以人工智能高水平场景应用推动能源行业高质量发展

行业研究· 2023-07-21 09:36:01

 实体经济是国家经济的立身之本,是财富创造的根本源泉,是国家强盛的重要支柱。煤炭作为国家主体能源,是国民经济发展的“压舱石”“稳定器”,是保障国家能源安全的定海神针。构建现代化的煤炭产业是打造现代化产业体系、壮大实体经济的重要一环。

  山东能源集团作为行业领先的能源企业,秉持“创造绿色动能、引领能源变革”使命,践行“安全、创新、绿色、担当、卓越”核心价值观,聚焦“建设清洁能源供应商和世界一流企业”愿景,深入推进能源技术革命,全力打造现代化多元能源供应体系。特别是在矿山智能化建设领域,落实国家《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》,累计投入100余亿元,实施联合创新攻关,建成一批国家智能化示范煤矿,智能开采产量占比突破80%;打造5G+智慧矿业联合实验室、智能开采试验中心等创新平台,合作研发全球首套高可靠矿用5G专网系统,探索出一条矿山智能化建设新路径。

  山东能源集团矿山人工智能大模型的实践

  携手华为公司成立联合创新中心:2022年初,山东能源集团与华为公司立足各自产业和技术优势,建立全面战略合作伙伴关系,深度融合工业场景与数字技术,重点围绕煤矿智能化“少人无人”的目标,开展20个课题的联合创新,探索数字技术在煤炭产业的应用,其中一个重要的课题就是矿山AI大模型的联合创新。

  发布矿山行业首个AI大模型:以算力为基础、以大模型为工具,以场景驱动深度融合,将人工智能打造成为山东能源集团新生劳动力。基于昇腾的人工智能算力基础,以软硬件集约化方式建设的算力中心,为开展矿山大模型研发提供了算力保障。矿山大模型的研发并非一劳永逸,双方共同完成矿山大模型首个版本研发时,实现了综合效益高于小模型。2023年,我们让一线生产工人深度参与大模型的应用工作,在实际生产中挖掘出21个场景,反复迭代、不断试错、持续演进,经过半年时间的优化,7月份发布矿山行业首个AI大模型。

  赋能煤矿智能化应用场景:山东能源集团自身丰富的应用场景和数字化条件,为矿山大模型训练提供了多样化的模型数据,而模型产出又反过来赋能煤矿智能化场景。与此同时,山东能源基于大模型能力,将人工智能技术能力内化,打造云鼎 AI 服务平台,实现从模型训练、推理到业务应用的闭环管理,赋能矿山、化工、钢铁、电力等九大行业,助力企业增安、降本、提效。

 煤炭工业领域实现少人无人 人工智能是必然选择

  回顾过去,煤炭行业从业人员从2012年底525万人降到目前的260万人左右,井下作业人员大幅减少,得益于智能化建设取得的显著成就。放眼未来,与其他产业一样,传统的煤炭行业也正在经历以新一代信息技术为支撑的生产方式变革,特别是作为高危行业,为了保护矿工生命安全,煤炭行业少人无人化是大势所趋,煤矿智能化建设的进一步突破需要人工智能等新技术支撑,促使人工智能技术与行业场景融合的工具则是大模型。

  今年以ChatGPT为代表的通用大模型异军突起,为人工智能产业发展注入新的动力。我国以实体经济为根基的经济结构和产业特点,决定了人工智能必须走中国特色道路,那就是以“做实”为核心功能渗透到实体经济各行各业,开创千行百业的规模化和单个行业深入场景的精细化发展局面。

  当前人工智能在煤炭行业应用率仍然很低,主要有三个原因:门槛较高,人工智能作为新兴技术,对人才、设备、环境要求高,难以与煤炭行业科研和工程技术深度融合。场景复杂,不同地区、不同企业的煤矿生产条件差异较大,采掘机运通洗等场景复杂多样,智能应用成本高、复制难度大。整合不足,行业规模大、场景多是我国煤炭行业的优势,同时也是智能化的难点。唯有高效整合场景和能力的碎片,沉淀行业的数据、经验、能力,并广泛流通、共享,才能使人工智能技术加快与行业融合,将碎片化的劣势转变成规模的优势。山东能源集团通过积极探索,寻找到一套行之有效的方法,可以将自身的场景优势、装备优势与人工智能技术结合起来,通过三者互相融合,加快实现人工智能大规模“下井”。

  以“四化”推动人工智能在能源行业大规模落地、创新突破

  工程化:人工智能与煤矿场景结合,赋予人工智能在行业发展的驱动力。人工智能必须从理论走向实践,从科研创新走向工程实用,从数据中心走向生产现场,唯有与煤矿安全生产管理结合、与生产场景结合,形成价值闭环才具有行业的生命力。山东能源集团基于盘古矿山大模型,瞄准效率提升和安全生产,首期聚焦CV类场景智能应用,结合煤矿场景和安全生产管理制度,半年之内就训练出覆盖煤矿生产皮带运输、立井提升、辅助运输等数十种场景的模型算法,助力企业提高安全生产效率。下步,将把大模型与采矿理论、机械理论结合,创新机械设备预测性维护、冲击地压智能防治等场景应用,探索减少井下作业量和主动防范安全风险,实现“作业人员减下来,职工劳动强度降下来,生产效能提上去,井下生产环境得到根本改善,安全生产更有保障”。

  产业化:以“一矿一策”的高效率低成本自学能力,满足本地定制需求走向规模化。煤炭生产场景复杂多样、地质条件和工艺的差异,需要人工智能具备高效率、低成本的复制和定制能力。山东能源集团国内外煤炭产能3.5亿吨/年,各地赋存条件和生产工艺各异,如何将山东省内的智能化应用成果复制到陕西、内蒙古、新疆及澳洲煤矿,是人工智能规模化落地的关键。人工智能预训练大模型突破了模型泛化的局限性,能够有效匹配“一矿一策”需求。山东能源集团启动人工智能创新之初,以打造“高而不贵”AI为目标,用AI技术来武装工人,把数字技术融入到生产一线,集约化建设AI算力中心、训练云鼎大模型、打造AI服务中心,通过集团高速骨干网络让一线工人远程异地标注。以理念变革与技术创新结合,将分散在数十座煤矿的一线经验和能力集中到平台,持续迭代并沉淀在大模型上,实现AI的精度比传统小模型高10%,训练效率提高85%。基于能力汇聚和沉淀,山东能源集团权属云鼎科技公司建设76个矿井的电子封条项目,初步形成煤矿人工智能产业化的能力。

  标准化:为大模型提供海量源源不断的数据,赋予人工智能持续的生命力。数据是大模型的营养,大模型不断地“吃数据”“消化数据”维持持续的生命力。山东能源集团启动数字转型之初,日均处理数据已达到2亿条。随着智能化建设走向深水区,以标准的信息架构、标准的数据规范,全面打通OT、IT、CT三大系统数据,形成海量的多源数据统一接入、汇聚和处理势在必行。为此,山东能源集团以统一的数据规范、统一采集各类设备数据,为大模型提供源源不断的数据输入,进一步丰富了矿山大模型的场景功能,推动大模型持续优化升级。

  模块化:应对场景的碎片化,聚集行业力量共创海量智能应用。面向未来看今天,煤矿智能应用创新要避免走土法炼钢的老路,过去每一个小场景需求,从方案设计、数据处理、算法开发、模型训练及后续的维护工作,程序多、成本高,仅训练环节的模型投入就高达数十万元,且泛化性低、复制和共享难度大。山东能源集团以昇腾、昇思、大模型技术为基础,打造算力+算法+平台一体化AI服务平台,一方面将通用场景算法、行业算法进行模块化规划和管理;另一方面通过从数据标注到模型发布的一站式模型训练工作流,一线工人远程标注、自行训练,集中共享,能够做到集团内跨行业、跨领域算法、模型调用。

  业界普遍将人工智能看成如同蒸汽机一样的通用技术,蒸汽机的发明并没有很快引发工业革命,而是以蒸汽机作为原动机的一系列工具机发明后,才得以在纺织、采矿、冶金、造纸和交通等领域广泛使用,从而形成了18世纪轰轰烈烈的工业革命。人工智能在我国各行各业的应用,也将像蒸汽机一样带来革命性的变化。我们必须坚持“工程化、产业化、标准化和模块化”,促进人工智能与中国产业特点结合,推动人工智能与煤炭工业场景深度融合,走我国特色的人工智能发展之路,必将有力助推煤炭行业安全、智能、高质量发展,为建设现代化产业体系贡献行业智慧、行业力量。



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