Rozwój inżynierski w czasach kwarantanny

single-01

Z powodu powszechnej kwarantanny, w internecie pojawiło się mnóstwo wpisów o tym jak organizować swoją pracę i jak pożytecznie spędzić czas. Ja również chciałbym dorzucić swoją cegiełkę i pokazać gdzie szukać programów w wersjach edukacyjnych, które pozwolą przekuć nudę w nowe doświadczenia inżynierskie. Ten wpis jest dedykowany przede wszystkim studentom, którzy chcieliby poznać środowiska CAD/CAE.

Środowiska projektowe CAD

Dla studentów kierunków inżynierskich, umiejętność obsługi środowisk CAD jest absolutnie obowiązkową umiejętnością. Zdarza się też tak, że są osoby, które chciałyby poćwiczyć budowę geometrii na swoich własnych komputerach, ale nie posiadają licencji. Dla wszystkich tych osób, które chciałyby legalnie korzystać ze środowisk CAD stworzyłem poniższą listę:

  • Dassault Systemes 3DEXPERIENCE – SOLIDWORKS i CATIA
    Środowiska CAD dostępne bezpłatnie dla studentów w postaci rozwiązania chmurowego. Oferta ważna do 22 maja, licencja wygasa 31 sierpnia. Wydaje mi się, że tych pozycji nie potrzeba przedstawiać. Dla użytkowników rozpoczynających przygodę z CAD polecałbym SOLIDWORKS. CATIA przeznaczona jest dla osób nieco bardziej obeznanych z tematem.
  • Siemens NX Student Edition
    Kolejna pozycja i marka, której nie trzeba przedstawiać. Wyśmienity produkt z mnóstwem opcji, ale również rekomendowałbym go nieco bardziej doświadczonym użytkownikom.
  • Onshape
    Kolejne rozwiązanie chmurowe – nie ma potrzeby instalacji oprogramowania na komputerze. Geometrię tworzy się z poziomu przeglądarki. W sam raz na postawienie pierwszych kroków w CAD.
  • Autodesk Fusion
    Oprogramowanie również dostępne bezpłatnie dla osób chcących zrozumieć jak działają środowiska CAD. Dodatkowo, z okazji kwarantanny, wersja do użytku komercyjnego dostępna jest za darmo do 31 maja.

Prawdę mówiąc to już od jakiegoś czasu jestem na bakier z technologią CAD i nie śledzę tak uważnie wszystkich nowości. Z tego też powodu nie orientuje się gdzie w internecie znaleźć wartościowe samouczki odnośnie tego jak tworzyć geometrię.

Jeśli ktoś zdecyduje się na naukę SOLIDWORKSa to mogę polecić filmiki Artura z kanału Inżynier Programista na Youtubie. Bardzo regularnie wrzuca treści (w przeciwieństwie do autora niniejszego bloga) i można się z nich dowiedzieć jak działają systemy CAD i nie tylko.

Środowiska do symulacji inżynierskich

Istnieje bardzo duża ilość typów symulacji inżynierskich. Z tego powodu, postanowiłem wprowadzić, krótki podział, aby móc wyszczególnić poszczególne programy i środowiska.

Symulacje przy użyciu Metody Elementów Skończonych

Programy do MES służą głównie do badania w jaki sposób obiekty się odkształcają, jak oddziałują na siebie, jakie są przenoszone siły itp.

ABAQUS

ABAQUS, tak jak SOLIDWORKS i CATIA, jest produktem Dassault Systemes. Sam w nim pracuje i codziennie jestem zaskakiwany przez jego możliwości dlatego też pojawił się na pierwszym miejscu tej listy.
Wersję edukacyjną tego środowiska pobrać można ze strony academy.3ds.com i jest to wersja do nauki oraz użytku niekomercyjnego z limitem tysiąca węzłów. Innymi słowy, nie ma potrzeby potwierdzania statusu studenta.

Oczywiście, ktoś mógłby powiedzieć, że limit tysiąca węzłów nie pozwoli zasymulować niczego rozsądnego. Takim osobom polecam mój wpis, który został opublikowany na blogu Dassault Systemes pod tytułem A Word About Skateboarding. Symulacja deskorolki została przeprowadzona właśnie w wersji studenckiej, więc taki soft na potrzeby nauki jest jak znalazł!

Środowiska symulacyjne różnią się tym od środowisk CAD, że oprócz rysowania kształtów brył, użytkownik musi w te bryły tchnąć życie (ta myśl jest tak dużym uproszczeniem, że jest wręcz nieprawdziwa i stawia w złym świetle programy CAD). Aby zrozumieć w jaki sposób tchnąć życie w nieodkształcalne bryły należy zajrzeć wpierw do jakiejś pomocy naukowej, wszak nie są to trywialne operacje. Z pomocą przychodzi publikacja Politechniki Lubelskiej pt. Podstawy metody elementów skończonych – przykłady obliczeń numerycznych w programie Abaqus.

Politechnika e1586259063565 BLOG

Dzięki tej pozycji, za darmo zrozumiecie jak działa ABAQUS i jak przeprowadzać w nim symulacje numeryczne. Do wymaganych rzeczy należą czas, cierpliwość i szczere chęci. W razie problemów, pomoc znajdziecie na mojej grupie facebookowej.

Jeżeli znudzi wam się czytanie książek lub po prostu będziecie mieć chwilę (która trwa prawie 2 godziny) to zawsze możecie oglądnąć filmik, który ostatnio nagrałem. Przedstawiam w nim jak działa ABAQUS oraz jak budować i analizować modele numeryczne.

ANSYS

Kolejną pozycją obowiązkową dla adeptów sztuki symulacji jest oczywiście ANSYS. Jest to program, który w mojej opinii jest bardziej znany w Polsce, przynajmniej w środowiskach akademickich w jakich ja się obracałem. Nie do końca wiem, z czego to wynika – być może z lepszej strategii marketingowej, a może z faktu, że nie jestem aż tak rozeznany.

Edycje studencką programu ANSYS pobrać można z oficjalnej strony firmy. W przypadku tego oprogramowania, firma wykazała się nieco większą łaskawością i limit wynosi 32 tysiące węzłów dla analiz strukturalnych. Istnieje również limit powierzchni i obiektów, które mogą brać udział w analizie i jest to 300 powierzchni lub 50 obiektów.

Jeśli chodzi o naukę tego środowiska to “wiedzę” można czerpać z filmików na serwisie Youtube. Niestety, spora część tych filmików zawiera nie tylko błędy, ale także złe praktyki. Co więcej, po co opierać się o niepewne źródła skoro dostępny jest kolejny darmowy kurs MES dedykowany dla użytkowników ANSYSa? Internetowy kurs organizowany jest przez Cornell University i jest dostępny pod A Hands-on Introduction to Engineering Simulations.

Inne środowiska MES

Oczywiście na ABAQUSie i ANSYSie świat inżynierski się nie kończy. Istnieje wiele innych programów, niemniej, postanowiłem resztę pozycji po prostu wymienić bez wchodzenia w zbędne szczegóły:

  • ALTAIR
    Kolejna mocna marka w światku inżynierskim. Sam nie korzystałem i nie do końca orientuje się jak wygląda propozycja dla studentów w postaci oprogramowania. Jednak w powyższym linku znajdziecie listę ebooków, które tłumaczą jak działają poszczególne typy analiz. W sam raz na długie zimowe wiosenne wieczory.
  • FEMAP Student Edition
    Program do tworzenia symulacji MES firmy SIEMENS. Również bardzo popularny w przemyśle.
  • SIMSCALE
    Darmowe środowisko w chmurze pozwalające na obliczenia MES i CFD. Sam nigdy nie korzystałem, ale na pewno warte zwrócenia uwagi.
  • CODE_ASTER/SALOME_MECA
    Program do symulacji dostępny na bezpłatnej licencji. Można tworzyć symulacje MES bez ograniczeń w kwestii ilości węzłów

Symulacje przy użyciu Metody Objętości Skończonych

Symulacje przy użyciu Metody Objętości Skończonych stosowane są w symulacjach przepływu powietrza, wody bądź innego płynu. W angielskiej nomenklaturze symulacje tego typu określane są jako symulacje CFD (ang. Computational Fluid Dynamics).

ANSYS Fluent

W ramach pomocy studentom, firma ANSYS udostępnia kolejny silnik numeryczny tym razem do zagadnień z dziedziny mechaniki płynów. ANSYS Fluent jest prawdopodobnie najbardziej rozpowszechnionym oprogramowaniem do symulacji CFD. Jest on znany do tego stopnia, że słyszałem o sytuacji, w której pewna osoba była przekonana, że Fluent jest synonimem całej dyscypliny naukowej zajmującej się obliczeniami CFD. Z drugiej strony, to też może być zrozumiałe ponieważ ANSYS reklamuje swoje produkty zamiennie stosując terminologię ANSYS Fluent i ANSYS CFD.

Jednak bez zbędnych dygresji – wersja studencka oferuje limit węzłów w ilości 512 tysięcy. Z pewnością na początek wystarczy.

Z pewnością jest spora liczba samouczków w internecie, która pokazują jak działa Fluent. Z racji tego, że nie korzystam z tego oprogramowania nie mogę polecić żadnego. Z drugiej strony, z dużą dozą prawdopodobieństwa mogę przypuszczać, że książka pod tytułem CFD dla inżynierów. Praktyczne ćwiczenia na przykładzie systemu ANSYS Fluent może być publikacją, z której dowiedzieć się można jak działa Fluent. Przy czym chciałem zastrzec, że mój wpis nie jest ani kampanią marketingową, ani nie stosuje technik lokowania produktu. Ta książka nie jest darmowa, ale z tego co się orientuje to jest napisana przez inżynierów dla inżynierów. Z tego też powodu bublem być nie powinna 🙂
[EDIT] Po napisaniu niniejszego postu zauważyłem, że rekomendowany przeze mnie kurs z Cornell University zawiera także moduł Fluent. Zatem jest coś co również mogę polecić w przypadku Fluenta

STAR-CCM+

STAR-CCM+ firmy SIEMENS to najgroźniejszy rywal Fluenta. Być może ten produkt nie jest, aż tak znany, ale zdecydowanie w niczym nie ustępuje technologii firmy ANSYS. Znajdą się nawet tacy użytkownicy, którzy uważają, że STAR-CCM+ jest lepszy. Bez względu na to kto ma rację, powinniśmy wykorzystywać sytuacje, które daje nam los. A sytuacja to niebywała…

Otóż firma Siemens powszechną pandemię wzięła na tyle poważnie, że przygotowany został profesjonalny kurs CFD Simcenter STAR-CCM+ training course. Na ten moment nie znalazłem jeszcze miejsca, z którego studenci mogą pobrać oprogramowanie, ale logicznie rzecz biorąc powinna być taka sposobność. Zwłaszcza, że firma SIEMENS dla obecnych klientów udostępniła za darmo swoje oprogramowanie do połowy kwietnia (na ten moment). W tym zawarte są również obliczenia w chmurze. Śmiały ruch!

OpenFOAM

Oprócz pakietów komercyjnych do symulacji, powstały również takie, które dostępne są za darmo. Jednym z nich jest OpenFOAM, który na tą chwilę jest popularny w środowiskach akademickich, ale zdobywa co raz większe zainteresowanie w przemyśle. Wszystko ze względu na fakt, że jest darmowy i posiada sporą liczbę użytkowników przyczyniających się do jego ciągłego rozwoju. Niestety, brak przyjaznego interfejsu powoduje, że jego obsługa nie jest taka prosta. Gdyby ktoś jednak zdecydował się na naukę OpenFOAM to z czystym sumieniem polecić mogę kanały József Nagy oraz Holzmann CFD. Oprócz tych dwóch kanałów, OpenFOAM posiada swoją własną stronę wiki zawierającą sporą liczbę samouczków przeznaczonych dla użytkowników z różnym stopnie zaawansowania.

Wiedza i linki związane z inżynierią

W tym paragrafie postaram się wrzucić co ciekawsze linki, które mogą przypaść do gustu inżynierom oraz studentom.

Książki, publikacje i blogi

Tutaj podziękowania dla osób udzielających się na mojej grupie na FB. Jakiś czas temu uzyskałem sporo wartościowych publikacji wartych szerszego rozpowszechnienia. Tutaj chciałbym zaznaczyć, że odnośniki zawierają publikacje powszechnie dostępne w internecie, a z ich udostępniania nie czerpię żadnej korzyści (poza korzyścią satysfakcji z dzielenia się dostępem do wiedzy).

Filmiki na YouTube

  • Podcast CraneInClouds, w którym wystąpił Łukasz Skotny z bloga EnterFEA.
  • Wystąpienie Dr Neila Ashton z Uniwersytetu Oxfordzkiego o tematyce obliczeń CFD. Dużo ciekawostek związanych z przyszłością obliczeń
  • Wystąpienie Stephena Carvera, w którym opowiada o inżynierii, zarządzaniu, NASA i przyczynach katastrof promów kosmicznych. Niezwykle barwna osobowość, którą miałem okazję poznać i której wystąpienie szczerze polecam.
  • Kanał Fluid Mechanics 101 – autor w bardzo przejrzysty sposób tłumaczy zasady komputerowych obliczeń w dziedzinie mechaniki płynów.

Podsumowanie

Ta lista z pewnością nie jest ostateczna i bardzo możliwe, że uzupełnię ją o kilka innych pozycji. Co więcej, jeśli sam masz jakieś propozycje to napisz do mnie na mojej grupie SYMULACJE PRZY KAWIE.

Jeśli tak jak ja uważasz rozpowszechnianie wiedzy (nie tylko) inżynierskiej za ważny element rozwoju człowieka to podziel się tym postem na swoich mediach społecznościowych. Możesz to zrobić zostawiając like na poniższym wpisie LinkedIn. Do następnego! Sławek