中國(guó)工程院院士干勇：
中國(guó)工程院院士干勇：
人工智能將重塑材料研發(fā)過(guò)程
人工智能技術(shù)的進(jìn)步可謂一日千里。
“人工智能+”材料科學(xué)已成為重要的交叉學(xué)科方向。
中國(guó)工程院院士干勇認(rèn)為，人工智能將重塑材料研發(fā)過(guò)程，材料會(huì)逆向生成；此外，場(chǎng)景創(chuàng)新已成為推動(dòng)人工智能與實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合的關(guān)鍵力量。
谷歌、微軟、Meta和字節(jié)跳動(dòng)等科技巨頭紛紛發(fā)力，布局相同的技術(shù)路線：通過(guò)理論計(jì)算獲取材料科學(xué)數(shù)據(jù)，通過(guò)高通量計(jì)算生產(chǎn)海量此類(lèi)數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)“反哺”給人工智能模型，借助模型推理未知材料的性能。
數(shù)據(jù)是人工智能起飛的助推劑
數(shù)據(jù)是人工智能起飛的助推劑，數(shù)據(jù)的多少和質(zhì)量高低直接影響人工智能的預(yù)測(cè)水平。
干勇提出，必須首先解決數(shù)據(jù)夠用與好用的問(wèn)題，才能釋放人工智能巨大潛力。高通量制備與表征是快速獲得大量材料實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)尤為稀缺，應(yīng)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，使數(shù)據(jù)適合人工智能的要求，即“AI ready”。
在“人工智能+”材料科學(xué)的發(fā)展中，數(shù)據(jù)同樣是重中之重。
干勇強(qiáng)調(diào)，生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，特別是建設(shè)具有行業(yè)支撐作用的數(shù)據(jù)集，是一場(chǎng)無(wú)法規(guī)避的“硬仗”，但這也會(huì)成為未來(lái)產(chǎn)業(yè)的一座“金山”。此外，要建立材料全生命周期綜合研究評(píng)價(jià)設(shè)施?；诙鄨?chǎng)環(huán)境全生命周期測(cè)試數(shù)據(jù)，研究材料失效機(jī)制和全壽命失效機(jī)理，開(kāi)發(fā)大數(shù)據(jù)算法和專(zhuān)家系統(tǒng)，獲取失效演變規(guī)律，預(yù)測(cè)材料服役壽命，指導(dǎo)材料設(shè)計(jì)。
人工智能實(shí)現(xiàn)材料的“逆向生成”
干勇以材料學(xué)為例，講解人工智能如何重塑材料研發(fā)流程。利用人工智能大模型計(jì)算，浙大城市學(xué)院湯慧萍團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出一種具有革命性意義的輕量化材料。通過(guò)精心設(shè)計(jì)的孔隙結(jié)構(gòu)，這種材料在保持與鈦合金相仿的強(qiáng)度同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了類(lèi)似鎂合金的低密度。
“我們得到的560兆瓦級(jí)材料密度僅為1.68g/cm3，大幅減輕了重量。不同孔隙度下的材料展現(xiàn)出不同的強(qiáng)度特性，這一發(fā)現(xiàn)得益于海量的計(jì)算工作。“這是人工智能驅(qū)動(dòng)的全新設(shè)計(jì)流程，融合了模型和物理性能，實(shí)現(xiàn)了逆向生成設(shè)計(jì)。以往人們總是試圖將鋼材替換為鋁合金以降低密度，而現(xiàn)在，通過(guò)人工智能的幫助，能夠讓鋼材達(dá)到鋁合金的密度，同時(shí)提升其強(qiáng)度，這一變革意義非凡” 。
場(chǎng)景創(chuàng)新已成為推動(dòng)人工智能與實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合的關(guān)鍵力量。大模型成本高昂，需巨大投入，且隨著英偉達(dá)計(jì)算芯片能力的增強(qiáng)，其成本有望降低，超越其變得更加困難。然而，通過(guò)場(chǎng)景創(chuàng)新，我們?nèi)杂袧摿?shí)現(xiàn)超越。
當(dāng)前，鋼鐵產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)存在嚴(yán)重問(wèn)題，表現(xiàn)為分散化經(jīng)營(yíng)和低集中度，如千萬(wàn)噸級(jí)鋼廠多達(dá)40家，五百萬(wàn)噸級(jí)鋼廠超過(guò)100家，這在世界范圍內(nèi)是絕無(wú)僅有的。產(chǎn)能過(guò)剩的問(wèn)題在數(shù)字化和智能化進(jìn)程中并未得到有效解決，反而加劇了矛盾。原因在于，數(shù)字化提升了效率和產(chǎn)能，卻未能解決產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的核心問(wèn)題。
“利用人工智能方法解決產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)問(wèn)題，正是場(chǎng)景創(chuàng)新的體現(xiàn)。對(duì)于人工智能而言，這代表著一種專(zhuān)業(yè)化的新型創(chuàng)新模式。要實(shí)現(xiàn)這一模式，我們需要考慮三個(gè)關(guān)鍵因素：技術(shù)成熟度、市場(chǎng)成熟規(guī)模以及政策引導(dǎo)。通過(guò)這三者的協(xié)同作用，場(chǎng)景創(chuàng)新將能夠?yàn)槿斯ぶ悄艿膽?yīng)用和發(fā)展開(kāi)辟新的路徑?！备捎驴偨Y(jié)。當(dāng)總體思路、流程創(chuàng)新、組織創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、生產(chǎn)模式創(chuàng)新明確后，以人工智能場(chǎng)景創(chuàng)新為引領(lǐng)，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，以市場(chǎng)化、平臺(tái)化建設(shè)推動(dòng)全產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新能力，以人工智能模型為基礎(chǔ)推動(dòng)智慧生產(chǎn)，中國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)就可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。
推動(dòng)流程制造業(yè)的綠色化、智能化發(fā)展
中國(guó)鋼鐵工業(yè)已形成平臺(tái)化設(shè)計(jì)、智能化制造、個(gè)性化定制、服務(wù)化延伸、數(shù)字化管理及網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同6大應(yīng)用模式，覆蓋幾十個(gè)典型應(yīng)用場(chǎng)景，智慧礦山、智能車(chē)間、智能倉(cāng)儲(chǔ)、智能在線檢測(cè)、智慧物流等數(shù)字化應(yīng)用場(chǎng)景不斷增多，應(yīng)用效果良好。
據(jù)干勇介紹，國(guó)內(nèi)超過(guò)80%的鋼鐵企業(yè)已經(jīng)在推動(dòng)智能制造，鋼鐵龍頭骨干企業(yè)已基本完成產(chǎn)線級(jí)基礎(chǔ)自動(dòng)化、過(guò)程控制系統(tǒng)、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)、制造管理系統(tǒng)自上而下縱向集成的四級(jí)體系。隨著數(shù)字化改造的不斷推進(jìn)，中國(guó)龍頭骨干鋼鐵企業(yè)的采選、煉鐵、煉鋼、軋鋼等主要工藝過(guò)程已實(shí)現(xiàn)了磨礦分級(jí)作業(yè)的智能控制，燒結(jié)機(jī)的智能閉環(huán)控制，高爐操作的平臺(tái)化，轉(zhuǎn)爐煉鋼的全程自動(dòng)化和精煉控制系統(tǒng)的智能化，數(shù)字化轉(zhuǎn)型成效明顯。
“應(yīng)從全產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈視野審視我國(guó)與國(guó)際流程制造業(yè)的差距，基于綠色化與智能化集成研發(fā)的總體思路，重點(diǎn)圍繞制造流程結(jié)構(gòu)優(yōu)化、新一代生態(tài)產(chǎn)品技術(shù)提升、制造—服務(wù)智能化平臺(tái)建立、新型商業(yè)模式建立與運(yùn)營(yíng)四大方向，推動(dòng)制造業(yè)綠色化、智能化發(fā)展。” 干勇建議。
具體可以從以下幾方面發(fā)力。
01
提升全流程精細(xì)化、精準(zhǔn)化和智能化水平。
02
集成先進(jìn)的產(chǎn)品在線檢測(cè)技術(shù)和全流程質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)，提高產(chǎn)品及國(guó)家重大工程、高端裝備制造用關(guān)鍵產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性、可靠性和適用性。
03
實(shí)施材料基因組計(jì)劃，借助“分子制造”技術(shù)，催生新一代生態(tài)產(chǎn)品。
04
利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等智能化手段，建立全流程制造與服務(wù)平臺(tái)。
05
構(gòu)建制造業(yè)與社會(huì)及其他產(chǎn)業(yè)互補(bǔ)的生態(tài)鏈及產(chǎn)業(yè)鏈。
流程制造業(yè)場(chǎng)景創(chuàng)新預(yù)期可以取得以下成果。
第一，創(chuàng)立流程綠色化與智能化理論體系、運(yùn)行規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)、評(píng)價(jià)體系。
第二，開(kāi)發(fā)面向于流程制造業(yè)場(chǎng)景創(chuàng)新的垂直模型集群。
第三，實(shí)現(xiàn)消除過(guò)剩產(chǎn)能的目標(biāo)，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的流程及品種綠色化與智能化生產(chǎn)制造技術(shù)群。
第四，實(shí)現(xiàn)高端裝備制造用關(guān)鍵品種國(guó)產(chǎn)化。
第五，建立基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的綠色化和智能化的制造與服務(wù)平臺(tái)，開(kāi)創(chuàng)產(chǎn)業(yè)新型商業(yè)模式，形成流程制造業(yè)新業(yè)態(tài)。
干勇強(qiáng)調(diào)，中國(guó)已經(jīng)成為全球冶金生產(chǎn)中心和消費(fèi)中心，應(yīng)該進(jìn)一步成為全球的冶金教育中心和研發(fā)中心，引領(lǐng)全球冶金技術(shù)的發(fā)展，成為全球人工智能場(chǎng)景創(chuàng)新的技術(shù)研發(fā)中心?！皶r(shí)代呼喚著人工智能新冶金學(xué)，面向綠色化、智能化的冶金學(xué)，信息自組織與他組織融合的冶金學(xué)，開(kāi)放-動(dòng)態(tài)、集成一體化的冶金學(xué)，還有多因子、多層次、嵌套集成協(xié)同冶金學(xué)”。
來(lái)源：中國(guó)信息化周報(bào)
轉(zhuǎn)自：教育文獻(xiàn)君
