بلاگ

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). 

متلب به کاربر این امکان را می دهد که برای مجموعه بزرگی از معادلات همزمان راه حل پیدا کند. همچنین به کاربر اجازه می‌دهد تا معادلاتی را حل کند که شامل عبارت‌های دیفرانسیل و انتگرال است که معمولاً بسیار وقت‌گیر هستند. یک پلت فرم برنامه نویسی است که به طور خاص برای مهندسان و دانشمندان طراحی شده است تا سیستم ها و محصولاتی را که دنیای ما را متحول می کنند تجزیه و تحلیل و طراحی کنند. قلب متلب زبان متلب است، زبانی مبتنی بر ماتریس که امکان بیان طبیعی ترین ریاضیات محاسباتی را فراهم می کند. متلب در مهندسی مواد برای بهینه سازی توان عملیاتی، به حداقل رساندن زمان خرابی و افزایش ایمنی استفاده می کنند. آنها داده‌های حسگر بلادرنگ را تجزیه و تحلیل می‌کنند، عملیات استخراج را مدل‌سازی و شبیه‌سازی می‌کنند، استراتژی‌های کنترلی را پیاده‌سازی می‌کنند و از سیستم‌های هوش مصنوعی استفاده می‌کنند.

آیا از متلب در مهندسی مواداستفاده می شود؟

مهندسان را قادر می سازند تا به پیچیدگی روزافزون تجهیزات تولید مدرن و تقاضا برای انعطاف پذیری بالاتر رسیدگی کنند. مهندسین اتوماسیون صنعتی و ماشین آلات از طراحی مبتنی بر مدل در متلب و سیمولینک برای طراحی و آزمایش کنترل‌های ماشین و منطق نظارتی استفاده می‌کنند.

از MATLAB/Simulink برای برنامه های طراحی و تحلیل مهندسی مکانیک استفاده کنید. برنامه با استفاده از MATLAB و Simulink برای کاربرد در مباحث مهندسی مانند دینامیک، ارتعاشات، سیستم ها، کنترل، مکانیک سیالات و انتقال حرارت.

APIهای موتور MATLAB برای: C/C++Fortran در دسترس هستند. مهندسین مکانیک رشته طراحی و ساخت به شدت از MATLAB و Simulink استفاده می کنند. تعجب خواهید کرد اگر بدانید که متلب همچنین پایه نرم افزارهای مختلف CAD و همچنین طراحی نرم افزار را درست مانند SOLIDWORKS تشکیل می دهد.

MATLAB برای چه چیزی بهتر است استفاده شود؟

MATLAB یک پلت فرم محاسباتی است که برای کاربردهای مهندسی و علمی مانند تجزیه و تحلیل داده ها، پردازش سیگنال و تصویر، سیستم های کنترل، ارتباطات بی سیم و روباتیک استفاده می شود.

چرا مهندسان از MATLAB به جای پایتون استفاده می کنند؟

متلب توانایی محاسبات ریاضی بسیار قوی دارد، انجام پایتون دشوار است. پایتون هیچ پشتیبانی ماتریسی ندارد، اما کتابخانه NumPy قابل دستیابی است. MATLAB به ویژه در پردازش سیگنال، پردازش تصویر، که در آن پایتون قوی نیست، خوب است و عملکرد نیز بسیار بدتر است. متلب مخففMatrix laboratory است. این توسطCleve Moller طراحی و توسطMathWorks توسعه یافته است. این یک زبان برنامه نویسی چند منظوره برای محاسبات عددی است. پروژه هایLINPACK وEISPACK مسئول توسعه اولیه بودند تا بتوانند به نرم افزارMatrix که ایجاد کرده بودند دسترسی داشته باشند.

آیا یادگیری متلب در مهندسی مواد سخت است؟

برای انجام این کار از سیستم و زبان برنامه نویسی به نامMATLAB استفاده می کند زیرا یادگیری آن آسان، همه کاره و برای مهندسان و دیگر متخصصان بسیار مفید است.MATLAB یک زبان با هدف خاص است که یک انتخاب عالی برای نوشتن برنامه های با اندازه متوسط ​​است که مشکلات مربوط به دستکاری اعداد راحل میکند. مهندسین متالورژی میتوانند تا با یادگیری صفر تا صد متلب در مهندسی مواد که مهارتی ارزشمند برای تجزیه و تحلیل داده ها در بسیاری از صنایع است، مهارت پیدا کنند. اگر یک برنامه نویس مبتدی هستید، می توانید انتظار داشته باشید که کمی بیشتر از زمانی که یک برنامه نویس باتجربه هستید، طول بکشد. کسی که می تواند تمام وقت خود را به متلب اختصاص دهد می تواند در عرض دو هفته یادگیری زبان را به پایان برساند.

شما می توانید ریاضیات ماتریس و آرایه را مستقیماً با استفاده از نحو آشنا بیان کنید. MATLAB هزاران توابع داخلی را برای محاسبات رایج ریاضی، علمی و مهندسی فراهم می کند.

در واقع، شما می توانید یک شغل به عنوان برنامه نویس ریاضیات را در آنجا شروع کنید یا یک شغل مرتبط پیدا کنید. اگر آن را بدانید، شانس شما برای اشتغال بسیار افزایش می یابد. شما به سرعت مشاغل Matlab را برای تازه کارها پیدا خواهید کرد.

چه کسی نرم افزار متلب را اختراع کرد؟

کلیو بری مولر یک ریاضیدان و برنامه نویس کامپیوتر آمریکایی است که در تحلیل عددی تخصص دارد. در اواسط تا اواخر دهه 1970، او یکی از نویسندگان LINPACK و EISPACK، کتابخانه‌های فرترن برای محاسبات عددی بود.

متلب در مهندسی مواد برای چه مواردی استفاده می شود؟

مثال‌های زیادی برای نشان دادن کاربرد MATLAB در تجزیه و تحلیل مشکلات در سیستم‌های کنترل،شبیه سازی، مهندسی پایه، استاتیک و دینامیک، ارتعاشات مکانیکی، مدارهای الکتریکی و روش‌های عددی ارائه شده‌اند. مهندسان و دانشمندان به یک زبان برنامه نویسی نیاز دارند که به آنها اجازه دهد ریاضیات ماتریس و آرایه را مستقیماً بیان کنند. جبر خطی در متلب بصری و مختصر است. همین امر برای تجزیه و تحلیل داده ها، پردازش سیگنال و تصویر، طراحی کنترل و سایر برنامه ها صادق است.

متلب در مهندسی مواد چقدر اهمیت دارد؟

می‌توان از MATLAB برای بررسی راه‌حل‌های معادله، ادغام‌ها، مشتقات و بهینه‌سازی نتایج در مسائل طراحی که شامل پارامترهای مختلف متعدد هستند، استفاده کرد. همچنین می‌توان از آن در کلاس‌های آزمایشگاهی برای پردازش داده‌های تجربی و ایجاد نمودارهایی برای تجسم آزمایش‌ها و استخراج نتیجه‌گیری استفاده کرد.متلب در مهندسی مواد امروزه پر کاربردترین زبان برنامه نویسی برای مهندسین متالورژی است.

انواع مختلفی از توابع با MATLAB در دسترس هستند، از جمله توابع محلی، توابع تو در تو، توابع خصوصی و توابع ناشناس. برای تعیین اینکه وقتی چندین تابع در محدوده فعلی نام یکسان دارند کدام تابع را فراخوانی کنیم، متلب از ترتیب اولویت تابع استفاده می کند.

چند نوع بردار در متلب وجود دارد: به عنوان مثال، اصطلاحات آرایه یک بعدی، بردار ستون و بردار ردیف در بین سه نوع سیگنال برداری متمایز می شوند. اندازه یک ماتریس جفت اعدادی است که نشان می دهد ماتریس چند سطر و ستون دارد. متلب در مهندسی مواد شامل سه نوع عملگر و توابع منطقی میباشد: Element-wise: بر روی عناصر مربوط به آرایه های منطقی کار می کند. Bit-wise: روی بیت های مربوط به مقادیر یا آرایه های عدد صحیح کار می کند. اتصال کوتاه: روی عبارات اسکالر و منطقی کار می کند.

نتیجه گیری

گروه آموزشی پارس پژوهان با برگزاری دوره های تخصصی مهندسی مواد و متالورژی، مهندسی هوافضا، مهندسی کامپیوتر، مهندسی مکانیک، مهندسی پزشکی و... که شامل متلب در مهندسی مواد، پایتون، نرم افزار SolidWorks و... میباشد به شما عزیزان کمک میکند تا هرچه سریعتر وارد بازار کار شوید.

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

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

امروزه می توان به صراحت این نرم افزار  Caesar II را یکی از حرفه ای ترین نرم افزار های تحلیل تنش در سیستم هایپایپینگ نام برد. این نرم افزار محصولی از شرکت سازنده COADE است . این شرکت آمریکایی نرم افزار های دیگری بمانند PV elite , Cad Works , Tanks , … را ساخته است اما عمده معروفیتش را مدیون نرم افزار تحلیل تنش پایپینگ  Caesar II است.

یکی از نرم افزارهای مشهور رشته های مرتبط با مهندسی مکانیک قاعدتا این نرم افزار است. و همچنین کاربران را برای مدلسازی سریع و راحت سیستم های پایپینگ موجود در تاسیسات مکانیکی، به راحتی بی نیاز می سازد. مدلسازی در نرم افزار Caesar II با قابلیت انتخاب سایزینگ لوله ها و اتصالات مختلف با مواد و متریال متفاوت صورت میگیرد. همچنین این نرم افزار از منابع تکیه گاهی بسیار تکامل یافته برخوردار می باشد که کاربران بتوانند تکیه گاه مورد نظر خود را در موارد مختلف پروژه های مدنظرشان انتخاب کرده و سیستم هایpiping را بطور موثر و حرفه ای، طراحی و اجرا سازند. 

نرم افزار Caesar II توانایی به تحلیل تنش سیستم های لوله کشی را دارا بوده  و به تنهایی قادر است نتایج مهندسی را  با توجه به استانداردهایی که کاربر انتخاب می کند؛ مورد سنجش و انتخاب قرار بدهد. محیط شبیه سازی این نرم افزار از نسخه های 4.5 به بعد تغییرات قابل ملاحظه ای را اتخاذ داشته است، بطوریکه کاربر را قادر به مدلسازی سریع و آسان سیستم  های پایپینگمی نماید. همچنین این تغییرات طراحی سیستم piping را برای کاربرساده کرده است تا در وقت و هزینه های پروژه صرفه جویی شود.از قابلیت دیگر این محیط این است که طراح قادر به برسی سیستم مورد نظر در 9 دما و 9 فشار گوناگون است.

همچنین کاربر می تواند یک فشار مجزا برای HYDRO TEST یا همان تست لوله های آبرسانی، در محیط مدلسازی وارد نماید و پارامتر های دیگر همچون طول لوله و اتصالات، ضخامت عایق، خوردگی مجاز و ... را در طراحی مورد توجه قرار دهد. بعد از انجام مراحل مدلسازی، کاربر می تواند با استفاده از قابلیت Error Checking هرگونه اشتباه در تحلیل های خود را دریافته و برطرف سازد.

فاز تحلیل

نرم افزار Caesar II قابلیت های مختلفی در حوزه های تحلیل دینامیکی و همینطور تحلیل استاتیکی انواع مختلف سیستم های لوله کشی را بسیار کامل و مهندسی شده ارائه می دهد.

تحلیل استاتیکی

تحلیل استاتیکی از مهمترین بخش های تکنیکال و اساسی تحلیل تنش سیستم های لوله کشی در این نرم افزار می باشد بدین دلیل که به جز در مواردی بسیار خاص که در بخش های مختلف تحلیل دینامیکی توضیح داده شده است؛ تحلیل استاتیکی برای تحلیل سیستم لوله کشی های صنعتی راه حل و نمودار های کاملا مناسبی را در فضای استاتیکی در اختیار کاربران و مهندسین قرار می دهد.

زمانی که تحلیلات مختلف در حوزه استاتیکی صورت می گیرد، 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 دیتاشیت های آن را درآورد. کاربران و مهندسین طراح قبل از آغاز تحلیل استاتیکی می توانند Loade case های مورد نظر خود را برای تحلیل استاتیکی، آماده سازی کنند . نرم افزار بعد از انجام عملگر های Error checking و قبل از انجام عملکرد تحلیلی خود به کاربر Loade case هایی را هم پیشنهاد خواهد داد.

کاربر می تواند Loade case هایی رابرای 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 شیر های اطمینان را مورد تحلیل قرار بدهد.
بعد از انجام انواع تحلیل های استاتیکی توسط نرم افزار Caesar II کاربر یا مهندس پروژه می تواند مقدار نیروها ،تنش ها ، جابجایی ها و… را مورد مطالعه و بررسی دقیق قرار دهد. نرم افزار خروجی های این قسمت را هم بصورت گرافیک و انیمیشن و هم به صورت اعداد و ارقام در اختیار کاربر قار می دهد.

تحلیل دینامیکی

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

تحلیل طیف پاسخ ها  ( Response spectrum analysis )

محاسبات فرکانس طبیعی سیستم لوله کشی (Natural frequency calculation )

تحلیل وابسته به زمان ( Time history analysis )

تحلیل هارمونیک  (Harmonic analysis )

که به جز تحلیل در محاسبات فرکانس طبیعی، سایر تحلیل های نرم افزار خودشان به شاخه های تحلیلی دیگری تقسیم بندی می شوند. که نرم افزار قادر به تحلیل سیستم لوله کشی تحت این شرایط می باشد.

سرفصل های آموزش سزار در دوره های پارس پژوهان

-       مقدمه ای بر تئوری تنش در سیستم پاییینگ و نحوه ساپورت گذاری

-       مفاهیم اولیه تنش و هدف از تحلیل تنش در سیستم های پایپینگ

-       تقسیم بندی انواع سیستم پایپینگ برای تحلیل تنش انواع ساپورت

-       بررسی نتایج حاصل از تحلیل تنش خطوط

-       اصول ساپورت گذاری در انواع مختلف سیستم های پایپینگ

-       آشنایی با بخش های span , leg , loop

-       مدلسازی سیستم پایپینگ در نرم افزار Caesar II

-       وارد نمودن اطلاعات سیستم های پایپینگ

-       تعیین انواع وضعیت های مختلف بارگذاری بر سیستم پایپینگ

-       مدلسازی پروژه نمونه و سمپل مورد بررسی

-       بررسی نتایج تحلیل استاتیکی

-       آموزش محاسبات سرانگشتی و انتخاب تکیه گاه

-       معرفی خطوط بحرانی که باید آنالیز شوند

-       گرفتن خروجی ایزومتریک از نرم افزار سزار

-       و ...

در کل پس از فراگرفتن دوره تحلیل تنش پایپینگ در نرم افزار Caesar II، فراگیران و مهندسین حوزه تاسیسات، توانایی بررسی سیستم های پایپینگ در واحد های صنعتی، تجاری و اداری و همینطور مسکونی را خواهند داشت بگونه ای که در هر موردی اگر ایراداتی از قبیل تنش های نامتعارف در پیاده سازی این سیستم ها و یا وارد شدن نیروی مضاعف از حد تسلیم لوله ها و اتصالات تاسیساتی را با نرم افزار مشاهده کرده و از بروز چنین مشکلاتی جلوگیری کنند.

نویسنده : علیرضا خانی / کارشناس دپارتمان تاسیسات و انرژی پارس پژوهان

برای خزش تعاریف متفاوتی در منابع بیان شده است، اما به بیان ساده تغییر شکل ماده بر اثر اعمال تنش است که به آهستگی صورت می پذیرد. این پدیده تابعی از زمان، دما، تنش، ویژگی های ماده و ... است. این مکانیزم فیزیکی به طور قابل توجهی برای انواع مختلف مواد متفاوت است. به علاوه، حتی برای یک ماده مشخص مکانیزم های مختلف در ترکیبات متفاوت تنش و دما عمل می‌‌‌کنند. حرکت اتم ها، 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.

خزش پدیده‌ای است که به طور کامل برگشت پذیر نمی‌باشد و آن را می‌‌‌توان مشابه تسلیم در فلزات دانست. معمولا پس از مدتی بارگذاری تغییر شکلهای پلاستیک رو به رشد خواهند گذاشت. این پدیده سبب افزایش در کرنش در قطعه می‌‌‌شود. در دماهای زیر دمای انتقال شیشه T_g یک پلیمر مشخص، تاثیرات خزش نسبتا کوچکند. بالای دمای T_g، تاثیرات به سرعت قابل توجه می‌‌‌شود. همانطور که T_g، برای پلیمرهای رایج اغلب در محدوده -100 تا 200 می‌‌‌باشد، این دما ممکن است در دمای حدود دمای اتاق و حتی پایین تر از این قرار گیرد. برای یک ترموالاستیک اساسا بلورین مانند پلی اتیلن، جریان لزج در دماهای خیلی بالاتر از T_gمخصوصا پس از رسیدن به دمای ذوب رخ می‌‌‌دهد. توجه کنید که پیوندهای ثانویه (هیدروژنی و واندروالس) که زنجیره های مولکولی بر اساس کربن را نسبت به کدیگر زیر  T_gنگه می‌‌‌دارند به طور موثر کمتر از T_gمی‌‌‌باشند.بنابراین این پدیده می‌‌‌تواند با لغزش زنجیره های مولکولی که از یکدیگر به صورت لزج عبور می‌‌‌کنند، رخ دهد. در پلیمرهای خطی اگر زنجیره‌های مولکولی کوتاهتر باشند، فرآیند آسان تر انجام می‌‌‌گیرد و در صورت وجود موانع لغزش مانند انشعاب یا پیوند عرضی، این پدیده آرامتر انجام می‌شود. بنابراین لغزش زنجیرهای مولکولی مشکل‌تر است و آن‌ها آسان‌تر با یکدیگر درگیر می‌‌‌شوند، به خصوص اگر زنجیره ها طولانی باشند. این درگیری‌های ماده منجر می‌‌‌شود که با ادامه تغییر شکل، مقاومت ماده افزایش یابد. بدین ترتیب نرخ خزش با پیشرفت تغییر شکل کاهش میابد. همچنین موانع لغزش مولکولها، به ماده حالتی قبل از تغییر شکل می‌‌‌دهد. به ویژه پس از برداشتن تنش اعمالی بخش‌های زنجیری کشیده و کج شده، بین نقاط درگیری یا پیوند عرضی تا حدودی شبیه به فنرها عمل می‌‌‌کنند که باعث تغییر شکل خزشی شده و با گذشت زمان ناپدید بازیافت (Recovery) می‌‌‌شود.

برای درک بیشتر این پدیده نمودار تنش- کرنش یک ماده را در دمای اتاق در شکل زیر مشاهده می‌‌‌کنید، در نقطه‌ای مانند A به بعد نیرو ثابت نگه داشته شده است، مشاهده می‌‌‌شود که به صورت خیلی آرام و مستمر پس از تنها چند ثانیه‌ یا دقیقه منحنی به نقطه  B می‌‌‌رسد. به این افزایش در کرنش که وابسته به زمان بوده و تحت نیروی ثابت رخ می‌‌‌دهد، خزش گفته می‌‌‌شود. از طرفی دیگر به جای نیرو اگر کرنش ثابت نگه شود، از نقطه  A به بعد پرشی به نقطه  C پس از ایجاد تعادل خواهیم داشت، به‌ رفتار اخیر Stress relaxation گفته می‌‌‌شود.

خزش در فلزات در دماهای بالاتر از  3% دمای مطلق ذوب (Melting Tempreture(Tm)) ، بروز می‌‌‌کند و در حدود دمای 5% این دما کرنش خزشی قابل توجه می‌‌‌شود این در حالی است که برای پلیمرها در دماهای پایین تر نسبت فلزات حتی در دمای اتاق قابل توجه خواهد بود. در سال1910 ، آندراده آزمایش را در دمای اتاق طراحی کرد، وی فلز سرب را مورد مطالعه قرار داد، چرا که این ماده در دمای اتاق نیز این اثر را از خود نشان می‌‌‌دهد. این تست تا زمانی که قطعه دچار شکست شود ادامه پیدا می‌‌‌کند.

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 تنش های 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 می‌‌‌باشد 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 نمودار هایی موجود است:

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

شبیه سازی خزش در ABAQUS

از آنجا آباکوس یکی از قدرتمندترین در عین حال کاربرپسندترین نرم افزارهای تحلیل های مبتنی بر المان محدود (FEM) است و برای شبیه سازی و مسائل متنوعی مثل تحلیل شکست، ضربه، آکوستیک، ارتعاشات و.... به کمک مهندسین در رشته های مختلفی مانند  مکانیک،  هوافضا،  عمران، مواد و .....  آمده است، برای شبیه سازی پدیده خزش در سازه های متفاوت نیز مطمئنا آباکوس یکی از بهترین گزینه ها می باشد. اما همانطور که قبلا در مقاله (سابروتین نویسی راه فرار از محدودیت های آباکوس) اشاره شد، گاهی برای آنالیز بعضی از پدیده ها محیط  CAE نرم افزار با محدودیت هایی مواجه است. سابروتین نویسی به کمک زبان برنامه نویسی فرترن (FORTRAN) روشی برای استفاده بیشتر از قابلیت های آباکوس و برطرف کردن این محدودیت ها است.

سابروتین CREEP

سابروتین CREEP برای بررسی تغییر شکل ویسکوپلاستیک متغیر با زمان استفاده می شود. این سابروتین معمولا برای دو دسته از مواد بیشتر کاربرد دارد. مدل های مربوط به پلیمر و مدل های مربوط به فلزات.در مورد مدل های مربوط به فلزات، یکی از مثال های صنعتی معروف تحلیل خزشی پره های توربین است. با توجه به اینکه پره های توربین های گازی در دمای خیلی بالا کار می کنند عموما یکی از مکانیزم های آسیب در آنها استفاده از سابروتین نویسی عمر خزشی  برای بررسی پره توربین است. در مورد پلیمرها،  مدل های ویسکوالاستیک رایج ترین مدلی است که به کار می رود.

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

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 

مهندسی ارزش بعد از مهندسی معکوس اتفاق میفتد. یعنی ابتدا در مهندسی معکوس به دانش فنی خود محصول پی میبریم و بعد از اینکه دانش فنی مشخص شد، قرار است با یک سری راه کارهایی که به صورت محاسباتی و مهندسی است دسته بندی ارزشی کنیم و باید به قسمت هایی از محصول، کالا و یا ساختارمان ارزش بیفزایم. ما در این مقاله سعی داریم با تعدادی از مهارت ها و تکنیک هایی که شما قرار است در این فیلد به توانایی آن دست پیدا کنید به صورت خیلی مختصر و مفید مطالبی را آماده کنیم.

مهندسی ارزش (VALUE ENGINEERING)چیست؟

برای اینکه تعریفی از مهندسی ارزش داشته باشیم ابتدا با مفهوم ارزش آشنا بشویم که همه این مفاهیم را در بر میگیرد: قیمت، اعتبار، عملکرد، قابلیت اطمینان (در نهایت خروجی قابلیت اطمینان ما را متوجه میکند که آن محصول به احتمال چند درصد در چند سال آینده براش هیچگونه مشکلی پیش نخواهد آمد. برای آن چند درصدی که احتمال دارد که مشکلی پیش بیاید گارانتی و وارانتی میگذاریم که گارانتی شامل تعمیر و تعویض میشود ولی وارانتی تضمین خدمات پس از فروش است)، رضایت، تعالی، دقت، ایمنی، زیبایی و... همه اینها میتواند مفهوم ارزش باشد.
ما وقتی میخواهیم عملکرد یک مجموعه ای را تحت مطالعه قرا بدهیم ابتدا باید با یک آیتمی به اسم شاخص ارزش آشنا بشیم که فرمول آن میشود نسبت بها به هزینه است. بها یعنی آن مقداری که از نظر من خریدار میارزد و من حاضر هستم برای آن پول پرداخت کنم (البته بها فقط قیمت نیست و میتواند تمامی آن مفاهیمی که بالاتر در خصوص ارزش گفتیم را شامل شود) اما هزینه آن پولی است که فروشنده به ما میگوید که باید پرداخت کنیم. اگر شاخص ارزش کمتر از یک باشد، خریدار آن محصول را نمیخرد.

دسته بندی مشتریان

پس ما قرار است یک محصولی ایجاد کنیم که آن ایرادات قبلی را نداشته باشد و یک ارزشی را بر روی آن ایجاد کرده باشیم. حالا ارزش میتواند آن چیزی که مدنظر مشتری است. یعنی ارزشی که همه دسته بندی مشتریان دا راضی نگه دارد. مشتریان به 5 دسته تقسیم میشوند:
 1- نوگرایان هستند که این دسته از مشتریان هر آن محصولی که تازه به بازار معرفی میشوند که خریداری میکنند و خیلی احتیاجی به تایید آن محصول ندارند و دوست دارند اولین نفری باشند که یک محصول جدید را خریداری میکنند. این دسته از مشتریان 2.5 درصد از کل مشتریان را شامل میشوند و بیشتر دنبال برندینگ هستند.
2- دسته دوم مشتریان، رهبران فکری هستند که 13.5 درصد از کل جامعه مشتریان را شامل میشوند. این دسته از مشتریان دقت میکنند در مشخصه فنی محصول و اگر مورد تایید واقع شد به دسته سوم مشتریان معرفی میکنند.
3- اکثریت اولیه: این دسته شامل 34 درصد از سهم کل مشتریان را شامل میشوند و منتظر تایید رهبران فکری هستند
 4- اکثریت ثانویه: این دسته هم 34 درصد از سهم مشتریان را شامل میشوند. این دسته را به نام دسته شکاکان میشناسند و به سختی و با شک و تردید خرید را انجام میدهند
 5- دیپذیرندگان: این دسته 16 درصد از سهم مشتریان را شامل میشوند. مانند پدربزرگ ها و مادربزرگ های ما که خیلی به سختی توانستند با تکنولوژی ارتباط برقرار کنند و خیلی از آن ها همچنان گوشی های لمسی هم ندارند. این افراد سنت گرا هستند.

ارزش را مشتری تعیین میکند یا عرضه کننده

نکته که وجود دارد این است که مشتری تصمیم گیر نهایی است. یعنی اگر عرضه کننده به هر دلیلی شاخص ارزش کمتر از یک باشه مشتری محصول را نمیخرد. بنابراین عرضه کننده یا تولید کننده باید در داخل محصولش به گونه ای عمل کند که برای مشتری بیارزد. پس درست است که عملا مشتری میخواهد که خرید را انجام دهد ولی ارزش را آن کسی که قراره آن محصول را بفرشد یا آن کسی که طراحی یک محصول است باید ایجاد کند. در اینجا ما با مفهوم کیفیت آشنا میشویم که برای مشتری بسیار مهم است. از دیدگاه کراز بی به معنای هر آن چیزی که مدنظر مشتری باشد.

معرفی تکنیک FAST

در این دوره شما عزیزان با تکنینک های بسیاری آشنا میشوید اما در این مقاله سعی شده تنها یکی از کاربردی ترین  و اصلی ترین تکنینک های حوزه مهندسی ارزش را به شما عزیزان آموزش بدهیم. دیاگرام Functional Analysis System Technique به معنای تکنیک سیستماتیک عملکرد وظیفه ای میباشد. برای دریافت اطلاعات بیشتر در خصوص این تکنیک کلیک کنید.

مدارک مهندسی ارزش

انجمن مهندسی ارزش آمریکا (Society American Value Engineering) که به اختصار (SAVE) گفته میشود یک سری مدارکی را برای این حوزه در نظر گرفته است.
1- CVS: معادل لیسانس است. سیستم عمومی است و در این 4 سال تکنینک های مختلف این حوزه را یاد میگیرید. هر عملی که در بها تاثیر گذار خواهد در این دوره تدریس میشود و ما باید تصمیم بگیریم که سراغ کدام دسته از مشتریان برای محصولاتمان برویم. یعنی ما باید روی کدام دسته از مشتریان بیشتر زوم کنیم. در این مدت شما با انواع تکنینک های خلاقیت هم آشنا میشوید.
2- AVS: معادل فوق لیسانس است و یک جایگاه بالاتر از CVS است.
3- VMP: معادل دکترای است. شما در این جایگاه متدهای مهندسی ارزش را در مقالات مختلف ارائه میدهید. پژوهش های مختلف انجام میدهید و راهکارهای مختلفی را ارائه میدهید.

شاخص ارزش تحت الشعاع چه عواملی قرار میگیرد؟

شاخص ارزش تابع زمان، مکان، میزان تقاضا، جایگزینی، فشارهای خارجی و ... است. پس ارزش تابع موارد مختلفی است بنابراین و صورت کسر که شاخص ارزش هست میتواند تغییر کند.مثلا در سنین مختلف اون ماشینی که ما در نظر داریم که تهیه کنیم تفاوت میکند و ارزش آن مختلف میشوند. معمولا کسانی زیر 25 سال سن دارند به دنبال ماشین های اسپرت میروند. در سنین 25 تا 35 باز هم به دنبال ماشین اسپورت هستند ولی نه ماشینی که خیلی به چشم بیاید. 35 تا 45 به دنبال ماشین هایی که عملکردی هستند میگردند. خیلی به دنبال بحث های آپشن نیستند و 45 به بالا بیشتر به دنبال ماشین های جا دار هستند. پس نوع ماشین انتخابی تابع زمان است. یا مثلا قیمت یخ تابع مکان است. مثلا در مناطق گرمسیر قیمت یخ با مناطق سردسیر بسیار متفاوت است. یا مثلا خرما در ماه رمضان تابع میزان تقاضا است.

معرفی دوره

دوره مهندسی ارزش که در گروه آموزشی پارس پژوهان برگزار میشود در سطح مقدماتی و همچنین فاثد پیش نیاز می باشد. مدت این دوره 8 ساعت است و مخاطبین آن هم همه عزیزان رشته های فنی مهندسی میباشند. مهمترین سرفصل های دوره عبارتند از:

1)     مقدمه‌اي بر مفاهيم و تئوري ارزش. تعريف VE، تاريخچه، مقدمه و منافع حاصل از اجرا

2)     مثالهايي كاربردي از VE در زندگي روزمره

3)     ضرورت توجه به مهندسی ارزش

4)     تمرین تفکر واگرا و همگرا

5)     گذری بر برنامه کار مهندسی ارزش (VE job Plan)

6)     طبقه بندی هفتگانه ارزش بهمراه مثالهایی اجرایی در سازمانها، ادارات،کارخانجات و در سطح اجتماع

7)      انواع وظيفه‌ها و فهرست وظايف كلي و جزئي، ضروري و پشتيباني

8)      زيرمجموعه‌هاي وظايف ضروري و پشتيباني

نتیجه گیری

معروفترین کتاب در این حوزه به نام به معنای مهندسی ارزش از اجرا تا عمل VALUE ENGINEERING HOW TO MANUAL نام دارد نوشته S.S. Lyer  که رفرنس اصلی در این حوزه میباشد. در اصل در مهندسی ارزش ما به دنبال این هستیم که با هزینه کمتر بهترین عملکرد و بهره وری را برای سازمان داشته باشیم و همچنین با کیفیتی که مدنظر مشتری باشد را ارائه بدهیم. شاید مهم ترین شالوده این دوره راه کارهای کاهش هزینه و 5 روش افزایش شاخص ارزش خواهد بود.تمام هدف ما در گروه آموزشی پارس پژوهان این است که با بهره گیری از اساتید مجرب دوره های کاملا کاربردی و پروژه محوری را داشته باشیم.

نویسنده: پوریا گرجی، کارشناس دپارتمان مهندسی صنایع گروه آموزشی پارس پژوهان

 گرایش ترموسینتیک و کاتالیست از اساسی ترین و کلاسیک ترین گرایشات مهندسی شیمی در جهان است این گرایش از  دهه هشتاد در دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه های مختلف سطح ایران از جمله نوشیروانی بابل معرفی شده است و در زمینه‌های آموزشی و پژوهشی مرتبط با آن، فعالیت های گوناگونی دارد. واحدهای آموزشی و پژوهشی این گرایش مانند سایر گرایش‌های مهندسی شیمی شامل 12 واحد الزامی، 12 واحد اختیاری، 2 واحد سمینار تخصصی و 6 واحد پایان نامه است.

 گرایش ترموسینتیک و کاتالیست یکی از گرایشات ک ارشد مهندسی شیمی به حساب می آید که داوطلبین می توانند در انتخاب رشته خود آن را انتخاب کنند. اما با این حال اطلاعات عمومی داوطلبین از این گرایش بسیار پایین است و همین موضوع باعث شده است تا در انتخاب این گرایش با سردرگمی و ابهام روبرو شده باشند. به همین دلایل در این مقاله از پارس پژوهان تصمیم گرفتیم تا به معرفی گرایش ترموسینتیک و کاتالیست از دسته گرایشات مهندسی شیمی بپردازیم. در این متن به بررسی دروس، حرفه ها و بازار کار گرایش ترموسینتیک و کاتالیست برای مهندسین شیمی خواهیم پرداخت. همچنین شرایط ادامه تحصیل در مقطع دکتری ترموسینتیک و کاتالیست در داخل و خارج از کشور را هم مورد بررسی قرار خواهیم داد.

گرایش ترموسینتیک و کاتالیست مباحث پیشرفته ای مرتبط با سینتیک واکنش‌ها، ترمودینامیک و همینطور بخش کاتالیست‌ها دارا می باشد. در بخش سینتیک واکنش‌ها عمدتاً بر روی احیای کاتالیست‌ها، سینتیک واکنش‌های کاتالیستی، روش‌های ساخت و تولید کاتالیست‌های مختلف برای مصارف متنوع محیط‌زیستی، فرآیندی و غیره کار می‌شود؛ اما در بخش ترمودینامیک در دوره کارشناسی ارشد بر روی روابط جدید ترمودینامیکی، ترمودینامیک محلول‌ها و ترمودینامیک آماری کار می‌شود که بیشتر جنبه تئوری دارد تا هر گونه جنبه کاربردی.

چارت دروس گرایش ترموسینتیک و کاتالیست مهندسی شیمی

مانند دیگر گرایش‌های کارشناسی ارشد مهندسی شیمی از ۳۲ واحد، ۲ واحد مربوط به سمینار و ۶ واحد مربوط به پایان‌نامه است. ۲۴ واحد باقی‌مانده شامل دروس زیر است:

دروس اجباری: طراحی ری اکتور پیشرفته، ریاضیات پیشرفته، ترمودینامیک پیشرفته، كاتاليزورهای هتروژن و انتخاب دو درس از بین سه درس پدیده‌های انتقال پیشرفته (یعنی انتقال حرارت پیشرفته، انتقال جرم پیشرفته و مکانیک سیالات پیشرفته)

دروس اختیاری: پدیده‌های سطحي،  شبیه‌سازی فرآيند پيشرفته، ری اکتورهای سه فازی، فرآیندهای پالايش پيشرفته، طراحي و آناليز ری اکتورهای كاتاليستي، كنترل پيشرفته،  مواد نانو ساختار، طراحي آزمایش‌ها و آمار كاربردی، هيدروديناميك بسترهای سيال، فرآيند پيشرفته جذب سطحي، فرايند اختلاط و انرژی‌های پايدار.

جایگاه گرایش ترموسینتیک و کاتالیست در دایره علم مهندسی شیمی و صنعت

ترمودینامیک از پایه‌های اصلی و اساسی طراحی فرآیندهای شیمیایی است. همه فرآیندهای شیمیایی و مراحل مختلف فرآوری محصولات (مانند مدارک PFD , P&ID و طراحی تجهیزات فرآیندی و دیتاشیت ها) و همینطور از جمله واکنش‌های شیمیایی، خالص‌سازی مواد اولیه و محصولات مختلف مشتقات از آنها ، نیازمند شناخت خواص ترمودینامیکی مواد شیمیایی و برهم‌کنش‌های آنان با یکدیگر است. همچنین کمتر محصولات حاصل از مواد شیمیایی را می‌توان شناخت که در واکنش های شیمیایی موثر و بدون وجود هیچ گونه کاتالیست‌های شیمیایی به بازدهی مناسب و مطلوب مهندسین این حوزه برسد. این موضوع در صنایع مختلفی از جمله، نفت، گاز و پتروشیمی به عنوان صنایع مادر و بومی کشور اصولی بسیار بسیار ضروری به شمار می رود. دروس گرایش ترموسینتیک و کاتالیست، در کنار دروس اصلی رشته مهندسی شیمی، دانش لازم و به‌روز را در حوزه‌های گوناگون جهت استفاده کردن در صنایع مختلف شیمیایی در اختیار دانش آموختگان قرار می‌دهد. گستره مطالب ارائه شده در این گرایش بسیار متنوع بوده و هم‌پوشانی های موثری با سایر گرایشات مهندسی شیمی دارد. از این‌رو دانش‌آموخته این گرایش با درک موثر و عمیق از مواد و فرایندهای شیمیایی مختلف، دانش و توانمندی لازم را جهت بکارگیری و توسعه مهارت در صنایع مختلف شیمیایی، دارویی و زیستی بدست می‌آورد.

دکتری گرایش ترموسینتیک و کاتالیست مهندسی شیمی

برای ادامه تحصیل در داخل کشور هم دانشگاه‌های مختلفی در مقطع دکتری این گرایش را پذیرش می کنند و اساتید نسبتا زیادی در این حوزه فعالند و نگرانی از این بابت وجود ندارد. از نظر ادامه تحصیل در خارج کشور هم وضعیت متوسطی دارد یعنی به خودی خود گرایش فوق العاده ای برای اپلای محسوب نمی شود و بیشتر از گرایش موضوع پایان‌نامه و جدید بودن حیطه فعالیت مرتبط است که اهمیت دارد.

پس اگر با انتخاب این گرایش قصد ادامه تحصیل در خارج از کشور را دارید باید موضوع پایان نامه رو طوری انتخاب کنید که همگام با موضوعات روز و جدید دنیا در این حوزه باشد.

گرایش ترموسینتیک و کاتالیست در دانشگاه ها و پژوهشگاه های داخل کشور از نظر ارزش، اهمیت و جایگاه هیئت‌علمی شدن وضعیت نسبتاً مناسب و متفاوتی با مهندسی شیمی دارد و در مقایسه با گرایش های هم رده مشابه، جذب هیئت علمی خیلی بهتری را می توان برایش در نظر گرفت. البته همان طور که می دانید جایگاه استادی و هیئت علمی شدن موضوعی نیست که بخواهد با قطعیت بالایی بر روی آن مانور داد، زیرا به طور کلی هم ظرفیت پذیرش اساتید در کشور بسیار اندک است و هم اینکه پروسه جذب هیئت علمی پروسه مخصوص به خودش را دارد!

بازار کار

همانطور که از نام آن پیداست، بازار کار این گرایش جذاب اما سخت و پیگری (!) در حوزه طراحی، تولید، ساخت و مهم تر بهینه سازی فرآیندهای شیمیایی با استفاده از تئوری کاتالیستها می باشد. وابستگی شدید صنایع شیمیایی پلیمری و پتروشیمی به کاتالیستها، بازار کار خوبی برای آن ایجاد کرده است. از طرفی به این رشته در حال حاضر به چشم رشته ی پژوهشی و همینطور تحقیق و توسعه ای یا R&D نگاه می شود. دلیل این امر زیرساخت ضعیف کشور در زمینه صنایع کاتالیست ها می باشد. بحث کاتالیستها تنها به صنایع نفت و پتروشیمی وابستگی نخواهد داشت، بلکه اکثر صنایع شیمیایی به نوعی با کاتالیستها درگیر هستند. بحث کاتالیستها در جایی تبدیل به جریان های مختلف و پولساز می شوند، طوری که وارد کاتالیستهای گرانقیمت فلزات واسطه ای و سنگین می شویم. تکنولوژی ساخت و فرمولاسیون آنها به نحوی است که نیاز به فرآیندهای چند مرحله ای برای تولید آنها دارند. قطعا متخصص کاتالیسیتی که بتواند تئوری های شیمی کاتالیست را درک کرده و ارتباط ان با فرآیندها را به خوبی درک کند می تواند در بازار کار موفق عمل کند.

در زمینه کاری مهندسی ترموسینتیک، مرزهای میان هر یک از گرایش‌ات گوناگون مهندسی شیمی برداشته شده اند و فارغ التحصیلان گرایشات اصلی این رشته بسیار تخصصی، به مانند ترموسینتیک و کاتالیست می‌توانند به شکل انواع کارشناسان ارشد مهندسی شیمی نقش آفرینی کنند. گرایش ترموسینتیک و کاتالیست مهندسی شیمی یکی از گرایش های کارشناسی ارشد این رشته پرطرفدار است. جهت کسب اطلاعات کامل از این گرایش به همراه ۱۹ گرایش دیگر ارشد مهندسی شیمی به همراه بررسی بازار کار تک تک آن ها به آموزش جامع موفقیت در کنکور ارشد مهندسی شیمی مراجعه کنید. 

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

برای آنکه با یادگیری عمیق با پایتون آشنا شویم ابتدا باید خیلی کلی تر به این موضوع پرداخت. یادگیری عمیق  خود یکی از روش های یادگیری ماشین است. پس ابتدا با موضوع یادگیری ماشین آشنا می شویم و بعد به موضوع یادگیری عمیق با پایتون می پردازیم.

 یادگیری ماشین هوشمند کردن رایانه‌هاست بدون اینکه مستقیماً به آنها یاد بدهیم چطور رفتار کنند. اما این اتفاق چطور می‌افتد؟ رایانه‌ها می‌توانند با استفاده از حجم عظیمی از داده، به طور خودکار الگوهایی تکرارشونده را بدون دخالت انسان یاد بگیرند. یادگیری این الگوریتم‌ها به تقلید از شیوه یادگیری انسان انجام می‌شود و با بیشتر شدن تجربه رایانه، به‌تدریج دقت آن بالاتر می‌رود.

یادگیری ماشین انواع مختلفی دارد. در یک حالت کلی انواع یادگیری ماشین را میتوان  به سه دسته یادگیری بدون نظارت و تحت نظارت و تقویتی تقسیم می‌ شود.

یادگیری عمیق یکی از از روش‌های یادگیری ماشین و هوش مصنوعی به شمار می‌رود که از روشی که ذهن انسان برای یادگیری موضوعات خاص به کار می‌گیرد، تقلید می‌کند. این نوع یادگیری از عناصر مهم علم داده (Data science) و شامل آمار، مدل‌سازی و پیش‌بینی است. یادگیری عمیق برای دانشمندان داده که وظیفه جمع آوری، تجزیه و تحلیل و تفسیر مقادیر زیادی از داده‌ها و اطلاعات را بر عهده دارند، بسیار کارآمد و مفید است و این روندسریع‌تر و آسان‌تر می‌کند.

یادگیری عمیق (Deep Learning) برروش‌هایی تمرکز دارد که مبتنی بر شبکه‌های عصبی مصنوعی(Artificial neural network)  هستند. یادگیری عمیق به رایانه‌ها می‌آموزد آنچه را که به طور طبیعی برای انسان انجام می‌شود، انجام دهند.

در یادگیری عمیق از الگوریتم‌هایی استفاده می‌شود که مغز انسان را شبیه سازی می‌کند. این الگوریتم شبکه‌های عصبی مصنوعی نام دارند. شبکه‌های عصبی مصنوعی از پردازش اطلاعات و گره‌های ارتباطی توزیع شده در سیستم‌های بیولوژیکی الهام گرفته‌اند. می‌توان گفت شبکه‌های عصبی تمایل به حالت ایستا و نمادین دارند.

وقتی از عبارت یادگیری عمیق استفاده می‌کنیم، منظورمان همان شبکه عصبی عمیق (Deep Neural Network) است. تفاوت یادگیری عمیق و شبکه عصبی در این است یادگیری عمیق، محدوده‌ای گسترده‌تر از شبکه عصبی دارد و الگوریتم‌های یادگیری تقویتی را نیز شامل می‌شود. با توجه در نظر گرفتن این تفاوت نباید این دو مفهوم را با یکدیگر اشتباه بگیریم.

در سال های اخیر، یادگیری عمیق، تحول بزرگی را در یادگیری ماشین و هوش مصنوعی ایجاد کرده است. از سال 2012 تا کنون، تمامی رتبه های برتر چالش شناسایی بصری ImageNet، که به جام جهانی بینایی ماشین معروف است، از شبکه های عصبی عمیق استفاده کرده اند. از سال 2012 به بعد، شرکت های بزرگ نرم افزاری و سخت افزاری مانند Google, Microsoft, NVIDIA نیز بخش مهمی از فعالیت های پژوهشی و تجاری خود را به یادگیری عمیق اختصاص داده اند.

یکی از روش های پیاده سازی یادگیری عمیق با زبان برنامه نویسی پایتون است. در ادامه به توضیح در مورد یادگیری عمیق با پایتون می پردازیم.

 پیاده سازی یادگیری عمیق با پایتون

هر بحثی در مورد آموزش یادگیری عمیق، با پایتون گره خورده است. یادگیری عمیق بدون پایتون، ناقص است. در واقع بسیاری از صاحب نظران، متفق القول اند که پایتون، بهترین زبان برنامه نویسی برای Deep Learning است.

شاید سوال ایجاد شود که دلیل اهمیت زبان پایتون در یادگیری عمیق چیست. یکی از دلایل اهمیت آن این است که سطح زبان برنامه نویسی پایتون، بالا است. متخصصان Deep Learning، به واسطه آن را از دردسرهای جزئیات سطح پایینِ برنامه نویسی مانند مدیریت حافظه رایانه ها خلاص می شوند. این موضوع به آنها اجازه می دهد تا بر روی ساخت مدل های قدرتمند تمرکز کنند.

مورد دیگر این است که پایتون به خوبی با طیف گسترده ای از فناوری ها ادغام می شود. دانشمندان داده، اغلب نیاز به انجام کارهای خاص دارند. از جمله تبدیل داده‌های فشرده پردازشگر، انتقال داده‌ها از یک سرور به سرور دیگر، استفاده از GPU و آموزش مدل‌های یادگیری عمیق در فضای ابری. تطبیق‌پذیری Python باعث می‌شود این کارها بسیار تسهیل شوند و هم چنین اکوسیستم یادگیری عمیقِ با پایتون از لحاظ کامل بودن با هیچ زبان دیگری قابل مقایسه نیست. دو تا از محبوب‌ترین کتابخانه‌های پایتون برای آموزش یادگیری عمیق، PyTorch و TensorFlow هستند. از زمان انتشار این دو کتابخانه بیش از پنج سال گذشته است و به همین دلیل این دو کاملا تکامل یافته اند. در نتیجه پایتون، بهترین زبان برنامه نویسی برای یادگیری عمیق است.

در آموزش یادگیری عمیق با پایتون، نحوه ساخت شبکه های عصبی مصنوعی را درک خواهید کرد. همانطور که گفتیم یادگیری عمیق، بر پایه عملکرد این شبکه ها کار می کند. البته باید بدانید که هیچ راه ثابتی برای ساخت این شبکه ها وجود ندارد. تعداد زیادی شبکه عصبی وجود دارند اما هیچکدام کامل نیستند. این موضوع به این دلیل است که وظایف مختلف شبکه های عصبیِ Deep Learning به الگوریتم های متفاوتی نیاز دارند. هر کدام از این الگوریتم ها را انتخاب کنید، باید سیستم کامپیوتری شما از قدرت محاسباتی کافی برای انجام محاسبات برخوردار باشد. انتخاب درست واحدهای پردازش گرافیکی (GPU) در برخی از دوره های آموزش یادگیری عمیق با پایتون مورد بحث قرار می گیرند.

یک اتفاق در سال 2021 سبب جذابیت بیش از پیشِ یادگیری عمیق با پایتون شد. این اتفاق توسط وب سایت MyHeritage رقم خورد. این وب سایت، برنامه‌ای تحت عنوان Deep Nostalgia را منتشر کرد که در آن عکس‌ها قادر به حرکت، لبخند و پلک زدن بودند. تصاویر به کمک این برنامه، مشابه پرتره های جادوییِ هری پاتر با یک کلیکِ ماوس احیا می شوند. این پروژه، بلافاصله در فضای مجازی محبوب شد و میلیون‌ها نفر برای متحرک کردن عکس‌های خانوادگی خود به آن هجوم آوردند. فناوری پشت این جادو، همان Deep Learning بود. این موضوع سبب علاقه بیش از پیش مردم به یادگیری عمیق با پایتون شد. در ادامه به کاربرد یادگیری عمیق با پایتون در صنعت می پردازیم.

 کاربرد یادگیری عمیق با پایتون در صنعت

در یادگیری عمیق با پایتون  از داده ها برای آموزش الگوریتم استفاده می شود و یکی از دلایل بهبود این قابلیت در سال های اخیر افزایش میزان داده تولیدی است. حجم این داده به لطف گسترش شبکه اینترنت و ابزارها و پلتفرم های ارتباطی هر روزه در حال افزایش است و اخیرا به ۲.۶ کوینتیلیون (۱۰به توان ۱۸) بایت در روز رسیده است.

یادگیری عمیق علاوه بر داده های بیشتر، از افزایش قدرت سخت افزارها و توان محاسباتی نیز بهره می برد چرا که امکان حل مسائل پیچیده و دشوار در زمانی کوتاه ممکن شده است. این الگوریتم ها حالا می توانند مسائل پیچیده را حتی با استفاده از مجموعه داده های متنوع، غیرساختارمند و به هم پیوسته حل کنند.

در ادامه به کاربرد یادگیری عمیق با پایتون در صنعت میپردازیم.

یکی از کاربرد های یادگیری عمیق دستیار مجازی است. دستیارهای هوشمندی نظیر کورتانا، سیری و الکسا از غول های فناوری دنیا برای درک بهتر سخنان و دستورات حین تعامل با کاربر از الگوریتم های یادگیری عمیق بهره می برند.

از دیگر کاربرد ها در پهباد ها و ماشین های خودران است. قابلیت مشاهده محیط اطراف توسط ماشین ها یا پهپادهای خودران، تشخیص موارد مختلف از قبیل علامت توقف، شی، موجود زنده یا ماشین های دیگر و انجام واکنش مناسب همه و همه مدیون الگوریتم های یادگیری عمیق است.

هرچه میزان داده های تزریق شده به الگوریتم بیشتر باشد، واکنش ها بیشتر انسانی شده و حتی قابلیت تشخیص علامت توقف پنهان شده زیر برف را نیز خواهند داشت. 

از دیگر کاربرد های مهم یادگیری عمیق با پایتون در حوزه پزشکی و داروسازی است. از تشخیص بیماری و تومور گرفته تا تولید و تجویز داروی سفارشی بر اساس یک ژنوم خاص، یادگیری عمیق توجه بسیاری از شرکت های عظیم داروسازی و پزشکی مثل غول داروسازی انگلیسی ((GlaxoSmithKline)) را به خود جلب کرده است. این الگوریتم ها حتی توانایی پیش بینی احتمال مرگ بیماران را نیز دارند.

جمع بندی

همانطور که گفته شد یادگیری عمیق با پایتون یکی از روش های یادگیری ماشین است که در حال حاضر برای دانشمندان علم داده بسیار کاربردی و محبوب است. این الگوریتم کاربرد های فراوانی در حوزه های مختلف صنعتی و پزشکی و دارو سازی و غیره دارد. پس میتوان گفت که یادگیری این الگوریتم برای افرادی که در حوزه صنعت و پزشکی فعالیت میکنند میتواند کمک کند تا در حوزه فعالیتی خود پیشرفت بهتری داشته باشند.

نویسنده: سمانه خان بیگی کارشناس دپارتمان مهندسی پزشکی پارس پژوهان