اگر‌ نیوتن ‌یک ‌رایانه داشت‌

کنترل همه چیز در دست ماست‌

مهندسی برق که امروزه طرفداران بسیاری هم دارد در واقع دانش تحلیل و بررسی ریاضی پدیده‌های فیزیکی است که به‌نحوی به بارهای الکتریکی و حرکت  و آثار آنها مربوط می‌شود. این رشته از مهندسی گرایش‌های مختلفی مثل مخابرات، کنترل، الکترونیک، قدرت و مهندسی پزشکی دارد. به‌عنوان مثال تمرکز مهندسی  کنترل بر روی مدل‌سازی ریاضی سیستمها و آنالیز رفتار دینامیکی آنها و ساخت کنترلر برای  سیستم است به‌طوری که سیستم در جهت دلخواه و مطلوب ما کار کند؛ سیستم‌هایی که در کلی ترین حالت می‌توانند نمایانگر پدیده‌های غیرخطی متغیر با زمان باشند. هدف از علم کنترل، کنترل خروجی‌های یک سیستم بر مبنای ورودی‌های آن و با توجه به شرایط ویژه و نکات موردنظر طراح آن سیستم است. این علم فقط در مهندسی برق کاربرد ندارد. کاربرد وسیع این مهندسی را می‌توان در بسیاری دیگر از زمینه‌های علوم شاهد بود. به‌عنوان مثال از کاربردهای آن می‌توان به خودکار کردن یک خط تولید اشاره کرد به‌طوری که محصول تولید شده بتواند طبق برنامه تعیین شده و با بهترین کیفیت به‌دست آید. مهندسان کنترل برای انجام این کارها نیاز به نرم‌افزارهایی دارند که بتوانند به‌خوبی از عهده این کارهای پیچیده برآیند.

 یکی از کاربردی‌ترین نرم‌افزارهای این رشته MATLAB  است. گرچه این نرم‌افزار به‌عنوان یکی از نرم‌افزارهای تخصصی رشته مهندسی برق و خصوصا کنترل شناخته شده است اما باید گفت که قابلیت‌های آن به‌اندازه‌ای زیاد است که در طیف وسیعی از رشته‌های مهندسی مورد استفاده قرار می‌گیردMatlab . ابزاری بسیار قوی و کامل در محاسبات ماتریسی و برداری در اختیار کاربر قرارمی‌دهد و از عهده شبیه‌سازی انواع سیستم‌های کنترلی و انجام محاسبات مربوط به طیف وسیعی از سیستم‌های مخابراتی و سیستم‌های قدرتی به‌شایستگی برمی‌آید. این نرم‌افزار دارای ساختاری منطبق با یک زبان برنامه‌نویسی کامل است به‌طوری‌که حتی نیازهای غیرتخصصی و محاسباتی را به‌خوبی برآورده می‌سازد. در کنار زبان برنامه‌نویسی به‌صورت کد، امکان استفاده از نمادهای گرافیکی برای توصیف سیستم‌ها و اعمال ورودی‌ها و دریافت خروجی‌ها وجود دارد.

نرم‌افزار دیگری که جزو نرم‌افزارهای مهم و کاربردی مهندسی برق است PSPICE  نام دارد. از این نرم‌افزار برای تحلیل مدارهای الکتریکی و شبکه‌های مداری استفاده می‌شود. یعنی با استفاده از آن می‌توان یک شبکه پیچیده شامل عناصر خطی و غیرخطی را تحلیل کرد. به‌طورکلی می‌توان گفت که شبکه‌ای که بیش از چند عنصر ذخیره‌کننده انرژی (سلف یا خازن) داشته باشد معمولا به‌قدری پیچیده است که تجزیه و تحلیل آن بدون استفاده از نرم‌افزارهای مخصوص اگر ناممکن نباشد بسیار مشکل است.

پروتل نیز از دیگر نرم‌افزارهای  کاربردی این رشته است که برای طراحی‌های شماتیک مدارهای الکتریکی به‌کار می‌رود. طراح مدار با کمک این نرم‌افزار می‌تواند به‌جای استفاده از قلم و کاغذ، فایل‌های گرافیکی با قابلیت ویرایش جهت نمایش مدار طراحی شده خود بسازد. البته چیزی که پروتل در اختیار کاربر قرار می‌دهد فراتر از این است. در این نرم‌افزار امکان شناساندن نقطه‌های مشترک و نقاط اتصال مداری وجود دارد و می‌توان این امکان را برای تولید فیبرهای مدارچاپی به‌کار برد. یعنی کاربر مدار خود را در محیط شماتیک معرفی می‌کند و با انتقال آنها به محیط PCB (برد مدار چاپی) امکان طراحی اتصالات فیزیکی لازم برای ساخت مدار طراحی‌شده را فراهم می‌کند.

 ORCAD یکی دیگر از نرم‌افزارهای مهندسی برق است که قابلیت ترسیم شماتیک را داراست و به کمک آن می‌توان عملکرد مدار را تحلیل کرد. این نرم‌افزار برخی از قابلیت‌های نرم‌افزارهای PSPICE  و پروتل را داراست.

جای نیوتن هم خالی‌

مهندسی مکانیک یعنی کاربرد اصول فیزیکی در تحلیل، طراحی، ساخت و نگهداری سیستم‌های مکانیکی. یک مهندس مکانیک با استفاده ازمفاهیم مکانیک، دینامیک، ترمودینامیک و انرژی به طراحی و تحلیل موتور خودروها، هواپیماها، سیستم‌های گرمایش و سرمایش، کشتی‌ها، ساخت نیروگاه‌ها، تجهیزات صنعتی، ادوات پزشکی و بسیاری چیزهای دیگر می‌پردازد. امروزه بسیاری از شرکت‌های مهندسی مکانیک به‌خصوص آنهایی که در جوامع صنعتی هستند شروع به استفاده از برنامه‌های‌CAE) computeraided engineering)  در طراحی‌ها و تحلیل‌های خود کرده‌اند. به‌عنوان مثال با استفاده از CAD)computer aided design) ‌می‌توانند محصولات خود را به صورت 2بعدی و یا 3بعدی طراحی کنند. به‌این‌ترتیب می‌توانند قبل از ساخت یک محصول آن را در دنیای مجازی بررسی کنند و از میزان هزینه‌ها بکاهندPLM . دیگر برنامه‌ای از این دست است که برای پیش‌بینی پاسخ محصول به محرک‌های موردنظر استفاده می‌شود. به‌کمک برنامه‌های تحلیلیCAE  می‌توان پدیده‌های فیزیکی پیچیده‌ای را که نمی‌توان به‌وسیله دست انجام داد، مدل‌سازی کرد و تاثیر آن را بر روی محصول امتحان کرد. همچنین می‌توان هزاران طراحی مختلف را در رابطه با یک محصول خاص بررسی و ارزیابی کرد.

یکی از نرم‌افزارهای مورد استفاده در مهندسی مکانیک، نرم‌افزارEES است که یک نرم‌افزار برنامه‌نویسی قوی در زمینه علوم حرارت و سیالات است و در سال‌های اخیر مورد توجه مجامع علمی معتبر قرارگرفته است. کار عمده‌ای که نرم‌افزار EES انجام می‌دهد، حل مجموعه معادلات جبری است. همچنین این نرم‌افزار قادر به حل معادلات دیفرانسیل، معادلات دارای متغیرهای مختلط و معادلات انتگرالی است و امکان حل مسائل بهینه‌سازی، رگرسیون خطی وغیر خطی و نیز ترسیم نمودارها و جداول در آن وجود دارد. این نرم‌افزار تحت نسخه‌های مختلف سیستم عامل ویندوز کار می‌کند. دو تفاوت عمده بین نرم‌افزار EES و سایر نرم‌افزارهای حل معادلات وجود دارد. اول این‌که EES  به‌طور خودکار معادلاتی که باید هم‌زمان حل شوند را شناسایی و دسته‌بندی می‌کند که باعث می‌شود مراحل کار  برای کاربر بسیار ساده شود و بالاترین سرعت و بازده را به‌همراه داشته باشد و دوم این‌کهEES  یک سری توابع جهت محاسبه خواص ترموفیزیکی مواد در اختیار کاربر می‌گذارد.

Adams دیگر نرم‌افزار مورد نیاز مهندسان مکانیک است. یک مهندس مکانیک برای این‌که یک سیستم مکانیکی را طراحی کند نیاز دارد بداند اجزای مختلف این سیستم چگونه بر هم تاثیر می‌گذارند و در ضمن چه نیروهایی (صوت، لرزه، ضربه) را در طی کار خود تولید می‌کنند. این نرم‌افزار می‌تواند سیستم مورد نظر را شبیه‌سازی کند تا مهندس مکانیک بتواند رفتارهای پیچیده این قطعات مکانیکی را تحلیل کند.

AUTODYN نرم‌افزار دیگری است که در دینامیک غیرخطی کاربرد دارد LS.‌ DYNA نیز یک بسته نرم‌افزاری عمومی پیشرفته است که در مکانیک برای شبیه‌سازی استفاده می‌شود. این نرم‌افزار می‌تواند مسائلی بسیار پیچیده را از دنیای واقعی محاسبه کند. کاربرد آن نیز در شرکت‌های خودروسازی، هوافضا، نظامی و کارخانجات است.

مکاترونیک، یکی از رشته‌های مهندسی است که ترکیبی از مهندسی مکانیک، برق و نرم‌افزار است. متخصصان این علم با استفاده از این علوم می‌توانند سیستم‌های هیبریدی بسازند. یک مثال ملموس از محصولات این علم، درایو سی‌دی کامپیوتر است. در این محصول سیستم‌های مکانیکی باعث باز و بسته شدن و چرخاندن سی‌دی و حرکت لیزر می‌شوند در حالی که سیستم‌های نوری دیتای موجود روی سی‌دی را می‌خوانند و آن را به بیت‌ها تبدیل می‌کند. یک نرم‌افزار هم این فرایندها را کنترل می‌کند و ارتباط بین محتوای سی‌دی و کامپیوتر را برقرار می‌سازد. علم روبوتیک هم کاربرد مکاترونیک در ساخت روبات‌هاست.

دیجیتالی ساختمان بسازید

کار مهندسین عمران از حساسیت زیادی برخوردار است. این افراد باید بتوانند از روی اصول و مقررات ایمنی ساختمان‌ها و سازه‌هایی طراحی کنند که علاوه بر راحتی و کارایی موردنظر از ایمنی زیادی هم برخوردار باشد. یکی از نرم‌افزاهای کاربردی این گروه ETABS نام دارد.

ETABS مهم‌ترین و کاربردی‌ترین نرم‌افزار در محاسبه انواع سازه‌های ساختمانی است و از امکانات بسیار خوبی بهره‌مند است. امروزه به طور تقریبی 90% محاسبات ساختمان‌ها به کمک این نرم‌افزار قدرتمند انجام می‌شود.این نرم‌افزار ویژه تحلیل و طراحی سازه‌های ساختمانی است. از مهم‌ترین قابلیت‌های آن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: 

محاسبه وزن و مرکز جرم ساختمان، بارگذاری خودکار بارهای جانبی و ثقلی، مدل‌سازی و تحلیل هر نوع سازه ساختمانی (تحلیل استاتیکی و دینامیکی)،  طراحی قاب‌های فولادی خمشی، مهاربندی همگرا و مهاربندی واگرا،  طراحی قاب‌های بتنی عادی، متوسط و ویژه،  طراحی دیوارهای برشی، طراحی تیرهای مرکب، طراحی تیرچه‌های استاندارد فولادی و نیز ارائه خروجی مناسب سازه‌های ساختمانی.این نرم افزار جامع‌ترین نرم‌افزار طراحی ساختمان است و قابلیت طراحی هر نوع سیستم ساختمانی را داراست.

SAP  نرم‌افزار دیگری است که مثل ETABS به تحلیل می‌پردازد اما توانایی بارگذاری خودکار را ندارد. البته این نرم‌افزار در مکانیک نیز برای مدل‌سازی استفاده می‌شود. نرم‌افزار دیگر مورد استفاده مهندسان عمران SAFE نام دارد که کار طراحی پی و دال بتونی را انجام می‌دهد.  اتوکد نیز که زمانی یک نرم افزار تخصصی برای مهندسان و دانشجویان مهندسی بود، امروزه  در رده نرم‌افزارهای عمومی قرار گرفته است. از طراحان مدارات الکتریکی گرفته تا طراحان نقوش فرش از این نرم افزار استفاده می‌کنند و از آن در طراحی نقشه‌های توپوگرافی زمین شناسی گرفته تا رسم اشکال کتاب‌های درسی استفاده می‌شود.

مهندسان شیمی نیز با استفاده از نرم‌افزار PRO می‌توانند سیستم‌های کنترل را در مهندسی شیمی شبیه‌سازی و طراحی کنند. این نرم‌افزار قدرتمندترین نرم‌افزار شبیه‌سازی سیستم‌های کنترل در مهندسی شیمی است. نرم‌افزارHEXTRAN   هم به‌منظور طراحی مبدل‌های حرارتی و شبیه‌سازی آنها برای مهندسان شیمی طراحی شده است.

فریبا فرهادیان‌