24/7

online

+38 095 812 2046
+38 068 356 3002

+38 095 812 2046 | Viber | WhatsApp

+38 068 356 3002 | Telegram | t.me/dystlab

Articles about calculation, design, analysis

Engineering calculations and computer-aided engineering software (rus.)

Star InactiveStar InactiveStar InactiveStar InactiveStar Inactive
 

Может ли человек обойтись без расчетов? В наши дни такое сложно себе представить. Особенно, если речь идет о жизни в цивилизации.

Цифры окружают нас с самого рождения, и умение считать — пожалуй, один из наиболее важных навыков, обеспечивающих нам комфортное пребывание в современной среде обитания. Но в инженерном мире расчеты играют особенную роль. Выдержит ли деталь приложенную к ней нагрузку, или разрушится? Устоит ли конструкция под действием ветра, или опрокинется? Прогнется ли плита перекрытия в здании (а если да, то насколько)? Эти и многие другие вопросы инженеры всего мира задают себе и своим коллегам каждый день.

Как автоматизировать расчеты?

Задача автоматизации математических расчетов и вычислений уходит корнями к истокам человеческой цивилизации, к появлению первых счетных приспособлений — абаков, соробанов и других элементарных устройств. Прорывным моментом в этом процессе можно считать появление электронных вычислительных машин (ЭВМ) и калькуляторов, основанных на полупроводниках.

В наши дни практически все инженерные расчеты выполняются с применением компьютерной техники. При этом, сфера разработки инженерного программного обеспечения обособилась в отдельную IT-индустрию, которая работает на стыке различных научно-технических знаний и дисциплин — математики, физики, электроники, программирования. Это междисциплинарный подход, в полной мере сочетающий в себе идеи STEM (science, technology, engineering, mathematics).

Программы для инженерных расчетов

Следующая диаграмма не претендует на исчерпывающую полноту, но дает некоторое общее представление о многообразии расчетных программ.

Инженерные программы | Dystlab Store

Как видим, выбор того или иного расчетного ПО продиктован, в первую очередь, задачами, которые стоят перед инженером.

Системы автоматизированного проектирования

Системы автоматизированного проектирования принято разделять на три основных типа: CAD, CAE, CAM.

Непосредственно расчетным программным обеспечением считаются CAE-пакеты, хотя расчетные модули нередко интегрируются и в CAD, и в CAM-программы (например, AutoCAD умеет вычислять массовые и геометрические характеристики тел и плоских фигур).

Расчетные САПР основаны, как правило, на методе конечных элементов. Они применяются для решения следующих задач:

  • статический расчет (определение параметров напряженно-деформированного состояния конструкций)
  • динамический расчет (модальный анализ, гармонический анализ, расчет системы во временной области, анализ устойчивости, расчет на ударные воздействия)
  • расчет на прогрессирующее обрушение, сейсмику, особые условия
  • моделирование взаимодействия системы с жидкостями, газами (задачи гидрогазодинамики, аэроупругости и пр.)
  • моделирование электромагнитных и многих других физических явлений и процессов

Типичными представителями САПР класса CAE являются Ansys, Nastran, Autodesk Robot Structural Analysis Professional, Midas Civil, Scad Office, Lira, SOFiSTiK, STAAD.Pro, SAP2000, RFEM, Comsol и др.

Электронные таблицы и программы для анализа данных

Табличный формат используется везде, где есть необходимость собрать и проанализировать данные одного или нескольких схожих типов. Это могут быть результаты натурных испытаний (например, полученные с датчиков или регистраторов), расчетная информация из САПР, исходные данные для матричных вычислений и пр.

В инженерной сфере для подобных расчетов удобно задействовать электронные таблицы — специализированное программное обеспечение в виде табличного поля, снабженного расчетным функционалом. Благодаря интуитивно понятной структуре, электронные таблицы нередко используют для подготовки технических отчетов и пояснительных записок в различных технических отраслях. Вот пример проекта, реализованного в Google Spreadsheet:

Инженерные расчеты в Гугл-таблице | Dystlab Store

Проектирование сооружения с помощью электронных таблиц

Таблицы Google бесплатны для владельцев Гугл-аккаунта, что делает этот продукт, несомненно, привлекательным решением. Другим популярным программным обеспечением в мире электронных таблиц является Excel из пакета Microsoft Office или Office 365 (программа платная).

Кроме того, существует целый ряд профессиональных программ, нацеленных на анализ данных и статистические расчеты. Это StatSoft Statistica, Origin OriginLab и др. Как правило, эти программы обладают уникальными и редкими функциями, которые недоступны “классическим” электронным таблицам (например, обширные библиотеки с различными вариантами сглаживания графиков, усреднения данных, функциями трендов, прогнозирования и т. п.).

Математические пакеты для инженерных расчетов

Это отдельная категория программного обеспечения, которая применяется учеными и инженерами для выполнения различных математических расчетов.

Такие программы в той или иной степени приближают пользователя к “бумажным” вычислениям. Интерфейс этих программ часто напоминает нам привычный лист бумаги, на котором мы пишем формулы, а сами вычисления программа выполняет автоматически. Так работают PTC Mathcad, SMath Studio и др.

Инженерные расчеты в Mathcad | Dystlab Store

Пример расчета в среде Mathcad

К этой же категории можно отнести пакеты так называемой “компьютерной алгебры”. Помимо привычных вычислений, их используют, чтобы:

  • получить решение в аналитическом виде (например, в виде формулы)
  • упростить или каким-то образом преобразовать вычисления (простейший пример: sinαcosβ ± cosαsinβ = sin(α±β))

Компьютерная алгебра реализуется в онлайн-сервисах WolframAlpha, десктопной программе Maple и др.

Стоит отметить, что математические программы последних поколений во многом являются универсальным, мультифункциональным программным обеспечением, поскольку позволяют решать инженерные задачи из самых разных областей и сфер человеческой деятельности. Возможности таких программ выходят далеко за рамки “просто вычислений”, предоставляя расчетчику мощные инструменты для решения задач математической статистики, теории вероятности, дифференциального и интегрального исчисления, теории графов и автоматов, матричной алгебры, работы с графиками и многого другого. Это мультизадачные пакеты, в буквальном смысле “на все случаи жизни”.

В этой связи нельзя не отметить MATLAB от компании MathWorks — не просто программу для инженерных расчетов, а настоящий “комбайн” для моделирования, симуляции, анализа данных. Лаборатория Dystlab также имеет собственную разработку в этой области — программное обеспечение TechEditor, с помощью которого можно оформлять техническую документацию и выполнять различные инженерные расчеты.

Инженерные расчеты в TechEditor | Dystlab Store

Фрагмент пояснительной записки, созданной в Dystlab TechEditor

Автоматизация инженерных расчетов. Скрипты и API

Но несмотря на очевидные плюсы (например, в плане вычислительного потенциала), подобные программы могут и отпугнуть неподготовленного инженера.

Дело в том, что расчеты в профессиональном математическом софте организуются по принципу скрипта или кода, то есть в буквальном смысле программируются. Языки математического моделирования во многом похожи на традиционные языки программирования, однако в каждой конкретной программе присутствуют свои особенности. Является ли это существенной проблемой? По моему убеждению — отнюдь нет, так как современный инженер уже неизбежно сталкивается с автоматизацией, в той или иной степени.

Именно поэтому разработчики инженерного ПО стараются снабжать свои продукты встроенными языками программирования и средствами скриптизации. Тот же Автокад (полная его версия) поддерживает диалект языка программирования LISP под названием AutoLISP, а Tekla Structures — Tekla Open API, что существенно расширяет возможности “ручного”, диалогового режима взаимодействия программы с пользователем. В связи с активным развитием BIM-технологий набирает популярность графическое программирование (здесь стоит упомянуть Dynamo, Grasshopper), в основе которых лежит скриптизация с применением базовых языков программирования C++, Visual Basic, Python. Упомянутый выше TechEditor поддерживает вычисления в стиле языка программирования Pascal, а формулы в документе набираются в стиле TeX/LaTeX.

В целом, с помощью скриптов инженер может:

  • автоматизировать рутинные, многократно повторяющиеся операции;
  • указать, каким образом приложению следует реагировать на изменение параметров;
  • запускать цепочки повторяемых процессов (например, в задачах оптимизации) и пр.

Онлайн или десктоп? “За” и “против”

Отметим основные достоинства и недостатки десктопных и онлайн-версий инженерного программного обеспечения.

Коробочная версия программы для инженерных расчетов

Основным достоинством коробочной версии является то, что такую программу можно использовать без подключения к Интернету. Установка происходит как обычно, с помощью программы-инсталлятора.

Разработчики нередко выпускают переносимые (portable) версии своих продуктов. Это позволяет запускать их без инсталлятора, непосредственно с носителя данных (жесткого диска или даже флэшки).

Стоит признать, что в количественном отношении софт для инженеров представлен сегодня преимущественно в коробочных (десктопных) версиях. Это объясняется просто: Интернет и мобильные технологии существенно младше персональных компьютеров и практически все технологические решения изначально создавались для персональных ЭВМ. Поэтому для многих инженерных программ на сегодняшний день наиболее функциональными являются именно коробочные версии. Как будет завтра — покажет время.

Онлайн-калькуляторы и сервисы для расчета онлайн

Эта категория программного обеспечения в последнее время стремительно набирает популярность.

Главным преимуществом инженерных онлайн-калькуляторов является то, что они доступны из браузера — а значит, расчетчику не требуется никакого дополнительного софта. Если Ваше устройство подключено к Интернету, то воспользоваться онлайн-калькулятором, в принципе, не составит труда; как и большинство других онлайн-сервисов, они весьма нетребовательны к ресурсам и нормально работают практически на всех устройствах, включая мобильные (смартфоны, планшеты).

Нередко инженеры задаются вопросом: в каких случаях лучше применять программный расчет, а когда достаточно воспользоваться онлайн-калькулятором? Для ответа на этот вопрос, Вам придется проанализировать следующий ряд факторов.

  1. Способен ли онлайн-калькулятор решить Вашу задачу (учесть все основные требования к проекту)?
  2. Если функционала калькулятора окажется недостаточно, какие действия Вы предпримете далее?
  3. Какая математическая модель заложена в калькулятор? Насколько подробно она задокументирована?
  4. Зависит ли скорость, точность работы онлайн-калькулятора от параметров сети, сервера, браузера и пр.?
  5. Доверяете ли Вы разработчикам онлайн-калькулятора?

Если онлайн-сервис, который Вы планируете использовать для своих инженерных расчетов, отвечает указанным критериям — вероятно, он пригодится Вам в работе.

Неоспоримым преимуществом онлайн-версии программного обеспечения является скорость внесения изменений (выпуск обновлений). По сути, проблема обновления ПО тут перестает быть актуальной — обращаясь к странице браузера, Вы гарантировано работаете с самой последней версией калькулятора.

Однако, нельзя не отметить, что такие ресурсы нередко ограничивают расчетчика и становятся для него “черным ящиком”, которому он вынужден доверять, полагаясь исключительно на компетентность разработчиков. И дело здесь не только в ограничениях веб-интерфейса; с точки зрения расширяемости, в подобные системы достаточно сложно внести изменения. Как правило, онлайн-калькулятор — это всё же решение конкретной, точечной задачи. В этом смысле, программа с поддержкой даже элементарного скрипта является более масштабируемым и прогнозируемым (а значит, контролируемым) продуктом для инженера.

Интернет-магазины инженерных решений

По данным исследования We Are Social, к концу 2018 года имеют доступ и активно пользуются Интернетом около 53% населения Земли. Много это или мало — вопрос риторический… Наиболее распространены интернет-технологии в США, Канаде и странах Европы, а также в Южной Америке, СНГ, Австралии.

При этом, пользователями мобильной связи являются уже 68% населения земного шара, и эта цифра с каждым годом растет. Придерживаясь этого общемирового тренда, технологический сектор ежедневно разрабатывает десятки приложений самого разного назначения, в том числе — мобильные решения для инженеров. Этот процесс “подогревается” активным развитием нейросетей и искусственного интеллекта, а также технологий на основе виртуальной и дополненной реальности.

Логично, что вендоры не хотят быть в стороне этого процесса. Мы всё чаще видим гибридные кроссплатформенные решения, сочетающие в себе классическое приложение для операционной системы (под Windows, Mac OS или Android), а также интернет-сервисы, обслуживающие данное решение, или дублирующее его в онлайне. Происходит смещение акцентов, с оффлайновых решений — на онлайн (например, переход на онлайн-подписку вместо традиционной продажи софта).

Подобные глобальные трансформации стимулируют развитие не только софтверного, но и хардверного сектора. Появляются сервисы, предоставляющие разработчикам программного обеспечения готовые решения для создания различных маркетплейсов, интернет-магазинов, площадок для онлайн-торговли и обмена информацией. Также бурно развивается отдельная технологическая ниша, тесно связанная с электронной коммерцией — криптовалюты.

Компании, нацеленные на инженерную аудиторию, тоже участвуют в этом процессе. Например, у компании Autodesk есть свой интернет-магазин Autodesk App Store, в котором представлены различные приложения и надстройки (модули, плагины, расширения) для программ, выпускаемых Autodesk. Некоторые из этих приложений — бесплатны, остальные распространяются на платной основе. В крупнейших мировых онлайн-маркетах (Google Play, Apple Store) Вы также найдете сотни инженерных программ, адаптированных под различные виды устройств.

Инженерам, которые ищут надежные и проверенные решения для своей работы, можно рекомендовать специализированный онлайн-магазин Dystlab Store. Это профильный маркет инженерных программ, моделей и шаблонов проектов, которые доступны из любого уголка планеты. Магазин поддерживается сообществом Дистлаб, периодически пополняется новой продукцией и активно развивается.


Виталий Артемов

Dystlab Store - магазин для инженеров

Онлайн-магазин для инженеров Dystlab Store. Купить готовый проект, скачать чертеж, шаблон расчета. Профессиональный технический контент для инженеров. Заказать разработку отчета, статьи, научно-технической документации.

Dystlab™ — торговая марка, зарегистрированная в Государственном реестре свидетельств Украины на знаки для товаров и услуг 26.02.2018, свидетельство № 238304. Владелец: физическое лицо-предприниматель Артемов В. Е., ЕГРПОУ/ИНН: 3003314690

Viber / WhatsApp / Phone #1:
+38 095 812 2046

Telegram / Phone #2:
+38 068 356 3002

innot needed textfoanother not needed text@dystlabdummy text.store

Предложить товар в магазин

© Copyright 2019 Dystlab™. Все права защищены

Search