CAE - Linux dla Inżynierów

Linux CAE – Wspomaganie prac inżynierskich i projektów naukowych 


Linux CAE – Komputerowe wspomaganie prac inżynierskich w systemach ROSA, OpenMandriva, Mageia, Fedora, Red Hat i innych linuksowych rozwija się mocno po roku 2011. 

Zdolność używania Linuksa w tym dystrybucji ROSA, OpenMandriva, Fedora, Red Hat czy Mageia w dużym stopniu zależy od znajomości nazw programów i umiejętności posługiwania się nimi. Na początek ważniejsze jest to pierwsze. Programów szukamy w Konfiguratorze Komputera —> Zarządzanie oprogramowaniem.

CAE – Computer Aided Engineering – komputerowe wspomaganie prac inżynierskich w najnowszych dystrybucjach systemu Linux jak ROSA, OpenMandriva, Mageia czy Fedora jest całkiem dobre, tym bardziej, że bazuje na wolnym czyli otwarto źródłowym oprogramowaniu.

CAE w Linuksie to oprogramowanie dostępne w repozytoriach systemowych dystrybucji z myślą o zastosowaniach inżynierskich i technologicznych. Twórcy różnych dystrybucji Linuksa wykorzystują  generalnie najlepsze oprogramowanie do tego typu zastosowań, dostępne na licencjach Open Source i dostępne dla systemów GNU/Linux. 

Oprogramowanie wspomagające prace inżynierskie i naukowe trzeba sobie oczywiście w większości zainstalować, nie licząc najprostszych programów do obróbki grafiki. Warto pamiętać, że do nawet solidniejszych acz amatorskich prac inżynierskich lepiej instalować dystrybucję Linuksa o architekturze 64 bitowej i zadbać o jak największą ilość pamięci RAM. 

Przydatny do CAE w Linuksie jest spory zestaw aplikacji służących do tworzenia i edytowania różnego rodzaju grafiki, są to m. in. Blender do grafiki trójwymiarowej, GIMP, Inkscape do grafiki wektorowej, OpenOffice Draw, K-3D czy QCAD. Oczywiście osoba, która zupełnie nie ma pojęcia jak posługiwać się takimi programami, może potrzebować nauki celem zdobycia solidnych podstaw posługiwania się tymi i podobnymi programami. 

Aplikacje CAE w dystrybucjach Linuksa 


Lista aplikacji dedykowanych dla każdej generalnie dystrybucji robi wrażenie – z pewnością jest to najlepszy z możliwych zestaw programów o otwartym kodzie źródłowym dostępny na platformę Linux. Aplikacji tych zwykle nie ma w małych dystrybucjach na małe i starsze komputery domowe, zatem dla prac ambitniejszych, naukowych i technologicznych zaintstaowanie dystrybucji ROSA, OpenMandriva, Fedora, Red Hat czy Mageia  może okazać się koniecznością. 


Na czele wyróżnia się platforma Salome, służąca do tworzenia zaawansowanych symulacji numerycznych oraz do modelowania projektów CAD, także aplikacje Octave i Scilab, kompatybilne z komercyjnym Matlab, dzięki którym wykonamy skomplikowane obliczenia matematyczne i przedstawimy je w postaci trójwymiarowych wykresów, jeśli zajdzie taka potrzeba. Program Octave ma wiele wtyczek, które doinstalowujemy w miarę potrzeby, co oznacza duże możliwości rozbudowy programu zależnie od potrzeb. Dodatkowo możliwe jest uruchomienie wxMaxima, także do obliczeń matematycznych, tym razem symbolicznych.

QCAD
Do projektów mamy QCAD CE, na rok 2014 w wersji 3.4.4 – najlepiej rozwiniętej, otwarto-źródłowej aplikacji do komputerowego wspomagania projektowania 2D i wiele innych. Qcad obsługuje pliki .dxf służące do wymiany projektów pomiędzy różnymi platformami typu CAD. Do działania wymaga biblioteki Qt. QCad powstał w październiku 1999 jako wydzielona część programu CAM Expert. W związku z sukcesem pierwszej wersji w maju 2002 zaczęła się rozwijać seria 2.x, której głównym założeniem była modularność. Przy okazji powstały dxflib, vec2web i ManStyle 3.v

LibreCAD
LibreCAD to inna odmiana programu CAD w CAE dystrybucji Linux pozwalająca na wykonywanie rysunków technicznych 2D w tym projektowanie budynków, przestrzeni, części maszyn czy innych schematów konstrukcyjnych. Plaginy instalujemy hurtowo w jednym pakiecie. Darmowy LibreCAD (GPLv2) – to wersja QCada CE przepisana w całości do Qt4. Program powstał i rozwija się od sierpnia 2010 roku. Program oferuje wszystkie niezbędne do projektowania 2D narzędzia, od edycji kształtów, przez miarki i narzędzia tekstowe po możliwość przyciągania kształtów, zaawansowane funkcje powiększania widoku i ciekawe funkcje modyfikujące istniejące obiekty. Obiekty mogą być umieszczane na warstwach i grupowane. Program ma możliwość korzystania z bibliotek obiektów oraz otwierania używanych w branży plików DXF i importowania grafik rastrowych. Gotowe projekty można eksportować w formatach rastrowych lub zapisywać w formacie DXF2000 lub DXF R12, a czcionki jako LFF i CXF. 


Open Cascade to ciekawy i potężny program do modelowania 3D i symulacji numerycznej. Najlepiej sprawdza się w symulacjach numerycznych zapisanych w formatach: CAD, CAM, CAE, AEC, GIS, PDM. Program istnieje od połowy 1990 roku i jest rozwijany i stosowany w wielu firmach od wydawców oprogramowania, po przemysł ciężki (między innymi: Alcatel, BMW, RINA, CEA, EDF, EADS i wielu innych). Program do poprawnego działania wymaga akceleracji 3D. 

Kicad to program do wykonywania projektów z zakresu schematów elektronicznych. Program jest spolszczony, posiada dokumentację i bibliotekę, kicad-library.

Blender to jeden z najbardziej rozbudowanych programów przeznaczony do: modelowania obrazów, renderowania obrazów, operacji na animacjach trójwymiarowych.

K-3D to program służący do modelowania 3D i operacji na animacjach trójwymiarowych, stworzony specjalnie dla środowiska KDE. Bardzo duża liczba wtyczek w programie sprawia, że staje się on potężnym narzędziem w pracy artystów.

Quantum GIS, Qgis – System Informacji Geograficznej, w skrócie GIS (ang. Geographical Information System), to system informacyjny, którego celem jest gromadzenie danych na temat obiektów geograficznych i przetwarzanie ich tak, aby możliwa była ich wizualizacja. System GIS składa się zawsze z bazy danych geograficznych, sprzętu komputerowego, dostosowanego oprogramowania i, oczywiście, twórców i użytkowników. Jednym z ciekawych programów o sporych możliwościach i w dodatku dostępnym na licencji GNU GPL jest Quantum GIS. Projekt narodził się w roku 2002. Obecnie program rozwijany jest przez grupę entuzjastów-wolontariuszy i dostępny w kilkudziesięciu wersjach językowych – także w polskiej. Program Quantum GIS można z powodzeniem wykorzystywać zarówno w profesjonalnych przedsięwzięciach GIS, jak też do celów edukacyjnych czy hobbystycznych.

SweetHome3D
SweetHome3D to program do wykonywania projektów umeblowania mieszkania z pomocą wizualizacji 3D. Wymaga zainstalowania odpowiedniej dla architektury biblioteki libCgGL.so. Dokładniej, Sweet Home 3D jest darmowym programem służącym do aranżacji wnętrz, który umożliwia ustawiać meble na planie 2D z podglądem 3D.Sweet Home 3D projektem open source dostępnym na SourceForge.net i rozprowadzany na licencji GNU General Public License. Bezpłatny program do planowania wnętrz stworzony w języku Java. Sweet Home 3D, w odróżnieniu od innych darmowych programów tego typu, umożliwia aranżację nie jednego ale wielu pomieszczeń naraz (np. całego mieszkania lub kondygnacji domu), a także pozwala bardzo dokładnie zdefiniować wymiary i umiejscowienie poszczególnych obiektów. Standardowa baza jest dość ograniczona można jednak pobrać dużo dodatkowych elementów wyposażenia ze strony domowej programu. 

Elmer, Elmer FEM Solver - to program symulator zjawisk fizyko-technicznych dla fizyków i techników, który zawiera m.in. modele dla przepływów dynamicznych, mechaniki strukturalnej, elektromagnetyzmu, przepływu ciepła, akustyki. Program napisany w językach Fortran 90, C and C++, aktualnie na platformie Qt4. Łatwo skompilować na rozmaite systemy operacyjne w tym na Linuksa.

Openfoam używany jest przez laboratoria naukowe i technologiczne do rozwiązywania problemów z zakresu przepływu cieczy i gazów oraz rozmaitych reakcji chemicznych, turbulencji, przepływu ciepła, analizy zjawisk dynamicznych i elektromagnetycznych.

Gmsh – narzędzie służące do automatycznego generowania skończonej sieci elementów w postaci 3D z wbudowanym silnikiem CAD i możliwością postprocesingu. Służy do rozwiązywania i wizualizowania poważnych akademickich, naukowych problemów. Wprowadzanie danych do modułów odbywa się graficznie lub poprzez edycję plików ASCII z pomocą własnego języka skryptowego gmsh. 

Netgen – automatyczny generator siatki czworośniennej w 3D. Pozwala wprowadzać dane z formatu plików STL, zarówno w postaci CSG jak i Brep.

ParaView w linuksowym CAE
Paraview służy do obrazowania dużych zbiorów danych. Pozwala na przetwarzanie dużych zbiorów danych. Program jest użytkowany i rozwijany przy wsparciu m.in amerykańskiego Laboratorium w Los Alamos. 

Rkward to nakładka czyli GUI w środowisku KDE dla R-language czyli języka skryptowego skupionego na funkcjach statystycznych.

Scilab - obliczenia matematyczne
Scilab - czyli scientific laboratory, to francuski program naukowy do obliczeń numerycznych, stanowiący w niewielkim stopniu ograniczoną funkcjonalnie ale całkowicie bezpłatną alternatywę dla MATLAB-a. Scilab posiada kilkaset funkcji matematycznych, pozwala na operowanie nie tylko na liczbach ale także strukturach zaawansowanych (np. macierze, wektory), umożliwia rysowanie grafów oraz wykresów dwu- i trójwymiarowych. Zawiera swój interpreter oraz język programowania wysokiego poziomu. Może być wykorzystywany do, zarówno podstawowych jak i zaawansowanych, obliczeń w wielu dziedzinach np. algebra liniowa, analiza sygnałów fraktalnych, grafy i sieci, macierze, modele Markowa, modelowanie i symulacja układów dynamicznych, przetwarzanie obrazów i sygnałów, sieci neuronowe, statystyka, strategie ewolucyjne, szeregi czasowe i wiele innych. Umożliwia tworzenie wykresów 2D oraz 3D. Możliwe jest rysowanie grafów czy dokonywanie obliczeń na strukturach zaawansowanych. Użytkownik może dostosować program do swoich potrzeb, dostępny jest bezpośredni wydruk obliczeń oraz kopiowanie/wklejanie danych.Możliwości oprogramowania obejmują:

- rozwiązywanie układów liniowych i nieliniowych
- wyznaczanie wartości własnych i wektorów własnych
- rozwiązywanie równań różniczkowych
- wykorzystanie instrukcji warunkowych, pętli, funkcji
- dokonywanie obliczeń na wektorach i macierzach
- generowanie wykresów 2D i 3D
- eksport grafiki do formatów PNG, PPM, EMF, EPS, FIG, PDF, SVG
- przeprowadzanie operacji statystycznych
- rozwiązywanie zagadnień optymalizacyjnych
- przetwarzanie sygnałów
- przeprowadzania symulacji komputerowych (xcos).


Wylistujmy sobie kilka użytecznych dla zastosowań CAE programów

- Salome
- Octave
- Scilab
- Qcad / plus Partlibrary
- LibreCAD
- Kicad
- wxMaxima
- Qgis – mapy z Quantum
- Openfoam
- Elmer
- gmsh 
- Netgen
- Paraview
- Rkward
- Opencascade
- SweetHome3D 

Instalacja tych kilku wspomnianych programów typu CAE, razem z wieloma do nich dodatkami czy niezbędnymi bibliotekami może zająć dobre 3 GB przestrzeni na dysku, tyle mniej więcej, a w miarę instalowania dodatków nawet jeszcze więcej, oprogramowania w pakietach trzeba dociągnąć z repozytoriów dystrybucji Linuksa, aby stworzyć sobie dobre opensourcowe CAE na platformie Linux. 

Warto pamiętać, że wspomniane oprogramowanie może wymagać sporo fachowej wiedzy inżynierskiej czy naukowej, zatem hobbystyczne opanowanie wspomnianych programów może zająć trochę czasu, a czas nauki może pójść w miesiące, a nawet lata… 


============================

1 komentarz: