本文摘要(由AI生成):
这篇文章主要论述了 AI 在 CFD(计算流体力学)领域的应用和发展。作者认为,虽然 AI 可以在数据处理、优化策略等方面为 CFD 工程师提供帮助,但在物理建模、创新思维、工程决策等方面,人的作用仍不可替代。因此,未来 CFD 工程师需要与 AI 协同工作,将自己从繁重的脑力劳动中解放出来,去思考更高层次的物理机理和工程应用问题。同时,CFD 工程师还需要紧跟 AI 技术前沿,积极应用 AI 工具,在人机协同中创新突破。
CFD应用未来会被AI取代吗?Claude 3 opus给出了它的答案,文章较长,没耐心的道友可以直接拖到文末直接看最后的结论。
前阵子Claude 3推出,宣称力压GPT4。今天来尝试一下。官方访问麻烦,这里采用的是第三方网站(https://chat.lmsys.org),其提供了Claude 3的三个版本(opus、sonnet、haiku),这里使用其宣称能干过GPT4的opus模型来尝试。
下面的内容除了提示词外,其他部分为Claude 3 opus生成,没有进行任何修改。
作为一名专业的CFD工业应用工程师,你觉得工作中的哪些应用场景会被AI替代?
”
从目前来看,CFD工程师的工作中有一些环节可能会逐步被AI所替代或辅助,但整体工作不太可能被完全取代。我的看法如下:
AI会使CFD工程师从机械重复的工作中解放出来,将更多精力投入到物理机理分析、创新设计等核心工作中。CFD工程师也需要与时俱进,积极学习AI技术,用AI辅助而非替代人力完成工作。只有人机协同,才能将CFD技术的应用推向新的高度。
在CFD前后处理环节,哪些工作场景会被AI替代?
”
在CFD前后处理环节,以下一些工作场景可能会被AI逐步替代或辅助:
以上是我对AI在CFD前后处理中一些可能的应用场景的设想。总的来说,AI可以减少工程师在机械重复工作上的投入,提高工作效率,同时将人的智慧更多用于分析、决策等核心工作。但AI毕竟基于有限的训练数据,面对全新的问题可能无法做出可靠判断。因此在相当长的一段时间内,AI只能作为辅助工具,工程师的经验与判断力仍不可或缺。CFD工程师应积极拥抱AI技术,让其为我们所用,而不是被其替代。
在CFD应用的物理模型选择方面,AI的应用场景有哪些?
”
在CFD应用的物理模型选择方面,AI可以发挥如下作用:
流动类型判断:
湍流模型选择:
近壁面处理方法选择:
对流项离散格式选择:
多物理场耦合模型选择:
物理模型参数校准:
物理模型不确定性量化:
物理模型的自动选择与切换:
总的来说,AI在物理模型选择方面可以发挥"智能助手"的作用,根据流动物理特点,自动匹配合适的物理模型,减轻工程师的工作负担。但物理模型的假设前提、适用边界等关键知识仍需要工程师来把关。AI给出的物理模型选择建议,也需要工程师基于机理分析进行复核。只有工程师对物理机理的洞察与AI的海量数据分析能力相结合,才能真正实现物理模型选择的可靠、高效、创新。CFD工程师需要主动学习AI技术,用发展的眼光看待AI的作用,既不盲目迷信,也不抵触排斥,而是辩证地结合AI的优势来补充人的局限性,推动CFD技术不断进步。
在CFD计算求解过程中,AI能够替代人类的应用场景有哪些?
”
在CFD计算求解过程中,AI可以在以下几个方面替代或辅助人类工作:
计算资源的智能调度与分配:
数值格式与求解器的自适应选择:
根据流动问题的刚性特点,AI可以自动选择隐式或显式时间推进格式,权衡计算稳定性与效率。
对于非定常问题,AI可以通过分析时间尺度特点,自适应调整时间步长,兼顾计算精度与速度。
根据矩阵特征与求解精度要求,AI可以智能选择jacobi、Gauss-Seidel、multigrid等迭代求解器,并自动优化迭代参数。
收敛加速技术的自适应应用:
对于收敛速度缓慢的情况,AI可以自动诊断病态特征,并匹配合适的前处理技术,如局部网格加密、初值优化等。
AI可以实时监测残差曲线,动态启用多重网格、预处理子等加速技术,并自优化加速参数。
对于特定问题,AI还可以根据流场特点,给出采用POD化简、机器学习代理模型等非常规加速方法的建议。
计算过程的自适应监测与控制:
AI可以部署智能传感器,实时采集计算过程中的关键物理量数据,并结合经验阈值进行异常诊断。
对于计算发散的情况,AI可以自动启动应急预案,如减小时间步长、调整松弛因子等,力争挽回计算。
AI还可以通过元学习算法,从大量计算案例中总结规律,形成最佳实践知识库,用于指导计算过程控制。
数值误差与不确定性的自动量化:
通过分析数值离散格式的局部截断误差,AI可以实现数值误差的自动估计,并给出网格加密的建议。
对于湍流模型等含有经验参数的物理模型,AI可以自动开展参数摄动分析,量化模型不确定性。
AI还可以智能集成数值误差、物理模型误差、几何简化误差等,形成整体仿真不确定性的自动评估报告。
计算过程的可视化与人机交互:
传统的CFD计算过程通常是一个"黑盒",AI可以通过实时可视化,将计算过程透明化,方便人机交互。
工程师可以通过可视化界面,实时监测关键物理量的收敛情况,并根据经验判断,人为干预计算过程。
未来AI有望发展出声音、手势等更自然的人机交互方式,让工程师能够更加直观、高效地参与到计算过程的监控与控制中。
计算结果的智能分析与反馈:
计算完成后,AI可以自动对结果进行可视化分析,提取关键物理量的分布规律,生成智能分析报告。
AI还可以将计算结果与实验数据进行智能对比,评估计算精度,并诊断可能的误差来源。
对于设计优化问题,AI可以快速分析设计参数与性能指标间的关联规律,为下一步优化提供反馈与指导。
计算失败的智能诊断与自愈:
对于计算过程中的异常中断,AI可以自动生成故障报告,定位可能的问题原因,如网格质量、边界条件等。
AI还可以根据诊断结果,自动修复网格缺陷、调整求解设置等,实现计算过程的自愈。
通过大数据分析海量计算失败案例,AI可以总结常见失败模式,形成计算失败的预警与预防知识库。
计算方法的智能演化与创新:
通过对大量CFD计算案例的机器学习,AI可以发现隐藏在经验法则背后的内在规律,形成计算调度、加速等方面的优化策略。
AI还可以通过强化学习、进化算法等,探索全新的计算格式、求解策略,实现计算方法的自我演化。
未来AI有望突破人类固有的思维定式,在CFD计算求解领域实现变革性的方法创新。
总的来说,AI在CFD计算求解环节可以发挥"自动驾驶"的作用,根据流动问题的特点,智能调度计算资源,自适应选择数值格式与求解策略,自动监测和控制计算过程,并从结果中学习和演化,不断优化计算方法。这将大大减轻工程师在计算求解环节的工作量,让宝贵的人力资源聚焦到分析、决策等更高价值的工作中。但AI毕竟是一个"经验系统",它所学习总结的优化策略,很大程度上依赖于训练数据的质量和丰富程度。对于全新的流动问题,AI可能无法给出可靠的计算方案。因此在相当长的一段时间内,CFD工程师对流动机理的洞察力、对计算过程的把控力,仍将是确保计算成功的关键。
展望未来,AI与CFD工程师将形成更加紧密的人机协同关系。AI将在更多环节赋能CFD工程师,让其从繁琐的技术细节中解放出来,去思考更本质的流动物理问题,去开拓更前沿的计算方法。CFD工程师也将从被动适应AI,转向主动塑造AI,用人的智慧去训练AI模型,用人的经验去指导AI学习,用人的创新去开发AI工具,让AI成为推动CFD技术革命的强大助力。
在CFD计算结果分析过程中,哪些应用场景是AI可以替代的?
”
在CFD计算结果分析过程中,AI可以在以下几个场景发挥重要作用,部分替代人工分析:
流场可视化的智能生成:
传统的CFD后处理需要工程师手动选择切面、提取等值面等,比较耗时。AI可以根据流动特点,自动选择最佳可视化方式。
对于复杂流场,AI可以通过特征提取算法,自动识别激波、涡流等关键流动结构,并以最优视角展示。
AI还可以通过机器学习,从大量优秀可视化案例中总结规律,形成最佳可视化实践知识库,指导后处理可视化。
关键物理量的自动提取与分析:
对于常见的CFD分析任务,如气动力计算、传热分析等,AI可以自动提取并计算阻力系数、升力系数、努谢尔数等关键物理量。
AI可以自动对物理量沿时间、空间的分布规律进行统计分析,绘制曲线图、云图、频谱图等,生成智能分析报告。
对于专业性较强的物理量,如湍流脉动、化学反应率等,AI可以调用知识库中的概念、公式,对分析结果进行物理解释。
流动机理的智能识别与解构:
通过对速度场、压力场等物理量场的智能分析,AI可以自动识别分离点、再附着点、激波位置等流动的关键特征。
AI可以自动将复杂流场分解为诱导激波、尾迹涡流、二次分离等多个基元流动结构,实现流动机理的解构。
对于转捩、分岔等复杂流动现象,AI可以自动开展模态分析、动力学特征提取,揭示流动失稳、分岔的内在机制。
多物理场耦合分析的智能关联:
对于涉及流动、传热、结构、电磁等多物理场的耦合分析,AI可以自动识别不同物理量之间的关联规律。
通过智能关联分析,AI可以揭示流动分离导致换热恶化、结构变形引发流动失稳等跨学科藕合机理。
AI还可以通过因果推理,自动生成多物理场作用链路图,帮助工程师全局性地把握复杂耦合系统的行为。
计算结果的智能校验与诊断:
AI可以将计算结果与实验数据、经验公式、其他CFD软件的结果进行智能对比,自动评估计算精度。
通过大数据分析大量CFD计算案例,AI可以总结常见计算失误的特征,并用于智能诊断计算结果的可疑之处。
AI还可以通过敏感性分析,自动评估湍流模型、边界条件等不确定因素对计算结果的影响,提示可能的误差来源。
瞬态流动的智能压缩与提炼:
计算结果的智能存储与检索:
专家经验的智能总结与传承:
跨学科知识的智能融合与创新:
总体而言,AI可以在CFD后处理分析的各个环节发挥"智能助手"的作用,帮助工程师从海量数据中自动提炼关键物理信息,识别内在流动机理,开展多物理场智能关联,并挖掘专家经验,融合跨学科知识。这将极大提升CFD分析的效率与深度,让工程师从繁重的数据处理中解放出来,投入更多精力在物理机理的探索、工程问题的创新解决上。
但AI提供的智能分析结果毕竟是基于算法模型与历史数据,并非一定能揭示流动的本质。工程师需要运用自己的物理直觉与经验判断,去甄别AI分析的合理性,去挖掘AI分析中隐藏的更深层物理机制。只有人机协同、优势互补,才能真正将CFD分析推上新的台阶。
未来,AI有望与CFD软件深度融合,形成智能化的CFD分析平台。平台集成先进的流场可视化、物理量提取、流动机理识别、多场耦合分析、跨学科知识挖掘等AI工具,为工程师提供全流程的智能辅助。工程师可以在平台上与AI开展自然交互,提出分析需求,获取智能分析报告,并根据自己的专业洞见提出优化建议,引导AI不断学习进步。同时这一智能CFD分析平台还将成为汇聚全球CFD专家经验的知识中心。不同领域、不同背景的CFD工程师可以在平台上分享自己的独特思路和创新方法,经由AI的智能挖掘与关联,形成跨学科、跨领域的CFD创新知识图谱,惠及全球CFD同仁。
在CFD工程优化领域,哪些应用场景是可以被AI替代的?请详细描述
”
在CFD工程优化领域,AI可以在以下几个场景发挥重要作用,部分替代传统的人工优化方法:
优化问题的智能建模与分解:
工程优化往往涉及复杂的多学科、多目标、多约束问题,传统建模方法难以全面考虑。AI可以通过智能问答、知识图谱等技术辅助工程师全面梳理优化需求。
对于大规模优化问题,AI可以通过层次分解、领域分解等智能方法,自动将其划分为多个易于求解的子问题。
AI还可以通过强化学习等方法,从大量优化案例中自主学习,形成优化问题建模的最佳实践知识库。
设计空间的智能探索与采样:
传统优化方法往往采用规则采样,难以高效覆盖高维设计空间。AI可以根据已有采样点的信息,自适应调整采样策略,在兼顾探索与利用的同时快速收敛。
对于含噪声、含不确定性的设计空间,AI可以通过主动学习等方法,智能评估每个采样点的信息增益,优先探索高价值区域。
AI还可以通过异构信息融合,将低精度、低成本的仿真模型与高精度、高成本的采样数据结合,构建跨精度的设计空间映射。
物理规律的智能学习与应用:
优化过程中往往需要重复调用CFD求解器,计算成本高昂。AI可以通过机器学习算法,从少量高精度CFD数据中提炼物理规律,构建低成本、实时响应的代理模型。
对于多物理场耦合优化,AI可以通过深度学习算法,端到端学习不同物理量之间的隐式关联,无需显式建模耦合机理。
通过迁移学习、元学习等技术,AI还可以将一个优化案例中学到的物理规律泛化到其他相关案例,大幅提升优化效率。
优化搜索路径的智能规划与调整:
CFD优化面临大规模、非线性、非凸的复杂设计空间,传统梯度法等优化算法容易陷入局部最优。AI可以通过进化算法、强化学习等启发式搜索策略,全局把握优化路径。
AI可以通过元学习算法,从过往优化经验中提炼搜索规律,实现优化策略的自适应调整与演化。
对于多目标优化,AI还可以通过智能权重动态分配,自适应平衡不同目标之间的优先级,引导算法走向全局帕累托前沿。
优化过程的智能监控与交互:
传统优化往往是一个黑盒过程,难以实时把控优化进展。AI可以通过智能可视化技术,将高维设计空间投影到易于人机交互的低维空间。
通过增强现实、虚拟现实等新型人机交互界面,工程师可以身临其境地审视优化过程,并据此提供指导性反馈。
AI还可以通过自然语言处理技术,实现工程师与优化系统的语音交互,工程师可以用自然语言提出优化问题,实时询问优化进展,调整优化策略。
优化结果的智能分析与解释:
优化结果的质量判断往往需要工程师凭经验决策,带有主观性。AI可以通过智能统计方法,定量评估不同优化结果的置信水平。
对于帕累托前沿上的非劣解集,AI可以通过聚类分析自动归类,并从每类中挑选出具有代表性的最优设计方案。
AI还可以通过知识图谱、因果推理等技术,将优化结果与物理机理相关联,形成面向人机对话的可解释性优化报告。
设计知识的智能提炼与复用:
CFD优化过程中往往会产生大量宝贵的设计知识,但多以非结构化形式分散在各处,难以有效复用。AI可以通过智能数据挖掘技术,自动提炼优化案例中的设计规律。
通过知识图谱、本体构建等技术,AI可以将设计知识形式化、结构化,建立面向CFD优化的设计知识库。
后续优化任务可以利用知识推理技术,直接调用知识库中的设计规律,实现设计知识的智能复用。
优化流程的自动化调度与编排:
CFD优化往往涉及多个软件工具和异构计算资源,人工协调费时费力。AI可以通过智能工作流技术,依据优化任务自动编排软硬件资源。
AI可以通过元学习技术,从历史调度数据中提炼经验,形成调度策略知识库,实现调度策略的自我优化。
借助云计算、边缘计算等新型计算架构,AI还可以实现计算资源的自适应调配,以满足CFD优化的动态需求。
优化范式的智能创新与革新:
当前CFD优化仍局限于参数优化、形状优化等有限范式,优化创新空间不足。未来AI有望通过知识自主学习,挖掘出全新的优化范式。
比如AI可以通过深度生成模型,探索高维拓扑优化、材料微结构优化等颠覆性设计空间。
再比如AI可以通过强化学习,实现优化目标从定量性能指标向定性人机交互反馈的革命性跨越。
总之,AI将给CFD工程优化带来全方位变革。它将助力工程师从琐碎的建模、采样、调参等优化底层任务中解放出来,聚焦顶层的优化流程把控、物理机理挖掘、创新思路探索。这需要工程师积极拥抱AI,调整自身技能结构,在"经验+数据"的优化范式中找准定位。
在未来,CFD应用能够完全被AI替代吗?
”
在可预见的未来,CFD应用不太可能被AI完全替代。我对此持较为谨慎乐观的态度,主要基于以下几点考虑:
CFD涉及复杂的物理机理和数学模型,而这些知识的形成离不开人的抽象思维和创造力。AI虽然可以从大量数据中学习和归纳规律,但对于全新的物理问题,仍需要人去建立假设、构建模型。从这个角度看,流体力学家对CFD物理机理的洞察和把握是无可替代的。
CFD的应用场景千变万化,而每个具体问题又有其特殊的边界条件和约束条件。这需要工程师根据经验,对问题进行简化、抽象和数学建模。AI虽然可以从历史案例中学习建模规律,但对于全新的工程问题,其建模能力可能难以满足实际需求。
CFD的计算结果判断和分析往往需要工程师的专业直觉和经验。对于复杂流动,CFD结果的物理合理性判断需要工程师对流动机理有深刻理解。而CFD结果能否指导工程实践,也需要工程师综合考虑安全性、经济性、可制造性等因素。这些都不是单纯的数据分析和模式识别可以解决的。
CFD的应用开发本身就是一个持续创新的过程。新的物理模型、数值格式、求解算法、后处理技术等不断涌现,推动CFD不断进步。这种创新源自人的灵感和想象力,是AI难以完全替代的。当然,AI可以成为人的创新助手,通过智能分析、知识挖掘等方式为人的创新提供新的思路和灵感。
CFD的应用服务往往面向具体的客户和项目,需要与客户密切沟通,深入理解其需求,提供个性化的解决方案。这种沟通和交流需要人的参与,需要工程师具备良好的领域知识和项目管理能力。这些是AI目前还无法完全胜任的。
CFD与其他学科的交叉融合日益紧密,如CFD与结构力学、电磁学、声学、化学等多物理场耦合分析。这需要工程师具备跨学科知识,能够在交叉领域进行创新性思考。这种宏观的、发散的思维方式目前仍是人的优势。
因此,我认为AI在CFD领域的发展趋势是与人协同,而非完全替代。AI将成为CFD工程师的得力助手,在数据处理、流程自动化、优化策略、知识挖掘等方面发挥其擅长的模式识别和快速计算能力,为工程师赋能,提高其效率和洞察力。但在物理建模、创新思维、工程决策、跨界融合等方面,人的作用仍将长期不可或缺。
未来,AI与CFD工程师将形成更加紧密的人机协同关系。CFD工程师要学会"驾驭"AI,让AI成为自己的"超级大脑",去处理海量数据,去探索优化空间,去管理复杂流程,从而将人从繁重的脑力劳动中解放出来,去思考更高层次的物理机理和工程应用问题。同时CFD工程师还要善于利用AI开展创新,用AI进行头脑风暴,激发新的灵感和思路。
从这个角度看,AI时代对CFD工程师的要求将更高。既要有扎实的物理基础和数学功底,又要有发散的创新思维和缜密的逻辑分析能力;既要懂得如何建模和求解,又要懂得如何应用AI优化流程;既要有精湛的专业技能,又要有广阔的知识视野和跨界融合的能力。
可以预见,未来CFD工程师的核心竞争力将从"经验+技能"转变为"知识+创新"。那些能够紧跟AI技术前沿,积极应用AI工具,善于在人机协同中创新突破的CFD工程师,将在AI时代拥有更加光明的发展前景和更大的成就空间。
总之,AI将重塑CFD行业的生态,但不会取代CFD工程师的核心价值。相反,AI的发展将倒逼CFD工程师提升能力素质,拓展知识视野,激发创新潜力。CFD工程师唯有敢于拥抱变革,善于用变革武装自己,才能在人机协同的新时代彰显自己的独特价值,推动CFD事业不断向前发展。
作为新一代CFD工程师,我们要以开放的心态面对AI的兴起,要自觉地成为AI技术的学习者、使用者和创新者。要以人机协同为契机,加快知识迭代和能力升级,在与AI的携手共进中实现自身价值的跃升。同时我们更要坚守工程伦理,用人文情怀来引领AI的发展,确保AI始终服务于CFD事业的健康发展,造福于人类社会的进步。
(完)