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[導(dǎo)讀]據(jù)Forrester預(yù)測,到2024年,企業(yè)AI計(jì)劃有助于將工作效率和創(chuàng)造性問題解決能力提高50%。AI將對工程師和教育工作者等的工作產(chǎn)生影響,即幫助他們節(jié)省時(shí)間,讓他們有更多精力專注于推進(jìn)科學(xué)和工程事業(yè)的其他項(xiàng)目。

隨著AI在各行各業(yè)的應(yīng)用日益廣泛,它將繼續(xù)深刻影響著人類社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步,并徹底改變技術(shù)和人類交互的方方面面。據(jù)Forrester預(yù)測,到2024年,企業(yè)AI計(jì)劃有助于將工作效率和創(chuàng)造性問題解決能力提高50%。AI將對工程師和教育工作者等的工作產(chǎn)生影響,即幫助他們節(jié)省時(shí)間,讓他們有更多精力專注于推進(jìn)科學(xué)和工程事業(yè)的其他項(xiàng)目。

2024年推動(dòng)AI持續(xù)發(fā)展的三大趨勢:

1、AI和仿真對于設(shè)計(jì)和開發(fā)工程系統(tǒng)至關(guān)重要

隨著AI在各行各業(yè)和應(yīng)用中走向主流,不使用AI的復(fù)雜工程系統(tǒng)將顯得格格不入。工程系統(tǒng)集多個(gè)領(lǐng)域的組件和子系統(tǒng)于一體,創(chuàng)建了能夠感知和響應(yīng)周圍世界的智能系統(tǒng)。例如,風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)合使用了機(jī)械組件(渦輪葉片和變速箱)、電氣組件(發(fā)電機(jī))和控制組件(葉片螺距)。復(fù)雜的AI系統(tǒng)之所以大行其道,主要是因?yàn)檫@些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)中更多地融入了仿真。

仿真是一種得到廣泛驗(yàn)證的方法,用于執(zhí)行開發(fā)復(fù)雜系統(tǒng)所需的多域建模和仿真。AI可以處理來自傳感器的數(shù)據(jù),以幫助開發(fā)感知系統(tǒng)和自主系統(tǒng)。然而,隨著系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,對系統(tǒng)級和嵌入式設(shè)計(jì)來說,一些仿真的計(jì)算量可能會(huì)變得太大,尤其是在需要實(shí)時(shí)運(yùn)行模型的測試中更是如此。在這種情況下,AI還可以通過使用降階模型來增強(qiáng)仿真。

降階模型(ROM)可以在加速仿真的同時(shí),仍為控制算法的系統(tǒng)級測試提供可接受的準(zhǔn)確度。ROM模型可以補(bǔ)充第一性原理模型,從而創(chuàng)建變體實(shí)現(xiàn),以便可在準(zhǔn)確度、性能和復(fù)雜性之間執(zhí)行權(quán)衡分析。

越來越多的工程師都在探索如何將基于AI的ROM模型集成到系統(tǒng)中。這有助于加速受第三方高保真模型影響的桌面仿真,通過降低模型的復(fù)雜性實(shí)現(xiàn)硬件在環(huán)測試,或加速有限元分析(FEA)仿真。

AI從業(yè)者在將模型部署到速度和內(nèi)存至關(guān)重要的邊緣設(shè)備時(shí)必須考慮其性能。

2、對于嵌入式AI,首選小型模型;對于計(jì)算機(jī)視覺和語言模型,仍首選大型模型

AI模型可能有數(shù)百萬個(gè)參數(shù),需要大量內(nèi)存才能運(yùn)行。在研究中,準(zhǔn)確度是首要考慮因素,但在將AI模型部署到硬件時(shí),需要在內(nèi)存和準(zhǔn)確度之間進(jìn)行權(quán)衡。AI從業(yè)者必須考慮在將模型部署到速度和內(nèi)存至關(guān)重要的設(shè)備時(shí)其性能會(huì)有何不同。AI可以作為較小的組件添加到現(xiàn)有的控制系統(tǒng)中,而無需依賴端到端的AI模型,例如那些在計(jì)算機(jī)視覺中檢測對象的常用模型。

在討論較小的AI模型時(shí),一個(gè)特別重要的主題是增量學(xué)習(xí)。增量學(xué)習(xí)是一種機(jī)器學(xué)習(xí)方法,它使模型能夠通過在新數(shù)據(jù)可用時(shí)實(shí)時(shí)更新其自身知識來持續(xù)學(xué)習(xí);這是一種高效的邊緣部署方法。

復(fù)雜AI系統(tǒng)的成功與否取決于是否將仿真融入工程系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)中。

3、GenAI幫助工程學(xué)教授講授更高級的主題

生成式AI(GenAI)是一項(xiàng)顛覆性技術(shù)。在2024年及以后,工程學(xué)教授將在課堂上大規(guī)模使用這項(xiàng)技術(shù)來為學(xué)生提供幫助。與互聯(lián)網(wǎng)或手機(jī)非常類似,GenAI正掀起一場革命,將改善整個(gè)工程教育領(lǐng)域的現(xiàn)狀。

在課堂上使用GenAI的主要優(yōu)勢是,在向工程專業(yè)的學(xué)生教授基本技能(如計(jì)算機(jī)編程)時(shí),它可以幫助節(jié)省時(shí)間。這樣,教授不必再像以前一樣花費(fèi)時(shí)間講授低級概念,現(xiàn)在可以專注于講授高級主題,如復(fù)雜工程系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。通過使用ChatGPT等技術(shù)運(yùn)行仿真,并創(chuàng)建交互式練習(xí)和實(shí)驗(yàn),教授可以節(jié)省時(shí)間,并讓學(xué)生更好地參與其中。

教授可以教會(huì)學(xué)生有效掌握GenAI的必備技能,例如提示工程。這有助于學(xué)生培養(yǎng)學(xué)以致用的批判性思維技能,而不是完全依賴計(jì)算機(jī)來解決問題。因此,學(xué)生最好在各種工程學(xué)科中做到獨(dú)立學(xué)習(xí),而工程學(xué)教育工作者可以在更高級的概念方面分享專業(yè)知識的同時(shí),進(jìn)一步拓展課程。

結(jié)束語

隨著AI日臻成熟,它在提高工程師和教育工作者的工作效率和潛力方面將發(fā)揮著日益明顯的作用。在構(gòu)建復(fù)雜的工程系統(tǒng)時(shí),工程師采用AI輔助仿真和更小的AI模型不失為明智之舉。在學(xué)術(shù)領(lǐng)域,生成式AI幫助教育工作者節(jié)省了精力,讓學(xué)生更加獨(dú)立。借助AI,眾多行業(yè)和教育機(jī)構(gòu)可以做出更明智的決策,獲得可操作性的建議,并提高效率。

關(guān)于MathWorks

MathWorks是數(shù)學(xué)計(jì)算軟件領(lǐng)域世界領(lǐng)先的開發(fā)商。來自該公司的MATLAB被稱為“科學(xué)家和工程師的語言”,是一個(gè)集算法開發(fā)、數(shù)據(jù)分析、可視化和數(shù)值計(jì)算于一體的編程環(huán)境。Simulink則是一個(gè)模塊化建模環(huán)境,面向多域和嵌入式工程系統(tǒng)的仿真和基于模型的設(shè)計(jì)。這些產(chǎn)品服務(wù)于全球工程師和科學(xué)家,幫助他們加快步伐,在汽車、航空航天、通信、電子、工業(yè)自動(dòng)化及其他各行各業(yè)更快地實(shí)現(xiàn)發(fā)明、創(chuàng)新和開發(fā)。MATLAB和Simulink產(chǎn)品是全球眾多頂級大學(xué)和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的基本教研工具。MathWorks創(chuàng)建于1984年,總部位于美國馬薩諸塞州的內(nèi)蒂克市(Natick,Massachusetts),在全球擁有34個(gè)分支機(jī)構(gòu),共有6,000多名員工。有關(guān)詳細(xì)信息,請?jiān)L問cn.mathworks.com。

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