“這里有20個不同的500噸級發酵罐，點擊其中一個發酵罐就可以看到發酵罐當前被AI監管的狀態，以及下一次AI進行調控的時間?！痹谏虾＝煌ù髮W的一間會議室里，上海交通大學助理教授韓彥強正在向記者進行演示。
韓彥強所說的發酵罐，遠在三千多公里之外的新疆。在川寧生物的發酵車間里，幾十個四層樓的發酵罐正在有序工作著。當罐內微生物的生長狀態出現一定變化時，上海這套系統便會立即發出‘指令’，指導生產車間進行自動調整和優化。
韓彥強操作的這套系統名為ManuDrive，是人類創造的第一個“AI超級工程師”。ManuDrive是由上海交通大學人工智能與微結構實驗室教授李金金團隊打造而成，目前已落地轉化。“AI工程師”將時間維度引入工業發酵過程，能夠在復雜的生物發酵過程中動態調控參數，實時生成未來每一個時刻的最優發酵方案，進而大幅度提升了工業發酵產量。
上海交通大學副校長曾小勤表示：“ManuDrive不僅是AI與工業制造等交叉學科的原始創新，也是交大人踐行服務國家戰略需求的代表性成果，展現了產學研深度融合的力量?！?span style="display:none">n9s速刷資訊——每天刷點最新資訊，了解這個世界多一點SUSHUAPOS.COM
挑戰最復雜的體系
“經過多年的積累，中國已然是制造業大國，然而，當前很多制造業企業都面臨著產業升級的困境?！崩罱鸾鸨硎荆霸谥圃鞓I不斷發展的過程中，相關企業遭遇了諸多制約發展的瓶頸，其中部分難題與時間動態變化密切相關?！?span style="display:none">n9s速刷資訊——每天刷點最新資訊，了解這個世界多一點SUSHUAPOS.COM
在科技飛速發展的當下，AI與工業的融合已成為推動產業變革的核心力量。然而，現有的AI大模型以靜態模型為主，對于以生物發酵、化工、機械制造為代表的流程工業并不適用。
李金金團隊在前期調研中發現，一些與時間相關的工業制造中，生物發酵是最復雜的。原因是微生物細胞內部結構、代謝反應、生物反應器的環境都非常復雜，系統的實時狀態也存在不確定性。
“在生物發酵領域，時間是一個很大的影響因素。微生物在各個生長階段展現出顯著的差異性，其生長狀態的好壞直接決定了整個發酵過程的成功與否。為了保證發酵質量，通常需要人類工程師根據長年積累的經驗，24小時不間斷地進行手動調控?！崩罱鸾鸨硎?。
與此同時，發酵技術是生物制造的核心手段，在食品、醫藥、能源以及化工等諸多領域都有著廣泛的應用。作為2024年的十大科技名詞之一，生物制造不僅為低碳經濟的構建提供了動力，也為現代工業的綠色轉型提供了重要的技術路徑，是近年來世界各國爭先布局發展的領域之一。
李金金強調：“掌握發酵領域的最新技術，對于我國在全球生物制造領域的領先地位至關重要?！?span style="display:none">n9s速刷資訊——每天刷點最新資訊，了解這個世界多一點SUSHUAPOS.COM
為此，團隊直接把生物發酵作為驗證技術可行性的切入點?！吧锇l酵狀態隨時間的變化是一個純‘黑箱’的模式，且按照以往生產模式能夠達到的產率已經接近上限。如果我們把這復雜過程‘白箱’化，能夠較為快速地推廣到其他工業場景中。”李金金說道。
三大核心優勢助力產業升級
2014年，李金金建立了上海交通大學組建人工智能與微結構實驗室，團隊成員有著計算機、物理、生物等不同學科背景。十余年間，團隊聚焦“AI for science（人工智能驅動科學創新）”，開發了近百套算法，包括用于材料領域的大模型AlphaMat、用于生物領域的AlphaBio。
ManuDrive則是團隊基于過去的研究基礎，專門為生物發酵過程調控這一場景開發的AI算法?！鞍l酵生產過程的時間依賴性很強，當前狀態取決于歷史輸入，導致AI進行未來預測的時候難度極大。同時，發酵生產是長周期的，即使累積了多年，完整生產批次的樣本數量也難以滿足普通AI模型的訓練需求。” 韓彥強表示，為了克服這些挑戰，團隊歷經一年多時間，不斷進行優化與迭代，并專門進駐發酵工廠，與資深發酵工程師共同調控實際生產，將發酵領域的專業知識也融入模型構建過程中。
前期實驗及實踐落地結果顯示，ManuDrive主要具備三大優勢。
首先是引入時間維度。通過在生成式AI技術中引入時間維度，團隊建立了“AI自控系統”，實現了工業生產過程的“AI生產式”動態調控，持續性提升產量、降低生產波動。以抗生素發酵7天的周期為例，在發酵進行到第20小時的時候，ManuDrive就能生成從第21小時、第22小時、第23小時，一直到第150小時的完整發酵操作方案，精準“預測”整個發酵過程，大幅提高了調控的效率與精準度，并進一步優化了原先以經驗為主的生物發酵方案。
“AI的調控具備持續迭代的優勢，基于生產中積累的高質量數據，AI又能夠持續進行反饋和迭代，形成了一個不斷輸入新數據、提升產量，再輸入新數據、進一步提升產量的良性循環，進一步推動產業轉型升級。”李金金補充道。
其次是物理可解釋性的工業機理AI。ManuDrive將工業反應機理和物理守恒定律轉化為模型可用特征，讓模型不僅能給出最優工藝參數，還能解釋參數間因果關系，持續地實時預測和優化。換言之，ManuDrive具備獨特的“思考”模式，跳出了傳統AI模型需要海量訓練迭代的“窠臼”，訓練效率提升了數十倍。操作人員不僅能直觀理解模型的決策依據，還能依據因果邏輯靈活調整生產策略，從而提升生產決策的科學性和可靠性。
最后是輕量化。ManuDrive憑借創新算法架構，僅需十幾張GPU卡，配合傳統AI模型中5%的數據量，就能實現連續、精準的推理預測。李金金指出，輕量化特性不僅能大幅減少企業在算力資源上的投入，還能有效降低智能化改造的成本，使得中小型企業也能以較低成本部署高效的“AI工業大腦”。
年底產量有望提升10%
李金金介紹，ManuDrive通過軟硬件結合方式運行。
在軟件層面，ManuDrive具備強大且智能的“大腦”，從備料階段起就能夠深度挖掘并分析海量的歷史生產數據，并精準規劃出物料的配比方案，確保每一個環節都能在最合理的準備下開啟。進入生產環節后，軟件系統則會向硬件設備下達指令，指揮整個生產流程有序自動化推進。
在硬件方面，密布于發酵罐等關鍵生產設備上的各類傳感器，如同ManuDrive系統的“神經末梢”，實時捕捉微生物生長狀態、pH值、溶氧量等多達數百項關鍵參數，并將這些數據源源不斷地反饋給軟件系統。
在具體發酵過程中，位于上海的“大腦”和位于新疆的“神經末梢”密切合作。軟件系統接收到硬件傳來的實時數據后，會以毫秒級的超快速度進行深度分析，迅速優化調控策略，讓整個發酵過程始終維持在最佳狀態；在產量預測環節，“AI工程師”能夠對海量生產數據進行深度挖掘和分析，提前洞察產量波動趨勢，將生產誤差嚴格控制在極小的范圍之內。
今年4月，ManuDrive正式上線，遠程接管了川寧生物的發酵產線，運行一個月以來，成績頗為喜人，提升發酵罐的發酵產量的同時，大幅度降低了生產過程中的波動，工廠的生產穩定性和效率均得到了顯著提升。
“當前接近一個月的數據顯示，抗生素的產量提高了3%～5% 。隨著后續AI模型不斷地反饋迭代，每個月都會有進一步提升，我們預計到今年年底能夠提升10%?！崩罱鸾鹫f道，“按照60億產值估算，提升10%對應的就是給企業增加了20%的經濟利潤。”
讓工程師去做更有用的事情
“在傳統生物發酵過程中，通常需要人類工程師根據常年積累的經驗，24小時不間斷地進行手動調控。日夜兩班倒的工作模式，難免會給工程師的身心造成一定的影響，同時在深夜等比較疲憊的狀態下，會產生一定程度的誤操作率?！崩罱鸾鸨硎荆斑@樣的情況同樣存在于機械制造等工業生產中。”
在李金金看來，未來人類工程師和“AI工程師”將協同工作，共同推動制造業產業升級。一方面，ManuDrive接管產線后，工程師得以擺脫重復性調試和倒班，專注于更有價值的工作，同時大幅降低了疲憊導致的誤操作。另一方面，人類工程師積累了豐富的經驗，能夠通過調整參數、優化訓練，進一步提升AI的預測準確率，并不斷擴展應用場景。
“ManuDrive具備可復制性，可快速應用于食品、保健品、飼料等其他生物發酵類場景中。同時，通過結合場景需求進行相應改造，也能把它泛化到與時間相關的合成生物學、芯片制造、環保產業等工業制造領域。”李金金指出。
李金金同時強調，上海交通大學在建校130周年之際發布ManuDrive，這不僅是學校產學研的優秀代表，也得到了上海市的大力支持。
“ManuDrive是滬疆合作中的典型代表案例，更彰顯出上海科技賦能新疆產業所取得的重要成果?！鄙虾Ｊ锌茖W技術委員會（以下簡稱上海市科委）相關負責人表示，上海市科委大力支持這一成功實踐，并積極推薦其在全國范圍內進行部署，以期充分利用AI技術為更多的制造業企業注入發展活力，助力企業打破發展瓶頸，實現產業升級，進而推動我國制造業整體邁向更高質量的發展階段。
上海市經濟和信息化委員會新材料處處長陸寅評價ManuDrive的工業落地應用時表示，這一創新成果是上海推進產業數字化轉型的標志性突破，有力推動了傳統生產模式向“數據智能”跨越。他指出：“ManuDrive的成功實踐深度契合上海建設AI‘上海高地’的戰略部署，充分彰顯了高?？蒲信c產業需求的深度融合與協同創新，期待通過深化‘政產學研用’多方協作機制，加速技術轉化，切實推動‘硬科技’成果落地，為AI的垂直深度應用注入強勁動力?！?span style="display:none">n9s速刷資訊——每天刷點最新資訊，了解這個世界多一點SUSHUAPOS.COM
本文鏈接：讓人類工程師發揮更大價值，“AI工程師”開工！http://m.sq15.cn/show-11-20970-0.html
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