chatGPT大火,人工智能如何應用在工程設計?
大家好,我是朦。ChatGPT雖然少數時候會胡說八道,但它強大功能卻是世人有目共睹的,甚至讓人類感到危機。它能回答歷史、科學等各種問題、能寫文章、詩歌,甚至代碼。其實在它之前就已經有很多類似的工具了,為什么它就有一種橫空出世的感覺?就是“大力出奇跡”。這種人工智能訓練靠的一是模型本身,二就是數據量,ChatGPT勝在數據量,它上一個版本GPT-3訓練的參數量就已經達到了1750億,這個數量是其他工具望塵莫及的。就比如我和你擁有一樣的大腦,你學了100首詩,而我學了1萬首,你說我們誰的詩歌造詣會更好呢?ChatGPT能學習這么多的數據,除了冒著差點被告的風險白嫖了很多新聞網站,最主要的就是微軟等互聯網大佬們金錢的力量,30000 塊顯卡在晝夜不停地學習,那就是money持續在燃燒。
關于ChatGPT的沿革發展啊、介紹啊網上很多視頻或者文章都有提到,所以我就不過多重復的介紹了,其實作為一個工科生,我更關心的是它對工業發展是否有什么幫助或影響。前段時間聽的一個會議報告分析它的“潛力”是否會引爆下一輪工業革命 ,目前來看,不會。人工智能有很多細分方向,面向文本的、數據的、圖像的、語音的,ChatGPT主要是面向文本的,是語言模型。而工業領域,比如產品研發設計或運維端,需要的是結構化的數據模型,這兩個還不太一樣。而且就算ChatGPT未來開發了面向工業領域的算法模型,但數據哪里來,工業領域的汽車、輪船、航天、兵器那大部分都是涉密的,想獲得這些數據可就不是白嫖新聞網站被告那么簡單了。

所以咱工業產品的研發和運維還用不了ChatGPT,但是有一些面向工業端的人工智能工具是能用得上的。雖然現在計算機仿真已經大大加快了工業研發的進度,但如果你看過我之前的視頻,就知道,雖然仿真比實驗是大大節省了時間,但還是很慢啊,每一次計算要幾個小時甚至幾天,還得心里默念著好運來求它收斂。一旦好運沒來,幾天時間白過,重算。

我之前讀研的時候做的是動壓懸浮心臟泵方面的課題,深有體會,這個等待仿真計算結果的過程是相當折磨人的,會出現狂怒抓頭發,小紅小藍和小青三根秀發飄了下來的場景。所以如果一些合適的人工智能工具能一定程度代替仿真,讓我們少建模、少畫網格、少計算,甚至少做實驗,那真的是福音。今天咱們就身體力行,拿一款人工智能工具DTEmpower來試上一試。我拿的是船舶行業的一個案例,行業內的小伙伴應該知道減小船舶行駛過程中的興波阻力很重要,哪怕減小一丟丟,都能省很多燃料,省很多錢。

減小興波阻力的主要途徑就是改進船型,船型由下面幾個參數決定:draft 、Halfbeam、Height 等。每一組參數,都對應一種船型,也就對應一個興波阻力。剛剛這些參數含義我也不懂,其實這工具它也不懂,你就把這些數據放里,它就kuakuakua一頓算,就能找到這些參數之間的關系,從而進行計算和預測。我手里現在的這份數據,有1211組,這些數據,有的是實驗來的,有的是CFD仿真算的。很寶貴,都是前輩們經驗的總結。

咱機械行業不是流傳一句金句嘛:咱干機械的,是越老越吃香。咱們今天怎么試呢,我就把這1211組數據隨機抽出2組,把1209組數據放到DT軟件里讓它去學,學成后,我再輸入這2組數據的draft 、Halfbeam這些值,然后讓DT算出它的興波阻力是多少,再和這個表格中的真實數據核對,看看誤差有多少。一般仿真的誤差能控制在10%以內,已經是不錯的了,看這個DT預測的精度和仿真比怎么樣。

首先,打開軟件,新建項目
第一步數據讀取,讀入剛才的1209組數據。
第二步拖入變量設定模塊。把draft 、Halfbeam、Height等設為自變量,興波阻力設為因變量。
第三步拖入數據清理模塊。就是可以自動檢測出一千多行數據里面明顯不符合整體特征的數據,把它清洗掉。異常點設置80,為什么80呢,我試出來的,試的方法,如果你有興趣,我們之后詳說。
第四步數據分割。測試集占比為25%,意思就是拿75%的數據去學習,生成模型,然后拿25%數據去校核看這個模型預測準不準。
第五步模型訓練。就是選要生成模型的算法,DT里有幾十種算法,不知道選哪個沒問題,你就挨個試,我選1個線性的,這3個非線性的,都拖進去。點擊開始,哇,跑完了。看這速度,和仿真比,真的是過癮!

然后我們看一下哪個模型好,這些數據都是體現精度的,咱們就看R方值,它是這個公式算出來的,總之就是越接近1,模型精度越高。
這個線性模型的精度是最低的,只有0.56。Excel里的多元回歸模型就是這個,而且只有這個,看這個精度,大家以后不要用Excel多元回歸模型做稍復雜的數據分析和預測,準確度太低。

比較R方值之后,選擇ExtraTrees模型。點評估,就彈出了我們最期待的界面,輸入留存的這2組數據,先輸1組,誤差2%,還不錯,下一組數據誤差0%。這個精度,完全可以和仿真媲美,但速度快了無數倍啊,我說話的速度,都耽誤操作,要是不說話還能快不少!這速度讓仿真工程師有沒有感覺到好爽。

這類軟件呢,目前階段也有一定應用局限性,比如對于整體結構和設計參數比較明確的部件就比較合適,像今天的船型啊,像飛機機翼的翼型啊,就定義弦長、中弧線以及相對彎度等幾個參數,來預測升力、像汽車進氣道啊,這些你比較清楚地知道什么作為自變量的,就可以用這樣的人工智能工具去輔助產品的研發,一定程度上代替仿真。但設計那種你也不知道該用什么樣的結構才能讓性能更好的部件時,就不大適用了,畢竟結構都沒定,參數也定不了,也不可能有合適數量的歷史數據,那就只能仿真了,如果通過仿真找到了規律,初定了結構,積累了一定數據量,還沒有得到想要的性能,那就可以接著用DT來跑一跑了,畢竟省時間。
另外,除了工業設計端的場景,運維端也可用這類AI預測工具,比如電廠智能監盤啊、設備預警啊、水處理系統參數預測啊、鍋爐脫銷優化控制啊(畢竟咱熱能人干啥都得想著點兒燒鍋爐)。雖然這類人工智能工具最擅長的是工業,但也還可以干點兒別的事兒,比如預測天氣,預測球賽,反正只要你有歷史數據,想預測啥就預測啥。回到開頭講的ChatGPT,這是它目前干不了,但是特定的AI工具就能干的事兒了。

今天就說到這兒了,如果您喜歡,別忘點個關注,一鍵三聯,我們下期見!
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