鼎信消防報告|王建華：《鼎信AI技術(shù)助力消防安全》
王建華
青島鼎信通訊股份有限公司
董事長兼芯片及基礎(chǔ)理論研究院院長
2022年10月26日，由中國消防協(xié)會指導(dǎo)，慧聰消防網(wǎng)、慧聰應(yīng)急產(chǎn)業(yè)網(wǎng)主辦的CFIC2022中國消防安全產(chǎn)業(yè)大會暨第十五屆消防行業(yè)品牌盛會在廣州隆重舉辦！青島鼎信通訊股份有限公司-董事長兼芯片及基礎(chǔ)理論研究院院長王建華現(xiàn)場發(fā)表《鼎信AI技術(shù)助力消防安全》主題演講。
以下為演講實錄
企業(yè)概述
王建華：
各位專家、同行，大家早上好！我是青島鼎信通訊股份有限公司，很高興與大家交流消防安全AI技術(shù)的應(yīng)用。
鼎信公司2008年成立，2016年上海主板上市。以電力線窄帶載波為契機，上市12億的融資，14年的30多億的利潤投入到IC設(shè)計及AI應(yīng)用技術(shù)，打造了有200人的IC與基礎(chǔ)理論AI智能研究團隊，近千人的產(chǎn)品研發(fā)團隊，不良品不維修的全自動化AI智能制造體系。歷經(jīng)6年對供用電安全的深入研究，已經(jīng)推出了具有全功能AI數(shù)智化AFDD供用電安全保護專用芯片及產(chǎn)品。
主要內(nèi)容
一.鼎信AI智能的應(yīng)用
下面從四個方面介紹一下鼎信AI智能的應(yīng)用。IC技術(shù)發(fā)展趨勢、AI數(shù)智化的IC技術(shù)、AI芯片解決方案、鼎信AI發(fā)展歷程。
電子設(shè)備的智能化需求促進了集成電路發(fā)展朝著小體積、輕質(zhì)量、長壽命、高可靠性、低成本、易封裝、少接口、微功耗的融合方向發(fā)展，工藝制成向3納米邁進，22納米的工藝成熟可靠，研發(fā)產(chǎn)品成本降到千萬級，是社會與中國大市場規(guī)模設(shè)備數(shù)智化的優(yōu)選工藝。
計算密集型領(lǐng)域，尤其AI的快速崛起，造成了對計算需求的爆炸式增長，已遠遠超過了傳統(tǒng)CPU處理器能力，異構(gòu)計算能力及功耗使現(xiàn)場設(shè)備AI數(shù)智化成為現(xiàn)實。
傳統(tǒng)的數(shù)智化MCU同步處理方案，利用了5%單一的、相關(guān)性強的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，經(jīng)過簡單的預(yù)制判斷等性能發(fā)揮99%，能夠應(yīng)對大部分場景。數(shù)智化AI處理方案，增加利用剩余的95%豐富的、相關(guān)性弱、難以描述的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，通過歸納物理特性復(fù)雜的數(shù)智化處理，讓性能發(fā)揮99.99%。
鼎信經(jīng)歷14年的發(fā)展，2017年開始了AI智能時代，研發(fā)具有絕對競爭力的產(chǎn)品，是鼎信AI發(fā)展的驅(qū)動力，解決方法更優(yōu)→更復(fù)雜的算法→人工智能解決方法→在終端設(shè)備落地，達到算力和功耗滿足產(chǎn)品需求的目標。
低壓電力線載波芯片孕育了鼎信公司的成長。芯片化、AI數(shù)智化將是公司未來發(fā)展的主要賽道。研制AI專用工具，將采集各種工況的實驗數(shù)據(jù)，對三維時頻、信息熵等進行可視化處理，開發(fā)數(shù)智化三維頻譜分析硬件及軟件，對采集得到的特征值進行三維或二維圖型展示，查看數(shù)據(jù)、演示數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、進行算法完善，這部分工作是AI數(shù)智化處理的主要工作。
隨著AI技術(shù)的累積，解決問題將趨近于完美，這部分工作量占開發(fā)工作量的80%以上。獲取多種變量信息，通過相關(guān)數(shù)據(jù)計算處理達到最優(yōu)性能，通過多個項目總結(jié)并實現(xiàn)從應(yīng)用需求到AI算法選擇，通過現(xiàn)場運行進行歸一化的模型優(yōu)化。
通向產(chǎn)品零故障是AI數(shù)智化產(chǎn)品滿足客戶應(yīng)用的保證，我們實現(xiàn)了從芯片復(fù)制到產(chǎn)品復(fù)制的跨越，形成了芯片和產(chǎn)品高質(zhì)量的良性循環(huán)。
二.供用電安全保護AI方案
2021年全國統(tǒng)計引發(fā)火災(zāi)的直接原因，電氣占到28.4%，較大火災(zāi)三分之一是電氣引起，電氣線路故障居多，占火災(zāi)總數(shù)的近八成。我司在電量表載波通信領(lǐng)域，較普遍發(fā)現(xiàn)高頻電力諧波存在，在邊遠地區(qū)發(fā)現(xiàn)高頻諧波電壓峰值高達200伏，高頻電力諧波進入公用電網(wǎng)引起損耗增加，使電氣線路及設(shè)備發(fā)熱，導(dǎo)致絕緣老化，是新出現(xiàn)的電氣火災(zāi)隱患，是電網(wǎng)火災(zāi)有增無減的主要原因。
在國際上，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，高于2KHz以上引起的諧波導(dǎo)致電能質(zhì)量問題逐漸引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，將高于2K Hz的較高頻率諧波頻率拓展為2-150K，并命名為“超高次諧波”。
隨著電氣設(shè)備的大量普及，電氣線路數(shù)十年的老化，絕緣能力下降。電氣線路長期帶載或過載運行，且接觸不良，引起局部發(fā)熱，產(chǎn)生電弧故障引起的電氣火災(zāi)頻繁發(fā)生。產(chǎn)生高頻諧波的電器會經(jīng)過火線對外殼地的EMI抑制電容產(chǎn)生高頻諧波相同頻率的漏電，高頻諧波和國外的B+漏電的頻譜范圍相同，利用B+漏電推廣使用，也是抑制高頻諧波的有效方法。
公司成立之后，鼎信深耕電氣信號分析領(lǐng)域，在0~200MHz的頻段內(nèi)，深入分析供用電安全信號的頻譜特征。供用電安全產(chǎn)品保護器就是一臺不同頻段的多路輸入信號的頻譜分析儀。百兆級的頻率特性分析，覆蓋范圍廣，不易受到干擾；豐富的特征提取算法更準確、及時提取電弧特征，專用芯片完全滿足故障電弧檢測、B+漏電檢測、計量、諧波分析等多方面的應(yīng)用需求。
提取數(shù)十種時/頻域特征值，分析數(shù)據(jù)的整體和局部信息，引入卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)得到需要的結(jié)果，經(jīng)過模型的不斷調(diào)整和完善，電弧判別更加智能可靠，逐步進行模型的驗證與優(yōu)化。
AC漏電檢測方案，至今一直沒有發(fā)展到數(shù)智化，數(shù)智化B+漏電檢測方案的優(yōu)勢非常明顯，多參數(shù)可以適配不同的應(yīng)用場景，直流漏電激勵電壓低、功耗低，求解溫度變量，精確判別漏電電流的大小和類型，適合溫度范圍更加廣泛。
我們的綜合數(shù)智化用電安全保護器已取得了產(chǎn)品的認證，性能可靠性、功耗完全滿足應(yīng)用要求。兩個400Msps ADC的產(chǎn)品，運行監(jiān)測功耗是0.35W，與目前的漏電保護器功耗是一樣的。
我們對電力諧波治理的建議，目前從供電側(cè)治理電力諧波投入的人力物力巨大，難以規(guī)?；瘧?yīng)用，轉(zhuǎn)變思路，從設(shè)備后端禁止產(chǎn)生諧波的電器接入，從根源上杜絕污染源的出現(xiàn)，類似于AC漏電標準到歐洲B+漏電標準，制定高頻電力諧波的控制標準。
三.消防報警探測AI方案
光電感應(yīng)探測器容易受到干擾產(chǎn)生誤報，迫切需要研制一種更加可靠、誤報率更低的產(chǎn)品來解決該問題?；馂?zāi)現(xiàn)場救援，對被困者的位置缺乏監(jiān)控，救援難度大，效率低，利用報警網(wǎng)絡(luò)使用人體感知雷達，對火場被困人員進行定位，可以挽救更多的生命。地下管線供電電纜檢測和火災(zāi)報警難度大，容易引發(fā)重特大事故，分布式光纖傳感器產(chǎn)品成本高，需要降低成本，適合于大規(guī)模應(yīng)用。我就介紹這三種產(chǎn)品。
基于自主研發(fā)的感煙專用芯片、專利迷宮以及AI多重智能算法技術(shù)，提高煙霧識別能力，提升探測準確度、解決風(fēng)口、電井等特殊場所的問題。鼎信方案采用CHIRP擴展頻譜技術(shù)有效規(guī)避干擾信號對檢測信號的影響，通過對多種火災(zāi)煙霧、水霧、粉塵的散熱特性的分析，得到顆粒散射強度、顆粒粒徑、顆粒散射角度以及發(fā)射光源波長的關(guān)系曲線，基于雙波長、多角度探測方案，實現(xiàn)煙霧類型的準確識別，避免誤報發(fā)生。結(jié)合智能AI神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和大數(shù)據(jù)處理，對信號特征進行多維度分析，實時獲取和更新周邊環(huán)境的干擾的時/頻特性，通過AI智能算法與預(yù)先訓(xùn)練的不同煙霧的模型特征進行比對，實現(xiàn)煙霧類型的判別。
分布式光纖測溫系統(tǒng)，是新型分布式測溫系統(tǒng)，具有分布式測溫，低成本、高性能、本質(zhì)安全的特點。采用400Msps ADC高速采樣+高速數(shù)據(jù)處理單元的芯片設(shè)計,創(chuàng)新采用多核級聯(lián)采樣和分段放大技術(shù)，芯片與用電安全芯片共用，使用芯片內(nèi)高性能的DSP處理器，提高測溫距離、測溫精度和空間分辨率。我們現(xiàn)在做AI，每一個產(chǎn)品有專用算法的處理芯片，這樣的話，速度和功耗、成本都可以降到一個很低的水平。AI智能算法實現(xiàn)系統(tǒng)衰減補償系數(shù)實時糾正和校正，和溫度分區(qū)分段協(xié)調(diào)。測溫精度在應(yīng)用環(huán)境中可以真正達到±0.5℃以內(nèi)。
人體存在感知雷達，通過發(fā)射高頻超寬頻譜電磁波，分析返回的波束中人體活動耦合進反射波中的信號，判斷所處空間內(nèi)是否存在人體活動的跡象。通過比較接收信號頻率與發(fā)射信號頻率差來獲得目標的距離信息，目標徑向速度可以通過多普勒頻移得到，適用于多個目標的檢測。集成多種智能算法，有效濾除干擾源，誤判率大大降低，增加產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性，通過對生命體征、方位、速度、動靜態(tài)特征等多維度識別，精確感知人體存在。人體存在感知雷達可以指導(dǎo)火災(zāi)現(xiàn)場人員的搜救。
未來，鼎信會利用現(xiàn)場聯(lián)網(wǎng)平臺和傳統(tǒng)芯片+AI的技術(shù)優(yōu)勢，持續(xù)研究新技術(shù)、新方向，以芯片化和AI智能算法打造產(chǎn)品的核心競爭力，推動我國建筑消防行業(yè)的發(fā)展。
四.消防報警聯(lián)網(wǎng)AI方案
聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的最后一公里的通信鏈路可靠性，決定了消防報警系統(tǒng)的可靠性。鼎信消防是業(yè)界首家采用全數(shù)字化二線制通信的消防報警廠家。隨著消防報警行業(yè)的快速發(fā)展，多種聯(lián)網(wǎng)設(shè)備同時安裝，設(shè)備容量增大，大功率設(shè)備增加，部分平行線電纜布局已成實際趨勢，布線越來越長，通信干擾問題嚴重，信息量爆炸式增長。
秉承第一性原理，從平行線通信的本質(zhì)出發(fā)，依托載波通訊技術(shù)，進行了大量基礎(chǔ)理論研究、建模分析和仿真實驗，以IC設(shè)計和AI數(shù)智化為主線，異構(gòu)計算為核心，研制新一代鼎信可供電、二線制AI聯(lián)網(wǎng)平臺。
針對平行線的通信干擾，我們對實際工程用平行線的寄生參數(shù)進行了精準的測量，并對總線模型進行了建模，使用simulinK進行了仿真，從理論分析到建模仿真再到實驗驗證，我們搭建了一套有效的仿真和實驗驗證的平臺。主站下行發(fā)碼采用脈寬編碼方式，碼元“0”采用窄帶脈寬編碼方式，增加了高電平時間，減少了信號串擾，提高了總線的供電能力。上行回碼增強信號強度，采用差分編碼，由20mA回碼電流變?yōu)樽罡呖蛇_60mA，提高信噪比，增強抗干擾能力。卷積交織等信道編碼方案，接收采用最大似然辦法，具有部分信號丟失再恢復(fù)等能力。
圖1信號波形很亂，但仍可以正確解碼，此時應(yīng)用軟件會更加KMRS值調(diào)整通信速率。圖2和圖3為主站、為適應(yīng)不同的環(huán)境智能調(diào)節(jié)脈寬寬度，當安裝調(diào)試后，系統(tǒng)會自動給出現(xiàn)場信號的可信度，確保系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行。
沒有AI制造，就不能保證產(chǎn)品零不良，高性能的產(chǎn)品也不能讓客戶得到良好的體驗。
五.鼎信AI智能制造
36萬平米的鼎信通訊產(chǎn)業(yè)園，是山東省工業(yè)4.0示范基地--全自動無人化生產(chǎn)線；山東省綠色節(jié)能生產(chǎn)基地--綠色零排放；山東省智慧消防示范基地--二線制系統(tǒng)的完美運用。生產(chǎn)線由自己的100多人的自動化部門實施，自主控制生產(chǎn)自動化方式，持續(xù)改進生產(chǎn)過程。設(shè)計行業(yè)最先進的自動化智能制造生產(chǎn)及檢測線體，實現(xiàn)高效生產(chǎn)下線產(chǎn)品零不良。雙色、三色、嵌件高度集成的制造工藝的使用，簡化了生產(chǎn)步驟，提高了生產(chǎn)質(zhì)量。
科學(xué)嚴謹?shù)拈_發(fā)流程，保證良好客戶體驗和產(chǎn)品的可制造性，對標行業(yè)，分析挖掘客戶痛點，保證產(chǎn)品的良好客戶體驗。結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝設(shè)計并行，保證產(chǎn)品可制造性。
行業(yè)領(lǐng)先Ansyse、VSA等強大仿真分析能力。通過Ansyse仿真產(chǎn)品跌落、應(yīng)力，彈片1萬次壽命及VSA裝配公差仿真分析，在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段進行壽命及裝配設(shè)計預(yù)算，實現(xiàn)一次做對、三年零不良及20年壽命的理論支撐。
采用進口設(shè)備，保證可靠性，也和國內(nèi)高水平設(shè)備公司共同解決國產(chǎn)設(shè)備的性能提升問題。實時監(jiān)測每一片生產(chǎn)板的溫度曲線，并與條碼鏈接，實現(xiàn)產(chǎn)品可追溯，實時監(jiān)控焊爐各區(qū)CMK，合理規(guī)劃保養(yǎng)周期，保證焊接品質(zhì)量實時掌控。
實現(xiàn)行業(yè)首創(chuàng)的PCBA一個流生產(chǎn)模式，從PCB投入，經(jīng)歷錫膏印刷、SMT貼片、回流焊接、異形件插貼、自動分板、自動測試、自動裝箱，全部工序全流程，一個流的自動化生產(chǎn)。
智能電表總裝，總裝車間現(xiàn)有單相表組裝線4條，包裝線5條，在制單相表線1條。單項表行業(yè)70人班產(chǎn)3000的產(chǎn)能，通過高度集成制造先進的工藝及行業(yè)領(lǐng)先的組裝測試自動化線，目前2個人，未來可以達到0.5人的水平。
首創(chuàng)全自動在線組裝感煙產(chǎn)品，對產(chǎn)品質(zhì)量有完好的保障。采用2D、3D視覺監(jiān)測系統(tǒng)，包含組裝、檢測、打標與包裝，共7個單元。
鼎信通訊MES生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)是一套面向車間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)，通過對物料管理、設(shè)備管理、工藝管理、人員管理、過程管理、產(chǎn)品追溯等信息結(jié)合協(xié)同，實現(xiàn)生產(chǎn)的實時化、可視化、信息化、自動化管理。通過后臺強大的SPC數(shù)據(jù)分析及時進行糾偏，保證產(chǎn)品生產(chǎn)過程質(zhì)量。同時鼎信通訊MES還與ERP系統(tǒng)、CRM系統(tǒng)、WMS（倉儲物流系統(tǒng)）系統(tǒng)進行集成融合，保證生產(chǎn)過程的能力，及時準確交付，為全面提升客戶滿意度提供保障。
我的介紹到此結(jié)束，謝謝大家！
原標題：CFIC2022主題報告|王建華：《鼎信AI技術(shù)助力消防安全》
