智能化管理训练平台__数据...个支撑”加速班组数字化转型_李竞元.pdf

智能化管理训练平台 数据 算法 算力“一个中心”+“三个支撑”加速班组数字化转型我叫李竞元，是航天一院 12 所“飞天团队”姿控组组长。我们组承担着以载人航天、探月工程、空间站任务、探火工程等为代表的重大工程中 80 多个型号姿态控制系统研制工作。近年来，随着国家战略发展需要，我们组承担的军品型号及预先研究等工作呈现井喷式增长。在项目研制过程中产生了海量的仿真、试验、飞行等数据，以多种形式、多种层次分布于不同的信息系统之中，数据存储的分散性和无序性为数据获取和处理带来了极大的不便，业务急剧增长使得各系统之间的信息互通共享需求日益明显。与此同时，面对型号研制周期短、发射任务密集等需求，通过智能控制技术赋能弹（箭）使其技术指标与适应能力不断提升是解决当前各类困境的有效途径。因而在姿控方案论证与研制中对深度学习、强化学习等智能控制算法的训练与应用需求越来越迫切。同时基于全生命周期数据管理和智能控制算法赋能的研究思路，使得方案研制对算力的需求增大，甚至会呈现指数级增长模式。而当前大部分算力资源无法统一调配，因此需要针对研发人员高算力的需求统一调配异构算力资源，实现计算资源的智能管控。在航天科技集团、航天一院和十二所数字化转型战略工作的部署下，近两年我们组对本专业的设计研制过程数字化转型工作进行了探索与实践。我们组采用了“一个中心”（智能化管理训练平台）+“三个支撑”（数据、算法、算力）的思路开展班组建设数字化转型，解决当前研制过程中面临的种种难题，对标集团公司高质量发展的要求，加速数字化转型的步伐。我们组通过对设计和试验产生的数据集中规范化管理，并挖掘潜在有用信息，提升数据使用率与管理效率；建立软硬件架构为小微工具等智能控制算法提供容器环境支撑，支撑设计工具快速调用；建立设计师对 CPU（中央处理器）、GPU（图形处理器）算力资源按需申请，释放设姿控组职工开展班组建设数字化转型讨论班组典型做法班组典型做法 航天一院 12 所“飞天团队”姿控组组长李竞元Administration责任编辑 胡铁祥管理36计师对高算力压力，打造精细化的协作并行办公新模式。上述“一个中心”+“三个支撑”的建设研制模式是提升方案设计效率与研制能力的重要抓手，也是我们组数字化转型形势的必然要求和内在需求。相较于传统的点对点式的算法、数据等资源使用模式，我们组采用了服务器式的管理工作模式构建智能化管理训练平台，不仅提高了传统算法、方案的快速验证能力、数据管理与挖掘能力，而且初步具备了智能算法的快速开发与验证能力，以及相应的高算力匹配能力。目前智能化管理训练平台已实现模型可视化训练、算法插件在线开发与管理等功能，完成了平台初步软硬件部署，配置了 4 个服务器，每个服务器均具备软硬件升级扩容能力，后续可持续升级软硬件资源。针对我们组研制中的海量试验、仿真、设计等数据缺乏全面化、精细化、清晰化管理问题，基于数据集的模式对多类型、不同来源数据进行集中管理和分类，实现数据统一的管控和交互，并支持在线查看预览各类数据集。针对海量数据分析方法欠缺、数据处理工作低效等问题，基于功能插件开发的模式实现一键式数据校验、数据异常值清洗与替换、数据挖掘与分析、文档数据提取和处理等功能，并支持职工自行开发数据分析与处理插件共享使用。目前已开发完成的基于数据挖掘的姿控偏差参数影响度分析工具应用于某战略型号的数据分析中，快速地从海量的高维数据集合中找到与飞行数据最相似的偏差状态组合；面向设计的文档数据综合处理工具通过插件开发方式实现了文档数据一键提取，提取时间由原来的 4 小时至 8 小时减少为两分钟，提升效率超过 98%。针对当前制导、姿控等专业设计研制过程中对深度学习、强化学习、粒子群优化、轨迹规划 IP（知识产权）核等先进智能算法的需求，我们依托智能管理训练平台将已有的智能算法成熟模块进行组件化封装，借鉴已封装入库的粒子群优化算法，完成了遗传-粒子群/差分-粒子群等算法的升级与开发，同时依托平台容器提供的 Matlab（商业数学软件）安装镜像，完成了通用化姿控参数智能设计工具的开发与全组范围推广。针对不同弹（箭）对象特征，姿控参数自动设计工具只需设定预期的网络形式、幅值和相位裕度，即可自动参数离线生成，有力提升系统设计智能化水平和智能控制技术发展。目前已经在 20余个型号姿控设计中进行推广应用，将传统姿控设计研制效率提升 90%以上。针对设计师的高算力需求，建立相应的软件架构为数据、算法管理、开发提供容器环境，实现设计师从申请算力、执行算法到任务停止释放算力的精确管控，同时支持多任务进程中不同任务的算力资源隔离。硬件层面通过物理设备的互联互通，实现了设计师自定义并由平台统一调配底层硬件算力资源，支持对CPU和GPU服务器与扩容算力集群，能够兼容不同规格、不同型号的算力资源，支持自定义扩展集群中物理资源的规格和数量。目前已部署的硬件条件可实现总算力 30TFLOPS（每秒浮点运算次数，一般办公机为 100GFLOPS）、4T 数据存储量、60 秒内启动目标算法运行环境、10 秒内停止目标环境并释放算力资源、最大 1TB（计算机存储容量单位）级别的单个数据集处理等。算力资源具备扩容能力，扩容后算力可达 100TFLOPS、40T 数据存储量，拟达到智能控制算法单次计算耗时不大于 2ms【CPU 主频按1GHz（千兆赫兹）折算】。“一个中心”+“三个支撑”的平台建设思路，是我们组围绕实施数字航天战略、支撑航天强国建设的目标所进行的探索与尝试。新的设计研制模式可以从数字转型、研制效率、设计能力、试验验证能力和质量管控等多维度提升我们组的研制能力，能够显著加快型号研制进度，为高效开展科研任务提供了有力手段，为迈向航天强国提供了数字化工具助推器。未来的数字化转型之路道阻且长，行则将至，行而不辍，积极推进数字化转型是我们组实现高质量、高效率、高效益“三高”发展目标的重要手段。姿控组职工针对数字化转型过程中遇到的问题开展交流讨论Administration管理37|2023年 05月刊