近期,聯(lián)想研發(fā)的人工智能算法獲得了Franz Edelman杰出成就獎提名,該獎是全球運籌和管理科學(xué)界的最高榮譽,被譽為運籌學(xué)的“奧斯卡”。該獎設(shè)立50年以來還從未有中國公司獲此獎項,聯(lián)想集團有望實現(xiàn)中國公司“零的突破”。
Franz Edelman杰出成就獎重點獎勵全球的組織、企業(yè)在運籌和管理學(xué)領(lǐng)域做出突出貢獻、并帶來重大應(yīng)用價值的研究項目或成果,自獎項1972年首次頒發(fā)以來,獲獎項目已累計產(chǎn)生2500多億美元價值。
聯(lián)想的人工智能憑什么被提名?
合肥市肥西縣云谷路3188號,每一秒有兩臺PC下線,每天有超過8萬臺筆記本電腦從這里誕生,每年出產(chǎn)則超過3700萬臺,全球每生產(chǎn)8臺筆記本電腦,就有一臺來自這里——聯(lián)想旗下的自有制造中心聯(lián)寶電子科技有限公司。聯(lián)想是全球最大的個人電腦公司,全球市場份額獨占四分之一,聯(lián)想旗下超過50%的PC來自聯(lián)寶科技,聯(lián)寶科技亦為聯(lián)想旗下以及全世界最大的個人電腦生產(chǎn)與研發(fā)中心。
巨大的數(shù)字背后有巨大的難題。聯(lián)想旗下的PC產(chǎn)品有ThinkPad、拯救者、Yoga、小新、ThinkBook等眾多產(chǎn)品線,這些產(chǎn)品線覆蓋了從高到低各種配置與需求。與此同時,來自市場的需求又千變?nèi)f化,工廠生產(chǎn)何種產(chǎn)品的計劃每天都是全新的。事實上,目前聯(lián)寶科技每天要接到來自全球包含8萬臺設(shè)備生產(chǎn)計劃的5000余個訂單,這些訂單80%以上都是單筆小于5臺的個性化定制。換言之,每天早上如何在聯(lián)寶科技的4個車間、43條裝配線上安排這幾百個不同配置的生產(chǎn)計劃,是工廠高效工作最大的難題之一。
難點首先來自配件調(diào)度。一臺電腦從聯(lián)寶工廠是從將最基本的電容、電感等配件焊接至電路板,直到灌入操作系統(tǒng),打包出廠為止,這其中有超過2000種不同的零配件需要輸送至生產(chǎn)線;第二重難點來自任務(wù)序列。每個系列的產(chǎn)品、同系列不同配置的產(chǎn)品之間使用的零配件即有重疊的部分,比如電容、電感、接口等,也有相同的部分,比如處理器、內(nèi)存顆粒等。高效的安排產(chǎn)品生產(chǎn)序列,需要盡可能減少配件供應(yīng)的切換,提高效率。
在這樣的現(xiàn)實下,安排每一個生產(chǎn)任務(wù)在生產(chǎn)線上的先后序列,就如同再下一盤難度爆表的棋。說到下棋,圍棋無疑是最難的棋類運動之一,下圍棋時每一步走棋的可能性都遠(yuǎn)超宇宙中所有原子數(shù),用計算力單純來窮舉無疑癡人說夢。但2017年,人工智能 AlphaGo用人類無法撼動的優(yōu)勢不僅宣告了深度學(xué)習(xí)這項技術(shù)在人工智能研發(fā)上的力量,也成就它成為解決策略問題最偉大的人工智能成果之一。
聯(lián)想集團此次獲提名的LAPS聯(lián)想先進生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)(Lenovo advanced production scheduling system)亦是如此,它解決了復(fù)雜度同樣遠(yuǎn)超宇宙中所有原子數(shù)的生產(chǎn)調(diào)度問題,而且為實際生產(chǎn)創(chuàng)造了數(shù)十億元的新價值。
LAPS厲害在哪里?
從技術(shù)上來說,生產(chǎn)線上不僅充滿不確定性,同時還很復(fù)雜。首先,原材料和需求因為市場和上游供應(yīng)商的原因,數(shù)量、質(zhì)量會有很大的波動,在安排生產(chǎn)計劃是必須將波動考慮在內(nèi),要對車間的最新情況,比如可用生產(chǎn)線、生產(chǎn)能力、設(shè)備狀況,甚至是工作人員出勤情況全盤統(tǒng)籌,還需要快速響應(yīng)。
其次,生產(chǎn)過程的業(yè)務(wù)需求有可能是互相矛盾的,比如高延遲風(fēng)險的緊急訂單需要優(yōu)先生產(chǎn),但是總體生產(chǎn)的目標(biāo)又傾向于把類似的訂單中整合在一起,以求縮短生產(chǎn)線換線時間,提高生產(chǎn)效率。這兩種需求實際上需要平衡,但很難。
在有LAPS輔助決策之前,聯(lián)寶工廠是依靠一套基于固定規(guī)則的手工排班方法進行生產(chǎn)調(diào)度,這個過程是由數(shù)個資深工程師每日花費數(shù)小時完成。而聯(lián)想研究院領(lǐng)銜研發(fā)的LAPS用全新的方法解決了這個問題,每日向工具中加載數(shù)據(jù),比如制造訂單、生產(chǎn)能力和生產(chǎn)線等參數(shù),再附加上生產(chǎn)約束條件以及需求偏好等一起輸入,LAPS單次運行便可處理超過10億個變量和50億個約束條件,在兩分鐘左右完成生產(chǎn)調(diào)度計劃。
如此強大的LAPS是如何構(gòu)建的呢?讓我們再回到下圍棋。
計算機擅長浮點運算,但對于圍棋這樣復(fù)雜的問題,即使是最強大的計算機,窮盡和比較一盤棋的所有可能性也是不切實際的,因為在圍棋19乘以19路的棋盤上,每一步的可能性遠(yuǎn)超過宇宙中的原子數(shù)10的80次方個。而職業(yè)圍棋手經(jīng)過多年的訓(xùn)練,獲得了一種可以判斷局面的“直覺”。這種“直覺”的核心其實來自對過去棋局的提煉和記憶,在AlphaGo之前,職業(yè)棋手的這種感覺是圍棋領(lǐng)域中有些玄妙色彩的東西。
人類棋手類似,AlphaGo通過深度學(xué)習(xí)、蒙特卡洛樹搜索從大量的對弈經(jīng)驗中累積學(xué)習(xí)來獲得對弈策略,在人類棋局不足時,AlphaGo還可以自我對弈產(chǎn)生更多的經(jīng)驗。最終的結(jié)局,就是AlphaGo在分別戰(zhàn)勝李世乭九段和柯潔九段,棋力已經(jīng)遠(yuǎn)超人類極限后,最終宣布“退出”圍棋項目。
同樣的思路也可以應(yīng)用到生產(chǎn)調(diào)度中。就像玩拼圖、俄羅斯方塊或圍棋一樣,生產(chǎn)調(diào)度的過程也可以看作是將一系列元素,一個個放到正確的位置上。與其說算法是在學(xué)習(xí)解決方案,不如說是在學(xué)習(xí)過去人類的經(jīng)驗。
LAPS的卓越性能來自于多種人工智能技術(shù)和數(shù)學(xué)優(yōu)化算法。通過構(gòu)建獨創(chuàng)的深度非線性編碼器和策略學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò),決策引擎可對大規(guī)模排程問題進行多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化,并支持對優(yōu)化目標(biāo)的實時配置和反饋。用戶可根據(jù)需求和環(huán)境變化,靈活設(shè)置生產(chǎn)目標(biāo)、物料齊套、生產(chǎn)排程等環(huán)節(jié)的參數(shù)和優(yōu)先級、并能通過添加或刪除決策任務(wù),實現(xiàn)可靈活定制化的生產(chǎn)規(guī)劃。
同時,引入基于深度圖模型的遮蓋網(wǎng)絡(luò),快速判斷復(fù)雜的約束條件,以確保在不犧牲響應(yīng)速度的前提下,決策結(jié)果嚴(yán)格遵守復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯。除此之外,研發(fā)人員還進一步引入并行化技術(shù),提升系統(tǒng)響應(yīng)速度,使其具備實時決策、增量規(guī)劃,以及假設(shè)分析等能力。
這些技術(shù)和算法,充分優(yōu)化了生產(chǎn)線之間的生產(chǎn)資源分配和調(diào)度,提供更高效、更優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)資源配置方案,解決了制造業(yè)生產(chǎn)計劃耗時長、效率低、無法兼顧多個目標(biāo)等問題。
聯(lián)想的人工智能不是“花架子”
研發(fā)聯(lián)想先進生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)LAPS的聯(lián)想研究院,是聯(lián)想旗下研發(fā)體系中著眼3至5年中長期技術(shù)投入的重要環(huán)節(jié),承載著聯(lián)想對技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢的理解,并以此布局未來發(fā)展。與此同時,聯(lián)想的研發(fā)思路聚焦在如何從高效賦能企業(yè)自身出發(fā),實現(xiàn)最大可能性的研發(fā)結(jié)果轉(zhuǎn)化,以及更進一步的賦能行業(yè)。
LAPS自從2019年初步部署在聯(lián)寶生產(chǎn)中心之后,展現(xiàn)了更快、更好的排產(chǎn)能力。對于單次排產(chǎn)規(guī)劃,LAPS可以在幾分鐘內(nèi)生成生產(chǎn)計劃,這比傳統(tǒng)解決方案所需的數(shù)小時計算速度快得多,快速的排產(chǎn)也為調(diào)整和重新安排提供了足夠的靈活性。LAPS納入生產(chǎn)體系后,原有的極富經(jīng)驗的任務(wù)團隊可以大大地騰出時間來處理其他更有價值的任務(wù)。除了速度上的提升,LAPS在生產(chǎn)量、訂單數(shù)量和客戶滿意度等所有方面都優(yōu)于過去的方案。
為了更進一步評估LAPS對聯(lián)想的真正價值,LAPS在部署之初是與人工排班程序并行運行進行了一年的比較。這期間,聯(lián)寶生產(chǎn)中心的PC產(chǎn)量增加了23%,積壓訂單數(shù)量減少了20%。
今年兩會上,碳達峰、碳中和被首次寫入政府工作報告,也成為代表委員們討論的“熱詞”。正如聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)在評估報告中所描述,人類活動顯著影響氣候變化。聯(lián)想對此十分認(rèn)同,也意識到當(dāng)前氣候變化的趨勢將帶來巨大的經(jīng)濟和社會影響。當(dāng)下,需采取必要行動來穩(wěn)定大氣層中的溫室氣體含量并將全球平均氣溫升幅維持在可接受范圍內(nèi)。
作為中國ESG(環(huán)境、社會和企業(yè)管理)可持續(xù)發(fā)展表現(xiàn)最好的公司之一,LAPS還將進一步讓人類世界變得更美好,持續(xù)削碳排放量:在目前的生產(chǎn)量下,LAPS通過提高生產(chǎn)效率、減少生產(chǎn)線閑置等方式,每年節(jié)省超過2696兆瓦時的電力,相當(dāng)于200多噸標(biāo)準(zhǔn)煤,可減少2000多噸二氧化碳的排放,相當(dāng)于每年種11萬棵樹。
聯(lián)想專注而高效的研發(fā)策略踐行了另一件事,就是AI不僅是美好的愿景,而且是能切實推動公司智能化轉(zhuǎn)型的利器:僅僅依靠粗略的產(chǎn)量財務(wù)評估,LAPS帶來的提升就相當(dāng)于增加了18%以上的營收。回顧2019年和2020年,LCFC的PC生產(chǎn)總收入分別超過650億和910億人民幣,兩年間LAPS帶來的提升超過300億人民幣。總的來說,聯(lián)想先進生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)每年為聯(lián)想多掙130億元。而且隨著LAPS在聯(lián)寶的更進一步磨合,以及在聯(lián)想墨西哥工廠正在實施的部署,這套系統(tǒng)為聯(lián)想帶來的收益將會進一步增加。
在過去的一年里,面對前所未有的全球大疫情,聯(lián)想經(jīng)歷了物料、工人、物流等供應(yīng)鏈的巨大挑戰(zhàn)。同時,在不斷擴大的"遠(yuǎn)程工作/學(xué)習(xí)"的環(huán)境下,聯(lián)想獲得了創(chuàng)紀(jì)錄的客戶訂單,而作為聯(lián)想最大的制造工廠,聯(lián)寶科技的產(chǎn)量達到歷史最高。這也讓聯(lián)想擴大了PC市場的份額,保持了全球領(lǐng)先地位。2021年2月公布的最新財報顯示,聯(lián)想全球PC市場份額達到25.3%的歷史新高,最新的市場研究表明,全球市場對PC的需求還將進一步復(fù)蘇。
2021年3月的兩會期間,聯(lián)想集團董事長兼首席執(zhí)行官楊元慶提交了以智能科技賦能中國實體經(jīng)濟發(fā)展、推動中國制造邁向“中國智造”、以更高質(zhì)量的內(nèi)循環(huán)帶動構(gòu)建國內(nèi)國際雙循環(huán)新發(fā)展格局的建議。建議中說,“高質(zhì)量”的內(nèi)循環(huán)還需要通過自動化、數(shù)字化、智能化推動制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級,讓“中國制造”邁向“中國智造”。
獲得Franz Edelman杰出成就獎提名,有望實現(xiàn)中國企業(yè)“零的突破”的聯(lián)想先進生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)LAPS正是聯(lián)想在“新IT”策略指引下的最新成果。實體制造業(yè)是強國之基,也是實現(xiàn)“雙循環(huán)”高質(zhì)量發(fā)展的基礎(chǔ)和保障。楊元慶認(rèn)為,過去“中國制造”已經(jīng)形成出色的成本和效率優(yōu)勢。進入“十四五”高質(zhì)量發(fā)展階段,中國制造業(yè)還需要用智能化手段,實現(xiàn)提質(zhì)增效,加快邁向中高端。
