AI落地實踐連載②｜不止于管理軟件重構(gòu)，AI正重新定義工業(yè)過程控制
在人工智能加速向千行百業(yè)滲透的當(dāng)下，各企業(yè)如何將AI技術(shù)落地為實際生產(chǎn)力？
為探尋答案，6月6日，“智見新局?AI—— 人工智能 ToB 場景落地研討會”在金現(xiàn)代成功召開。
中國信通院、國網(wǎng)信產(chǎn)集團(tuán)、中航工業(yè)航空研究院、華潤江中、上海建科、日照鋼鐵、金現(xiàn)代等眾多企業(yè)代表齊聚，分享AI在不同業(yè)務(wù)領(lǐng)域的高價值落地場景。
上期分享了日照鋼鐵的 “AI + 招投標(biāo)文檔審查” 實踐經(jīng)驗。本期跟隨金現(xiàn)代董事長黎峰的演講，深入工業(yè)過程控制場景，解碼AI重新定義工業(yè)生產(chǎn)的邏輯和路徑。
以下為演講精華實錄：
前面大家聊的AI應(yīng)用大多集中在管理軟件領(lǐng)域，其實 AI 在工業(yè)過程控制中同樣效果顯著。今天我想分享的，就是 AI 在工業(yè)過程控制中的實際應(yīng)用案例。
金現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司董事長 黎峰
電廠燃煤鍋爐氮氧化物含量預(yù)測
第一個案例是燃煤鍋爐氮氧化物含量預(yù)測。燃煤鍋爐產(chǎn)生的氮氧化物是火電廠主要污染物之一，必須進(jìn)行脫硝處理。但實際操作中存在多重延遲：氮氧化物含量檢測延遲，脫硝劑閥門控制有延遲，藥劑在管道中流動也有延遲，整個系統(tǒng)延遲累計約三分鐘。
因此，我們需要精準(zhǔn)預(yù)測三分鐘后排煙中的氮氧化物含量 —— 這僅憑人工經(jīng)驗是很難實現(xiàn)的，于是我們引入大模型，通過建模預(yù)測180秒后的氮氧化物含量，以此來確保脫硝劑投放比例精準(zhǔn)、投放時機(jī)及時。
因為如果脫硝劑投加量不足，脫硝的效果就不達(dá)標(biāo)；如果過量，會導(dǎo)致結(jié)垢、堵塞、阻力增加，同時增加脫硝劑成本。這是我們與某熱工院合作的實際項目，非常具有現(xiàn)實意義。
在模型選型階段，我們對比了Transformer、RNN、CNN、TimeLLM四種架構(gòu)（參數(shù)量均小于10億），算力配置要求不高，僅需1張4090顯卡即可運(yùn)行。
另一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)是參數(shù)篩選：我們從鍋爐20項原始監(jiān)測參數(shù)中，通過相關(guān)性分析精選出總風(fēng)量、溫度、CO含量、鍋爐O?含量、煤量這5項核心參數(shù)，用于模型訓(xùn)練。
在數(shù)據(jù)處理方面，我們從DCS系統(tǒng)獲取100萬條原始數(shù)據(jù)，通過降頻處理至10萬條，同時完成空值、異常值處理及數(shù)據(jù)降噪。并且對歷史窗口長度、預(yù)測窗口長度等訓(xùn)練參數(shù)進(jìn)行了調(diào)優(yōu)。
從模型訓(xùn)練結(jié)果對比來看，PATCHTST 模型精度表現(xiàn)突出，均方誤差為0.9%；TimeLLM 模型與TST模型效果接近，考慮到大模型技術(shù)的快速迭代的優(yōu)勢，我們最終選擇了TimeLLM 模型。
從預(yù)測結(jié)果來看：左圖中，模型對180秒后氮氧化物含量的預(yù)測曲線與實際監(jiān)測曲線幾乎完全重疊（左推3分鐘后對齊），均方誤差小于1，預(yù)測精度已經(jīng)達(dá)到工業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。這個案例充分證明，大模型在工業(yè)過程控制中完全能夠發(fā)揮關(guān)鍵作用。
鋼鐵廠燒結(jié)工藝優(yōu)化
第二個落地場景是鋼鐵廠燒結(jié)工藝優(yōu)化。礦石磨粉后不能直接送到高爐冶煉，需要與石灰粉、粘合劑、水等混合成糊狀（含水量約7.8%），燒結(jié)成塊狀物后才能用于煉鐵。整個燒結(jié)工藝包含原料配混、燒結(jié)、煙氣處理三大核心環(huán)節(jié)。
那么在這個場景下，大模型能發(fā)揮哪些作用呢？
①配礦大模型：礦石的原料來源是多種多樣的（如澳大利亞、巴西、印度等），不同礦石含鐵量和雜質(zhì)差異很大。怎么配礦比例最優(yōu)？現(xiàn)在鋼廠的做法是依賴工程師的經(jīng)驗，開會討論，左調(diào)一點，右調(diào)一點，基本靠經(jīng)驗。
但其實我們通過歷史數(shù)據(jù)訓(xùn)練出配礦大模型，就能智能生成最優(yōu)的配礦方案。鋼廠有個強(qiáng)烈訴求：不想只買好礦石（雖然煉鐵效果好但貴），而是期望降低礦石采購成本的同時，還能煉出高質(zhì)量鐵水，現(xiàn)在通過大模型就可以幫助鋼廠實現(xiàn)這個訴求。
②燒結(jié)控制大模型：當(dāng)前燒結(jié)工藝主要控制四個參數(shù)：輔料厚度、點火溫度、風(fēng)箱負(fù)壓抽風(fēng)速度、燒結(jié)機(jī)運(yùn)行速度，都依賴工人經(jīng)驗調(diào)節(jié)。我們完全可以通過歷史數(shù)據(jù)來訓(xùn)練一個燒結(jié)大模型，控制好這四個參數(shù)，使質(zhì)量更好、更穩(wěn)定，同時更節(jié)能。
③氮氧化物預(yù)測大模型：和上一個案例講到的電廠的鍋爐是一樣的，它也有一個煙氣處理的問題，所以說也可以把氮氧化物的預(yù)測模型用到這個地方來。
燒的礦好不好，傳統(tǒng)方式是怎么判斷的呢？靠燒結(jié)工聽礦翻車落到地上的聲音，聲音越脆，說明強(qiáng)度越高、質(zhì)量越好；另外就是看燒結(jié)斷面的紅外成像，看燒得勻不勻、透不透。
④翻車聲音大模型：其實我們可以用聲紋，讓老師傅標(biāo)注，用大模型做一個質(zhì)量聲音傳感器。這樣工人不用跑到現(xiàn)場聽翻車聲音 —— 我去過現(xiàn)場，環(huán)境很熱，工人很辛苦，有了這個就能實時反饋燒結(jié)質(zhì)量。
⑤斷面成像大模型：斷面成像現(xiàn)在用紅外技術(shù)，圖像已經(jīng)取過來了，但一直是靠燒結(jié)工肉眼觀察。我們可以通過預(yù)訓(xùn)練處理，訓(xùn)練出質(zhì)量判斷模型，讓大模型自己判斷燒結(jié)分布均勻還是不均勻。
我們還可以有個更大的設(shè)想：做冶煉全過程的大模型控制，比如做一個大Agent 把這些小模型串起來，控制全程。現(xiàn)在鋼鐵廠特別看重噸成本，噸成本比別人低，在市場上就有競爭力。所以，大模型在工業(yè)控制里可大可小，小到模擬一個聲紋識別傳感器，大到噸成本的控制，都可以一步步突破。
多模態(tài)、時序大模型進(jìn)入生產(chǎn)過程控制
傳統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)（比例 - 積分 - 微分），看這三個字母就知道有積分、微分，它靠物理和化學(xué)機(jī)理形成數(shù)學(xué)模型。但在非線性、高階、高延遲、長周期、多變量耦合的環(huán)境下，PID很難發(fā)揮作用，還得靠人工經(jīng)驗。
但人遇到復(fù)雜情況也只能 “約莫著來”（估計著來）：這次水加多點，下次添加劑多一點，因為人沒有辦法完全把握數(shù)據(jù)和參數(shù)的關(guān)系，尤其對高階和高延遲的系統(tǒng)。
所以現(xiàn)在流行的技術(shù)趨勢是 “大模型 + 先進(jìn)過程控制（APC）”：大模型能從海量歷史數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)規(guī)律，不需要深度理解物理機(jī)理，就可以實現(xiàn)工藝優(yōu)化。這里我們有個關(guān)鍵優(yōu)勢：中國工業(yè)廣泛部署的 DCS 系統(tǒng)每秒產(chǎn)生海量運(yùn)行數(shù)據(jù)，為大模型訓(xùn)練提供了充足 “養(yǎng)料”，這使得AI在復(fù)雜系統(tǒng)控制中超越人類經(jīng)驗成為可能。
另外一個優(yōu)勢是：即使初期訓(xùn)練使用的是前三個月的歷史數(shù)據(jù)（這些數(shù)據(jù)可能基于人工經(jīng)驗設(shè)置，導(dǎo)致初期精確率不足），但隨著系統(tǒng)運(yùn)行不斷產(chǎn)生新數(shù)據(jù)，模型可通過滾動優(yōu)化、持續(xù)迭代，準(zhǔn)確率會越來越高。
這就是我想表達(dá)的“換道超車”—— 大模型切入生產(chǎn)過程控制，弱化了對物理和化學(xué)機(jī)理的依賴。在過去，不懂工藝的人沒法優(yōu)化工藝，現(xiàn)在搞計算機(jī)的人沒見過燒鍋爐，也能做高爐燒結(jié)的大模型，進(jìn)行工藝優(yōu)化。
這聽起來好像有點 “玄學(xué)”，不懂怎么實現(xiàn)優(yōu)化？其實是回歸了老師傅經(jīng)驗的本質(zhì)：老師傅的經(jīng)驗是數(shù)據(jù)加訓(xùn)練得來的，大模型的核心邏輯仍然是數(shù)據(jù)驅(qū)動與算法訓(xùn)練，本質(zhì)是一樣的。所以，從實踐和直覺來看，這條技術(shù)路線完全可行，AI 必將在工業(yè)控制領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)對人類經(jīng)驗的超越。