其中。
    一个难题,同时也是一个希望
    在进入天筹AI求解器的故事前,我们必须先回答这样一个问题:求解器的价值显而易见,但为什么企业,尤其是中国企业的应用率却并不高?
    这个矛盾点的核心在于求解器使用本身具有高门槛、高成本、高价值的“三高”特性。虽然对于工业生产、物流规划、供应链管理等决策价值重大的企业和部门来说,求解器理论上能够展现的价值非常容易理解。但在现实中,把复杂的零件、人员、工序以及多种变量表示为求解器的可解数据非常困难。这既需要企业有充分的数据化基础,也需要求解器能够真实贴近企业场景。
    
    相比欧美企业具有悠久的IT建设历史以及丰富的企业决策服务,发展中国家企业对运筹学的应用还是相对薄弱的。求解器落地,对企业的IT基础设施与人员技术水平都有极高的要求,很多企业甚至很难理解求解器的工作需求。加上欧美求解器产品成熟较早,也有比较完善的商业化生态,国内做商业化求解器的公司较少,产业服务相对稀缺。另一方面,求解器是内嵌在企业数字化体系中的一部分,继而也对企业整体数字化水平提出了要求,最终导致求解器在中国落地效果并不理想。即使在物流、仓储、港口等天然适合应用求解器的企业,在进行重大决策时也普遍缺少求解器的帮助。
    然而换个角度看待这个问题,每一个难题背后都是一个希望。随着一些重点行业的不断发展,以及供应链体系的复杂,中国企业发展到一定规模后必然需要应用求解器。这既给中国经济持续解放生产力带来了契机,也给中国市场涌现出更好用、更富有价值的求解器产品以时代机遇。
    毕竟,当企业规模与管理复杂度达到一定程度后,自然就会去探索求解器的可能性。华为,就是这么做的。
    一场华为的求解器探索,变成一个融合AI的产业契机
    提起中国企业研究与应用求解器,就不得不提到华为。十几年前,华为就开始了求解器的尝试和研究,当时的华为已然有了求解器的场景需求和技术基础。
    一方面,华为在通信领域的布局和积累,需要大力研究信号与数据的分配和规划,这本身就与运筹学紧密相关。另一方面,华为拥有着难以想象的超大规模供应链,如何管理和规划供应链,也是一个极有必要应用求解器的问题。
    在自身技术布局与产业需求的双向加持下,华为看到了一系列问题都必须通过运筹规划来解决。经过十余年的技术探索与产业应用,华为积累了非常丰富的求解器技术,并且拥有了业内顶尖的求解器落地经验。在一年多之前,华为云做出了一个重要决定:把积累的求解器技术开放出来,进行商用。
    这个战略决定的背后,不仅仅是华为云自身的技术迭代与产品考量。统观整个求解器市场,目前主流的求解器产品已经相对成熟,并且长时间缺乏突破。尤其当以深度学习为代表的AI技术复兴后,原本具有与AI深度融合必要性的求解器,却因为产业进入平缓期、主流厂商缺乏技术突破意图而错过了智能化机遇。这就导致当企业应用智能化求解器的需求大幅增长时,求解器产品却停滞在不好用、不好学、不够智能化的难题中。
    
    而这正是华为云的机会,也是商业求解器市场本身的机遇需求。早在2018年,华为就公布了全栈全场景AI战略,其中华为云是AI技术革新与平台沉淀的重要载体;华为将十余年的求解器布局与AI技术能力融合,打造出业界首款作用于产业场景的AI求解器产品——天筹AI求解器。
    具体来看,天筹AI求解器相比于传统求解器产品,差异化主要体现在AI技术的多方面融入。首先是在上层套件中,AI技术可以帮助求解器更准确、灵活地理解企业使用过程,将生产场景中的真实情况更简单映射到求解器中。从而极大程度降低了求解器的使用门槛,这也解决了传统求解器应用难、推广难的最主要问题。
    另一个AI求解器的关键提升在于求解过程的智能化。传统求解器大多基于数学经典算法来实现,但AI求解器吸纳了人工智能的理解能力,极大提高了求解器的解释速度。从而提升了企业应用求解器的效率。
    降低门槛,提升效率,这是AI在投入企业应用时两个恒定的主题。与求解器的结合也是如此,基于智能化的加持,求解器可以适配更多样化的企业场景,并且提升本身的工作能力与工作效,继而突破了业界运筹优化极限。
    
    从天筹AI求解器发布起,我们可以看到一系列业界记录被相继打破。
    在求解规模上,天筹AI求解器可以支持亿级规模问题的求解,帮助处理更复杂场景的优化决策;在求解速度上,实现了面对亿级规模问题的求解,速度也能最高提升100倍;在建模效率上,使用AI技术智能建模后,建模效率最高提升30倍;在求解效率中,利用AI技术自适应调优后,效率最高提升30%。
    最终,刚刚问世的华为云天筹AI求解器在全球权威的 Hans Mittelmann 线性规划单纯形求解器于9月18日榜单中斩获第一,刷新了世界纪录。
    至此,AI求解器的诞生不仅丰富了华为云的AI技术服务体系,更为产业智能化之路打开了一个全新的机遇。
    一场港口之旅,洞开一场智能化变革
    此前我们就讨论过天筹AI求解器在天津港的落地实践。其实不仅是港口,物流、工厂、能源等结构复杂、要素多样的产业在本质上都需要运筹学的加持,以达到生产效率与成本的最优解。
    但在天筹AI求解器的天津港之旅中,确实可以看到AI求解器落地背后的很多有趣故事与产业智慧。
    天津港是京津冀的海上门户,也是一带一路战略的重要港口支点。在2021年,天津港这一特大港口的集装箱年吞吐量已经近2000万标准箱。在不断发展壮大的过程中,天津港也涌现出了丰富的数字化需求,以及对求解器应用的需求。
    一方面,天津港在积极探索“智慧港口”的道路,比如5G、无人驾驶集装箱卡车等。天津港在利用各种智能化技术将单机效率达到极限后,面对如此庞大的业务体量,迫切需要基于全局统筹计划,进行全链路协同,最大化调动所有资源。
    另一方面,随着天津港的不断发展,越来越多的业务难以凭借人工进行规划。人工规划只能看到自己负责的“一亩三分地”,而全局统筹规划需要涉及到千万个甚至到亿级的变量和约束条件,仅靠人工根本无法做到;另外,整个计划做完需要耗时24小时,效率极低,每次只能提前计划,难以实时调整。于是,天津港内部不断产生了更新求解器产品的需求。而华为恰好在此时提供了这一技术能力的创新。
    
    天津港与华为云合作,开发了新一代的港口智能计划平台,开始AI求解器的港口落地之旅。
    天筹AI求解器在天津港的第一份工作,是从帮助港口进行计划模块规划开始的,并且很快取得了成果。通过天筹AI求解器,天津港的一些业务联动效率与准确率得到了明显提升,给港口生产带来了长期价值。例如,华为云天筹AI求解器可实现全链路协同,最大化地调动所有资源,使天津港设备利用率提高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。
    在此基础上,随着双方合作业务的深入与赋能模块的提升,AI求解器不断深入到了天津港的方方面面,形成了模块化、常态化的落地通道。
    合作中有一个很有意思的故事。在双方合作刚开始的时候,华为云相关团队在研究了港口业务之后满怀信心,团队很快入驻天津港,逐条梳理了天津港的业务流程与生产数据,慢慢将问题接手过来。甚至主动帮助天津港去发现问题,纠正此前存在的数据错误,这一点让天津港的工作人员都感到十分惊讶。
    逐步去梳理行业问题,理解行业特征,是很多AI技术落地时都不得不面对的问题。华为云与天津港的合作,或许可以带来很多产业经验:对于流程复杂、业务模块众多的重点行业,既不能存在对业务场景的为难和抵触心理,也不必过分高估行业门槛的存在。深入其中,仔细梳理,以技术撬动需求,或许才是达成合作,共同创造价值的最佳方案。
    未来,华为云天筹AI求解器还将继续深入探索港口行业,同时也会向工业、制造、物流等更多领域拓展。对于企业来说,天筹AI求解器不仅意味着强大的求解器支持,还是华为充沛行业数字化经验的赋能,以及领先AI技术的加持。
    融合运筹学、AI以及行业智慧,天筹AI求解器得以帮助行业把握住产业智能化机遇。
    一座灯塔,就是一个答案
    求解器和运筹学重要吗?当然重要,其在产业智能化、数字化中的地位无可替代。
    但在中国以及更多的发展中国家,运筹学的人才培养以及就业、创业支持都远远达不到需求水准。即使是华为,想要招聘运筹学人才都十分困难。
    放眼整个产业,会发现大型企业多数将运筹学与求解器人才放在IT或者算法岗位中,很少能够单独建立部门或者成立项目。很多非常需要求解器的企业,甚至都不知道运筹学与决策智能的可能性。另一方面,市场需求的寡淡也影响了人才培育。学生更倾向去学AI等高需求、高回报的专业,对运筹学这样的重要学科反而很难全力投入。
    
    天筹AI求解器更深层的意涵,在于华为云通过将内部技术开放出来,走向商业化与规模化,构筑了一个全新的产业支点。这个支点就像一个灯塔,可以让学生、老师、从业者看到运筹学与求解器本应具有的重要意义。学术与产业生态可以以此为圆点进行汇集,天筹AI求解器可以变成一项产业驱动力,一个交流与发展的平台。运筹学这个学科,求解器这项技术,并不古老或保守,而是必然在AI时代必然会焕发出全新的生命力。
    求解器应用是一道难题,于是AI求解器打开了一个可能。
    天筹AI求解器构筑了一座灯塔,给运筹学与智能化带来了一个全新的答案。
    数字中国建设是这个时代最重要的任务之一。在这一目标的引领下,各行业的管理效率提升、数字化决策、少人化管理是一道必答题。求解器必然会深深嵌入数字中国的根系,成为智能化浪潮不可替代的支柱。
    我们可以探索、建设甚至引领求解器的未来,这就是“天筹”的答案。