کاربردهای کامپیوتر در رشته مهندسی برق – علیرضا محمودی فرد

طبق گزارش فرا اقتصاد بین الملل، تردیدی نیست که رشته مهندسی برق، جزو رشته‌های پرکاربرد در صنایع مختلف است؛ لزوم استفاده از کامپیوتر در مباحث مختلف این رشته، بر کسی پوشیده نیست؛ بدون کامپیوتر و نرم‌افزارهای کامپیوتری، هر رشته‌ای مخصوصا رشته مهندسی برق، بخش اعظمی از کاربردهای خود را از دست می‌دهد؛ رشته مهندسی برق با چهار گرایش اصلی خود، بیش از ۱۰۰ نرم‌افزار دارد که البته تنها درصدی از آن‌ها استفاده مکرر دارند و بین مهندسان مشهور می‌باشند.

مقدمه

مهندسی برق یکی از رشته‌های کلیدی در علوم مهندسی است که به طراحی، توسعه و کاربرد سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی می‌پردازد؛ نقش کامپیوترها در این حوزه به‌طور قابل توجهی افزایش یافته است و آن‌ها به ابزاری ضروری برای تحلیل، طراحی و شبیه‌سازی سیستم‌های پیچیده تبدیل شده‌اند. در این یادداشت، به بررسی کاربردهای عمده کامپیوتر در مهندسی برق پرداخته می‌شود.

1. شبیه‌سازی و مدل‌سازی سیستم‌ها

کامپیوترها ابزارهای شبیه‌سازی قدرتمندی مانند MATLAB/Simulink، Proteus، PSpice، Multisim و … را فراهم می‌کنند که به مهندسان برق اجازه می‌دهند تا رفتار سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی را مدل‌سازی و تحلیل کنند؛ این نرم‌افزارها به طراحان امکان می‌دهند که عملکرد سیستم‌ها را قبل از پیاده‌سازی فیزیکی پیش‌بینی کنند (Ogata, 2010).

2. تحلیل مدار و طراحی

نرم‌افزارهای تحلیل مدار، مانند Orcad و LTSpice، به مهندسان برق کمک می‌کنند تا مدارهای الکتریکی را تجزیه و تحلیل و شبیه‌سازی کنند؛ این نرم‌افزارها امکان انجام محاسبات دقیق و شبیه‌سازی دینامیک مدارها را فراهم می‌کنند، که این امر به بهبود طراحی و کاهش هزینه‌ها کمک می‌کند (Smith, 2011).

3. طراحی سیستم‌های کنترل

طراحی سیستم‌های کنترل، شامل کنترلرها و فیدبک‌های دینامیکی، به‌طور گسترده‌ای به کامپیوترها وابسته است. نرم‌افزارهایی مانند MATLAB و Control System Toolbox به مهندسان این امکان را می‌دهند که سیستم‌های کنترل خودکار را طراحی و شبیه‌سازی کنند (Dorf & Bishop, 2011).

4. بهینه‌سازی سیستم‌ها

کامپیوترها در بهینه‌سازی سیستم‌ها و فرآیندها نقشی کلیدی دارند. الگوریتم‌های بهینه‌سازی (مثل الگوریتم ژنتیک، الگوریتم اذدحا ذرات، الگوریتم شبیه‌سازی تبرید و …) و الگوریتم‌های فراابتکاری، به تصمیم‌گیری در طراحی و عملیات سیستم‌های برق کمک می‌کنند؛ این روش‌ها به مهندسان امکان می‌دهند که بهترین پارامترها و شرایط را برای سیستم‌های خود شناسایی کنند (Bertsimas & Tsitsiklis, 1997)

5. تحلیل داده و یادگیری ماشین

با پیشرفت فناوری اطلاعات، تحلیل داده‌های بزرگ و یادگیری ماشین به یک جنبه مهم در مهندسی برق تبدیل شده است؛ این تکنیک‌ها به مهندسان کمک می‌کند تا الگوهای مخفی در داده‌ها را پیدا کرده و پیش‌بینی‌های دقیقی از عملکرد سیستم‌ها انجام دهند. استفاده از زبان‌های برنامه‌نویسی مانند Python و برای این منظور معمول است (Jordan & Mitchell, 2015).

6. نظارت و کنترل سیستم‌های قدرت

کامپیوترها به‌عنوان ابزارهای مدیریت و کنترل در سیستم‌های قدرت و توزیع انرژی به‌کار می‌روند. نرم‌افزارهای SCADA (System Control and Data Acquisition)  به مهندسان برق امکان می‌دهند که به‌صورت آنلاین سیستم‌های توزیع و تولید برق را نظارت و کنترل کنند (Glover et al., 2012).

جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

کامپیوترها به‌عنوان ابزارهای کلیدی در هر رشته‌ای و به‌خصوص مهندسی برق به کمک کار هستند و در این رشته نیز به توسعه و بهینه‌سازی سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی کمک می‌کنند. از شبیه‌سازی و طراحی مدارها گرفته تا تحلیل داده و مدیریت سیستم‌های قدرت، این ابزارها نقش بسزایی در ارتقای کارایی و دقت مهندسی برق ایفا می‌کنند. طبیعتا در آینده نیز استفاده از کامپیوترها در برق، بیش از پیش افزوده خواهد شد.

با تنظیم: علیرضا محمودی فرد – مدرس نرم‌افزارهای ترسیمی در برق در دانشگاه و کارشناس تحقیق و توسعه شرکت فنی و مهندسی آریا اندیشه صنعت اکسین