بلاگ

اگر شما هم دانشجو هستید و یا به تازگی با مدرک رشته مهندسی مکانیک فارغ التحصیل شده‌اید، قطعا به ادامه تحصیل در مقاطع بالاتر اندیشیده‌اید. تصمیم برای این که تحصیلات را در مقاطع ارشد و دکتری مهندسی مکانیک را ادامه دهید یا خیر تاثیر بسیاری بر آینده‌ی شما خواهد گذاشت. بازار کار نسبتا مناسب این رشته در مقایسه با سایر رشته‌های مهندسی نیز یکی از دلایل راضی‌کننده برای ادامه تحصیل در این رشته خواهد بود که در این حیطه می‌توانید مقاله‌ی "پردرآمدترین رشته مهندسی در ایران و جهان" را مطالعه کنید و با اطلاعات کافی تصمیم بگیرید.

با مطالعه‌ی این مقاله، قادر خواهید بود تا به سوالات اساسی مانند زمان مناسب برای جذب شده به بازار کار و یا ادامه تحصیل در مقاطع بالاتر پاسخ دهید.

تحصیل در کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک

اگر به ادامه تحصیل در کارشناسی ارشد این رشته فکر می‌کنید، می‌توانید با مشورت از اساتید و افراد خبره در این حیطه قدم بزرگی برای تصمیم گرفتن بردارید. دکتر سمیع پور فوق لیسانس مهندسی مکانیک و دکترای رشته‌ی مدیریت در این باره نظرات جالبی را بیان نموده اند:

برای ادامه دانشگاه بعد از کارشناسی با اطمینان می‌توانم بگویم که با توجه به رقابت زیادی که در بازار کار وجود دارد، نسبت به 20 سال قبل، داشتن مدرک کارشناسی ارشد واجب نیست اما بهتر است که آن را اخذ نمایید. فارغ از این که در چه رشته و گرایشی ادامه تحصیل می‌دهید مدرک کارشناسی ارشد این روزها به مراتب موثرتر از مدرک کارشناسی است.

اهمیت صحبت ایشان را می توان در میزان درآمد کسب شده توسط مهندسین کارشناسی و کارشناسی ارشد مکانیک مشاهده کرد. یک مهندس ارشد به مراتب از لحاظ موقعیت شغلی، درآمدی و اجتماعی از یک مهندس لیسانس از شرایط بهتری برخوردار است.

این تفاوت را می توان در جدول زیر مشاهده نمود:

*ارقام گزارش شده مطابق با آمار سال 1403 ذکر شده‌اند. 

چالش های دانشجویان در زمان کارشناسی مهندسی مکانیک

در زمان تحصیل در دوران کارشناسی، افراد معمولا تا سال‌های سوم تحصیلی خود سردرگم هستند و تصویر ذهنی مناسبی از آینده به منظور انتخاب شغل در زمینه مهندسی مکانیک نخواهند داشت. در سال‌های آخر نیز مدت زمان کمی برای آن‌ها باقی می‌ماند تا مسیر مورد علاقه‌ی خود را پیدا کنند و گرایش مناسب را نیز تعیین نمایند. به نظر باید دوران کارشناسی ارشد را به منظور عمیق‌تر شدن در حیطه‌ی مورد علاقه‌ی خود ادامه دهند تا بتوانند بهتر بازار کار را رصد نمایند و شغل مناسبی را پیدا کنند.

از جمله مهارت‌هایی که در زمان تحصیل در کارشناسی ارشد دانشجویان فراخواهند گرفت می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

• گزارش نویسی
• مهارت در ارائه (presentation)
• پژوهش و مطالعه‌ی مقالات خارجی
• نوشتن مقالات و تحلیل نتایج
• یادگیری انجام یک پروژه به صورت صفر تا صد
• تقویت زبان انگلیسی

تحصیل کارشناسی ارشد در رشته‌ای جدید

آقای دکتر سمیع پور در ادامه‌ی تجربیات خود در حیطه موفقیت در مهندسی مکانیک در مقاطع تکمیلی موارد زیر را بیان کرده‌اند:

شاید برای شما جالب باشد که بدانید درصد قابل توجهی از افرادی که مدرک کارشناسی مهندسی مکانیک را می‌گیرند در مقطع فوق لیسانس، رشته MBA را انتخاب می‌کنند. جالب‌تر این که در بین گرایش‌های مختلف رشته MBA بیشترین تعداد ورودی از رشته‌ی کارشناسی مهندسی مکانیک است. من نیز بعد از اخذ کارشناسی ارشد در مهندسی مکانیک، مدرک کارشناسی ارشد MBA را هم اخذ کردم.

برای دوستانی که از فضای آکادمیک فنی در کارشناسی خسته شده اند و قصد ادامه تحصیل در کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک را ندارند، رشته‌های حوزه مدیریت می‌تواند یکی از بهترین انتخاب‌ها باشد. البته MBA بلافاصله پس از اتمام کارشناسی کمتر توصیه می‌شود، توصیه بر این است که بعد از دو تا سه سال تجربه در محیط کار برای این رشته اقدام نمایید.

رشته‌های علوم انسانی با رشته‌های فنی مهندسی متفاوت هستند و فردی که وارد این قبیل رشته‌ها می‌شود چنانچه نیازش را برای خود و آینده‌اش واضح و مشخص نکرده باشد به جواب قابل قبولی هم نخواهد رسید.

برای افرادی که قصد ادامه تحصیل و ورود به بازار کار در هر یک از این دو حیطه را دارند می‌توانم دوره‌های آموزشی زیر را پیشنهاد کنم:

دوره‌های مناسب برای مهندسی مکانیک:

• دوره آموزش آباکوس (ABAQUS)
• دوره آموزش فلوئنت (Fluent)
• دوره آموزش جی دی اند تی (GD&T)
• دوره آموزش نقشه خوانی صنعتی

دوره‌های مناسب برای رشته‌ی مدیریت:

• دوره اصول و فنون مذاکره
• دوره مدیریت استراتژیک (Strategic Management)
• دوره مدل کسب و کار (Business Model)
• دوره راه اندازی استارت آپ (Startup)

تحصیل دکتری مهندسی مکانیک پس از اتمام کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک؟

برای ادامه تحصیل پس از کارشناسی ارشد در مهندسی مکانیک کمی باید با تامل بیشتری تصمیم گرفت. در واقع اهمیتِ داشتن دلایل قابل توجیه برای اخذ مدرک دکتری در هر رشته‌ای چندین برابر اهمیت تحصیل در مقطع فوق لیسانس است. دوستانی که دنبال اخذ مدرک دکتری می‌روند در درجه اول می‌بایست دغدغه پژوهشی را داشته باشند تا در رساله دکتری بتوانند به نتایج قابل توجهی دست یابند.

در واقع فلسفه PHD پژوهش و تحقیق خواهد بود و چنانچه شخصی برای داشتن موقعیت شغلی بهتر و یا این که عنوان آقا یا خانم دکتر را به دست آورند پا در مسیر فرساینده دکتری آن هم در رشته مهندسی مکانیک بگذارند، احتمال این که در ادامه مسیر سختی را داشته باشند وجود دارد.

از جمله چالش‌های تحصیل در مقطع دکتری در ایران می توان موارد زیر را بیان نمود:

• شغل محسوب نشدن دانشجوی دکتری بودن
• عدم وجود حقوق و مزایا
• نبود امکان تحصیل و کار کردن به صورت همزمان به علت سنگینی دروس
• سختگیری اساتید در نوشتن مقالات علمی و چاپ آن‌ها

جمع بندی

در واقع این که نمی‌توان نسخه‌ای واحد برای همه پیچید دلیل آن این است که افراد با سلایق و علایق متفاوت، استعدادهای متنوع و شرایط گوناگونی دارند و در نهایت فرد با توجه به تمام جوانب باید تصمیم مناسبی را اخذ کند. به امید آن که فارغ از این که مدرک شما کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک است یا دکتری مکانیک بتوانید در مسیری مناسب به رشد و توسعه‌ی خود پرداخته و برای کشورمان مفید و مؤثر واقع گردید.

نویسندگان: دکتر حمیدرضا سمیع پور، مدیریت گروه آموزشی پارس پژوهان- صالحه علی پور, کارشناس ارشد مهندسی پزشکی

پایتون (python) یک زبان برنامه نویسی سطح بالا و همه منظوره به شمار می‌رود. «زبان برنامه نویسی پایتون» به خاطر یادگیری آسان آن محبوب گشته است و از همین رو بسیاری از برنامه‌نویس‌های تازه‌کار آن را به عنوان اولین زبان برنامه‌نویسی خود برمی‌گزینند. پایتون به عنوان یک «زبان همه‌منظوره» توسعه داده شده و محدود به توسعه نوع خاصی از نرم‌افزارها نیست. به بیان دیگر، می‌توان از آن برای هر کاری، از تحلیل داده گرفته تا ساخت بازی‌های کامپیوتری استفاده کرد. بنابراین یادگیری پایتون بسیار حائز اهمیت است.

یکی از کاربردهای جذاب پایتون در رشته‌ی مهندسی پزشکی است. حیطه‌ی جذابی که طرفداران خاص خودش را در میان دانشجویان و فارغ التحصیلان این رشته پیدا کرده است. در این مقاله به کاربرد این زبان برنامه نویسی در مهندسی پزشکی خواهیم پرداخت.

قابلیت های پایتون در مهندسی پزشکی 

امروزه با رشد و پیشرفت علم مهندسی پزشکی و فراگير شدن زمینه‌های پژوهشی اين علم، روند گسترش نرم افزارهای تخصصی این رشته نيز سير صعودی به خود گرفته است. پایتون در دو زمينه بيوالکتريک و بيومکانيک کاربرد بالایی دارد به همین دلیل در بین مهندسین پزشکی به نرم افزار محبوبی تبدیل گشته است. از سری قابلیت‌های پایتون در این رشته‌ی مهندسی می توان موارد زیر را برشمرد:

• کتابخانه‌ها و ماژول‌های متعدد برای تشخیص، طبقه‌بندی و طراحی قطعات 
• پردازش و تحلیل داده‌های پزشکی با استفاده از کتابخانه‌های Pandas و NumPy 
• تحلیل داده‌های بالینی و آزمایشگاهی
• پردازش تصاویر پزشکی با استفاده از کتابخانه‌هایی مانند OpenCV و scikit-image
• تحلیل تخصصی تصاویر MRI، CT و X-ray
• استفاده از کتابخانه‌های SciPy و SimPy برای شبیه‌سازی سیستم‌های بیولوژیکی و مدل‌سازی فرآیندهای پزشکی
• توسعه مدل‌های یادگیری ماشین برای پیش‌بینی بیماری‌ها و تحلیل داده‌های پزشکی
• ایجاد برنامه‌هایی برای مدیریت داده‌های بیماران و سیستم اطلاعات بیمارستان
• طراحی اپلیکیشن‌هایی موبایل برای مراقبت از راه دور بیماران 

بیشتر بخوانید:" آموزش نرم افزار های مهندسی پزشکی (5 نرم افزار کاربردی)"

پردازش تصویر پزشکی با پایتون

وقتی در مورد تصاویر پزشکی صحبت می‌کنیم، فقط به یک عکس معمولی نگاه نمی‌کنیم. تصاویر پزشکی، مانند سی‌تی‌اسکن و MRI، انواع خاصی از تصاویر هستند که حاوی اطلاعات اضافی زیادی بیشتر از پیکسل‌هایی هستند که خود تصویر را تشکیل می‌دهند. این اطلاعات شامل مواردی مانند نام بیمار، تاریخ عکس‌برداری، نوع تکنیک تصویربرداری استفاده شده و موقعیت بدن بیمار در حین اسکن است. کتابخانه‌هایی مانند Pydicom و SimpleITK به شما اجازه می‌دهند تا داده‌های تصویر را بخوانید و تغییر دهید.

 یکی از مهم‌ترین موارد در پزشکی و درمان نیز تشخیص نوع بیماری محسوب می‌گردد. تشخیص بسیاری از تصاویر با استاندارد فرمت جهانی که Dicom است اغلب با استفاده از تجهیزات گران‌قیمت انجام می‌گردد. اما در اینجا شما با Image processing یا همان پردازش تصویر آشنا خواهید شد که بدون هزینه و فقط با اجرا کردن یک کد برنامه نویسی پایتون می‌توانید از این برنامه‌ی مفید استفاده نمایید. 

حتی می‌توان تصاویر را برای فهمیدن اندازه دقیق تومور و یا محل دقیق آن مورد پردازش قرار داد و به کمک پزشکان رفت تا راحت‌تر برای تشخیص تصمیم بگیرند. البته این تصاویر را با نرم افزارهای دیگری از جمله متلب هم پردازش می‌کنند اما به دلیل یادگیری آسان پایتون این نرم افزار محبوبیت بیشتری دارد. از جمله متداول‌ترین فرآیندهای پردازش تصویر با پایتون که توسط ابزارها و کتابخانه‌های این زبان برنامه‌نویسی قابل اجرا هستند، می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

• قطعه‌بندی تصویر (Image Segmentation) 
• دسته‌بندی تصویر (Image Classification)
• استخراج ویژگی (Feature Extraction) 
• ترمیم تصاویر (Image Restoration)
• بازشناسی تصویر (Image Recognition) 
• تشخیص الگو (Pattern Recognition)
• بهبود تصویر (Image Enhancement)
• تشخیص شی (Object Recognition)
• ثبت تصویر (Image Registration)
• دگرگونی هندسی (Geometric Transformation)
• پردازش تصویر رنگی (Color Image Processing)

در جدول زیر کتابخانه‌های مختص پردازش تصاویر آورده شده است:

پردازش سیگنال حیاتی با پایتون

سیگنال‌های حیاتی، اطلاعاتی درباره وضعیت سلامت بیماران ارائه می‌دهند. به هر سیگنالی که از بدن موجود زنده دریافت می‌شود، سیگنال حیاتی یا زیستی گفته می‌شود. این سیگنال که در نتیجه فعالیت‌ها و تعاملات الکتریکی بین سلول‌ها ایجاد می‌شود، حامل اطلاعات دقیقی از نحوه عملکرد سیستم‌های درونی بدن است. ثبت سیگنال‌های الکتریکی سیستم حیاتی بدن به معنای استخراج داده‌های مربوطه از آن بر پایه عملیات های مختلف ریاضی و تجزیه و تحلیل داده‌ها برای ارائه یک خروجی مناسب که نشان دهنده عملکرد اعضا و اندام‌های زیستی است، خواهد بود. امروزه در دنیای پزشکی، مهندسین پزشکی با استفاده از زبان برنامه ‌نویسی پایتون، به تحلیل و پردازش این نوع از سیگنال‌ها پرداخته و ابزارهای جدیدی را برای نظارت بر سلامت بیماران توسعه می‌دهند. این سیگنال‌ها که توسط دستگاه‌های مخصوصی از بدن بیمار ثبت می‌شوند شامل داده‌های زیر هستند:

• ضربان قلب
•  فشار خون
•  سطح اکسیژن خون 
•  سیگنال مغزی 

برخی از انواع رایج سیگنال های زیست پزشکی عبارتند از:

• الکتروکاردیوگرام : (ECG) فعالیت الکتریکی قلب را اندازه‌گیری می‌کند.
• الکتروانسفالوگرام: (EEG) فعالیت الکتریکی مغز را ثبت می‌نماید.
• الکترومیوگرام: (EMG) سیگنال‌های الکتریکی تولید شده توسط فعالیت ماهیچه‌ها را ضبط می‌کند.
• فشار خون : (BP) فشار جریان خون در سیستم گردش خون را کنترل می‌کند.
• نرخ تنفس: (RR) میزان تنفس را ردیابی می‌کند.

با انجام تجزیه و تحلیل به طور ویژه بر روی این داده‌ها، می‌توان به تشخیص بیماری‌ و بهبود کیفیت درمان کمک شایانی نمود. در این راستا، مهندسان پزشکی با بهره‌گیری از کتابخانه‌های قدرتمند پایتون، به طراحی الگوریتم‌هایی می‌پردازند که نه تنها دقت تشخیص را افزایش می‌دهد بلکه امکان پیش‌بینی وضعیت آینده بیماران را نیز فراهم می‌آورد.

پردازش سیگنال‌های حیاتی بر عهده مهندسین پزشکی است به همین دلیل مهندسین باید با نرم افزارهای مختلفی که با آن پردازش انجام می‌شود آشنایی داشته باشند و آموزش ببینند. به همین دلیل است که پایتون در مهندسی پزشکی بسیار کاربرد دارد. سیگنال‌های حیاتی ثبت شده با توجه به نوع خصوصیات و جزییات آن، کتابخانه‌ی مخصوص به خود را برای تجزیه، تحلیل و تغییرات مورد نظر دارد. در جدول زیر می‌توانید این ابزارهای مهم در برنامه نویسی را برای هر سیگنال حیاتی مشاهده نمایید:

آینده مهندسی پزشکی با پایتون

پایتون در دهه‌ی اخیر با پیشرفت های بسیاری در حیطه‌ی مراقبت‌های بهداشتی و درمانی همراه بوده است. قابلیت استفاده‌ی آسان از آن و حل نمودن مسائل پیچیده‌ی پزشکی از دلایل دیگر محبوبیت پایتون در میان مهندسین پزشکی است.

در محیطی که پردازش و تجزیه و تحلیل سریع اطلاعات می‌تواند تصمیمی برای مرگ و زندگی یک فرد بگیرد، پایتون با مجموعه‌ای وسیع از کتابخانه‌های خود که پردازش و تجزیه و تحلیل اطلاعات گسترده را در چند ثانیه انجام می‌دهد، به خود افتخار می‌کند. زبان برنامه نویسی پایتون با همراهی و تلاش مهندسین پزشکی که در تحلیل اطلاعات پزشکی مهارت دارند می‌توانند در آینده‌ای نه چندان دور تمامی اطلاعات بیمارستانی و درمانی هر یک از بیماران را به مجموعه داده‌های پایتون وارد نمایند و فرآیندهای منظمی چون دسته‌بندی تمامی بیماری‌ها در حیطه‌های جغرافیایی مختلف را انجام دهند و تشخیص روش بهبود برخی مشکلات بدون راه حل درمانی را ممکن سازند.

ظهور هوش مصنوعی و الگوریتم‌های یادگیری ماشین را نیز در وضعیت شغلی آینده‌ی مهندسین پزشک نباید نادیده گرفت. استفاده از تمامی این نرم افزارهای برنامه نویسی برای مهندسین، موقعیت‌های شغلی بیشتری نیز در پی دارد و پیشنهاد می‌گردد که با یادگیری و آموزش این نرم افزار مهم، مسیر جدیدی را برای کسب یک شغل مناسب همراه با درآمد عالی هموار نمایید.

بیشتر بخوانید: " پردرآمدترین شاخه و رشته مهندسی پزشکی"

فرصت‌های شغلی و مهارت‌های مورد نیاز در بازار کار پایتون

در بالا ذکر شد که با پیشرفت روزافزون پایتون در مهندسی پزشکی فرصت‌های شغلی بیشتری برای مهندسین فراهم می‌گردد. شما به عنوان مهندس پزشک بعد از انتخاب مسیر کاری خود می‌توانید به یادگیری مهارت‌های مورد نیاز در این حرفه مشغول شوید. برخی از این مهارت‌ها در اینجا برای شما بیان شده است:

• تسلط بر نرم افزارهای مختلف برنامه نویسی
• همگام بودن با جدیدترین تغییرات کد نویسی و افزونه‌ها
• سریع بودن در نوشتن و ران کردن کدها
• گسترش ارتباطات اجتماعی در حیطه ی شغلی
• انجام پروژه‌های شخصی و شرکتی
• شرکت در وبینارها و دوره‌های آموزشی با حضور اساتید مجرب

فرصت‌های شغلی متعددی نیز برای متخصصین پایتون در شرکت‌ها و موسسات مهندسی فراهم شده است که حقوق و مزایای قابل توجهی نیز به همراه دارند:

• توسعه دهنده پایتون
• تحلیل‌گر داده‌های پزشکی
• توسعه‌دهنده اپلیکیشن‌های مراقبت از راه دور
• متخصص تجزیه و تحلیل سیگنال‌های پزشکی

برای کسب چنین موقعیت های شغلی، شما باید به عنوان یک مهندس پزشکی، همیشه در حال یادگیری باشید و مهارت‌ها و توانایی‌های خود را تقویت نمایید. شرکت در دوره‌های آموزشی می‌تواند مسیر ورود شما به بازار کار را کوتاه و آسان نماید. شما می‌توانید با ثبت نام در کلاس‌ها و دوره‌های گروه آموزشی پارس پژوهان، پایتون را به صورت اختصاصی برای رشته‌ و تخصص خود فرا بگیرید. در ادامه برخی دوره‌های مهم و پرمخاطب را مشاهده می‌کنید:

• دوره آموزش پایتون (PYTHON) 
• دوره آموزش پردازش سیگنال دیجیتال در متلب 
• دوره آموزش کدنویسی به زبان ++C
• دوره آموزش پایتورچ (PyTorch)
• دوره آموزش علم داده با پایتون 

جمع بندی

پایتون در زمینه‌های مختلف فناوری محبوب شده است و پردازش تصویر یکی از آن‌هاست. همه این‌ها به دلیل مجموعه گسترده‌ای از کتابخانه‌ها است که می‌توانند طیف گسترده‌ای از ابزارها و عملکردها را برای دستکاری، تجزیه و تحلیل و بهبود تصاویر ارائه دهند. زبان پایتون به دلیل پردازش و رابط کاربری آسان در مهندسی پزشکی بیشتر از سایر نرم افزارها مورد استفاده قرار می‌گیرد. با وجود اهمیت بالای این زبان در رشته مهندسی پزشکی بهتر است که دانشجویان این رشته در هر مقطعی به یادگیری این زبان بپردازند.

نویسندگان: سمانه خان بیگی، کارشناسی ارشد مهندسی پزشکی- صالحه علی پور, کارشناس ارشد مهندسی پزشکی

مدل‌های ریاضی به دانشمندان، توسعه‌ دهندگان و مهندسان کمک می ‌کنند تا فرآیندها، پدیده‌ها و طرح ‌های سیستم ‌های واکنش‌دهنده را درک کنند.پس از توسعه یک مدل معتبر، می توان از آن برای مطالعه شرایط عملیاتی مختلف و طراحی سیستم های واکنش دهنده و پدیده های حمل و نقل استفاده کرد. حل معادلات مدل بارها و بارها برای ورودی های مختلف منجر به درک واقعی سیستم مورد مطالعه می شود. طراح در نرم افزار Comsolاین امکان را برای متخصصان شبیه سازی فراهم می کند تا برنامه های شبیه سازی با کاربری آسان ایجاد کنند. و آنها را در داخل یا خارج از سازمان خود با COMSOL Server™ و COMSOL Compiler™ مستقر کنند. بنابراین، فناوری شبیه‌سازی فیزیکی با دقت بالا برای همه قابل دسترس می‌شود. در این مقاله، ما مثال هایی از نحوه استفاده افراد از نرم افزار COMSOL ارائه می دهیم.

روند کار مدلسازی خط جریان

نرم افزار comsol شما را برای شبیه سازی الکترومغناطیس، مکانیک سازه، آکوستیک، جریان سیال، انتقال حرارت و پدیده های شیمیایی در یک محیط، قادر می سازد. با تکمیل روند کار مدل سازی بهینه، برنامه ها با کلیک یک دکمه مستقر می شوند و هر کسی می تواند از دیدگاه های ارائه شده توسط نتایج شبیه سازی بهره­مند شود.

با یک خط جریان و سطح مشترک آسان برای استفاده و GUI و هر دو قابلیت تک و چند فیزیکی، ما می توانیم تنوع زیادی از ابزارها را ایجاد کنیم. در شکل زیر، این برنامه فرآیند استریلیزه کردن از Amgen، غلظت اکسید اتیلن را محاسبه می کند.

 فهمیدن رفتار محصول

با استفاده از اپلیکیشن های شبیه سازی، افراد غیرمتخصص می توانند تست های خود را بدون نیاز به درک پیچیدگی های شبیه سازی واقعی انجام دهند. در نتیجه، کل سازمان می تواند از شبیه سازی ها بهره مند شود، که به نوبه خود منجر به درک بیشتر از نحوه رفتار محصول آنها در دنیای واقعی می شود. برای مثال، یک شبیه‌سازی انجام شده که تنش‌ها و تغییر شکل‌ها را در طول ساخت قطعه پیش‌بینی می‌کند تا درک روشنی از نحوه تغییر شکل آن در طول چاپ بدهد. در شکل زیر، برنامه ای که توسط MTC ساخته شده است تا تنظیمات طرح های خود را آزمایش کند.

 مشارکت آسان

در زمینه فناوری پزشکی، ما تلاش می کنیم تا زندگی را از طریق راه حل های نوآورانه تغییر دهیم که زندگی روزمره بیماران ما را بهبود می بخشد. از توسعه محصول، سفارشی‌سازی نیازهای واقعی بیمار، تا بررسی پس از بازار، شبیه‌سازی نقش مهمی دارد. دیر یا زود، استفاده از شبیه سازی به یک استاندارد در صنعت فناوری پزشکی تبدیل خواهد شد. در بخش تحقیق و توسعه، کار ما همیشه با فیزیک شروع می‌شود تا یک مدل بسازیم، چه از شبیه‌سازی برای مهندسی معکوس راه‌حل موجود استفاده کنیم و چه برای آزمایش محصولات و سناریوهای جدید. شبیه سازی تضمین ما در مسیر عملکرد و ایمنی است. تجربه ما ثابت کرده است که ساعت‌های صرف شده در شبیه‌سازی ارزش سال‌هایی را دارد که در توسعه صرف شده است.

واضح است که COMSOL در زمان معرفی، قدرت شبیه‌سازی چندفیزیکی را تصور می‌کرد. برنامه های شبیه سازی به بخش های دیگر اجازه می دهند تا پیکربندی های مختلف را برای نیازهای خاص خود آزمایش کنند و بهترین طراحی را انتخاب کنند.

از نظر ساختار درونی، برنامه های شبیه سازی ما را قادر ساخته اند که فرهنگ همکاری را تقویت کنیم. از دیدگاه تحقیق و توسعه، بسیار مفید است که بتوان یک رابط خاص را فقط با پارامترهای مربوط به یک گروه خاص به اشتراک گذاشت، با دانستن اینکه مدل و فیزیک محافظت می شوند. این به همه بخش ها اجازه می دهد تا از شبیه سازی چند فیزیک بهره مند شوند. با این سطح از همکاری، مدل گسترش می یابد تا به عنوان یک معیار فیزیکی ، با ویژگی های بیشتر یا کمتر بسته به کاربر نهایی عمل کند. به‌علاوه، برنامه‌های شبیه‌سازی این پتانسیل را دارند که یک مدل چند فیزیکی را در جریان کار یک متخصص مراقبت‌های بهداشتی جاسازی کنند. این فناوری تصویر کاملی از تشخیص را در اختیار آنها قرار می دهد و آنها را قادر می سازد تا سطح جدیدی از برنامه ریزی درمانی سفارشی را اجرا کنند. در شکل زیر، برنامه شبیه سازی یک چشم 3 بعدی پارامتریک برای محک زدن فیزیکی در یک محیط بالینی نشان داده شده است.

فراهم کردن پاسخ سریع

به عنوان اجزای ضروری در محرکه های الکتریکی، روتورها باید از نظر دوام مورد آزمایش قرار گیرند، زیرا آنها باید تعداد بسیار زیادی چرخش را با سرعت و گشتاور متغیر در حین کار درایو تحمل کنند. با این حال، ارزیابی استحکام لمینیت های روتور زمان بر است. فولکس‌واگن کاسل با ساخت برنامه‌های شبیه‌سازی با نرم‌افزارCOMSOL ، این فرآیند تست روتورها را خودکار می‌کند، همچنین هزینه‌های توسعه و افزایش کیفیت محصول را کاهش می‌دهد.

در شکل فوق، شبیه سازی توسط فولکس واگن کاسل برای ارزیابی استحکام لمینیت روتور انجام شده است.

بسیاری از برنامه‌های شبیه‌سازی صنعتی به‌عنوان یک جعبه سیاه طراحی شده‌اند، در حالی که COMSOL  از نظر شفافیت منحصربه ‌فرد است. نرم افزارCOMSOL  به کاربران امکان می دهد معادلات پیاده سازی شده را مشاهده و اصلاح کنند یا حتی معادلات خود را اضافه کنند. علاوه بر این، این نرم افزار از ابتدا به عنوان یک ابزار چندفیزیکی طراحی شده است و کاربران را قادر می سازد تا زمینه های فیزیکی مختلف را به طور همزمان شبیه سازی کنند. از این رو، کاربر می تواند زمینه های فیزیکی مختلف را برای انجام کاری کاملا جدید ترکیب کند.

نویسنده: فائزه کاظمی زاد، کارشناس دپارتمان مهندسی شیمی گروه آموزشی پارس پژوهان

شرکت SolidWorks در دسامبر 1993 توسط Jon Hirschtick فارغ التحصیل موسسه فناوری ماساچوست تاسیس شد. هیرشتیک از 1 میلیون دلاری که در زمانی که عضو تیم بلک جک MIT بود برای راه اندازی شرکت استفاده کرد.چه کسی Solidworks را توسعه داد؟جان هیرشتیک، SOLIDWORKS، یک برنامه طراحی به کمک کامپیوتر و برنامه مهندسی به کمک کامپیوتر مدل سازی جامد، یکی از محبوب ترین گزینه های نرم افزاری برای مهندسان مکاترونیک و همچنین SOLIDWORKS در مهندسی مواد برای مهندسین متالورژی است. SOLIDWORKS توسط Jon Hirschtick فارغ التحصیل MIT توسعه داده شد و توسط Dassault Systems در سال 1997 خریداری شد. SolidWorks یک نرم افزار طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) است که متعلق به داسو سیستمز است. از اصل طراحی پارامتریک استفاده می کند و سه نوع فایل به هم پیوسته تولید می کند: قطعه، مونتاژ و نقشه. ابزارهای نرم افزاری سه بعدی کاملی را ارائه می دهد که به شما امکان می دهد داده های خود را ایجاد، شبیه سازی، انتشار و مدیریت کنید.این یکی از محبوب ترین نرم افزارهای طراحی و مهندسی در بازار است.SOLIDWORKS در مهندسی مواد به مهندسین متالورژی این امکان را میدهد که قطعاتی که به روش ورقکاری تهیه میشوند را مورد بررسی قرار بدهند،SOLIDWORKSکه به دلیل طیف وسیعی از ویژگی ها و عملکرد بالا شناخته شده است، در مشاغل و صنایع مختلف در سراسر جهان استفاده می شود.SOLIDWORKSاز طراحی پارامتریک استفاده می کند، به همین دلیل است که ابزار بسیار موثری برای طراحان و مهندسان است.SOLIDWORKSنرم افزارCADاست که امروزه توسط اکثر دنیای مهندسی طراحی استفاده می شود. به طور فزاینده ای رایج تر می شود، زیرا بسیاری از شرکت ها شروع به جابجایی از سایر رقبا می کنند.SOLIDWORKS در مهندسی مواد یک نرم‌افزار مدل‌سازی سه‌بعدی است که به کاربران این امکان را می‌دهد تا تقریباً هر شکلی را که تصور می‌کنند بسازند و آن را به صورت سه بعدی بچرخانند.

 SOLIDWORKS در مهندسی مواد

دارای دو مجموعه ویژگی بصری و فیزیکی (مکانیکی) هستند. SimulationXpress از خواص فیزیکی مواد تعریف شده در کتابخانه مواد SOLIDWORKS استفاده می کند. مواد می توانند همسانگرد، ارتوتروپ یا ناهمسانگرد باشند. SimulationXpress فقط از مواد همسانگرد پشتیبانی می کند.

چگونه از SOLIDWORKS در مهندسی مواد استفاده می کنید؟

برای اعمال یک ماده:نمایش منوی میانبر برای مواد: قسمت. در یک سند قطعه، روی Material در درخت طراحی FeatureManager کلیک راست کنید. قسمت چند تنه ...انتخاب یک ماده: از لیست علاقه مندی ها انتخاب کنید. روی Edit Material کلیک کنید، یک ماده را در درخت متریال انتخاب کنید و روی Apply و سپس Close کلیک کنید. SOLIDWORKS برای توسعه سیستم های مکاترونیک از ابتدا تا انتها استفاده می شود. در مرحله اولیه، نرم افزار برای برنامه ریزی، ایده پردازی بصری، مدل سازی، ارزیابی امکان سنجی، نمونه سازی و مدیریت پروژه استفاده می شود. سپس از این نرم افزار برای طراحی و ساخت عناصر مکانیکی، الکتریکی و نرم افزاری استفاده می شود.

کاربرد SOLIDWORKS در مهندسی مواد

یک راه ضروری برای به دست آوردن بینش بیشتر در مورد طرح های شما هستند. این را می توان با عمل به عنوان بخشی از یک شبیه سازی، یا تجزیه و تحلیل مرکز ثقل و وزن خود طرح به دست آورد. شما نمی توانید هیچ یک از این موارد را بدون اختصاص خواص مواد به قطعات خود انجام دهید. این کار با دسترسی به کتابخانه  SOLIDWORKS در مهندسی مواد انجام می شود که حاوی ویژگی های مواد همراه برنامه است. این مواد فقط خواندنی هستند، به این معنی که اگر مواد مورد نیاز شما از قبل وجود نداشته باشد، باید یک ماده سفارشی جدید ایجاد کنید که دارای خواص لازم باشد. اختصاص یک ماده به بخشی در کتابخانه موادتخصیص یک ماده به یک قطعه/مجموعه بسیار ساده است. روی قسمتی که می خواهید متریال را به آن اختصاص دهید در درخت طراحی Feature Manager کلیک کنید تا باز شود. در منوی کشویی، باید "Material <مشخص نشده>" را مشاهده کنید. روی این گزینه کلیک راست کنید تا پایگاه داده گسترده مواد باز شود. ینجا جایی است که تمام مواد از پیش نصب شده نگهداری می شوند و شما می توانید آنها را برای جلوه های مختلفی که می خواهید، مانند ظاهر، crosshatch و غیره ویرایش کنید. گزینه های زیادی در اینجا وجود دارد که برای اکثریت قریب به اتفاق پروژه ها مناسب هستند. برای ایجاد یک کتابخانه سفارشی، باید یکی از پوشه های آبی را در سمت چپ پنجره اضافه کنید. در قسمت آبی رنگ راست کلیک کرده و روی «کتابخانه جدید» کلیک کنید. هنگامی که این مورد ساخته شد، کتابخانه جدید را نامگذاری کنید، و این به عنوان یک ابزار سازماندهی برای دسته بندی های مختلف مواد جدیدی که قرار است ایجاد کنید، عمل می کند. این به عنوان یک فایل مرجع خارجی ذخیره می شود، به این معنی که می توان آن را با سایر کاربران به اشتراک گذاشت.

ایجاد یک دسته بندی سفارشی یا یک ماده جدید در پایگاه داده SOLIDWORKS در مهندسی مواد برای ایجاد یک دسته بندی سفارشی، روی کتابخانه سفارشی جدید خود راست کلیک کرده و روی «دسته جدید» کلیک کنید. این دوباره به عنوان یک پوشه سازمانی دیگر در کتابخانه SOLIDWORKS در مهندسی مواد عمل می کند.

برای ایجاد یک متریال جدید مجدداً همین روند را دنبال کنید، روی دسته سفارشی که به تازگی ساخته اید راست کلیک کرده و روی «مواد جدید» کلیک کنید. این مواد سفارشی جدید شما خواهد بود و ظاهر، خواص و سایر اطلاعات مربوط به مواد را می توان به دلخواه تغییر داد.

حتی اگر همه مطالبی که از قبل در SOLIDWORKS نصب شده اند فقط خواندنی هستند، هر یک از این مطالب را می توان کپی و در یک کتابخانه سفارشی جایگذاری کرد و سپس در صورت نیاز ویرایش کرد این یکی از ویژگی های SOLIDWORKS در مهندسی مواد است. این باعث صرفه جویی در زمان زیادی می شود زیرا در بیشتر مواقع یک فلز یا مواد دیگر فقط باید اصلاح شود (یعنی فقط چند ویژگی باید تغییر کند) و نیازی به ایجاد یک ماده کاملاً جدید نیست.

وارد کردن مواد سفارشی به کتابخانه مواد SOLIDWORKS

فایلی که باید هنگام تلاش برای وارد کردن برخی مواد سفارشی جدید به SOLIDWORKS به دنبال آن باشید، فایل "Custom Materials.sldmat" است. این فایل از طریق خود نرم افزار SOLIDWORKS یافت می شود.

منوی کشویی «ابزارها» را که در نوار ابزار قرار دارد پیدا کنید و روی «گزینه ها» کلیک کنید. System Option را از لیست کشویی انتخاب کنید و سپس روی File Locations کلیک کنید اکنون دوباره از لیست کشویی زیر Show Folder For به پایین بروید و Material Databases را پیدا کنید. 

پس از یافتن پوشه حاوی مطالب سفارشی جدید خود در قالب .sldmat که قبلا ذکر کردیم، روی «افزودن» و سپس «انتخاب پوشه» کلیک کنید. پس از تکمیل این کار، با کلیک بر روی دکمه "OK" خارج شوید.

مواد سفارشی جدید وارداتی شما اکنون باید برای استفاده در دسترس باشد. یک راه آسان برای اطمینان از اینکه چندین کاربر به مواد سفارشی یکسان دسترسی دارند، انتخاب یک مکان فایل برای کتابخانه مواد سفارشی SOLIDWORKS است که در یک شبکه است. به این ترتیب دسترسی به تمام مواد سفارشی که ممکن است به آن نیاز داشته باشند برای همه افراد در یک شرکت آسان است. بنابراین اکنون شما آماده هستید تا برخی از مواد سفارشی خود را داخل SOLIDWORKS در مهندسی مواد ایجاد کنید! این یک فرآیند نسبتاً ساده است، بنابراین حتی کاربران مبتدی نیز باید بتوانند این زمان را تکمیل کنند، ما به شما ایمان داریم! SOLIDWORKS یک بخش راهنما در زمینه مواد و پایگاه داده مواد دارد. اگر سوالی دارید یا چیزی برای اضافه کردن به مقاله دارید، خوشحال می شویم در نظرات زیر با شما در میان بگذاریم. از اینکه مطالب ما را خواندید متشکریم و امیدواریم به زودی شما را در دوره SOLIDWORKS در مهندسی مواد ببینیم! بنابراین گروه آموزشی پارس پژوهان با برگزاری دوره های تخصصیمهندسی مواد و متالورژی، مهندسی مکانیک، مهندسی هوافضا و... که شامل نرم افزار هایی همچون SOLIDWORKS در مهندسی مواد، ABAQUS، CATIA، کلید فولاد، عملیات حرارتی و... میشود به شما عزیزان کمک میکند تا هر چه سریعتر وارد بازار کار شوید.

نویسنده: مصطفی عینعلی، کارشناس دپارتمان مهندسی مواد و متالورژی گروه آموزشی پارس پژوهان

سیمولینک یکی از سه بخش اصلی نرم افزار متلب است که به طور خاص برای شبیه سازی ایجاد شده است. Simulink به کاربر این امکان را می دهد که بدون ساختن یک سیستم، بتواند رفتار آن را بررسی کند و تاثیر ورودی های متفاوت مانند نویزها، اغتشاشات و .... را بر عملکرد سیستم مورد مطالعه قرار دهد، در نتیجه با صرف زمان و انرژی کمتر به اهداف شبیه سازی دست می یابد. simulink در واقع یک کتابخانه بسیار وسیع از انواع بلوک ها است که مهندسان می توانند با استفاده از این بلوک ها، هر سیستم، پلنت، فرآیند یا معادله ای را به صورت دیاگرام بلوکی شبیه سازی کنند و به تحلیل آن از جهات مختلف بپردازند، هر زمان لازم شد، به راحتی تغییرات مد نظر را در سیستم ایجاد کرده و مجدد آن را آنالیز کنند.

متلب (MATLAB) چیست

متلب (MATLAB) به بیان سایت شرکت توسعه دهنده اش Mathworks هم یک نرم افزار، هم یک بستر برنامه نویسی و هم یک زبان برنامه نویسی است که برای اهداف بسیار ساده مانند محاسبات جبری خطی تا مسائل بسیار پیچیده ای ماننده بهینه سازی، کار با شبکه های عصبی، پردازش تصویر و .... به مهندسین شاخه های متفاوت مثل مکانیک، هوافضا، برق، کامپیوتر، عمران و .... و حتی محققین سایر رشته ها کمک می کند.

نرم افزار متلب دارای سه بخش اصلی است:

•      بخش اسکریپت نویسی یا کدهای تایپی که به محیط  mfile معروف است.
•      بخش گرافیکی یا gui (Graphical user interface)
•      بخش Simulink که به محیط شبیه سازی معروف است.

سیمولینک چیست

بخش مربوط به simulink برای این ایجاد شده است که کاربر نیازمند کد نویسی نباشد و از بلوک های آماده استفاده کند. این محیط مزیت ها و کاربردهای زیادی دارد. به طور مثال امکان لینک متلب به سخت افزار را به مهندس شبیه ساز می دهد. اگر قطعه ای داشته باشیم که بخواهیم تست سخت افزاری بگیریم و کدی داشته باشیم، این کد حتما باید در داخل سیمولینک اجرا شود و simulink فرامین را به قطعه یا مجموعه سخت افزاری بدهد. مزیت بعدی اینکه اگر کدهای آماده مثل فرترن (fortran) یا c++ داشته شیم، بدون اینکه آنها را تغییر دهیم می توان داخل سیمولینک فراخوانی کرده و آن ها را اجرا کرد. مزیت دیگر این بخش از نرم افزار متلب فرمت بلوک دیاگرامی بودن است. از این جهت که بخش های کد به به صورت بلوک کنار هم چیده می شوند حس شبیه سازی بهتری به کاربر می دهد.

اساسا این بخش از نرم فزار یک ابزار شبیه سازی و simulation است. البته این به این معنا نیست که در سایر محیط های matlab شبیه سازی انجام نمی شود، هر کدی که نوشته می شود در واقع یک فرآیند در حال شبیه سازی است اما این محیط مختص این کار ایجاد شده و توسعه یافته است.

سیمولینک و کاربران متلب

شما به عنوان یک مهندس برنامه نویس یا طراح و شبیه ساز، می توانید از MATLAB و simulink همزمان استفاده کنید تا قدرت برنامه نویسی متنی و گرافیکی را در یک محیط ترکیب کنید. در حقیقت این فرصت را دارید تا از دانش خود در متلب برای موارد زیر استفاده کنید:

•        بهینه سازی پارامترها
•        ایجاد بلوک های جدید
•        نوشتن متن های تست و اتوماسیون
•        اجرای هزاران شبیه سازی به طور موازی
•        تحلیل نتایج شبیه سازی

سیمولینک برای همه پروژه ها

طبق بیان شرکت توسعه دهنده اش، Simulink در حوزه های بسیار متنوع و متفاوتی مانند، ارتباطات بی سیم، سیستم های کنترلی، کاربردهای الکتریکی، چردازش سیگنال، رباتیک و سیستم های خودکار، سیستم های دیجیتال، هوش مصنوعی و ..... قابل کاربری است. در اینجا به چند نمونه از کاربردها اشاره شده است.

سیمولینک برای سیستم های کنترلی

مهندسان کنترل در همه مراحل توسعه از این بخش متلب استفاده می کنند از مدلسازی پلنت تا طراحی و تنظیم کردن الگوریتم های کنترلی و منطق های نظارتی، تمام مسیر تا توسعه با تولید کدهای خودکار و اعتبارسنجی، صحت سنجی و تست سیستم. پیشنهادات simulink :

•        یک محیط بلوک دیاگرامی چند دامنه ای برای مدلسازی دینامیک های پلنت ، الگوریتم های کنترلی طراحی و اجرای شبیه سازی های حلقه بسته
•        مدلسازی پلنت با استفاده از شناسایی و ابزار مدلسازی فیزیکی
•        توابع پیش ساخته و ابزارهای در تعامل برای تحلیل اورشوت (overshoot)، زمان برخاست، حاشیه فاز، حاشیه بهره و سایر ویژگی های عملکردی و پایداری در دامنه های زمان و فرکانس
•        مکان هندسی ریشه ها، دیاگرام بد (bode) ، کنترل مقاوم، کنترل قابل پیش بینی و سایر تکنیک های طراحی و آنالیز
•        تنظیم خودکار PID، تنظیم ضرایب و سیستم های کنترلی تک ورودی-تک خروجی (SISO) و چند ورودی-چند خروجی (MIMO)
•        مدلسازی، طراحی و شبیه سازی منطق نظارتی برای زمان بندی عملکرد، تعویض مد کنترلی و بررسی شناسایی، محدود کردن و بازیابی خطا (FDIR)

سیمولینک برای کاربردهای برق

مهندسان این حوزه از MATLAB و simulink برای توسعه فناوری های الکتریکی که به افزایش قابلیت اطمینان و بهبود بهره وری از کنترل موتور و مدیریت باتری برای وسایل حمل و نقل برقی تا یکپارچه سازی انرژی های تجدیدپذیر در یک شبکه برق، استفاده می کنند. موارد زیر مثال هایی از این کاربردها هستند:

راه اندازی موتور

انرژی های تجدیدپذیر و ذخیره انرژی

وسایل حمل و نقل الکتریکی

سیستم های باتری

سلول های سوختی و الکترولیزها (Electrolyzers)

تبدیل نیرو

تولید، انتقال و توزیع

سیمولینک برای طراحی برای پایه مدل

شرکت های پیشرو، برای توسعه ی سیستم های پیچیده، طراحی بر پایه مدل (Model-Based Design) با استفاده از مدل هایی در سراسر فرآیند را اتخاد کردند.

•        استفاده از یک مدل مجازی برای شبیه سازی و تست سیستم به زودی و مکرر
•        اعتبارسنجی طراحی با تست مدل های فیزیکی، سخت افزار در حلقه و ساخت نمونه (پروتوتایپ)
•        ایجاد یک کد C، C++، CUDA، PLC و اعمال مستقیم ان به سیستم
•        حفظ یک رشته دیجیتال با قابیت ردیابی از طریق الزامات، معماری سیستم، طراحی جزء، کد ئ تست ها
•        گسترش مدل ها به سیستم های در حال عملیات برای اجرای نگهداری قابل پیش بینی و آنالیز خطا

سیمولینک برای شبیه سازی

طراحی و شبیه سازی سیستم قبل از انتقال به سخت افزار:

در Simulink شما با فضای گسترده ی طراحی مواجه هستید و می توانید سیستم ها با مدلسازی و شبیه سازی چند دامنه ای تست کنید.

•        به سرعت ایده های طراحی را در یک محیط شبیه سازی چند دامنه ای ارزیابی کنید
•        مدل های سیستم را با استفاده از عناصر و کتابخانه ها شبیه سازی کنید
•        مدل های شبیه سازی را برای تست سخت افزار در حلقه در حالت real-time در نظر بگیرید
•        شبیه سازی های بزرگ را در محیط دستکتاپ و یا فضای ابری اجرا کنید

 نویسنده: ستاره دهقان، کارشناس دپارتمان مهندسی هوافضا گروه آموزشی پارس پژوهان

پایتون (Python) به عنوان یک زبان برنامه‌نویسی قدرتمند و همه‌کاره، به‌طور فزاینده‌ای در حوزه‌های مختلف مهندسی، به‌ویژه مهندسی شیمی، مورد استفاده قرار می‌گیرد. پایتون با دارا بودن کتابخانه‌های گسترده و ابزارهای متنوع، به مهندسان شیمی امکان می‌دهد تا مسائل پیچیده را مدل‌سازی، شبیه‌سازی و تحلیل کنند و به راه‌حل‌های بهینه دست یابند. در این مقاله، به بررسی مزایای پایتون، کتابخانه‌های کلیدی آن و نمونه‌هایی از کاربرد این زبان برنامه‌نویسی در مهندسی شیمی می‌پردازیم.

مزایای پایتون برای مهندسان شیمی

انتخاب یک نرم افزار کامل محاسباتی مناسب برای حل مسائل مهندسی شیمی، همواره یک چالش بوده است. نرم‌افزارهای تجاری مانند هایسیس و  اسپن پلاس، با وجود کاربرپسند بودن، جزئیات محاسبات را پنهان می‌کنند و کنترل کمتری به کاربر می‌دهند. بسته‌های نرم‌افزاری ریاضی مانند MATLAB و MathCAD، کنترل بیشتری بر محاسبات ارائه می‌دهند، اما نسخه اصلی آن‌ها می‌توانند بسیار گران باشند و نیاز به دانش تخصصی‌تری دارند. در این میان، پایتون به عنوان یک زبان برنامه‌نویسی متن‌باز و رایگان، مزایای متعددی را برای مهندسان شیمی ارائه می‌دهد:

• رایگان و در دسترس بودن: پایتون به‌صورت رایگان در دسترس است و بر روی اکثر سیستم‌عامل‌ها (ویندوز، macOS و لینوکس) قابل اجراست.
• کتابخانه‌های گسترده: پایتون دارای کتابخانه‌های متعددی است که قابلیت‌های ریاضی و محاسباتی آن را به‌طور چشمگیری افزایش می‌دهند. بسیاری از این کتابخانه‌ها نیز رایگان می‌باشند.
• یادگیری آسان: پایتون دارای سینتکس ساده و خوانا است که یادگیری آن را برای مهندسان آسان می‌کند.
• جامعه‌ی کاربری فعال: پایتون دارای جامعه‌ی کاربری بزرگ و فعالی است که منابع آموزشی، پشتیبانی و کتابخانه‌های متعددی را فراهم می‌کنند.
• قابلیت ادغام: پایتون به راحتی با سایر زبان‌های برنامه نویسی و نرم افزارها ادغام می شود.

بیشتر بخوانید: آموزش نرم افزار های مهندسی شیمی (7 نرم افزار کاربردی) 

 کتابخانه‌های کلیدی پایتون در مهندسی شیمی

نمونه‌هایی از کاربرد پایتون در مهندسی شیمی

محاسبات دیفرانسیل و انتگرال

در طراحی راکتورهای شیمیایی، معادلات دیفرانسیل و انتگرال نقش مهمی ایفا می‌کنند. به عنوان مثال، فرض کنید غلظت یک ماده‌ی A در یک راکتور با زمان، طبق معادله‌ی زیر تغییر می‌کند:

CA = CA0 * exp(-k * t)

که در آن CA غلظت ماده A، CA0 غلظت اولیه A، k ثابت سرعت واکنش و t زمان است. برای تعیین سرعت واکنش، نیاز به محاسبه‌ی مشتق CA نسبت به زمان داریم. با استفاده از کتابخانه‌ی SymPy در پایتون، می‌توان این مشتق را به‌صورت نمادین محاسبه کرد:

CA0, k, t = symbols('CA0 k t')

CA = CA0 * exp(-k * t)

dCA_dt = diff(CA, t)

print(dCA_dt)

خروجی این کد، -CA0*k*exp(-k*t) خواهد بود که می‌توان آن را به -k*CA ساده کرد.

همچنین، می‌توان از SymPy برای محاسبه‌ی انتگرال توابع استفاده کرد. به عنوان مثال، برای محاسبه‌ی انتگرال تابع sin(x)، می‌توان از کد زیر استفاده کرد:

x = symbols('x')

integral = integrate(sin(x), x)

print(integral)

double_integral = integrate(sin(x), (x, 0, pi))

print(double_integral)

طراحی راکتور

در طراحی راکتور، برای تعیین اندازه‌ی یک راکتور Batch که حاوی یک واکنش مرتبه دوم برگشت‌ناپذیر (A -> B) است، نیاز به محاسبه‌ی انتگرال زیر داریم:

     ∫(1 / (CA0 * (1 - X)^2)) dX

که در آن X تبدیل A است. با استفاده از SymPy، می‌توان این انتگرال را به‌صورت نمادین محاسبه کرد:

CA0, X = symbols('CA0 X')

integral = integrate(1 / (CA0 * (1 - X)**2), (X, 0, X))

print(integral)

 X/(CA0*(1 - X) خروجی به صورت

حل دستگاه معادلات خطی

در بسیاری از مسائل مهندسی شیمی، مانند محاسبات موازنه‌ی جرم و انرژی، نیاز به حل دستگاه معادلات خطی داریم. پایتون با استفاده از کتابخانه‌ی NumPy، ابزارهای قدرتمندی برای حل این‌گونه مسائل ارائه می‌دهد. به عنوان مثال، برای حل دستگاه معادلات زیر:

2x + y = 5

x - y = 1

می‌توان از کد زیر استفاده کرد:

 import numpy as np

A = np.array([[2, 1], [1, -1]])

b = np.array([5, 1])

x = np.linalg.solve(A, b)

print(x)

حل معادلات دیفرانسیل

بسیاری از سیستم‌های مهندسی شیمی با معادلات دیفرانسیل توصیف می‌شوند. پایتون با استفاده از کتابخانه‌ی SciPy، ابزارهایی برای حل عددی معادلات دیفرانسیل ارائه می‌دهد. به عنوان مثال، برای حل معادله‌ی دیفرانسیل زیر با شرط اولیه y(0) = 1:

     dy/dt = -y

می‌توان از کد زیر استفاده کرد:

import numpy as np

from scipy.integrate import odeint

import matplotlib.pyplot as plt

def model(y, t):

    dydt = -y

    return dydt

y0 = 1

t = np.linspace(0, 5, 50)

y = odeint(model, y0, t)

plt.plot(t, y)

plt.xlabel('time')

plt.ylabel('y(t)')

plt.show()

دوره‌های آموزشی پایتون

گروه آموزشی پارس‌پژوهان، دوره‌های تخصصی برنامه‌نویسی پایتون را برای مهندسان شیمی ارائه می‌دهد. این دوره‌ها با تمرکز بر کاربردهای پایتون مانند آموزش پایتون مقدماتی و آموزش پایتون پیشرفته، به شما کمک می‌کنند تا مهارت‌های لازم برای حل مسائل واقعی و صنعتی را کسب کنید و به یک مهندس شیمی با تجربه تبدیل شوید.

جمع‌بندی

پایتون با دارا بودن مزایای متعدد، کتابخانه‌های قدرتمند و کاربردهای گسترده، به یک ابزار ضروری برای مهندسان شیمی تبدیل شده است. یادگیری پایتون به شما امکان می‌دهد تا مسائل پیچیده‌ی مهندسی شیمی را به‌طور مؤثرتری حل کنید، شبیه‌سازی‌های دقیق‌تری انجام دهید و به راه‌حل‌های بهینه‌تری دست یابید. با سرمایه‌گذاری در یادگیری پایتون، می‌توانید آینده‌ی شغلی خود را در مهندسی شیمی تضمین کنید.

نویسندگان: فائزه کاظمی زاد، کارشناسی ارشد مهندسی شیمی- علی بهرام، کارشناسی ارشد مهندسی شیمی (فرایند). 

در دنیای مدرن، مهندسان با چالش‌های پیچیده‌ای روبه‌رو هستند که نیازمند ابزارهای پیشرفته برای تحلیل و طراحی دقیق هستند. یکی از این ابزارها که در بسیاری از رشته‌های مهندسی به ویژه مهندسی مواد کاربرد فراوانی دارد، نرم ‌افزار MATLAB  است که دارای یک محیط محاسباتی قدرتمند است و به مهندسان امکان انجام محاسبات پیچیده ریاضی، شبیه‌سازی سیستم‌ها، پردازش داده‌ها و طراحی کنترل‌ها را می‌دهد. در مهندسی مواد، متلب به ‌ویژه در تجزیه و تحلیل داده‌ها، شبیه‌سازی فرآیندهای مختلف و بهینه‌سازی طراحی‌ها نقش مهمی ایفا می‌کند. این نرم ‌افزار نه تنها برای تحلیل مسائل علمی و مهندسی کاربرد دارد، بلکه به عنوان ابزاری حیاتی برای آموزش و تحقیقات در دانشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی نیز شناخته می‌شود. در این متن به بررسی استفاده‌های مختلف MATLAB در مهندسی مواد و اهمیت آن در بهبود فرآیندهای طراحی و تحلیل خواهیم پرداخت.

کاربرد متلب در مهندسی مواد

MATLAB  به عنوان یکی از ابزارهای کلیدی در طراحی و تحلیل مسائل مهندسی، به مهندسان این امکان را می‌دهد تا با پیچیدگی‌های روزافزون تجهیزات تولید مدرن و تقاضا برای انعطاف‌پذیری بالاتر مقابله کنند. این نرم ‌افزار به‌ ویژه در اتوماسیون صنعتی، ماشین ‌آلات و طراحی مدل‌های مختلف بسیار مفید است. از دیگر نرم افزارهای کاربردی مهندسی مواد، سالیدورک است که شما می‌توانید با شرکت در دوره سالیدورک بر این نرم افزار نیز مسلط شوید. مهندسین اتوماسیون صنعتی و ماشین ‌آلات از MATLAB  و Simulink برای طراحی، شبیه‌سازی و آزمایش کنترل‌های ماشین و منطق نظارتی استفاده می‌کنند. همچنین، از این ابزار برای تحلیل و طراحی در زمینه‌هایی مانند دینامیک، ارتعاشات، مکانیک سیالات و انتقال حرارت بهره می‌برند. برای آشنایی بیشتر با سایر MATLAB یک پلت فرم محاسباتی است که برای کاربردهای مهندسی و علمی مانند تجزیه و تحلیل داده‌ها، پردازش سیگنال و تصویر، سیستم‌های کنترل، ارتباطات بی سیم و روباتیک استفاده می‌شود.

مقایسه متلب و پایتون

برای تسلط بر زبان‌ سی پلاس پلاس و پایتون نیز می‌توانید در دوره سی پلاس پلاس و دوره پایتون شرکت کنید.

بررسی اجمالی بازارکار و درآمد متلب در مهندسی مواد:

تقاضا برای مهندسین مواد با مهارت در MATLAB در حال افزایش است. این مهارت به دلیل کاربرد گسترده در صنعت، پژوهش و توسعه، به یکی از مهارت‌های برجسته در بازار کار تبدیل شده است. شرکت‌ها و موسسات تحقیقاتی در زمینه‌های مختلف از جمله خودروسازی، هوافضا، صنایع دفاعی، الکترونیک، انرژی و تولید مواد پیشرفته به شدت به افرادی با توانایی کار با MATLAB نیاز دارند.

مهندسان مواد می‌توانند در پروژه‌های تحقیقاتی دانشگاه‌ها، صنایع بزرگ و حتی استارتاپ‌های مرتبط با فناوری‌های نوین مشغول به کار شوند. همچنین شرکت‌های مشاوره مهندسی، مراکز تحقیق و توسعه و واحدهای طراحی مواد در صنایع مختلف نیز از این مهارت بهره‌برداری می‌کنند.

درآمد افراد متخصص در استفاده از MATLAB در مهندسی مواد به عوامل مختلفی نظیر تجربه، تحصیلات، موقعیت جغرافیایی و نوع صنعت بستگی دارد. طبق آمارهای موجود، متوسط درآمد سالانه مهندسان مواد در ایران در سال 2023 با مهارت MATLAB می‌تواند بین 100 تا 250 میلیون تومان باشد. این درآمد می‌تواند در شرکت‌های بزرگ و پروژه‌های تحقیقاتی معتبر به طور قابل توجهی بیشتر شود.

در کشورهای پیشرفته، این درآمد بسیار بالاتر است. به طور مثال، در ایالات متحده آمریکا، یک مهندس مواد با مهارت‌های MATLAB  می‌تواند درآمدی در حدود 60,000 تا 90,000 دلار در سال داشته باشد. این مقدار می‌تواند با تجربه بیشتر و موقعیت‌های شغلی خاص به 120,000 دلار یا بیشتر نیز برسد. این مبلغ مربوط به سال 2023 است.

یادگیری و اهمیت متلب در مهندسی مواد

نرم‌ افزار MATLAB مخفف Matrix Laboratory یکی از قدرتمندترین و پرکاربردترین ابزارها در علوم مهندسی به خصوص مهندسی مواد است. این نرم‌ افزار که در ابتدا برای انجام محاسبات عددی و ریاضی طراحی شده بود، امروزه به یکی از پایه‌های اصلی در تحلیل داده‌ها، شبیه‌سازی و طراحی سیستم‌های پیچیده در علوم مختلف از جمله مهندسی مواد تبدیل شده است. در موارد زیر به بررسی اهمیت یادگیری آن در مهندسی مواد می پردازیم:
تصویر

تحلیل داده‌ها و شبیه‌سازی‌های عددی

در مهندسی مواد، تحلیل داده‌های تجربی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. پژوهشگران و مهندسان مواد به طور مرتب با داده‌های پیچیده و حجیم روبه‌رو هستند که برای تجزیه و تحلیل آن‌ها نیاز به نرم ‌افزارهایی دارند که بتوانند به سرعت و دقت بالا محاسبات را انجام دهند. MATLAB با ابزارهایی که برای تحلیل داده‌ها ارائه می‌دهد، این امکان را برای مهندسان فراهم می‌آورد که مدل‌ها و شبیه‌سازی‌های عددی را به راحتی انجام دهند. برای مثال، تحلیل تنش و کرنش در مواد، شبیه‌سازی رفتار حرارتی و مکانیکی مواد و پیش‌بینی خواص مواد در شرایط مختلف، همگی با استفاده از قابلیت‌های MATLAB قابل انجام هستند.

تحلیل و مدل‌سازی خواص مواد

در مهندسی مواد، یکی از وظایف مهم پیش‌بینی خواص فیزیکی و مکانیکی مواد در شرایط مختلف است. متلب ابزاری بسیار قوی برای مدلسازی و پیش‌بینی خواص مواد مانند استحکام، سفتی، انعطاف‌پذیری و دمای انتقال است. همچنین مهندسان مواد می‌توانند با استفاده از MATLAB و الگوریتم‌های آن، به شبیه‌سازی رفتار مواد در شرایط مختلف محیطی مانند تغییرات دما، فشار و رطوبت پرداخته و از نتایج آن برای بهینه‌سازی فرآیندهای تولید و انتخاب مواد مناسب برای کاربردهای مختلف استفاده کنند.

طراحی و بهینه‌سازی فرآیندهای تولید مواد

در فرآیند تولید مواد، انتخاب روش‌های مناسب برای تولید، پردازش و شکل‌دهی مواد می‌تواند تأثیر زیادی بر خواص نهایی آن‌ها داشته باشد. استفاده از MATLAB در این زمینه به مهندسان مواد این امکان را می‌دهد که فرآیندهای مختلف تولید مواد را مدل‌سازی و شبیه‌سازی کنند. از جمله کاربردهای MATLAB در این بخش می‌توان به بهینه‌سازی فرآیندهای تولید، تحلیل فرآیندهای حرارتی و مکانیکی و ارزیابی رفتار مواد در حین تولید اشاره کرد.

استفاده در تحلیل میکروسکوپ‌های الکترونی و میکروسکوپ‌های نیروی اتمی

با توجه به پیشرفت‌های سریع در فناوری میکروسکوپی، مهندسان مواد به طور مداوم داده‌هایی را از تصاویر میکروسکوپی و آزمایش‌های میکروسکوپی دریافت می‌کنند. MATLAB با قابلیت پردازش تصویر و تحلیل داده‌های میکروسکوپی این امکان را می‌دهد که تصاویر میکروسکوپی پردازش و تحلیل شوند. به‌عنوان مثال، در استفاده از میکروسکوپ‌های الکترونی، MATLAB  می‌تواند به تجزیه و تحلیل ساختارهای نانو، اندازه‌گیری قطر دانه‌ها و تعیین مورفولوژی مواد کمک کند.

شبیه‌سازی‌های مولکولی و نانو مواد

در زمینه نانو مواد، شبیه‌سازی‌های مولکولی ابزارهایی هستند که به کمک آن‌ها می‌توان رفتار مواد را در مقیاس نانو شبیه‌سازی کرد. MATLAB می‌تواند به عنوان ابزاری برای شبیه‌سازی مدل‌های مولکولی و مطالعه خواص نانو مواد مانند کشش، گسیختگی و ساختارهای بلوری در مقیاس نانو استفاده شود. این قابلیت‌ها باعث می‌شود که مهندسان مواد بتوانند به پیش‌بینی رفتار مواد در مقیاس مولکولی و نانو پرداخته و فرآیندهای طراحی و ساخت نانو مواد را بهینه کنند.

تحلیل حرارتی و فرآیندهای ترمودینامیکی

در بسیاری از صنایع و کاربردهای مهندسی مواد، تحلیل رفتار حرارتی مواد و فرآیندهای ترمودینامیکی اهمیت ویژه‌ای دارد. MATLAB با ابزارهای تخصصی خود برای شبیه‌سازی و تحلیل انتقال حرارت، تغییرات دما و تاثیر آن بر خواص مواد، به مهندسان این امکان را می‌دهد که فرآیندهای حرارتی مانند انجماد، ذوب و تغییرات فازی مواد را با دقت بالا مدل‌سازی کنند. این کاربردها در صنایع خودروسازی، صنایع هوافضا و تولید مواد نسوز به ویژه مهم هستند.

اگر می‌خواهید در دنیای مهندسی مواد و علوم مختلف پیشرفت کنید، دوره متلب فرصت مناسبی است تا مهارت‌های تحلیلی و شبیه‌سازی خود را ارتقا دهید و به ‌راحتی با داده‌ها و مدل‌های پیچیده کار کنید. 

نتیجه‌گیری

نرم ‌افزار متلب به عنوان یکی از ابزارهای حیاتی در مهندسی مواد، نقشی کلیدی در تجزیه و تحلیل داده‌ها، شبیه‌سازی فرآیندها، بهینه‌سازی طراحی‌ها و حل مسائل پیچیده دارد. با توجه به کاربرد گسترده این نرم ‌افزار در صنایع مختلف مانند خودروسازی، هوافضا، انرژی و تولید مواد پیشرفته، یادگیری MATLAB برای مهندسان مواد به یک مهارت ضروری تبدیل شده است. علاوه بر این، بازار کار حال حاضر نشان می‌دهد که کاربرد متلب در مهندسی مواد در حال گسترش است و فرصت‌های شغلی فراوانی در صنایع تحقیقاتی و فناوری‌های نوین برای این متخصصان وجود دارد. درآمد این افراد به عوامل مختلفی بستگی دارد، اما به‌ طور کلی، این مهارت می‌تواند موجب ارتقاء شغلی و افزایش درآمد در بازار کار شود. بنابراین، تسلط بر متلب نه تنها برای پژوهشگران و مهندسان مواد یک ضرورت است، بلکه به عنوان یک مزیت رقابتی می‌تواند به موفقیت‌های بیشتر در صنعت و تحقیق منجر شود.

نویسندگان: مصطفی عینعلی، کارشناسی ارشد مهندسی مواد- سایه صفاییان، کارشناسی مهندسی مواد

نرم افزار اکسل یا در حالت صحیح تر Microsoft Excel یکی از برنامه های کاربردی است که برای هر فردی فارغ از رشته تحصیلی، حوزه ی تخصصی، موقعیت شغلی و .... آشنایی و مهارت کار با آن از نیازهای اولیه محسوب می شود. این نرم افزار که بعد از ورد (word) معروف ترین عضو خانواده مایکروسافت آفیس (Microsoft Offoce) است، از ابتدا در اولین پکیج نرم افزاری آفیس که در سال 1990 برای ویندوز منتشر شد، در کنار ورد و پاورپوینت حضور داشت. Excel در تعریف ساده، مانند سایر ابزارهای صفحه گسترده، از یک جدول شامل ستون ها و ردیف ها تشکیل شده است که در آن می توان اطلاعات و داده های متنوعی را سازماندهی کرد.

اساس کار

در نگاه اول همه آنچه در اکسل دیده می شود، خانه های به اسم سلول (cell) است که از تقاطع ستون ها و ردیف ها به وجود آمده اند. ستون ها با حروف انگلیسی و ردیف ها با اعداد نام گذاری شده اند، به همین دلیل نام هر سلول از یک حرف که نشان دهنده ی ستون قرارگیری و یک عدد که نشان دهنده ی ردیف قرارگیری است، تشکیل شده است. در واقع کوچکترین جز و مهمترین جز از برنامه، همین سلول ها هستند. همه داده ها و اطلاعات در سلول ها وارد شده و ذخیره می شوند.

توابع

برای کار با داده هایی که در سلول ها وارد و ذخیره شده، که شامل سازمان دهی آنها ، انجام محاسبات، ایجاد داده های جدید و ارتباط سلول ها و صفحات مختلف باهم، به توابعی نیاز داریم که توسط شرکت ماکروسافت تعریف شده اند و به مرور هر ساله افزایش پیدا کرده اند. از نسخه 2010 اکسل بیش از 300 تابع تعریف شده قابل استفاده دارد که در 14 دسته بندی، معرفی شده اند.

کاربردها

تنوع و تعدد کاربری های excel در حوزه های مختلف علوم، چه شاخه های مهندسی مانند مکانیک، هوافضا،مواد و ... چه شاخه های مدیریتی تا حدی گسترده است که نام بردن و شرح همه آنها در یک نوشتار امکن پذیر نیست. در اینجا به مثال ساده ای از کار در این ابزار اشاره می کنیم که شاید نمونه کوچکی از یک فرآیند مدیریت ارتباط با مشتری (CRM) است.

برای تصور بهتر، فرض کنید لیستی از دانشجویان یک دانشکده را در اختیار دارید. از طرفی دروس مختلفی در دانشکده ارائه شده است که برای هر کدام چند استاد قابل انتخاب هستند. هر درس توسط تعدادی از دانشجویان به ظرفیت می رسد و با یکی از اساتید برگزار می شود و در نهایت بحث های مالی و تسویه با توجه به شهریه های پرداختی و حق التدریس مدرس ها، انجام می شود. اگر در حالت عادی قصد داشته باشیم به این فرآیند بپردازیم، حتما چندین ساعت زمان صرف خواهد شد و در نهایت با انبوهی از داده هایی مواجه هستید که به یکدیگر وابسته هستند به سختی قابلیت سازمان دهی دارند.

اما حال در نظر بگیرید شما ابزاری مانند نرم افزار اکسل در اختیار داشته باشید، همه این اطلاعات در جدول های متناسب، دسته بندی می شوند. می توان دانشجویان را بر اساس رشته ها، سال ورود، شهر محل تولد و ... مرتب (sort) کرد. به دانشجویان، رشته ها و اساتید کد اختصاص داد و با این کدها و استفاده از توابع و ارتباط بین جداول همه اطلاعات را به سهولت سازمان دهی کرد، به طوری که هر تغییر به طور خودکار در همه کاربرگ ها اعمال شود و حالت نهایی را به دست آورد.

جداول و نمودارها

یکی از مهمترین و جذابترین قابلیت های نرم افزار اکسل، امکان تهیه جداول و نمودارهای بسیار متنوع از سلول های موجود در صفحه است و از طرفی نیاز به ارائه و نمایش داده ها به صورت های مختلف، همیشه یکی از دغدغه های افراد با مسئولیت های متفاوت است، به همین دلیل Excel اولین انتخاب در این زمینه است.

شما در EXCEL  می توانید با استفاده از داده ی ستون ها و سطرها، انواع جداول را تشکیل داده و به سبک های مختلفی آن ها را سازماندهی کنید که بر چه اساس مرتب شوند یا با چه معیاری بعضی از داده ها نمایش داده شوند، برخی دیگر پنهان شوند و ..... نکته جالب اینکه اگر داده ها را تغییر دهید، جداول به صورت خودکار به روز می شوند.

علاوه بر جداول ، وجود تنوع زیادی از گراف ها، که در بیش از 15 دسته بندی مختلف قابل استفاده هستند، از محاسن کار با ایم عضو خانواده آفیس است.

ماکرونویسی

محیط صفحه گسترده ی اکسل با وجود تمام قابلیت ها و امکانات، محدودیت هایی نیز دارد که گاهی مانع پیشبرد یک مسئله خاص می شود. برای رفع این محدودیت، توسعه دهندگان excel از روش کدنویسی کمک گرفته اند. برای اینکار که اصطلاحا ماکرونویسی نامیده می شود از برنامه ویژوال بیسیک (Visual Basic) استفاده می شود. برنامه نویسی با ویژوال بیسیک به کاربران اجازه می دهد با اعمال نفوذ در صفحه گسترده، فعالیت هایی که با تکنیک های استاندارد غیرممکن است، را انجام دهند.

اکسل در پلتفرم های دیگر

نرم افزار EXCEL علاوه بر ویندوز در پلترفرم های دیگری نیز قابل دسترس است که کارایی آن برای افراد را بیش از پیش افزایش می دهد.

نسخه تلفن همراه این نرم افزار (Excel Mobile) یک برنامه صفحه گسترده است که می تواند فایل های با فرمت XLSXویرایش کند. این برنامه می تواند داده های سلول ها، فرمول های محاسباتی را ویرایش کند، در فضای برنامه داده ای را سرچ کند، ستون و سطرها را مرتب سازی و یا فیلتر کند، کامنت اضافه کند و نمودار ایجاد کند.

نرم افزار تحت وب، یک نسخه کم حجم از مایکروسافت اکسل است که مانند ورد و پاورپوینت، بعنوان بخشی از Office تحت وب، قابل دسترس است. این نسخه اکثر امکانات نسخه دسکتاپ را دارد.

پسورد گذاری

فایل های اکسل مانند سایر برنامه های کاربردی  Microsoft Office قابل پسوردگذاری هستند. انواع پسوردگذاری های زیر می تواند مورد استفاده قرار گیرد:

•        پسورد برای باز کردن یک سند
•        پسورد برای ویرایش یک سند
•        پسورد برای غیرفعال کردن حالت محافظت شده ی یک کاربرگ (worksheet)
•        پسورد برای محافظت یک سند در حال اشتراک گذاری

نویسنده: ستاره دهقان، کارشناس دپارتمان مهندسی هوافضا گروه آموزشی پارس پژوهان

بیوسیگنال در واقع هر سیگنالی در موجودات زنده است که به طور مداوم قابل اندازه گیری و نظارت باشد. اصطلاح بیوسیگنال اغلب برای اشاره به سیگنال های بیوالکتریکی استفاده می شود، اما ممکن است برای سیگنال های الکتریکی و غیر الکتریکی هم کاربرد داشته باشد.

سیگنال حیاتی چیست؟

بیوسیگنال‌ الکتریکی یا سیگنال‌ حیاتی بر حسب زمان معمولاً به تغییر جریان الکتریکی تولید شده توسط مجموع اختلاف پتانسیل الکتریکی در یک بافت، اندام یا سیستم سلولی تخصصی مانند سیستم عصبی اشاره دارد. بنابراین، شناخته شده ترین سیگنال های بیوالکتریکی عبارتند از:

•         Electroencephalogram (EEG)
•         Electrocardiogram (ECG)
•         Electromyogram (EMG)
•         Electrooculogram (EOG)
•         Electroretinogram (ERG)
•         Electrogastrogram (EGG)
•         Galvanic skin response (GSR) or electrodermal activity (EDA)

EEG، ECG، EOG و EMG با یک تقویت کننده دیفرانسیل اندازه گیری می شوند که تفاوت بین دو الکترود متصل به پوست را ثبت می کند. با این حال، پاسخ پوست گالوانیکی (GSR) مقاومت الکتریکی را اندازه‌گیری می‌کند و MEG میدان مغناطیسی ناشی از جریان‌های الکتریکی (الکتروانسفالوگرام) مغز را اندازه‌گیری می‌کند.در ادامه به توضیح بیشتر برخی از سیگنال های گفته شده میپردازیم.

انواع مختلف سیگنال‌های حیاتی 

الکتروانسفالوگرام (EEG)

الکتروانسفالوگرافی (EEG) روشی برای ثبت الکتروگرام از فعالیت الکتریکی خود به خودی مغز است. سیگنال حیاتی شناسایی شده توسط EEG نشان دهنده پتانسیل های پس سیناپسی نورون های هرمی در نئوکورتکس و آلوکورتکس هستند. این روش ثبت سیگنال معمولاً غیر تهاجمی است و الکترودهای EEG در امتداد پوست سر قرار می‌گیرند (که معمولاً "EEG پوست سر" نامیده می‌شود) با استفاده از سیستم بین‌المللی 10-20 یا انواع آن. الکتروکورتیکوگرافی، که شامل قرار دادن الکترودها با جراحی است، گاهی اوقات "EEG داخل جمجمه ای" نامیده می شود. تفسیر بالینی ضبط EEG اغلب با بازرسی بصری ردیابی یا تجزیه و تحلیل کمی EEG انجام می شود.

نوسانات ولتاژ اندازه گیری شده توسط تقویت کننده زیستی EEG و الکترودها امکان ارزیابی فعالیت طبیعی مغز را فراهم می کند. از آنجایی که فعالیت الکتریکی کنترل شده توسط EEG از نورون‌های بافت زیرین مغز منشا می‌گیرد، ضبط‌های انجام شده توسط الکترودها بر روی سطح پوست سر بسته به جهت و فاصله آنها تا منبع فعالیت متفاوت است.

علاوه بر این، سیگنال حیاتی ثبت شده ممکن است توسط بافت‌های میانی و استخوان که مانند مقاومت‌ها و خازن‌های یک مدار الکتریکی عمل می‌کنند، دچار تغییر شود. این بدان معناست که همه نورون‌ها به طور یکسان در سیگنال EEG مشارکت نمی‌کنند و عمدتا نورون‌های قشر مغز که در نزدیکی الکترودهای روی پوست سر قرار دارند مشارکت دارند.

ساختارهای عمیق درون مغز دورتر از الکترودها مستقیماً به EEG کمک نمی کنند، این ساختارها شامل قاعده شکنج قشر مغز، دیواره های مزیال لوب های اصلی، هیپوکامپ، تالاموس و ساقه مغز است.

این سیگنال حیاتی برای تشخیص یا درمان اختلالات زیر مورد استفاده قرار میگیرد:

• تومور مغزی
• آسیب مغزی ناشی از ضربه به سر
• اختلال عملکرد مغز که می تواند دلایل مختلفی داشته باشد (آنسفالوپاتی)
• التهاب مغز (آنسفالیت)
• سکته
•  اختلالات خواب
• صرع و بیش فعالی ADHD

الکتروکاردیوگرام (ECG)

سیگنال حیاتی الکتروکاردیوگرافی فرآیند تولید الکتروکاردیوگرام (ECG) یا EKG)) ثبت فعالیت الکتریکی قلب است. این الکترودها تغییرات الکتریکی کوچکی را که در نتیجه دپلاریزاسیون عضله قلب و به دنبال آن رپلاریزاسیون در طول هر چرخه قلبی (ضربان قلب) است، تشخیص می دهند.

تغییرات در الگوی طبیعی ECG در بسیاری از ناهنجاری‌های قلبی، از جمله اختلالات ریتم قلب (مانند فیبریلاسیون دهلیزی و تاکی کاردی بطنی )، جریان خون ناکافی شریان کرونر (مانند ایسکمی میوکارد و انفارکتوس میوکارد و اختلالات الکترولیتی (مانند هیپوکالمی و هیپرکالمی) رخ می دهد.

به طور سنتی، سیگنال حیاتی ""ECG معمولاً به معنای 12 لید است که در حالت دراز کشیدن گرفته می شود. با این حال، دستگاه‌های دیگر می‌توانند فعالیت الکتریکی قلب مانند مانیتور هولتر را ثبت کنند، برخی از مدل‌های ساعت هوشمند نیز قادر به ضبط نوار قلب هستند. در نتیجه سیگنال های ECG را می توان در زمینه های دیگر با دستگاه های دیگر هم ضبط کرد.

در یک ECG معمولی 12 لید، ده الکترود بر روی اندام های بیمار و روی سطح قفسه سینه قرار می گیرد. سپس مقدار کلی پتانسیل الکتریکی قلب از دوازده زاویه مختلف ("lead") اندازه گیری می شود و در یک دوره زمانی (معمولاً ده ثانیه) ثبت می شود. و به این ترتیب، مقدار کلی و جهت دپلاریزاسیون الکتریکی قلب در هر لحظه در طول چرخه قلبی ثبت می شود.

هدف کلی از انجام ECG به دست آوردن اطلاعات در مورد عملکرد الکتریکی قلب است. کاربردهای پزشکی برای این اطلاعات متنوع است و اغلب باید با دانش ساختار قلب و علائم معاینه فیزیکی ترکیب شوند تا تفسیر شوند. برخی از نشانه ها برای ثبت سیگنال حیاتی ECG شامل موارد زیر است:

درد قفسه سینه یا مشکوک به انفارکتوس میوکارد (حمله قلبی)

علائمی مانند تنگی نفس، غش، تشنج، یا آریتمی از جمله تپش قلب

تست استرس قلبی

و همچنین الکتروفیزیولوژی بالینی قلب، که در آن یک کاتتر از طریق ورید فمورال وارد می شود و می تواند چندین الکترود در طول آن برای ثبت جهت فعالیت الکتریکی از داخل قلب داشته باشد.

الکترومایوگرام(EMG)

سیگنال حیاتی الکترومایوگرافی (EMG) تکنیکی برای ارزیابی و ثبت فعالیت الکتریکی تولید شده توسط عضلات اسکلتی است.EMG  با استفاده از ابزاری به نام الکترومایوگراف برای تولید رکوردی به نام الکترومایوگرام انجام می شود. یک الکترومایوگراف پتانسیل الکتریکی تولید شده توسط سلول‌های عضلانی را هنگامی که این سلول‌ها از نظر الکتریکی یا عصبی فعال می‌شوند، تشخیص می‌دهد. این سیگنال‌ حیاتی را می‌توان برای تشخیص ناهنجاری‌ها، سطح فعال‌سازی، یا تجزیه و تحلیل حرکت بیومکانیکی انسان یا حیوان استفاده کرد. سوزن EMG یک تکنیک پزشکی الکترودیاگنوستیک است که معمولا توسط متخصصان مغز و اعصاب استفاده می شود و  EMG سطحی یک روش غیرپزشکی است که برای ارزیابی فعال شدن عضلات توسط چندین متخصص، از جمله فیزیوتراپیست ها، حرکت شناسان و مهندسان زیست پزشکی استفاده می شود.

آزمایش EMG کاربردهای بالینی و زیست پزشکی متنوعی دارد. سوزن EMG به عنوان یک ابزار تشخیصی برای شناسایی بیماری های عصبی عضلانی،  یا به عنوان یک ابزار تحقیقاتی برای مطالعه حرکت شناسی، و اختلالات کنترل حرکتی استفاده می شود. سیگنال حیاتی EMG سطحی برای تشخیص عملکردی و در طول آنالیز حرکت ابزاری استفاده می شود. سیگنال های EMG همچنین به عنوان سیگنال کنترلی برای دستگاه های مصنوعی مانند دست های مصنوعی، بازوها و اندام های تحتانی نیز کاربرد دارد.

پردازش سیگنالهای حیاتی چیست؟

پردازش سیگنال حیاتی شامل به دست آوردن و پیش پردازش سیگنال های فیزیولوژیکی و استخراج اطلاعات معنی دار برای شناسایی الگوها و روندهای درون سیگنال ها است. منابع سیگنال حیاتی شامل فعالیت عصبی، ریتم قلبی، حرکت ماهیچه ها و سایر فعالیت های فیزیولوژیکی است.

سیگنال هایی مانند نوار قلب (ECG) ، الکتروانسفالوگرام (EEG)، الکترومایوگرافی (EMG)را می توان به صورت غیر تهاجمی ضبط کرد و برای تشخیص و به عنوان شاخص های سلامت کلی استفاده کرد.

پردازش سیگنال حیاتی شامل:

• دریافت سیگنال
• ترسیم  و تفسیرسیگنال
• حذف مصنوعات و نویز و پیش پردازش
• استخراج ویژگی

سپس ویژگی‌های استخراج‌شده به مدل‌های طبقه‌بندی وارد می‌شوند یا مستقیماً برای تشخیص استفاده می‌شوند.

پردازش بیو سیگنال ها را معمولا با نرم افزار های برنامه نویسی انجام میدهند. یکی از این نرم افزار ها متلب می باشد.

در حوزه مهندسی پزشکی آموزش سیگنال حیاتی با متلب بسیار کاربرد دارد و از ان برای پردازش سیگنال های حیاتی و استخراج ویژگی ها کمک میگیرند.

از دیگر نرم افزار های پرکاربرد دیگر نرم افزار پایتون می باشد. این این نرم افزار نیز برای پردازش سیگنال های حیاتی استفاده میشود.

جمع بندی

سیگنال حیاتی انواع مختلفی دارد که در این مقاله سه تا از مهمترین سیگنال ها در حوزه پزشکی توضیح داده شد. بعد از ثبت این سیگنال ها بحث پردازش ان برای تشخیص بیماری بسیار مهم است. گاهی اوقات پزشک با نگاه کردن به سیگنال نوع عارضه را میتواند تشخیص دهد و اما گاهی به بررسی بیشتر احتیاج است که  در واقع سیگنال باید پردازش شود و اگر نویز و یا مصنوعاتی دارد حذف شود و از ان استخراج ویژگی شود و بعد میتوان نوع عارضه را تشخیص داد و درمان را شروع کرد.

 همانطور که گفته شد دو نرم افزار متلب و  پایتون هم کاربرد بسیاری در حوزه پردازش سیگنال دارند. افرادی که در حوزه مهندسی پزشکی کار میکند باید به مبحث سیگنال حیاتی تسلط داشته باشند و طرز پردازش این سیگنال ها را یاد گرفته باشند.

نویسنده: سمانه خان بیگی، کارشناس دپارتمان مهندسی پزشکی گروه آموزشی پارس پژوهان

یکی از چالش های اصلی در لوله کشی تجاری، مدیریت ساختمان های چند طبقه است.انتقال آب شیرین در برابر جاذبه از یک طبقه به طبقه دیگر نیاز به دستگاه ها و سازه های لوله کشی تخصصی دارد.یکی از اجزای ضروری لوله کشی سازه های چند طبقه، رایزرها هستند.لوله کشی در ساختمان ها به سادگی نمی تواند بدون آنها کار کند. رایزر ها جزو کاراکترهایی هستند که در نرم افزارهایی مثل اتوکد Revit Mep، PDMS و همینطور AUTOCAD P&ID بعضا آماده استفاده در آپشن هایشان موجود است و بعضا پس از مدل کردن در سازه طراحی شده اضافه می شوند.

شما ممکن است در مورد رایزرهای ساختمان خود ندانید زیرا قرار است کار خود را بدون اینکه شما متوجه شوید انجام دهند.رایزرها که به آنها رایزر اصلی نیز می گویند به خطوط آبرسانی اطلاق می شود که از طبقه ای به طبقه دیگر حرکت می کنند.به عبارت دیگر، لوله های عمودی در یک ساختمان که اجازه می دهد آب شیرین از طبقات پایین به طبقات بالا برود.رایزرها دارای ویژگی هایی مانند جلوگیری از جریان برگشتی برای جلوگیری از حرکت آب در جهت اشتباه در سیستم هستند. رایزرها می توانند از مواد مختلفی ساخته شوند و انواع موجود در تاسیسات شما به سن ساختمان بستگی دارد.متداول ترین مواد رایزر پلاستیک، مس، برنج و فولاد گالوانیزه هستند.مانند هر بخش از سیستم لوله کشی، رایزرها طول عمر محدودی دارند و در برخی مواقع نیاز به تعویض دارند. چگونه می توانم بفهمم که نیاز به تعویض رایزر دارم؟ شما می توانید بر اساس سن لوله ها تخمینی در مورد تعویض رایزر انجام دهید.بسته به مواد، رایزرها می توانند از 40 تا 100 سال عمر کنند.لوله های پلاستیکی کوتاه ترین طول عمر متوسط را دارند، حدود 40 سال، اگرچه اغلب عمر طولانی تری دارند.فولاد گالوانیزه می تواند 50 سال، برنج 70 سال و مس نوع K تا 100 سال دوام بیاورد.(می توانید ببینید که چرا لوله های مسی به متداول ترین فلز مورد استفاده در لوله کشی تجاری تبدیل شده اند.) سن یک عامل تعیین کننده مطلق برای جایگزینی رایزر نیست، با این حال، از آنجایی که میزان استفاده از رایزرها، سابقه نگهداری آنها و وجود مواد شیمیایی در آب که باعث خوردگی می شود، همگی می توانند طول عمر آنها را کاهش دهند.اگر تأسیسات قدیمی‌تری دارید که ممکن است بلندگوهای قدیمی داشته باشد، توصیه می‌کنیم با لوله‌کش‌های ما تماس بگیرید تا آنها را بررسی کنند تا ببینند آیا نیاز به تعویض آنها دارید یا خیر. علائم هشدار دهنده خاصی وجود دارد که می توانید به آنها توجه کنید که به شما می گوید زمان آن فرا رسیده است که رایزرهای جدید قرار دهید: کاهش تدریجی فشار آب: اگر فشار آب در ساختمان شروع به کاهش کند، در حالی که طبقات بالا بدترین وضعیت را دارند، می تواند به معنای رایزرهای پوسیده یا بالابرهایی با انسداد باشد. تغییر رنگ: خراب شدن لوله های فلزی می تواند باعث ایجاد تغییر رنگ در آب شیرین شود. علائم نشتی روی دیوارها: وقتی می بینید که لکه آب روی دیوار ظاهر می شود، احتمالاً به این معنی است که یک بالابر پشت دیوار نشتی دارد. قبوض آب بالا: نشتی افزایش دهنده ها همچنین هشداری را در قالب قبض آب بالاتر برای شما ارسال می کند.

رایزر عمودی

رایزر عمودی رایزر عمودی هر جزء است که به صورت عمودی از طریق یک ساختمان امتداد می یابد، از جمله پله ها و بالابرها، اما این اصطلاح بیشتر برای اشاره به کانال ها، لوله ها، مجراها و کابل ها استفاده می شود. کانال‌های عمودی باید با دقت قرار داده شوند تا طول لوله و کابل را به حداقل برسانید و همچنین در مورد لوله‌کشی از خمیدگی‌های غیرضروری جلوگیری کنید. از آنجایی که رایزرهای عمودی معمولاً طبقات را نقض می کنند، می توانند از نظر گسترش آتش خطر ایجاد کنند و بنابراین باید به طور مناسب در برابر آتش محافظت شوند. انواع دیگر رایزر عمودی عبارتند از: رایزر خشک: برای تامین آب داخل ساختمان ها برای اهداف اطفاء حریق استفاده می شود. رایزرهای خشک در مواقعی که استفاده نمی شوند حاوی آب نیستند اما در صورت لزوم توسط دستگاه های پمپاژ آتش نشانی با آب شارژ می شوند. برای اطلاعات بیشتر به: رایزر خشک مراجعه کنید. رایزر مرطوب: برای تامین آب داخل ساختمان ها برای اهداف اطفاء حریق استفاده می شود. رایزرهای مرطوب به طور دائم با آب شارژ می شوند. برای اطلاعات بیشتر رجوع کنید به: رایزر مرطوب. نکته: اصطلاح "رایزر" را می توان در رابطه با اجزای پله نیز به کار برد. پله رایزر به صورت عمودی بین پشت آج یک پله و جلوی آج پله بالا گفته می شود. برای اطلاعات بیشتر، پله‌ها را ببینید.

رایزر پله رو

بخش K مقررات ساختمانی مستلزم آن است که بالا آمدن، رفتن، نرده‌ها، فضای سر، طول و عرض هر پله، نردبان و رمپ بین سطوح برای ایجاد ایمنی مناسب برای افرادی که به ساختمان‌ها دسترسی پیدا می‌کنند و در اطراف آن حرکت می‌کنند، مناسب باشد. سند تایید شده K - حفاظت در برابر سقوط، برخورد و ضربه مقرراتی را توصیف می کند که این الزام را برآورده می کند.این "بالا رفتن" پله ها را به عنوان ارتفاع بین آج های متوالی یا برای رمپ ها، فاصله عمودی بین هر انتهای مسیر رمپ تعریف می کند. اندازه گیری افزایش و رفتن

در یک سری مراحل، برای تمام مراحل، اندازه‌گیری‌های صعود و رفتن باید مطابق شکل زیر باشد. افزایش و رفتن حداقل و حداکثر مقادیر :

 همه ساختمان‌ها باید دارای آج‌های هموار بر روی پله‌ها باشند، با بالا رفتن و رفتن هر پله در طول یک پله ثابت.اگر پله ها در پروازهای متوالی بیش از 36 بالابر داشته باشند، باید حداقل یک تغییر جهت بین پروازها انجام شود. ساختمان های غیر از مسکن نباید تک پله داشته باشند.برای پروازهای بین فرود، حداکثر تعداد رایزرها باید 16 رایزر برای پله‌های شهری و برای پله‌های دسترسی عمومی، 12 رایزر باشد، اما استثنائاً در مکان‌های کوچکی که منطقه طرح محدود است، بیش از 16 افزایش نمی‌یابد. در ساختمان‌هایی غیر از خانه‌ها، رایزرها نباید باز باشند تا از گیرکردن پاها یا وسایل کمکی راه رفتن در زیر آج در هنگام صعود که احتمالاً باعث سقوط یا ایجاد احساس ناامنی در سرنشینان می‌شود، جلوگیری شود.در خانه‌ها، اگر آج‌ها حداقل 16 میلی‌متر همپوشانی داشته باشند و پله‌ها طوری ساخته شوند که کره‌ای به قطر 100 میلی‌متر نتواند از رایزرهای باز عبور کند، ممکن است پله‌ها دارای رایزر باز باشند. در ساختمان‌هایی غیر از خانه‌ها، نوک پله‌ها باید با استفاده از مواد متضاد بصری، حداقل به عرض 55 میلی‌متر، هم روی آج و هم روی رایزر آشکار شوند.برای مناطق دسترسی مشترک در ساختمان‌هایی که دارای تخت هستند، رایزرها نباید باز باشند و نوک پله‌ها باید از نظر بصری مشخص باشند، با استفاده از موادی که از نظر بصری متضاد هستند، عرض 50 - 65 میلی‌متر روی آج و 30 - 55 میلی‌متر روی رایزر. در مواردی که باندهای پلکانی در ساختمان های مونتاژ وجود دارد، هر پله در باند باید حداقل ارتفاع 100 میلی متر و حداکثر ارتفاع 190 میلی متر داشته باشد.اگر برای هر ردیف صندلی دو یا چند خیز وجود داشته باشد، هر پله باید دارای ارتفاع مساوی باشد.

رایزر خشک

رایزرهای خشک برای تامین آب داخل ساختمان ها برای اهداف اطفاء حریق استفاده می شوند. ارائه یک سیستم توزیع آب داخلی به این معنی است که آتش نشانان برای مقابله با آتش نیازی به ایجاد سیستم توزیع خود ندارند و با اجرای خطوط شلنگ بین آنها از شکستن محفظه های آتش جلوگیری می کند. رایزرهای خشک زمانی که از آنها استفاده نمی شود حاوی آب نیستند، اما در صورت لزوم توسط دستگاه های پمپاژ آتش نشانی با آب شارژ می شوند. این برخلاف رایزرهای مرطوب است که به طور دائم با آب شارژ می شوند. رایزرهای خشک دارای یک رابط ورودی در سطح دسترسی خودروی خدمات نجات و دریچه های فرود در مکان های هر طبقه هستند. بخش B مقررات ساختمانی (ایمنی آتش نشانی) ایجاب می کند که در ساختمان هایی با ارتفاع بیش از 18 متر، شبکه آتش نشانی ارائه شود. در ساختمان‌هایی با ارتفاع کمتر از 50 متر، شبکه آتش‌نشانی می‌تواند به صورت خشک یا مرطوب باشد، با این حال، در جایی که ساختمان تا بیش از 50 متر بالاتر از سطح دسترسی خودروی خدمات امدادی گسترش می‌یابد، رایزرهای مرطوب ضروری هستند زیرا فشار پمپاژ مورد نیاز برای شارژ کردن رایزر است. بالاتر از آنچه که توسط یک دستگاه خدمات آتش نشانی قابل ارائه است، و برای اطمینان از تامین فوری آب در سطح بالا. هر کانکتور ورودی باید در 18 متری دسترسی دستگاه خدمات آتش نشانی باشد. کانکتورهای ورودی معمولاً در محفظه‌های قابل دسترسی، اما ایمن در وجه خارجی ساختمان‌ها قرار دارند و به‌عنوان «ورودی رایزر خشک» شناخته می‌شوند. خود رایزرهای خشک باید در داخل میله های آتش نشانی و در صورت لزوم در پله های فرار محافظت شده باشند. خروجی های رایزر خشک یا دریچه های فرود ممکن است در لابی ها، پله ها یا محفظه های محافظت شده که در دسترس هستند قرار گیرند. در بالای لوله‌های رایزر خشک، یک دریچه هوا تعبیه شده است تا هنگامی که رایزر با آب شارژ می‌شود، هوا در رایزر خشک خارج شود. اغلب یک خروجی تست در سطح سقف نیز وجود دارد. رایزرهای خشک باید مرتباً بازرسی و آزمایش شوند تا اطمینان حاصل شود که تجهیزات به درستی کار می کنند و آماده استفاده هستند. مشکلات می توانند در صورت آتش سوزی بسیار جدی باشند و معمولاً به دلیل خرابکاری یا سرقت، انسداد یا خرابی لوله ها یا شکست اتصال یا باز بودن خروجی ها ایجاد می شوند.

رایزر مرطوب

 رایزرهای مرطوب برای تامین آب داخل ساختمان ها برای اهداف اطفاء حریق استفاده می شوند. ارائه یک سیستم توزیع آب داخلی به این معنی است که آتش نشانان برای مقابله با آتش سوزی نیازی به ایجاد سیستم توزیع خود ندارند و با اجرای خطوط شلنگ بین آنها از شکستن محفظه های آتش جلوگیری می کنند. رایزرهای مرطوب به طور دائم با آب شارژ می شوند. این بر خلاف رایزرهای خشک است که در صورت عدم استفاده، حاوی آب نیستند، اما در صورت لزوم توسط دستگاه های پمپاژ آتش نشانی، آب را شارژ می کنند. بخش B مقررات ساختمانی (ایمنی آتش نشانی) ایجاب می کند که در تمام ساختمان هایی که ارتفاع آنها بیش از 18 متر است، شبکه آتش نشانی وجود داشته باشد. در ساختمان هایی با ارتفاع کمتر از 50 متر، می توان یک رایزر مرطوب یا رایزر خشک را برای آتش نشانی ارائه کرد. با این حال، در جایی که یک ساختمان تا بیش از 50 متر بالاتر از سطح دسترسی خودروی خدمات نجات امتداد دارد، بالابرهای مرطوب ضروری هستند زیرا فشار پمپاژ مورد نیاز برای شارژ رایزر بیشتر از آن است که توسط یک دستگاه خدمات آتش نشانی تامین شود و برای اطمینان از تامین فوری آن است. آب در سطح بالایی در دسترس است. رایزرهای مرطوب با آب از منبع تحت فشار، که اغلب از مخزن ذخیره پمپ می شود، با دریچه های فرود در مکان های مشخص در هر طبقه شارژ می شوند. وسایل پمپاژ خدمات آتش نشانی باید در مواقع اضطراری، مانند خالی شدن مخازن ذخیره سازی در طول حوادث طولانی، منبع تغذیه رایزرهای مرطوب را تکمیل کنند. وسایل پمپاژ باید بتوانند به "...در فاصله 18 متری و در محدوده دید، به ورودی مناسب دسترسی به ورودی اصلی و در دید ورودی" دسترسی داشته باشند. به طور کلی، یک سیستم تامین رایزر مرطوب باید بتواند حداقل فشار جاری را در خروجی بالا در سطح سقف 4 بار با سرعت جریان 22.7 لیتر در ثانیه حفظ کند. حداکثر فشار جاری مجاز تنها با یک خروجی در حال کار 5 بار است. رایزرهای مرطوب باید در داخل محورهای آتش نشانی و در صورت لزوم در پله های فرار محافظت شده باشند. خروجی‌های خیس‌کننده یا «شیرهای فرود» ممکن است در لابی‌های محافظت‌شده، پله‌ها یا محوطه‌هایی که در دسترس هستند، وجود داشته باشند. رایزرهای مرطوب باید مرتباً بازرسی و آزمایش شوند تا اطمینان حاصل شود که تجهیزات به درستی کار می کنند و آماده استفاده هستند. مشکلات می توانند در صورت آتش سوزی بسیار جدی باشند و معمولاً به دلیل خرابکاری یا سرقت، انسداد یا خرابی لوله ها یا شکست اتصال یا باز بودن خروجی ها ایجاد می شوند.

نویسنده : علیرضا خانی، کارشناس دپارتمان تاسیسات و انرژی گروه آموزشی پارس پژوهان

درتعریف عام، بهینه سازی به معنای به دست آوردن بهترین نتیجه است، به عبارتی دیگر بهینه سازی یعنی بیشترین دستیابی به هدف مورد نظر با صرف کمترین انرژی و هزینه. اما تعریف ریاضیاتی بهینه سازی که در مهندسی و علوم پایه ورد استفاده قرار می گیرد، دقیق تر و کامل تر است. طبق این تعریف بهینه سازی عبارت از انتخاب بهترین نتیجه از بین نتایج دست یافتنی می باشد. در واقع ابتدا باید مجموعه ای از نتایج قابل دست یابی (که بنابر بر ماهیت مسئله، از هر نوعی ممکن است باشند) را پیدا کرد و سپس با استفاده از تکنیک هایی، به بهترین عضو از این مجموعه رسید. روش های بهینه سازی را می توان به 2 دسته کلی کلاسیک (تحلیلی) و فراابتکاری تقسیم کرد. برای اجرای فرآیندهای مربوط به روش های بهینه سازی فراابتکاری می توان از زبان های برنامه نویسی متفاوت استفاده کرد که MATLAB  به دلایل زیادی یکی از رایج ترین ها است.

هدف و گام های اصلی

هدف بهینه سازی فارغ از اینکه از روش های تحلیلی استفاده  می کند یا روش های بهینه سازی فراابتکاری و با چه ابزارهایی انجام می شود این است که یک کمیت، بیشینه (maximum) یا یک کمیت، کمینه (minimum) یا هر دو به طور همزمان ماکزیمم و مینیموم شوند. برای مثال فرض کنید یک کارگاه تولیدی مواجه هستیم که مواد اولیه را خریداری می کند، با انجام مراحلی به کمک کارگران، آنرا به محصول تبدیل کرده و از فروش آنها به سود می رسد. برای این کارگاه هم می توان بهینه سازی را با هدف بیشترین سود انجام داد، هم میتوان با هدف کمترین هزینه ی اولیه بهینه سازی را پیاده سازی کرد، هم میتوان با در نظر گرفتن هر دو عامل ، این کار رار انجام داد.

اگر این پروسه را به زبان ریاضی بیان کنیم به طور خلاصه با چند گام اصلی رو به رو هستیم:

گام اول، تعریف مسئله یه صورت تابع کمی که دامنه تغییرات مشخص باشد.

 گام دوم، یافتن نقاط بحرانی (نقاطی که احتمال دارد نقاط بیشینه یا کمینه باشند) در تابع  مورد نظر

گام سوم، یافتن نقطه اکسترمم (ماکزیمم یا مینیموم) از بین نقاط بحرانی

بهینه سازی تحلیلی (کلاسیک)

اگرچه این نوع بهینه سازی بیشتر در گذشته کاربرد داشته اما همچنان دقیق ترین روش یافتن جواب بهینه در مسائل مختلف است. ساز و کار روش تحلیلی بر خلاف بهینه سازی فراابتکاری، مبتنی بر مشتق یا اصطلاحا gradient based است. می دانیم که مشتق هر تابع در نقاط اکسترمم صفر است. بنابراین در روند بهینه سازی تحلیلی مشتق تابع را برابر صفر قرار می دهند و با حل معادلات نقاطی که در آن مشتق صفر را به دست می آوردند. با وجود دقت بالا، بهینه سازی کلاسیک برای بعضی مسائل پیچیده قابل استفاده نیست و گاهی نیز بسیار زمان بر است. به همین دلیل روش های نوینی برای بهینه سازی توسعه یافت.

الگوریتم های بهینه سازی فراابتکاری

در حالت مقابل روش دقیق، روش های تقریبی در سه دسته کلی ابتکاری (heuristic)، فراابتکاری (meta-heuristic) و فوق ابتکاری (hyper heuristic) ایجاد شده و توسعه یافتند که الگوریتم های فراابتکاری مهمترین آنها هستند. الگوریتم های فراابتکاری انواع مختلفی دارند که روش های مبتنی بر جمعیت، پر کاربردترین آن ها هستند. در ادامه به چند الگوریتم از بهینه سازی فراابتکاری مبتنی جمعیت می پردازیم.

الگوریتم ژنتیک

یکی از انواع روش های بهینه سازی فراابتکاری مبتنی بر جمعیت، الگوریتم های تکاملی (Evolutionary algorithm) هستند که معروف ترین آنها، الگوریتم ژنتیک است. اساس این روش الهام گرفته شده از طبیعت و بر پایه فرآیند زیستی موجودات است. در طبیعت هر نسلی از موجودات با تولید مثل نسل دیگری را به وجود می آورند و هر موجودی سازگاری بیشتری با طبیعت داشته باشد، باقی می ماند. همین اصول، پایه ی اصلی الگوریتم ژنتیک هستند.

اجزای اصلی الگوریتم ژنتیک:

•        شخص یا  ژن یا متغیر یا  .......
•        تابع برازندگی یا تابع هدف یا ....
•        جمعیت
•        انتخاب والدین
•        ترکیب والدین
•        جهش

عملکرد کلی الگوریتم ژنتیک به زبان ساده به این صورت است که ابتدا یک جمعیت از افراد در نظر گرفته می شوند، از بین آنها افراد با ویژگی های خوب (خوب بودن در واقع همان معیار بهینه سازی مسئله است) به عنوان والد انتخاب می شوند، والدین به کمک یکی از روش های ترکیب، باعث ایجاد افراد جدید می شوند. پس از اتمام افراد با ویژگی خوب بیشتر (افراد برازنده تر) جایگزین افرادی که ویژگی خوب کمتری دارند، می شوند و این فرآیند بارها و بارها تکرار می شود. حال بجای افراد، جواب های دست یافتنی را قرار دهید. به این ترتیب این فرآیند ما را به یافتن جواب بهینه نزدیک و نزدیک تر میکند تا جایی که تولید نسل جدید، تغییر چندانی در بهتر شدن نتیجه ایجاد نمی کند. اینجا زمان توقف این الگوریتم بهینه سازی فراابتکاری است.

ازدحام ذرات (Particle swarm optimization)

الگوریتم ازدحام ذرات یا PSO بر اساس رفتار جمعی پرنده های در حال پرواز ایجاد شده است. این موضوع که مسیر پرنده ها در هنگام پرواز تحت تاثیر رفتار سایر پرندگان است و در واقع جستجوی هر پرنده تحت تاثیر انبوه جمعیت است، مبنای شکل گیری این روش از بهینه سازی فراابتکاری است. الگوریتم به گونه ای پیش می روند که هر ذره (پاسخ احتمالی) در هر لحظه مکان خود را در فضای کلی جستجو با در نظر گرفتن بهترین مکانی که تا الان تجربه کرده و همچنین با توجه به بهترین مکانی که اطرافش وجود دارد، تنظیم میکند.

کلونی مورچگان(Ant colony optimization)

ایده ی این الگوریتم از روش های بهینه سازی فراابتکاری نیز با الهام از طبیعت شکل گرفته است. همانطور که میدانیم مورچه ها در کلونی و به صورت گروهی زندگی میکنند و تلاش همه اعضا برای بقا و حفظ کلونی است. مورچه ها برای یافتن غذا ابتدا به طور تصادفی به این سو و آن سو حرکت می کنند پس از یافتن غذا به خانه باز میگردند و در طی مسیر از خود فرومون (ماده شیمیایی ترشح شده از بدن حشرات) به جای میگذارند. مورچه های بعدی در جستجوهایشان با این آثار سفید رنگ مواجه شده و مسیر خود را در آن مسیر ادامه می دهند به این ترتیب مسیر منتهی به غذا پر تردد شده و همه به آن مسیر هدایت می شوند. البته فرومون ها بعد از مدتی تبخیر می شوند و این موضوع کمک می کند همواره کوتاه ترین مسیر قابل دید و استفاده باشد و در واقع کوتاه ترین مسیر برای رسیدن به غذا به دست آید.

در الگوریتم کلونی موچگان (ACO) همین تئوری پیاده سازی شده است. با فرق اینکه مورچه های مصنوعی در روی نمودار (به کمک گراف ها ) در حال حرکت هستند و هدف یافتن کوتاه ترین مسیر برای رسیدن به جواب مسئله است.

بهینه سازی فراابتکاری در MATLAB

متلب (MATLAB) به بیان خود سایت توسعه دهنده اش Mathworks هم یک نرم افزار، هم یک بستر برنامه نویسی و هم یک زبان برنامه نویسی است که برای اهداف بسیار ساده ماننده محاسبات جبری خطی تا مسائل بسیار پیچیده ی به مهندسین شاخه های متفاوت مثل مکانیک، هوافضا، برق، کامپیوتر، عمران و .... و حتی محققین سایر رشته ها کمک می کند. در همین راستا یک از ابزارهای پرکاربرد برای اجرا فرآیندهای بهینه سازی همین برنامه است.

متلب دارای یک جعبه ابزار مخصوص برای بهینه سازی است که با نام Optimization Toolbox شناخته می شود و برای مسائل مختلف بهینه سازی خطی و غیرخطی و همچنین روش های بهینه سازی فراابتکاری مورد استفاده قرار می گیرد. به طور مثال برای جل یک مسئله از طریق الگوریتم ژنتیک، matlab یک فرم مخصوص دارد که حتی شاید بدون تسلط 100% بر تئوری های پشت الگوریتم با انتخاب تعداد جمعیت، اهداف، روش ترکیب و ...  قادر هستید از این ابزار استفاده کنید. البته جدا از این تولباکس با فراخوانی مستقیم خود توابع مربوط به الگوریتم ها نیز میتوان حل را دنبال کرد.

جمع بندی

در نهایت بهینه سازی علمی است که به کمک بشر آمده تا در کمترین زمان و با صرف کمترین انرژی به بهترین راه حل ها و اهداف برسد. طبیعی است که انسان ها در علوم مختلف تا به امروز برای بسیاری از مسائل و مشکلات راه حل هایی یافته اند، اما اینکه بین این راه حل ها کدام یک با کمترین هزینه به بیشترین بازدهی منتهی می شود، سوالی است که پاسخ آن در بهینه سازی به دست می آید. روش های تحلیلی دقیق و یا روش های تقریبی مانند بهینه سازی فراابتکاری و همچنین ابزارهایی مانند زبان های برنامه نویسی مثل پایتون (Python) یا تولباکس های موجود در متلب، همه این هدف را دنبال می کنند.

نویسنده: ستاره دهقان، کارشناس دپارتمان مهندسی هوافضا گروه آموزشی پارس پژوهان

امروزه با رشد و پیشرفت علم مهندسي پزشکي، استفاده از نرم افزارهاي تخصصي این رشته  نيز سير افزایش یافته است. اين نرم افزارها در دو زمينه بيوالکتريک و بيومکانيک بسیار کاربرد دارد و از تحليل و شبيه سازي مدارها و تصاوير پزشکي گرفته تا مدل‌سازي و طراحي سيستم‌هاي فيزيولوژيکي و بيولوژيکی را پوشش می‌دهد.

 به دلیل فراگیری نرم افزارها به ویژه برنامه‌نویسی در مهندسی پزشکی یادگیری نرم افزارهای مرتبط با گرایش بسیار حائز اهمیت است و امروزه یادگیری حداقل یک نوع زبان برنامه نویسی به همه افراد فعال در حوزه علم و پژوهش توصیه می‌شود.  از پرکاربردی ترین نرم افزار برنامه نویسی در مهندسی پزشکی نرم افزار پایتون می‌باشد که در ادامه به آن می‌پردازیم.

نرم افزارهای برنامه‌نویسی در مهندسی پزشکی

نرم افزار پایتون 

پیشتر گفتیم که برنامه نویسی در مهندسی پزشکی بسیار حائز اهمیت است. یکی از این نرم افزارهای پرکاربرد و معرف در این حوزه نرم افزار پایتون می‌باشد. این نرم افزار امروزه در بسیاری از رشته‌ها استفاده می‌شود. پايتون با کمک متن بازبودن خود داراي کتابخانه‌ها و ماژول‌هاي متعددي است که در بسياري از زبان‌هاي کامپيوتري ديگر به طور کامل به آن پرداخته نشده است به همين دليل اين زبان در بين برنامه نويسان و مهندسي پزشکي گرايش بيوالکتريک و بیومکانيک که تمایل دارند که در مباحث تشخيص و طبقه بندي و نيز در طراحي قطعات علي الخصوص طراحي ايرفويل‌ها و رسم پلات‌ها و گراف‌ها و اشکال پيچيده و مصورسازي‌ خروجي کدهاي نوشته شده در زبان هاي ديگر اقدام کنند، يکي از محبوبترين زبان‌هاي برنامه نويسي است. از دیگر ویژگی‌های این نرم افزار وسیع بودن منابع آن است که به همین دلیل روان تر و آسان تر از سایر زبان‌های برنامه نویسی است.

پایتون یک زبان برنامه‌نویسی سطح بالا است. به بیان ساده، سطح بالا بودن پایتون بدان معنا است که کدهای پایتون، نسبت به زبان ماشین، بیشتر به  زبان انسانی و در واقع، به زبان انگلیسی نزدیک هستند. همین امر موجب شده است تا کدنویسی به زبان پایتون به سرعت و در زمانی کمتر از برخی از انواع دیگر زبان‌های برنامه‌نویسی مانند جاوا ، انجام‌پذیر باشد.

برای برنامه نویسی در مهندسی پزشکی از پایتون برای پردازش تصویر و پردازش سیگنال‌های پزشکی استفاده می شود. در ادامه این مقاله به نرم افزار متلب و کاربرد آن در مهندسی پزشکی می‌پردازیم.

نرم افزار متلب 

نرم افزار متلب از مهمترین و کاربردی ترین نرم افزار های مهندسی است که در تمام رشته‌های مهندسی استفاده می‌شود. یکی از رشته‌هایی که در آن از متلب استفاده می‌شود مهندسی پزشکی است که جعبه ابزارهای بسیاری برای آن تعبیه شده است. این جعبه ابزارهای شامل پردازش تصویر، پردازش صوت ، پردازش ویدیو، پردازش سیگنال ،شبکه های عصبی ، هوش مصنوعی و ... می‌باشد. این نرم افزار بر پایه ماتریس می‌باشد و تمامی محاسبات آن بر پایه داده‌های ماتریسی است و هسته آن بر مبنای زبان C و رابط گرافیکی آن بر مبنای جاوا می‌باشد.

جعبه ابزار پردازش تصویر برای اعمال هر گونه عمل از جمله ویرایش ، تشخیص و پیش بینی بر روی تصاویر پزشکی حاصل از تجهیزاتی چون ام آر ای ، سی تی اسکن و پت است که بخش زیادی از آن در آنالیز تصاویر برگرفته از مغز در مغز در تشخیص حالت های روحی، سرطانی ،تومور و مدل کردن آن ها برای پیش بینی است.

جعبه ابزار پردازش سیگنال فرآیند تجزیه، تحلیل و تفسیر سیگنال‌های حیاتی و بیولوژیکی را میسر می‌سازد. این سیگنال ها می‌تواند برگرفته از صدا، تصویر ، فیلم و یا هر سیگنال دیگری از بدن باشند. بخش قابل توجه کاربرد این نرم افزار مربوط به پردازش سیگنال‌های مغزی و قلبی است. در نتیجه این نرم افزار نقش بسیار مهمی در حوزه برنامه نویسی در مهندسی پزشکی دارد.

نرم افزار لب ویو 

با پیشرفت علم و تکنولوژی برنامه نویسی در مهندسی پزشکی نیز پر اهمیت تر می‌شود. یکی دیگر از این نرم افزارهای پرکاربرد نرم افزار لب ویو است. نرم افزار لب ویو یک زبان برنامه نویسی سطح بالا و گرافیکی است که در بسیاری از رشته‌ها به ویژه مهندسی زیست پزشکی کاربرد تخصصی دارد. این نرم افزار در واقع یک میز کار مهندسی بر پایه نمادهای گرافیکی مهندسی به جای زبان متنی تحت عنوان ابزارهای مجازی برای تجزیه و تحلیل سیستم‌های اندازه گیری است. عمده کاربرد ان در تفسیر و تحلیل سیگنال هاست.

یکی از کاربردهای مهم این نرم افزار در مهندسی پزشکی می‌باشد. چرا که قابلیت‌هایی که در این نرم افزار وجود دارد آن را قادر ساخته است بتوان با آن محیط های بیولوژیکی ، سیگنال‌های حیاتی به ویژه قلب و مغز را شبیه سازی کرد. از جمله استفاده‌های این نرم افزار در حوزه برنامه نویسی در مهندسی پزشکی  شبیه‌سازی تجهیزانی چون ونیلاتور ( تنفس مصنوعی) ،اکوکاردیو گراف (تصویربرداری از قلب)، پالسی اکسی متر ( سنجش اکسیژن خون)،الکترو شوک (اعمال شوک قوی به بیماران قلبی)، الکتروکوتر (ابزار جراحی برای برش) و پردازش بیو سیگنال‌ها از جمله سیگنال‌های مغزی ، سیگنال‌های قلبی ، سیگنال‌های عضله ای و سیگنال‌های چشمی اشاره کرد.

این نرم افزار در گروه بیو الکتریک قرار میگیرد. می‌توان کاربردهای دیگری از جمله انتقال اطلاعات ، ذخیره سازی داده ها و نمایش وضعیت بیمار  و پردازش تصاویر دو بعدی و سه بعدی پزشکی را نیز برای قاببلیت های این نرم افزار برشمرد به طور کلی برنامه نویسی در مهندسی پزشکی در گرایش‌های بیومکانیک و بیو الکتریک و بیومواد کاربرد دارد ولی کاربرد آن در بیو الکتریک بیشتر است.

نرم افزار سی پلاس پلاس 

از دیگر زبان‌های برنامه نویسی در مهندسی پزشکی زبان برنامه نویسی سی پلاس پلاس است. سی پلاس پلاس یک‌زبان برنامه‌نویسی است که دارای ویژگی‌های ضروری و شیءگرایی است و از آن به‌عنوان زبان برنامه‌نویسی سطح متوسط نیز یاد می‌شود. این زبان توسط Bjarne Stroustrup در آزمایشگاه Bell از سال ۱۹۷۹ توسعه‌یافته است و برای اولین بار در سال ۱۹۸۵ ظاهر شد. این زبان برنامه‌نویسی کامپایل شده، همه‌منظوره، تایپ ایستا، حساس به حروف کوچک و بزرگ و منبع باز است. از برنامه‌نویسی رویه‌ای، شیءگرا و عمومی پشتیبانی می‌کند. این زبان دارای یک کتابخانه استاندارد غنی با مجموعه‌ای غنی از توابع است که فایل‌ها و روش‌های دست‌کاری ساختارهای داده و غیره را انجام می‌دهد.

نرم افزار سی پلاس پلاس همچنین برای کاربردهای پزشکی و مهندسی، سیستم‌های طراحی به کمک رایانه استفاده می‌شود. از این برنامه‌ برای دستگاه هایی مانند دستگاه‌های اسکن MRI، سیستم‌های CAM که عمدتاً در بیمارستان‌ها،سازمان‌های دولتی می‌باشد و استفاده می‌شود.

بازارکار برنامه نویسی در مهندسی پزشکی 

جمع بندی

زبان‌هایی که در مقاله در موردشان صحبت شد بخشی از زبان‌های برنامه نویسی است که در مهندسی پزشکی کاربرد دارد. به طول کلی برنامه نویسی در مهندسی پزشکی به ویژه در گرایش بیو الکتریک از کاربرد فراوانی دارد لذا توصیه می‌شود که دانشجویان مهندسی پزشکی حداقل به یکی از زبان ها تسلط کافی داشته باشند.

نویسنده: سمانه خان بیگی، کارشناس دپارتمان مهندسی پزشکی گروه آموزشی پارس پژوهان

یکی از آفت های هر کسب و کاری با هر اندازه سازمانی و هر گردش مالی نداشتن نگاه استراتژیک است. حتما باید در سازمان ها حتی به اندازه تیم یک نفره به این واحد اهمیت داده شود. یعنی نفر یا نفراتی که فارغ از هیاهوی فروش، بازاریابی، تولید، برنامه ریزی، منابع انسانی و ... در سازمان همواره نگاه رو به جلو داشته باشند. تیمی که وسط زمین بازی با شلوغی ها و پیچیدگی های گریز ناپذیر همیشه نگاه به سمت آینده داشته و هیچ زمانی به وضعیت خوب موجود بسنده نکند. حدود اوایل دهه 90 میلادی کمتر کسی تصور می کرد شرکت نوکیا که غول دنیای گوشی های همراه شده بود را شکست دهد. در سال 1998 نوکیا سلطان بلامنازع این مارکت شده بود. اما نداشتن نگاه استراتژیک و تفکر نقادانه داستان را طوری رقم زد که حقیقتا آنچنان اسمی از نوکیا در برندهای معروف گوشی های امروزی شنیده نمی شود. فیلیپ کاتلر پدر علم بازاریابی مثل قشنگی دارد که بیان آن خالی از لطف نیست. کاتلر می گوید " من علاقه شدیدی به توت فرنگی و خامه دارم، اما به ماهیگیری که می روم سر قلاب کرم طعمه می کنم" درک همین جمله ساده و واضح خیلی زمان ها در طول دهه های مختلف بعد از پیدایش علم بازاریابی(دهه 50 میلادی) میبینیم که مغفول واقع شده و کسب و کارهای بزرگی را به نابودی کشانده است. در واقع وقتی نگاه استراتژیک و آینده نگر در سازمان کمرنگ می شود سازمان تغییر مستمر را از دستورالعمل های خود خارج کرده و مشاهده می کنیم مدت زمان بسیاری به تولید همان محصولی که یک موقعی برای سازمان سهم بازار خوبی ایجاد کرده(و احتمالا همیشه پرفروش ترین آیتم لیست محصولات بوده)، می پردازد.

نزدیک بینی بازاریابی!

نزدیک بینی در بازاریابی یکی از معضلاتی است که اکثر کسب و کارها به آن دچار شده و متاسفانه با اصرار بر آن طومار سازمان خود را می پیچند. درست در آخرین لحظاتی که مدیران نوکیا اعضای سازمان را در جلسه اعلام ورشکستی به داخل جلسه دعوت می کنند باز هم افراد اعلام می کنند " ما که مشکلی نداشتیم! ما راهی رو اشتباه نرفتیم!". در واقع بعضی اوقات این نگاه به گذشته و تکیه به موفقیت های قبلی گاهی اوقات آنچنان نزدیک بینی به سازمان دچار می کند که تغییرات را حس نمی کنند. شبیه مثال همان غورباقه که داخل آب ولرم قرارش می دهند و کم کم آب را داغ می کنند، غورباقه تغییرات تدریجی را حس نکرده و از آب بیرون نمی پرد و در نهایت پخته می شود.

درگیر تغییرات سطحی شدن و بهبود دادن برخی محصولات اگه با رویکرد نگاه به بازار نباشد متاسفانه آینده ای بهتر از نوکیا برای ما و سازمان مان نخواهد داشت. جمله معروفی است نزدیک به این بحث که می گوید " ادیسون عملکرد شمع را بهبود نداد، نیاز به روشنایی را به نحو دیگری پاسخ داد". مورد مطالعه معروف دیگری در این زمینه شرکت کداک (KODAK) است، شرکتی که تا جز 10 برند اول دنیا از منظر ارزش برند پیشرفت داشت به یکباره به دلیل همین نزدیک بینی بازاریابی از 100 برند اول دنیا هم خارج شد. کداک نیاز مشتری را خوب شناسایی نکرده بود و اصرار بر تولید دوربین های عکاسی قدیمی کرد در حالی که رقبایش (سونی و ...) به دنبال ارتقا محصول دوربین دیجیتال بودند. جالب اینکه واحد R&D  کداک برای اولین بار دوربین دیجیتال را به بازار عرضه کرد ولی به دنبال تولید این محصول نرفت.

استراتژیک بودن یا کلا نبودن!

پس در هر سازمانی با هر ابعادی داشتن نگاه آینده نگر یکی از ملزومات بوده و بدون این نگاه برای کوتاه مدت ممکن است حال خوبی داشته باشیم ولی بقای بلندمدت ما در صورت نداشتن نگاه استراتژیک تضمین شده نیست! برای اینکه بتوانیم استراتژیک فکر کنیم و استراتژیک برنامه ریزی کنیم نیاز به اطلاعات داریم. در واقع واحد بازاریابی سازمان باید الگوها، ترندها و سرنخ ها را دنبال کند و همواره گزارش های به روز از تحقیق بازاری که داشته است به سازمان و تیمی که قرار است استراتژی چند سال آینده سازمان را بنویسد، بدهد. محصولات بازار را به صورت مرتب و همیشگی بررسی کند، رقبا ( از منظر سهم بازار، میزان بودجه تخصیص داده شده به بخش تحقیق و توسعه و ...) را رصد کند، مشتری ها را دعوت به جلسات متمرکز(FOCUS GROUP) کند تا نیازها را به صورت همیشگی رصد کرده و سعی کند بهتر از رقبا آن نیازها را برآورده کند. نکته مهم اینکه استراتژی که برای سازمان نوشته می شود قرار نیست وحی منزل باشد و بدون تغییر باقی بماند، در زمان پیاده سازی اهداف استراتژیک مهمترین قسمت داینامیک بودن برنامه بوده و همواره تیم پیاده سازی استراتژیک باید بازگشت به عقب کند و در صورت ایجاد تعارض در پیاده سازی آن را اصلاح کند. در مقاله اول(کپسول بازاریابی1) توضیح داده شد، در این مقاله سعی شده است چرایی داشتن استراتژی و تفکر استراتژیک(در صورت نیاز به یادگیری بیشتر درباره تفکر استراتژیک گروه آموزشی پارس پژوهان این دوره را به دانش پژوهان عزیز ارائه می دهد.) در سازمان توضیح داده شود. در مقاله بعدی کپسول های بازاریابی سعی خواهد شد درباره انواع و اقسام استراتژی های بازاریابی توضیح داده شود.

نویسنده: مهندس حمیدرضا سمیع پور، مدیریت گروه آموزشی پارس پژوهان

 نرم ‌افزار Caesar II یکی از حرفه‌ای‌ترین ابزارهای تحلیل تنش در سیستم‌های پایپینگ است که توسط شرکت آمریکایی COADE توسعه یافته است. این شرکت همچنین نرم‌ افزارهای دیگری مانند PV Elite،CADWorx  و TANKS  را عرضه کرده، اما شهرت اصلی‌اش به خاطر Caesar II است.

 Caesar II امکان مدل‌سازی دقیق و سریع سیستم‌های لوله‌کشی را با انتخاب سایز لوله، اتصالات، متریال‌ مختلف و تکیه‌گاه‌های متنوع فراهم می‌کند. این نرم ‌افزار بر اساس استانداردهای بین‌المللی، تحلیل تنش را انجام داده و نتایج مهندسی دقیقی ارائه می‌دهد.

از نسخه ۴.۵ به بعد، محیط کاربری آن دستخوش بهبودهایی شده که مدل‌سازی را ساده‌تر و سریع‌تر کرده است. همچنین قابلیت بررسی سیستم در ۹ دما و فشار مختلف، انجام تست فشار (Hydro Test) و در نظر گرفتن عواملی مانند ضخامت عایق، خوردگی مجاز و غیره از دیگر ویژگی‌های کلیدی آن است. ابزار Error Checking نیز به کاربر کمک می‌کند تا خطاهای احتمالی را پیش از اجرای پروژه برطرف کند.

قابلیت‌های نرم افزار سزار

نرم افزار Caesar II قابلیت‌های مختلفی در حوزه‌های تحلیل دینامیکی و همینطور تحلیل استاتیکی انواع مختلف سیستم‌های لوله‌کشی را بسیار کامل و مهندسی شده ارائه می‌دهد.

تحلیل استاتیکی با نرم افزار سزار

تحلیل استاتیکی از مهمترین بخش‌های تکنیکال و اساسی تحلیل تنش سیستم‌های لوله کشی در این نرم افزار است بدین دلیل که به جز در مواردی بسیار خاص که در بخش‌های مختلف تحلیل دینامیکی توضیح داده شده است؛ تحلیل استاتیکی برای تحلیل سیستم لوله‌کشی‌های صنعتی راه حل و نمودارهای کاملا مناسبی را در فضای استاتیکی در اختیار کاربران و مهندسین قرار می‌دهد.
زمانی که تحلیلات مختلف در حوزه استاتیکی صورت می‌گیرد، آن زمان است که نرم افزار CAESAR II مثل مابقی نرم افزارهای بخش تحلیلی نیاز به معین کردن شرایط تحلیلی مد نظر پروژه را دارد و باید تمامی شرایط مرزی و دیتاشیت‌های آن را درآورد. کاربران و مهندسین طراح قبل از آغاز تحلیل استاتیکی می‌توانند Load case های مورد نظر خود را برای تحلیل استاتیکی، آماده سازی کنند . نرم افزار بعد از انجام عملگرهای Error checking و قبل از انجام عملکرد تحلیلی خود به کاربر Load case هایی را هم پیشنهاد خواهد داد.
کاربر می‌تواند Load case هایی را برای وزن سیستم، وزن سیستم لوله کشی با آب (در حالت Hydrotest) حالت کاری سیستم، در شرایط کاری در دماهای مختلف و حالت کاری سیستم تحت دما که به صورت برداری از حالت وزنی سیستم کم شده است و موارد دیگری مانند تحلیل استاتیکی زلزله و تحلیل استاتیکی شیرهای اطمینان را مورد تحلیل قرار بدهد.
بعد از انجام انواع تحلیل‌های استاتیکی توسط نرم افزار Caesar II کاربر یا مهندس پروژه می‌تواند موارد زیر را مورد مطالعه و بررسی قرار دهد:

•       مقدار نیروها
•       تنش‌ها
•       جابجایی‌ها

نرم افزار خروجی‌های این قسمت را هم به صورت گرافیک و انیمیشن و هم به صورت اعداد و ارقام در اختیار کاربر قار میدهد.

تحلیل دینامیکی با نرم افزار سزار

نرم افزار CAESAR II انواع تحلیل مختلفی را برای کاربر ارائه می‌دهد که چهار بخش مهم آن عبارت است از:

•       تحلیل طیف پاسخ‌ها (Response spectrum analysis)
•       محاسبات فرکانس طبیعی سیستم لوله‌کشی (Natural frequency calculation)
•       تحلیل وابسته به زمان (Time history analysis)
•       تحلیل هارمونیک (Harmonic analysis)

به جز تحلیل در محاسبات فرکانس طبیعی، سایر تحلیل‌های نرم افزار خودشان به شاخه‌های تحلیلی دیگری تقسیم‌‌بندی می‌شوند. که نرم افزار قادر به تحلیل سیستم لوله‌کشی تحت این شرایط است.

استفاده از نرم افزار سزار در بازار کسب و کار

پس از فرا گرفتن دوره تحلیل تنش پایپینگ در نرم افزار Caesar II، فراگیران و مهندسین حوزه تاسیسات، توانایی بررسی سیستم‌های پایپینگ در واحدهای صنعتی، تجاری و اداری و همینطور مسکونی را خواهند داشت به گونه‌ای که در هر موردی اگر ایراداتی از قبیل تنش‌های نامتعارف در پیاده‌سازی این سیستم‌ها و یا وارد شدن نیروی مضاعف از حد تسلیم لوله‌ها و اتصالات تاسیساتی را با نرم افزار مشاهده کرده و از بروز چنین مشکلاتی جلوگیری کنند.
در ادامه جدولی از موقعیت‌های شغلی، درآمدها و مهارت‌های موردنیاز برای این نرم افزار آورده شده است:

جمع ‌بندی

نرم ‌افزارCaesar II  یکی از تخصصی‌ترین ابزارها برای تحلیل تنش در سیستم‌های پایپینگ است که توسط شرکت COADE توسعه داده شده. این نرم‌ افزار با پشتیبانی از استانداردهای جهانی مانند ASME B31.3 ، امکان مدل‌سازی دقیق، تحلیل استاتیکی و دینامیکی، تست فشار و بررسی عملکرد سیستم در دما و فشارهای مختلف را فراهم می‌کند.

در دوره آموزشی Caesar II، فراگیران با مفاهیم پایه تنش، ساپورت‌گذاری، مدل‌سازی، تعریف بارگذاری‌ها و تحلیل نتایج آشنا می‌شوند. این مهارت در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و نیروگاه‌ها کاربرد گسترده‌ای دارد و فرصت‌های شغلی متنوعی مانند مهندس پایپینگ و تحلیلگر تنش را در داخل و خارج کشور به همراه دارد. Caesar II ابزار مهمی برای طراحی ایمن و بهینه سیستم‌های لوله‌کشی است.

نویسنده: علیرضا خانی - سایه صفاییان، کارشناسی مهندسی مواد

برای خزش (creep) تعاریف متفاوتی در منابع بیان شده است، اما به بیان ساده تغییر شکل ماده بر اثر اعمال تنش است که به آهستگی صورت می‌پذیرد. این پدیده تابعی از زمان، دما، تنش، ویژگی‌های ماده و ... است. این مکانیزم فیزیکی به طور قابل توجهی برای انواع مختلف مواد متفاوت است. به علاوه، حتی برای یک ماده مشخص مکانیزم‌های مختلف در ترکیبات متفاوت تنش و دما عمل می‌‌‌کنند. حرکت اتم‌ها، نابجایی‌ها یا مولکول‌ها در داخل یک ماده جامد به صورت وابسته به زمان رخ می‌‌‌دهد و در دماهای بالاتر این امر سریع تر انجام می‌‌‌گیرد. این حرکت ها در توصیف این رفتار مهم هستند و در مقوله وسیعی از رفتار به نام نفوذ (Diffusion) قرار می‌‌‌گیرند.

مراحل خزش

خزش یک پدیده تغییر شکل غیر برگشت ‌پذیر است که شبیه به تسلیم در فلزات عمل می‌کند. این پدیده باعث افزایش کرنش در ماده تحت بارگذاری ثابت می‌شود و به ویژه در دماهای بالاتر از دمای انتقال شیشه (Tg) پلیمرها تاثیرات قابل توجهی دارد. در دماهای پایین‌تر از Tg، اثرات خزش کم و در دماهای بالاتر این اثرات به سرعت افزایش می‌یابد.

در پلیمرها، مانند پلی‌اتیلن، حرکت لزج زنجیره‌های مولکولی به ویژه در دماهای بالاتر از Tg رخ می‌دهد. در پلیمرهای خطی، زنجیره‌های مولکولی کوتاه‌تر باعث تسهیل فرآیند خزش می‌شود، اما اگر زنجیره‌ها بلندتر و یا دارای پیوندهای عرضی باشند، لغزش مولکول‌ها دشوارتر می‌شود و مقاومت ماده در برابر خزش افزایش می‌یابد. این امر منجر به کاهش نرخ خزش با گذشت زمان و بازیافت (Recovery)  ماده پس از برداشتن تنش می‌شود.

نمودار تنش-کرنش در مواد نشان می‌دهد که تحت بار ثابت، کرنش با گذشت زمان افزایش می‌یابد و این فرآیند خزش نامیده می‌شود. در مقابل، در شرایط کرنش ثابت، اگر نیرو ثابت بماند، کرنش به طور ناگهانی افزایش می‌یابد که به آن "Relaxation Stress" می‌گویند.

خزش در فلزات در دماهای بالاتر از 3% دمای ذوب (Tm) شروع می‌شود و در 5% این دما به میزان قابل توجهی افزایش می‌یابد. در حالی که برای پلیمرها، این اثرات حتی در دماهای پایین‌تر از فلزات قابل مشاهده است. آزمایش‌های خزش برای اولین بار توسط آندراده در سال 1910 با استفاده از فلز سرب در دمای اتاق طراحی شد.

پس از کرنش اولیه که به دلیل اعمال نیرو در همان ابتدا ایجاد شده است، به تدریج کاهش پیدا می‌‌‌کند، در حالی که در مواردی که دارای تنش‌های بالاتری هستند، با سرعت بالاتری به سمت شکست پیش می‌‌‌رود. در تنش‌های پایین تر قبل از آخرین مرحله، مرحله‌ای قرار می‌‌‌گیرد که در آن نرخ کرنش ثابت می‌‌‌شود. طول این ثابت بودن نرخ کرنش وابسته به میزان تنش است شکل نشان دهنده این مطلب است که‌ یک معیار مشخص برای این بحث و محدوده  تنش خزشی وجود ندارد. چهار قسمت کلی برای هر کدام از نمودارهایی موجود است:

• قسمت اول: به دلیل نیروی اولیه وارده به وجود می‌‌‌آید، اکثر اوقات الاستیک بوده و برخی اوقات دارای قسمتی پلاستیک است.
• قسمت دوم: قسمت کاهش نرخ خزش
• قسمت سوم: جایی که نرخ خزش به طور محسوسی ثابت است.
• قسمت چهارم: افزایش نرخ کرنش تا لحظه شکست.

نرم افزار شبیه‌سازی خزش

شبیه سازی خزش در ABAQUS

از آنجا که آباکوس یکی از قدرتمندترین در عین حال کاربرپسندترین نرم افزارهای تحلیل‌های مبتنی بر المان محدود (FEM) است و برای شبیه سازی و مسائل متنوعی مانند موارد زیر استفاده می‌شود:

• تحلیل شکست
• ضربه
• آکوستیک 
• ارتعاشات 

برای شبیه سازی پدیده خزش در سازه‌های متفاوت نیز مطمئنا آباکوس یکی از بهترین گزینه‌ها است. اما همانطور که قبلا در مقاله (سابروتین نویسی راه فرار از محدودیت‌های آباکوس) اشاره شد، گاهی برای آنالیز بعضی از پدیده‌ها محیط  CAE نرم افزار با محدودیت‌هایی مواجه است. سابروتین نویسی به کمک زبان برنامه نویسی فرترن (FORTRAN) روشی برای استفاده بیشتر از قابلیت‌های آباکوس و برطرف کردن این محدودیت‌ها است. شما می‌توانید برای کسب اطلاعات بیشتر در دوره‌ سابروتین نویسی در آباکوس به کمک فرترن و دوره سابروتین نویسی ویومت در آباکوس، دوره خزش در آباکوس نیز شرکت کنید.

بیشتر بخوانید: "آشنایی با نرم افزار آباکوس و کاربردها" 

سابروتین CREEP

سابروتین CREEP برای بررسی تغییر شکل ویسکوالاستیک متغیر با زمان استفاده می‌شود. این سابروتین معمولا برای دو دسته از مواد بیشتر کاربرد دارد. مدل‌های مربوط به پلیمر و مدل‌های مربوط به فلزات. در مورد مدل‌های مربوط به فلزات، یکی از مثال‌های صنعتی معروف تحلیل خزشی پره‌های توربین است. با توجه به اینکه پره‌های توربین‌های گازی در دمای خیلی بالا کار می‌کنند عموما یکی از مکانیزم‌های آسیب در آن‌ها استفاده از سابروتین نویسی عمر خزشی  برای بررسی پره توربین است. در مورد پلیمرها، مدل‌های ویسکوالاستیک رایج‌ترین مدلی است که به کار می‌رود.

موقعیت‌های شغلی و درآمد در خزش

افرادی که در این زمینه تخصص دارند معمولاً در صنایع مختلف مثل صنایع هوافضا، انرژی، تولید فولاد و متالورژی فعالیت می‌کنند. موقعیت‌های شغلی مرتبط با خزش مواد شامل موارد زیر هستند:

متخصصین خزش مواد  (Creep Specialists) 

این افراد به مطالعه، تجزیه و تحلیل و بهبود رفتار خزش مواد فلزی و غیرفلزی در شرایط مختلف دمایی و بارگذاری می‌پردازند.

• وظایف: مطالعه و شبیه‌سازی رفتار مواد در دماهای بالا، تحلیل نتایج آزمایش‌های خزش، بهینه‌سازی ترکیبات مواد برای افزایش مقاومت به خزش
• درآمد: در کشورهای پیشرفته، درآمد این متخصصین در سال 2023 از 60000 دلار تا 120000 دلار متغیر بوده است. در ایران، بسته به تجربه و نوع صنعت، می‌تواند بین 15 تا 40 میلیون تومان در ماه متغیر باشد.

مهندس مواد  (Materials Engineer)

این مهندسان در طراحی و بهینه‌سازی مواد مختلف برای کاربردهایی که تحت بارهای دائمی و دماهای بالا قرار دارند، فعالیت می‌کنند. آن‌ها همچنین برای پیش‌بینی رفتار مواد تحت شرایط خزش، آزمایش‌هایی انجام می‌دهند.

• وظایف: انتخاب و طراحی مواد مناسب برای کاربردهای خاص، آزمایش خزش و تجزیه و تحلیل نتایج، بهینه‌سازی ترکیبات مواد
• درآمد: درآمد این مهندسان به ‌طور متوسط در سال 2023 بین 50000 تا 100,000 دلار در سال بوده است.

پژوهشگر و استاد دانشگاه در زمینه خزش مواد

این افراد در دانشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی مشغول به تحقیق و تدریس در زمینه خزش مواد هستند.

• وظایف: انجام تحقیقات بنیادی در زمینه خزش مواد، تدریس در مقاطع مختلف تحصیلی، راهنمایی دانشجویان و محققان
• درآمد: بسته به کشور و دانشگاه، این افراد بین 40000 تا 80,000 دلار در سال 2023 درآمد داشتند.

مدیر پروژه در صنایع متالورژی و انرژی

مدیران پروژه‌هایی که مرتبط با تولید مواد و قطعاتی هستند که تحت تأثیر خزش قرار می‌گیرند، مانند قطعات نیروگاه‌ها یا موتورهای جت، از اهمیت بالایی برخوردارند.

• وظایف: مدیریت تیم‌های تحقیقاتی، هماهنگی بین بخش‌های مختلف، نظارت بر تولید و آزمایش مواد، بهبود فرآیندهای تولید
• درآمد: این موقعیت‌ها معمولاً درآمد بالایی دارند که از 70000 دلار تا 150000 دلار در سال 2023 متغیر بوده است.

چالش‌ها و فرصت‌ها

• آزمایش‌های پیچیده: آزمایش خزش نیاز به تجهیزات خاص و زمان طولانی دارد. به ‌عنوان مثال، آزمایش‌های خزش ممکن است ماه‌ها طول بکشد تا نتایج دقیقی به ‌دست آید.
• مواد پیشرفته: با پیشرفت‌های فناوری، نیاز به توسعه مواد جدید با مقاومت بالاتر در برابر خزش بیشتر شده است، که این فرصت‌های شغلی جدیدی را ایجاد کرده است.
• مطالعه رفتار بلندمدت: پیش‌بینی رفتار مواد در بلند مدت به ‌ویژه در صنایع انرژی و هوافضا اهمیت زیادی دارد، زیرا هرگونه خطا در طراحی می‌تواند منجر به خسارات سنگین شود.

بیشتر بخوانید: " پردرآمدترین رشته مهندسی در ایران و جهان" 

درآمد و بازار کار در ایران

در ایران، درآمد افرادی که در زمینه مواد و متالورژی تخصص دارند، به ‌ویژه در صنایع نفت، گاز و انرژی می‌تواند مناسب باشد. با این حال، موقعیت‌های شغلی در این حوزه نیاز به تخصص و تجربه زیادی دارد. بسته به نوع صنعت و موقعیت جغرافیایی، می‌توان انتظار داشت که درآمد متخصصین در این حوزه در ایران در سال 2023 از 10 میلیون تومان در ماه برای افرادی با تجربه کم تا 30 میلیون تومان برای افراد با تجربه بالا متغیر باشد.

در کل، تخصص در زمینه خزش مواد برای شاغلان این صنعت در مقایسه با بسیاری از رشته‌های دیگر، هم از نظر موقعیت شغلی و هم درآمد، می‌تواند بسیار جذاب باشد.

جمع بندی

خزش ماده یک پدیده فیزیکی است که در اثر اعمال تنش ثابت، تغییر شکل تدریجی و غیر برگشت‌ پذیری در ماده ایجاد می‌کند. این پدیده معمولاً در دماهای بالا و تحت بارگذاری طولانی‌ مدت رخ می‌دهد و تابعی از زمان، دما، تنش و ویژگی‌های ماده است. در دماهای بالا، حرکت اتم‌ها و مولکول‌ها موجب تغییر شکل خزشی می‌شود که در پلیمرها و فلزات به شکل‌های متفاوتی بروز می‌کند. این تغییر شکل به مرور زمان باعث افزایش کرنش می‌شود و در نهایت به شکست یا بهبود بازیافت می‌انجامد.

برای شبیه‌سازی پدیده خزش از نرم‌ افزارهایی مانند آباکوس (ABAQUS) استفاده می‌شود که امکان تحلیل رفتار ماده تحت شرایط مختلف دمایی و بارگذاری را فراهم می‌کند. این نرم‌افزار از سابروتین‌ها برای تحلیل دقیق‌تر فرآیند خزش و شبیه‌سازی آن در مواد فلزی و پلیمرها استفاده می‌کند.

تخصص در زمینه خزش مواد می‌تواند فرصت‌های شغلی خوبی را ایجاد کند و با توجه به کاربرد آن در صنایع حیاتی مانند انرژی و هوافضا، درآمدهای مناسبی نیز به همراه دارد.

نویسندگان: ستاره دهقان، کارشناسی ارشد مهندسی هوافضا- سایه صفاییان، کارشناسی مهندسی مواد

اولین و ساده‌ترین روش بازرسی جوش که با چشم غیرمسلح یا ابزارهایی مثل لوپ و دوربین انجام می‌شود، VT است. این روش برای تشخیص ناپیوستگی‌های سطحی مانند ترک‌ها، تخلخل و نفوذ ناقص مناسب است.
یک روش غیرمخرب که از مایعات نافذ رنگی یا فلورسنت برای شناسایی ترک‌ها و عیوب سطحی در فلزات و برخی مواد غیرفلزی استفاده می‌کند، PT است. برای تمام مواد غیر متخلخل کاربرد دارد و دقت بالایی در شناسایی ترک‌های ریز دارد.
یک روش سریع و حساس که فقط برای مواد فرومغناطیس (مثل آهن و نیکل) کاربرد دارد، MT است. با ایجاد میدان مغناطیسی و استفاده از ذرات مغناطیسی مرطوب یا خشک، ترک‌ها و ناپیوستگی‌های سطحی و زیرسطحی را آشکار می‌کند.
یکی از دقیق‌ترین روش‌های بازرسی غیرمخرب که با استفاده از اشعه ایکس یا گاما تصاویر داخلی جوش را ثبت کرده و عیوبی مانند ترک‌ها، تخلخل و نفوذ ناقص را شناسایی می‌کند، RT است. برای بررسی عمق و کیفیت جوشکاری بسیار مؤثر است اما هزینه و تجهیزات خاصی نیاز دارد.

4 روش اصلی NDT چیست؟

چهار روش اصلی آزمون‌های غیرمخرب (NDT) عبارتند از:

1. آزمایش مایعات نافذ  (Liquid Penetrant Testing PT)
   این روش برای شناسایی ترک‌ها و ناپیوستگی‌های سطحی در مواد غیر متخلخل استفاده می‌شود. مایع نافذ به سطح اعمال شده، به ترک‌ها نفوذ می‌کند و پس از پاک‌سازی و اعمال آشکارساز، عیوب نمایان می‌شوند.
2. آزمایش ذرات مغناطیسی  (Magnetic Particle Testing - MT)
   این روش برای تشخیص ترک‌های سطحی و زیرسطحی در مواد فرومغناطیس (مانند فولاد) کاربرد دارد. در این روش، میدان مغناطیسی در قطعه ایجاد شده و ذرات مغناطیسی به نقاط ناپیوستگی جذب می‌شوند.
3. آزمایش التراسونیک  (Ultrasonic Testing - UT)
   در این روش، امواج فراصوت به داخل ماده ارسال می‌شود و بازتاب امواج از عیوب داخلی بررسی می‌شود. این روش برای تشخیص عیوب زیر سطحی در مواد مختلف به‌کار می‌رود.
4. آزمایش رادیوگرافی  (Radiographic Testing - RT)
   این روش از پرتوهای X یا گاما برای تصویربرداری از داخل مواد استفاده می‌کند. تغییرات در شدت اشعه عبوری از قطعه نشان‌ دهنده عیوب داخلی مانند ترک‌ها و حفره‌ها است.

علاوه بر این روش‌های اصلی، روش‌های دیگری مانند جریان گردابی  (ET)، تست بصری  (VT)، ترموگرافی (IRT) و غیره نیز در NDT استفاده می‌شوند.

بیشتر بخوانید: "معرفی بهترین نرم افزارهای جوشکاری (4 نرم افزار کاربردی)" 

بازرسی جوش PT چیست؟

بازرسی مایع نافذ (PT) یک روش آزمایش غیر مخرب (NDT) برای شناسایی عیوب سطحی است که ممکن است توسط چشم انسان نادیده گرفته شود. تست MT در لوله کشی چیست؟ تست ذرات مغناطیسی (MT) یکی از تست‌های غیر مخرب است که می‌تواند عیوب سطحی و کمی زیرسطحی مواد، قطعات ماشین، جوشکاری و غیره را تشخیص دهد. این می‌تواند عیوب سطحی و کمی زیرسطحی را بر اساس نشان دادن الگوی ذرات که روی قطعه آزمایش ظاهر می‌شود، تشخیص دهد.

بازرسی جوش VT چیست؟

بازرسی چشمی جوش (VT - Visual Testing) ساده‌ترین و اولین مرحله از تست‌های غیرمخرب (NDT) است که برای بررسی کیفیت جوش استفاده می‌شود. در این روش، سطح جوش و مناطق اطراف آن با چشم غیرمسلح یا ابزارهای کمکی مانند ذره‌ بین، بروسکوپ، گیره‌های اندازه‌گیری و دوربین‌های دیجیتال بررسی می‌شود.

بازرسی جوش MT چیست؟

تست ذرات مغناطیسی (MT - Magnetic Particle Testing) یک روش غیرمخرب (NDT) برای شناسایی ترک‌ها و ناپیوستگی‌های سطحی و زیرسطحی کم‌ عمق در مواد فرومغناطیس (مانند آهن، نیکل و کبالت) است. این روش با اعمال میدان مغناطیسی و استفاده از ذرات مغناطیسی (به ‌صورت پودر خشک یا مایع معلق) کار می‌کند.

بازرسی جوش RT چیست؟

تست رادیوگرافی (RT - Radiographic Testing) یک روش غیرمخرب (NDT) است که با استفاده از اشعه ایکس (Xray) یا اشعه گاما (Gamma-ray) برای بررسی کیفیت داخلی جوش و قطعات فلزی به کار می‌رود. این روش مشابه عکسبرداری پزشکی است و می‌تواند عیوب داخلی مانند ترک‌ها، تخلخل، سرباره محبوس و نفوذ ناقص جوش را شناسایی کند.

بازارکار مهندسی جوش، درآمد و مهارتها

همچنین پارس پژوهان با ارائه دوره‌های مرتبط در این زمینه نظیر موارد زیر می‌تواند به تسلط بیشتر دانش پژوهان در این زمینه‌ها کمک کند.

• آموزش WPS
• آموزش بازرسی جوش به روش التراسونیک (UT)
• آموزش بازرسی جوش به روش تفسیر فیلم‌های رادیوگرافی (RTI)
• آموزش بازرسی جوش به روش ذرات مغناطیسی (MT)
• آموزش بازرسی چشمی جوش (VT)
• آموزش بازرسی مایعات نافذ (PT) 
• آموزش اصول و جزئیات جوشکاری لیزر

جمع بندی

تست‌های غیرمخرب (NDT) در جوشکاری به منظور ارزیابی کیفیت جوش بدون تخریب قطعه انجام می‌شوند. چهار روش رایج در این زمینه شامل بازرسی چشمی (VT)، تست مایعات نافذ (PT)، تست ذرات مغناطیسی (MT) و تست رادیوگرافی (RT) هستند که هر کدام مزایا، معایب و کاربردهای خاص خود را دارند و در این مقاله آن‌ها را بررسی کردیم.

هر روش تست جوش ویژگی‌ها و محدودیت‌های خاص خود را دارد و انتخاب روش مناسب بستگی به نوع ماده، نوع عیب مورد نظر، هزینه و حساسیت تست دارد. روش‌های VT و PT اقتصادی‌تر و سریع‌تر هستند، در حالی که MT و RT برای بررسی‌های دقیق‌تر و پیشرفته‌تر به کار می‌روند. مهارت‌های فنی و گواهینامه‌های معتبر در این حوزه می‌توانند فرصت‌های شغلی و درآمد افراد را به میزان قابل توجهی افزایش دهند.

 نویسندگان: مصطفی عینعلی، کارشناسی ارشد مهندسی مواد- سایه صفاییان، کارشناسی مهندسی مواد