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利用學習資源及AI提升自動化程式開發效率
PyAnsys模擬工具技術教學(六)

【作者: 林鳴志】   2023年09月21日 星期四

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將手動操作的複雜工程模擬過程自動化,不僅實現了設計流程的質量提升,還在效率和準確性方面達到了顯著的優化。在之前的五篇專欄內容裡,已經詳細介紹了如何運用PyAnsys來處理模型的前置工作、設定模擬參數,以及進行資料的後期分析和報表生成。在本文中,將重點講解如何充分利用Ansys的學習資源, 以能更順利地跨越模擬自動化編程的入門門檻。


掌握Python:多元化的學習途徑與實踐策略

學習Python的方法多種又多樣,而找到最適合自己的學習方式是成功的關鍵。書籍通常深入剖析理論基礎,協助從根本上把握程式設計精髓。相對地,網站和部落格提供特定問題的快速解答和更新最新的技巧。藉由有結構的課程,例如Python自動化入門課程,則能打造有計劃的學習環境,通常涵蓋多種實作練習和專案,方便於快速掌握實用技能。而影片教學則尤其適合視覺和聽覺導向的學習者,能夠實際觀看程式碼的即時演示和詳解。


不論是選擇何種學習途徑,只要掌握了Python的基礎,就可以著手進行實作練習。真實的編程經驗不僅能加速對語言的掌握,還能夠靈活運用在不同的應用場景上。基本的Python知識,如資料型態、基礎資料結構、邏輯運算、迴圈控制、字串操作、模組應用以及檔案處理,都是可以在短時間內獲得初步掌握的,特別是對於已具備一定數學和邏輯能力的人群,比如電子和電機工程師。僅需幾天的密集學習和實踐,就能過渡到更專門或更特定的領域,例如3D建模、模擬設定操作或資料分析等等。


探索PyAnsys:從基礎範例到高級應用

一旦掌握了Python的基礎,進一步學習專門的函式庫,比如PyAnsys,就是一個順理成章的步驟。PyAnsys在GitHub上有一個專門的範例頁面,這不僅是了解各類函數運作方式的絕佳場所,也可以直觀地看到這些函數在Ansys模擬環境中的實際效果。



圖一 : PyAnsys開源項目頁面
圖一 : PyAnsys開源項目頁面

使用Python的逐步執行功能,能夠更加精確地了解程式碼如何影響Ansys工具,這不僅能夠深入了解程式碼的運行邏輯,也可以實時觀察其在Ansys模擬中的實際效果。如果在學習過程中遇到問題,Ansys Developer Portal上的社群論壇是解答疑惑的好去處,那裡匯聚了許多專家和開發者。


一旦對於基本的自動化腳本和PyAnsys有了足夠的熟悉,加入第三方庫如Numpy、Scipy或Matplotlib能讓腳本更加強大。這些數學和數據可視化庫會大大提升在數值計算和數據分析方面的效率。例如,利用Numpy和Scipy能夠執行更為複雜的數學計算和數據處理,以更精確地控制模擬參數。而Matplotlib則能夠將模擬結果更形象、更直觀地展現。


更進一步來說,串聯各種工具和服務能實現工程設計流程的全面自動化。可以整合佈線工具、模擬工具和數值分析等,統一在一個自動化腳本中運行。這樣不僅能提升效率,也確保了工作流程的一致性和可靠性。事實上,這種整合提供了無窮的可能性。依據具體需求和創造力,可以設計出多種精密和高度客製化的解決方案,進一步提升在模擬自動化和工程設計領域的專業水平。


此外,為了讓更多的開發者和使用者深入了解這些技術,Ansys也在台灣推出一系列教育訓練和技術推廣活動,提供PyAnsys編程和應用開發的實用技巧,幫助進一步提升編程和模擬應用的專業能力。


開發者平台:一站式資源和交流中心

開發者在踏入Ansys軟體應用開發領域時,往往會發現這個任務並不簡單。從調用材料資料庫、配置機械結構, 到設定模擬條件、產生模擬報告,每一個環節都需要熟練的編程技能。Ansys提供了開發者友善的API和專屬的開發者入口網站,還有由經驗豐富的專家主導的工作坊,目的就是要簡化這個複雜的過程。


Ansys Developer入口網站是一個全方位的資源庫,提供從API文件和代碼範例到示範文件等一系列的開發工具。在這個平台上,開發者不僅可以找到實施各種功能所需的資源,也能更有效地學習如何使用Ansys平台進行專屬開發,並進一步學習如何利用API來設計出符合客戶需求的應用程式。


更為重要的是,Ansys Developer 入口網站還有一個專門的交流論壇,開發者在此可以與Ansys的專家以及其他同行進行技術討論和經驗分享。如此的交流環境不僅能提升開發效率,也大大提高了產品質量。總之,透過這些全面而實用的資源和工具,開發者能更輕鬆地達成自定的開發目標。



圖二 : Ansys Developer入口網站
圖二 : Ansys Developer入口網站

AI與模擬自動化:高效、精確及前瞻性的融合

人工智慧(AI)技術,包括但不限於ChatGPT和GitHub Copilot,正在成為模擬自動化領域不可或缺的夥伴。這些AI助手的功能多元,包含即時學習指導、程式碼修正、代碼生成以及自動註解等,這些都極大地加速了開發過程,同時也提升程式碼的品質和可維護性。


1.即時學習指導:對於初學者或非專業的開發者,AI提供即時的反饋和建議,這大大縮短了學習曲線,能夠更快地掌握編程和模擬工具的使用。


2.程式碼修正:AI不僅能自動識別語法錯誤,也能改正不良的編程習慣。這不只提升了程式碼的品質,還降低了後續除錯的時間和成本。


3.代碼生成:AI可以理解用戶需求和上下文,並根據這些資訊自動生成編程片段或甚至整個程式架構,這極大地提升了開發效率。


4.自動註解:一個好的程式碼應該是自解釋的,但註解仍是不可或缺的。AI能夠自動產生註解,清晰地解釋變數、函數或複雜邏輯的用途和意義。


在模擬自動化領域,這些優勢尤其顯著。這裡涉及大量的數據處理、複雜的數學計算以及高度定制的工作流程。結合AI和傳統的腳本編程,不只能提高單一模擬任務的效率,還能全面自動化整個模擬或設計流程,從而達到前所未有的精確度和效能。


以一個實際例子來說明,筆者曾面對一個需要深入數學理論才能解決的挑戰。筆者從電磁場模擬數據中提取所有網格的三維座標點和相對應的電磁場分量,並希望通過數學內插來估算特定2D平面上的電磁場分布。由於這是一個專門的數學演算法問題,網上的資源相對有限。然而,利用ChatGPT的代碼生成功能,筆者僅用了一個小時便成功地解決了這一困難編程問題。



圖三 : 利用ChatGPT生成的Python代碼計算內插並輸出2D場分布圖
圖三 : 利用ChatGPT生成的Python代碼計算內插並輸出2D場分布圖

總之,AI在模擬自動化領域的應用不僅提高了開發速度和程式碼質量,而且為解決高度專門和複雜問題提供了新的途徑。


結語

在模擬自動化和工程科技領域,不論是Python語言、專門的函數庫(例如PyAnsys),以及人工智慧技術(如ChatGPT)都發揮著關鍵性的作用。這些先進工具不只提升了工程師們的工作效率,也賦予他們解決專門性和複雜問題的能力。透過不斷學習和實踐這些領先的技術和理論,工程師能更有效地將模擬結果轉化為實際應用的解決方案。


更值得期待的是,隨著AI技術逐漸成熟,模擬自動化的領域將達到前所未有的新高度。這不僅將改變我們解決工程問題的方式,也將可能推動整個工程科學領域達到新的里程碑。


(本文作者林鳴志為 Ansys 技術專家)


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