使用工作流引擎

CatGo 的工作流引擎可以构建、运行和监控多步计算流程，从简单的 DFT 结构弛豫，到完整的催化筛选流水线都可以覆盖。工作流以可视化节点图的形式设计，并可在远程 HPC 集群或本地执行。

前置条件

• CatGo 桌面应用或 Web 应用
• Python 后端服务器正在运行（cd server && python main.py）
• DFT 计算：需要能通过 SSH 访问安装了 VASP 的 HPC 集群
• 机器学习势计算：需要 HPC 集群上安装 MACE、CHGNet 或 M3GNet

打开工作流编辑器

1. 点击标签栏中的 + 按钮，并选择 Workflow
2. 新的工作流标签页会打开，其中包含可视化图编辑器

如果已经有工作流标签页，点击该标签页即可切回。

创建第一个工作流

从模板开始

最快的入门方式是使用内置模板：

1. 在工作流工具栏中点击 Templates
2. 从可用模板中选择：

模板	说明
Band Structure	Relax -> Static -> 能带结构计算
Adsorption Screening	并行 DFT + MLP 弛豫，并比较能量
MLP MD Pipeline	Structure -> MLP MD -> Analysis -> Export
Batch Surface	遍历表面 -> Relax -> Merge -> Analyze
Defect Screening	Supercell -> Defect generation -> Loop -> Relax -> Compare
Heterostructure Study	构建界面 -> Relax -> DOS + COHP 分析

3. 模板图会加载到编辑器中，你可以自由修改。

从零构建

1. 添加节点 - 右键点击画布，或使用节点面板添加计算节点
2. 连接节点 - 从输出 handle 拖到输入 handle，创建边
3. 配置参数 - 点击任意节点，在右侧打开参数面板

节点类型概览

节点按类别分组：

输入：

• Structure Input - 从文件、数据库或编辑器加载结构

DFT 计算（在 HPC 上运行）：

• VASP Relax - 几何优化
• VASP Static - 单点能计算
• VASP MD - 从头算分子动力学
• Electronic - DOS、Bader 电荷、COHP 分析
• Frequency - 振动分析和 ZPE

机器学习势（在 HPC 上运行）：

• MLP Relax - 使用 MACE、CHGNet 或 M3GNet 快速弛豫
• MLP MD - 长时间尺度分子动力学

结构变换（本地运行）：

• Slab Generation - 根据 Miller 指数切表面
• Supercell - 扩展周期晶胞
• Defect Generation - 创建空位、替位、间隙缺陷
• Adsorbate Placement - 将吸附物分子放置到表面位点
• Doping - 带对称性枚举的替位掺杂
• Strain/Deformation - 单轴、双轴、静水、剪切应变
• Heterostructure - ZSL 晶格匹配和堆叠
• Nanotube - 将二维片层卷成纳米管
• Water Solvation - 添加显式水层
• Passivation - 用 pseudo-hydrogen 钝化悬挂键

分析（本地运行）：

• DOS Analysis - d-band center、投影 DOS
• COHP Analysis - LOBSTER 键合分析
• MD Analysis - RMSD、RDF、MSD、密度剖面
• Convergence Check - 检查计算收敛性
• Energy Compare - 排序并比较能量
• Charge Analysis - Bader 或 DDEC6 电荷分析
• Free Energy Diagram - 反应路径热力学
• Export - 将结果保存为 JSON、CSV、CIF 或 POSCAR

逻辑：

• Condition - 基于能量、力或收敛标准进行分支
• Loop - 遍历结构集合或参数扫描
• Merge - 等待所有输入完成后再继续

配置节点参数

点击任意节点即可打开配置面板。参数会按类别分组。

VASP Relax 示例

参数	默认值	说明
ENCUT	520 eV	平面波截断能
EDIFF	1e-5	电子步收敛标准
EDIFFG	-0.02	离子步收敛标准（力判据，eV/A）
ISIF	3	应力张量设置：2 = 固定晶胞，3 = 全弛豫，4 = 固定体积
NSW	200	最大离子步数
IBRION	2	优化器：1 = Quasi-Newton，2 = CG，3 = FIRE
KPOINTS	4x4x4	k 点网格
double_relax	false	运行两次 VASP（atomate2 模式）
NCORE	4	每个能带的并行核心数

MLP Relax 示例

参数	默认值	说明
model	MACE-MP	ML potential：MACE-MP、CHGNet、M3GNet
fmax	0.01	力收敛标准（eV/A）

Slab Generation 示例

参数	默认值	说明
Miller indices	(1,1,1)	表面取向
Layers	4	原子层数
Vacuum	15 A	真空层厚度
Supercell	2x2	面内超胞扩展

运行工作流

1. 配置 HPC 连接

运行前需要一个活动的 HPC 会话：

1. 打开 HPC 面板（侧边栏中的终端图标）
2. 通过 SSH 连接到你的集群
3. 记下会话名称，启动工作流时需要选择它

2. 设置运行配置

点击工作流工具栏中的 Run，打开运行配置对话框：

设置	说明
HPC Session	选择要使用的集群连接
Job Script	选择预设（SLURM、PBS、Shaheen-III）或编写自定义脚本
Base Directory	集群上的工作目录，默认 ~/calculations
Nodes	计算节点数量
Tasks	MPI task 数量
CPUs/Task	每个 task 的 OpenMP 线程数
Walltime	最大作业时长（HH:MM:SS）
Custodian	启用自动错误处理（推荐）

3. 启动

点击 Start 开始执行。工作流引擎会：

1. 将节点按执行 layer 排序（拓扑顺序）
2. 逐层执行；同一层中的节点并行运行
3. 对 HPC 节点：生成输入文件、提交作业、轮询完成状态
4. 对本地节点：立即在服务器上执行
5. 将结果（结构、能量）传递给下游依赖节点

作业脚本预设

预设	调度器	说明
Generic SLURM	SLURM	适用于多数 SLURM 集群
Generic PBS	PBS	适用于 PBS/Torque 集群
Shaheen-III	SLURM	KAUST 专用，包含 module loading

你可以修改任意预设，也可以编写自己的作业脚本模板。

监控执行

工作流运行后，编辑器会显示实时状态：

状态	颜色	含义
Pending	灰色	等待依赖
Queued	紫色	作业已提交，正在调度队列中等待
Running	蓝色	正在计算
Completed	绿色	成功完成
Failed	红色	发生错误
Skipped	灰色	因上游失败而跳过

工作流控制

操作	说明
Pause	暂停执行；正在运行的作业继续，新作业不会启动
Resume	从暂停位置继续
Cancel	停止工作流并标记为 failed

检查作业输出

点击已完成节点可查看结果：

• Energy - 总能量、每原子能量
• Forces - 最大力、力收敛情况
• Structure - 输出结构（CONTCAR）
• Files - 下载 OUTCAR、OSZICAR、vasprun.xml 等
• Convergence - OSZICAR 能量随离子步变化图

查看结果

Results Dashboard

打开 Project Dashboard，在一个地方查看所有工作流结果：

• Table view - 可排序列：化学式、能量、energy/atom、体积、节点类型
• Plot view - 用散点图或柱状图比较能量
• Filter - 按化学式、节点类型或工作流名称筛选
• Export - 将结果下载为 JSON 或 CSV

ASE 数据库

所有完成的 DFT 和 MLP 计算都会自动连同元数据存入 ASE 数据库：

• Workflow ID 和 step ID
• 节点类型（vasp_relax、mlp_md 等）
• 能量、力、应力
• 原子结构

你可以从 project dashboard 查询数据库，也可以直接使用 ASE Python API 查询。

Custodian 错误处理

启用后（推荐），Custodian 会自动处理常见 VASP 错误：

错误	自动修复
ZBRENT failure	使用不同 IBRION 重启
EDDDAV/EDWAV	切换到 algo=Normal/Fast
KPOINTS too dense	降低网格密度
Charge mixing issues	调整 AMIX/BMIX
Walltime exceeded	超过作业时限时从 CONTCAR 自动重启

在把某个 step 标记为 failed 前，Custodian 最多重试 5 次（可配置）。

示例工作流

能带结构计算

Structure Input -> VASP Relax -> VASP Static (dense k-grid) -> DOS Analysis

1. 添加 Structure Input 节点并加载晶体
2. 连接到 VASP Relax 节点（ISIF=3 表示全晶胞弛豫）
3. 连接到 VASP Static 节点，设置 ISMEAR=-5（tetrahedron method）和 NEDOS=3001
4. 连接到 DOS Analysis 节点，提取 d-band center

表面催化（NRR）流水线

Structure Input
    -> Bulk Opt (9x9x9 k-grid, ISIF=3)
    -> Slab Gen (111, 4 layers, 15A vacuum)
    -> Slab Relax (ISIF=2, freeze bottom layers)
    -> Loop: Adsorbate sites (ontop, bridge, fcc, hcp)
        -> Slab Relax -> Frequency
    -> Merge
    -> Reference Molecules (N2, H2, NH3)
    -> Free Energy Diagram

该流程会计算吸附能、ZPE 修正，并生成氮还原反应的自由能图。

缺陷筛选

Structure Input
    -> Supercell (2x2x2)
    -> Defect Gen (vacancy)
    -> Loop: Each defect site
        -> VASP Relax
    -> Merge
    -> Energy Compare

该流程会枚举对称唯一的空位位点，分别弛豫，并按形成能排序。

工作流恢复

工作流引擎会自动把状态保存到数据库。如果服务器崩溃或重启：

1. 启动时，引擎会检查未完成的工作流
2. 查询 HPC 集群上的作业状态
3. 如果服务器离线期间有作业完成，会提取结果
4. 工作流会从下一个 pending layer 继续

不需要人工干预；恢复过程完全自动。

下一步

• 工作流节点参考 - 每种节点类型的详细参数
• 结构优化 - 不使用工作流的本地优化
• 桌面应用 - 标签页管理和 HPC 终端
• FAQ - 常见工作流问题和故障排查