برنامه نویسی در مهندسی مکانیک

اگر قصد دارید در حوزه مهندسی مکانیک به فردی حرفه‌ای تبدیل شوید، تسلط به مهارت برنامه‌نویسی لازم و ضروری است. این مهارت به شما کمک می‌کند تا محاسبات را به ساده‌ترین شکل ممکن انجام داده و مدل‌های پیچیده را به‌راحتی پیاده‌سازی کنید. زبان‌های مختلفی مثل پایتون، متلب، سی پلاس پلاس، فرترن و سی وجود دارد که یک مهندس مکانیک با استفاده از آن‌ها می‌تواند فرایند انجام کارها را ساده‌سازی کند؛ به همین دلیل در این مقاله تصمیم گرفتیم اطلاعاتی را در مورد برنامه نویسی و ویژگی‌های کلیدی زبان‌هایی که معرفی کردیم با شما به اشتراک بگذاریم.

 

برنامه نویسی چیست؟

اگر بخواهیم این مفهوم را به زبان ساده تعریف کنیم می‌توان گفت programming علمی است که به شما اجازه می‌دهد با کمک سیستم‌های کامپیوتری، فرایندهای پیچیده را ساده‌سازی کنید؛ یعنی شما باید برنامه‌ کامپیوتری را طراحی کنید که اطلاعات و داده‌های ورودی را دریافت کرده و با پردازش آن‌ها خروجی خاصی را به شما تحویل دهد. فرایند انجام این کار شامل طراحی، کدنویسی، تست و توسعه کدهای نوشته شده است. با تسلط بر این مهارت شما می‌توانید در رشته مهندسی مکانیک از رقبای خود پیشی بگیرید.

 

برای ساخت و توسعه یک برنامه از زبان‌های برنامه نویسی مختلفی استفاده می‌شود که هرکدام ویژگی‌های خاص خود را دارند. پس بهتر است قبل از یادگیری، نیاز خود را به‌خوبی بررسی کرده و زبان مناسب را انتخاب کنید. به‌عنوان‌مثال اگر به هوش مصنوعی علاقه‌مند هستید، Python می‌تواند یک انتخاب مناسب باشد. کتابخانه‌های پایتون، کارایی و انعطاف‌پذیری بسیار بالایی دارند؛ به همین دلیل کار شما را بسیار آسان می‌کنند.

 

برای اینکه این مهارت را به‌خوبی یاد بگیرید باید به تفکر الگوریتمی، مفاهیم ریاضی و منطقی، توانایی حل مسئله و … مسلط باشید تا برنامه‌های تولیدشده توسط شما، کارایی لازم را داشته باشند.

 

اهمیت برنامه نویسی در مهندسی مکانیک

همان‌طور که گفتیم programming یکی از مهارت‌های مهم و کلیدی برای افرادی است که در رشته مهندسی مکانیک فعالیت می‌کنند. تسلط به این مقوله باعث ساده‌سازی کارها و افزایش کیفیت خروجی نهایی می‌شود. به طور مثال شما با استفاده از سیمولینک در نرم‌افزار متلب می‌توانید سیستم‌ها را به‌صورت گرافیکی مدل کنید. در ادامه به برخی از دلایل اهمیت این موضوع اشاره می‌کنیم.

 

مدل‌سازی و تحلیل عددی

یکی از امکاناتی که این مهارت در اختیار افراد قرار می‌دهد، ایجاد مدل‌های عددی پیچیده با استفاده از متلب، پایتون و فرترن است. از جمله این مدل‌های عددی می‌توان به روش FEM یا همان المان محدود اشاره کرد که با کمک آن‌ می‌توانید مسائل پیچیده مکانیک، داینامیک، استاتیک، انتقال حرارت و جریان سیال را پیاده‌سازی کنید.

 

طراحی و بهینه‌سازی

با برنامه نویسی می‌توان سیستم‌ها و الگوریتم‌های استفاده شده را بهینه کرد و کارایی محصول نهایی را به میزان قابل‌توجهی افزایش داد. به طور مثال مهندسان می‌توانند با استفاده از این روش، طراحی پارامتریک و بهینه‌سازی عددی را به‌خوبی انجام دهند. درحالی‌که انجام این کار به‌صورت دستی بسیار سخت و طاقت‌فرسا است.

تحلیل داده‌ها

یکی از اصلی‌ترین مشکلات مهندسان، پیچیدگی داده‌ها و بزرگ‌بودن آن‌هاست. با کمک زبان‌های مختلف شما می‌توانید داده‌ها را به‌صورت مؤثر و بهینه تحلیل کرده و اطلاعات مفید و مورد نیاز خود را استخراج کنید. کتابخانه‌های پایتون به دلیل قابلیت‌های متعددی که دارند، می‌توانند این زبان را به یکی از بهترین گزینه‌ها برای تحلیل داده تبدیل کنند.

 

انواع زبان‌ برنامه نویسی پرکاربرد در مهندسی

پس از اینکه با اهمیت programming در مهندسی مکانیک آشنا شدید، قصد داریم پرکاربردترین آن‌ها را به شما معرفی کرده و ویژگی‌های مربوط به هرکدام را بررسی کنیم.

متلب

به‌جرئت می‌توان گفت متلب یکی از مهم‌ترین نرم‌افزارهایی است که هر مهندس مکانیکی باید کار با آن را فرابگیرد. این نرم‌افزار یک محیط توسعه محاسباتی است که کاربر با استفاده از آن می‌تواند مسائل عددی را حل کرده و مدل ریاضی ایجاد کند. جالب است بدانید متلب، امکان برنامه نویسی و توسعه بر اساس نیاز کاربر را فراهم کرده است. در ادامه به برخی از ویژگی‌های آن اشاره می‌کنیم:

• پشتیبانی از محاسبات عددی (مثل روش FEM)
• کتابخانه گسترده
• امکان رسم نمودار
• تعامل با زبان‌های دیگر
• محیط توسعه یکپارچه
• وجود ابزاری قدرتمند نظیر سیمولینک برای شبیه‌سازی و تحلیل سیستم‌های دینامیک (پویا)

پایتون

زبان برنامه نویسی پرکاربرد و قدرتمندی که در سال 1990 توسط Guido van Rossum توسعه داده‌شده و به دلیل سادگی و قابل‌فهم بودن، بسیاری از برنامه‌نویسان برای انجام کارهای مختلف از آن استفاده می‌کنند. برخی از ویژگی‌های پایتون عبارت هستند از:

• سادگی و خوانایی
• امکان استفاده از روتین و سابروتین
• قابلیت همکاری با سایر زبان‌ها
• کتابخانه قدرتمند
• قابلیت اجرا روی سیستم‌های مختلف
• همه منظوره (General-purpose)

سی

سی یکی از زبان‌های سطح بالا و منطقی است که در دهه 1970 توسط Dennis Ritchie توسعه داده شده است. این زبان به دلیل قابلیت‌ها و ویژگی‌های پرشماری که در ادامه به برخی از آن‌ها اشاره می‌کنیم، به‌عنوان یکی از پراستفاده‌ترین و قدرتمندترین زبان‌های تاریخ شناخته می‌شود.

• سادگی و قابل‌ فهم بودن
• امکان استفاده از روتین و سابروتین
• کارایی بالا
• کنترل دقیق روی حافظه
• مستقل از سطح سخت‌افزار

سی پلاس پلاس

در واقع می‌توان گفت سی پلاس پلاس توسعه‌یافته زبان سی است که امکانات بیشتری را در اختیار کاربر قرار می‌دهد. این زبان در سال 1983 توسط Bjaren stroustrup توسعه داده‌شده و در حال حاضر برای توسعه نرم‌افزارهای سیستمی، برنامه‌های کامپیوتری و … از آن استفاده می‌شود. برخی از ویژگی‌های آن عبارت هستند از:

• پشتیبانی از برنامه نویسی شی‌گرا
• کارایی بالا
• امنیت و کنترل حافظه
• امکان تحلیل جریان سیالات با استفاده از روش CFD

فرترن

فرترن یکی از قدیمی‌ترین زبان‌های programming دنیاست که در سال 1950 توسط کمپانی IBM توسعه داده‌شده و برای محاسبات علمی و عددی از آن استفاده می‌شود. برخی از ویژگی‌های آن به شرح زیر است:

• کارایی بالا
• ساختار آرایه‌ای
• قابلیت انجام محاسبات پیچیده ریاضی مانند FEM و CFD
• تحلیل جریان سیالات با روش CFD
• تحلیل مسائل با روش المان محدود FEM
• امکان نصب و اجرا روی سیستم‌های مختلف
• پشتیبانی از برنامه نویسی ساختارمند
• کتابخانه قدرتمند
• سازگاری با کدها و کتابخانه‌های نوشته شده برای سایر زبان‌ها
• زبان برنامه نویسی نرم افزارهای تجاری بزرگ مثل ANSYS و Abaqus

جمع‌بندی

اگر قصد دارید در رشته مهندسی مکانیک به یک فرد حرفه‌ای تبدیل شوید باید مهارت برنامه نویسی را به‌خوبی فرابگیرید؛ به همین دلیل در این مقاله تصمیم گرفتیم اطلاعاتی را در مورد اهمیت programming برای این رشته و زبان‌های پرکاربرد در آن بررسی کنیم تا بسته به نیاز خود، یادگیری آن‌ها را آغاز کنید و در پروژه‌های مختلف به کار بگیرید.