زبان‌های برنامه نویسی مناسب برای مهندسین مکانیک

در عصر تکنولوژی امروزی با پیشرفت روزافزون هوش مصنوعی، دیگر تنها علاقهٔ شخصی در یادگیری زبان برنامه نویسی دخیل نیست. همچنین دیگر یادگیری مختص دانشجویان و دانش‌آموختگان رشته‌های کامپیوتر نیز نیست. کامپیوتر پیشرفت‌های زیادی در سدهٔ اخیر داشته که سبب شده‌است بسیاری از محاسبات پیچیده ازجمله در رشته‌های مهندسی مکانیک را به‌راحتی مرتفع کند. محاسبات بسیار پیچیده امروزه توسط زبان‌های پروگرمینگ تبدیل به یک‌سری کد شده و دیگر نیازی به حل مسائل پیچیده نیست. رشتهٔ مهندسی مکانیک یکی از پیچیده‌ترین و سخت‌ترین رشته‌های دنیاست و محاسبات آن نیز بسیار حساس است. افرادی که در این رشته تحصیل می‌کنند، باید بهترین زبان‌های پروگرمینگ را آموزش ببینند تا بتوانند در این حوزه پیشرفت قابل‌توجهی داشته باشند. از انواع این زبان‌ها می‌توان به سی، سی پلاس پلاس، متلب، پایتون و فرترن اشاره کرد.

زبان‌های برنامه نویسی مهم در حوزه مهندسی مکانیک

با توجه به محاسباتی که در مکانیک وجود دارد، چندین زبان برنامه نویسی را با هم بررسی می‌کنیم که بسیار کاربردی هستند:

• سی و سی پلاس پلاس

زبان سی پلاس پلاس از زبان سی الگو گرفته‌است و یکی از ساده‌ترین گزینه‌ها برای انتخاب مهندسین مکانیک است. می‌توان گفت سی پلاس پلاس آپدیت‌شدهٔ زبان سی است و امکان حل مسائل پیچیده و فرمول‌های سخت این رشته را برای افراد فراهم کرده‌است. زبان‌های نامبرده یک‌سری دستورات خاص و کتابخانه‌های خاص دارند که افراد می‌توانند با دیدن آموزش‌های مرتبط، به‌راحتی نسبت‌به انجام برنامه نویسی اقدام کنند.

• متلب

یکی از پرطرفدارترین زبان‌های پروگرمینگ در مهندسی مکانیک، Matlab است، زیرا ویژگی‌های خاص و منحصربه‌فرد خود را دارد. این زبان سختی پرگرمینگ در زبان‌های دیگر مانند سی و سی پلاس پلاس را ندارد و بسیاری از فرمول‌ها و تابع‌ها از قبل در آن تعریف شده‌است. مهندسین مکانیک با استفاده از این زبان، دیگر نیازی به یادگیری زبان‌های پروگرمینگ از اساس را ندارند و تنها با یادگیری استفاده از کدهای آمادهٔ این نرم‌افزار، می‌توانند نیازهای خود را مرتفع سازند. شبیه‌سازی‌های مکانیکی تحت عنوان سیمولینک به‌راحتی در این زبان قابل‌اجرا هستند و یکی از دلایل محبوب شدن این زبان نیز همین سیمولینک است.

• پایتون

می‌توان گفت یکی از قوی‌ترین و بهترین زبان‌های پروگرمینگ که در دنیا وجود دارد، پایتون است و امروزه طرفداران بسیار زیادی نیز پیدا کرده‌است. در این زبان کتابخانه‌های پایتون که در اختیار افراد قرارگرفته‌اند، بسیار وسیع‌اند و در مقابل کلمات کلیدی نیز به حداقل رسیده است. در برخی از زبان‌های پروگرمینگ، بلاک‌های کد درون آکولادها قرار می‌گیرند به‌ویژه زبان‌هایی مانند سی پلاس پلاس و سی و دیگر زبان‌هایی که از آن‌ها پیروی می‌کنند. اما در زبان پایتون تنها از فاصله و جلو بردن متن جهت مشخص کردن بلاک‌ها استفاده می‌شود. یعنی به تعداد یکسانی نویسه فاصله در ابتدای سطرهای هر یک از بلاک‌ها قرار می‌گیرد. این ویژگی‌ها دیگر مهندسان مکانیک را درگیر خود برنامه نویسی و نحوهٔ نوشتن دستورات نمی‌کند، بلکه امکان حل مسائل را با آرامش بیشتر به آن‌ها می‌دهد.

• فرترن

مورد بعدی زبان پروگرمینگ فرترن است که می‌توان گفت اولین زبان برنامه نویسی در سطح بالاست و هدف آن حل مسائل ریاضی پیچیده و ارتقا آن‌هاست. فرترن جزو قدرتمندترین زبان‌ها در حوزهٔ محاسبات عددی و شاخه‌های مهندسی مانند مکانیک، المان محدود، فیزیک، ریاضیات کاربردی، دینامیک سیالات و غیره است. یادگیری این زبان جدا از کاربردی بودن آن، برای رشتهٔ مهندسی مکانیک بسیار ضروری است، زیرا این رشته دارای محاسبات بسیار پیچیده است و برای انجام پروژه‌های عملی و تحقیقات می‌توان از این ربان پروگرمینگ بهترین استفاده را کرد.

نوشتن سابروتین نرم افزارهای آباکوس و انسیس به زبان فرترن

زبان پروگرمینگ دیگر آباکوس است که با نوشتن روتین و سابروتین می‌توان آن را ارتقا داد و توانایی‌های پیش‌فرض آن را بهبود بخشید. به‌عنوان مثال، سابروتین DISP می‌تواند شرایط مرزی تحلیل را به‌صورت تابعی دربیاورد که از زمان و مکان پیروی می‌کند یا مثلاً سابروتین DLOAD امکان بارگذاری ترکش را می‌دهد که آن‌هم به‌صورت تابعی از زمان و مکان است و قابل‌تفکیک به‌صورت حال ضرب نیست.

روش FEM در متلب

روش المان محدود یا روش اجزای محدود به‌اختصار روش FEM نامیده می‌شود و می‌توان گفت یکی از رایج‌ترین روش‌های عددی برای حل مسائل مهندسی است. همچنین در حل معادلات دیفرانسیل معمولی یا با مشتقات جزئی نیز کاربرد دارد. می‌توان گفت رایج‌ترین کاربرد آن شامل انتقال حرارت، تحلیل سازه، دینامیک سازه، انتقال پتانسیل و جرم الکترومغناطیسی است. این روش را می‌توانید در زبان پروگرمینگ Matlab به‌راحتی پیاده‌سازی کرده و مسائل پیچیده را توسط آن حل کنید. البته در بقیهٔ زبان‌ها مانند پایتون نیز می‌توانید آن را پیاده‌سازی کنید؛ اما یکی از آسان‌ترین روش‌ها، استفاده از متلب است. امکان سیمولینک در متلب سبب شده‌است همهأ روش‌ها ازجمله روش FEM و روش CFP به‌راحتی شبیه‌سازی شوند.

روش CFD در متلب

یکی از بهترین راه‌های انجام پروژه‌ها به روش CFD استفاده از نرم‌افزار متلب است و بسیاری از معادلات را توسط آن می‌توان حل کرد. انجام روش CFD بسیار سخت و پیچیده است؛ اما Matlab این امکان را به مهندسین می‌دهد که به‌جای گذاشتن تمرکز روی حل مسائل، روی کیفیت پروژه‌ها کار کنند. در این صورت امکان بروز خطا نیز به کمترین حالت خود می‌رسد، زیرا همان‌طور که می‌دانید، بروز خطا می‌تواند خرابی‌های جبران‌ناپذیری را ایجاد کند و در برخی موارد تا ثریا دیوار کج برود.

کدام زبان بهتر است؟

زبان‌هایی که در این مقاله به شما معرفی کردیم، جزو بهترین و کاربردی‌ترین‌ها در رشتهٔ مکانیک است؛ اما انتخاب بر عهدهٔ کاربر قرار می‌گیرد. شما باید بدانید دقیقاً چه نوع مسئله‌ای را می‌خواهید حل کنید، بر این اساس زبان موردنیاز خود را از بین گزینه‌های نامبرده انتخاب کنید و آموزش ببینید.

نوشته زبان‌های برنامه نویسی مناسب برای مهندسین مکانیک اولین بار در بیست اسکریپت. پدیدار شد.