Engenharia Computacional - Computational engineering
Ciência e engenharia computacional ( CSE ) é uma disciplina relativamente nova que lida com o desenvolvimento e aplicação de modelos computacionais e simulações, muitas vezes juntamente com computação de alto desempenho , para resolver problemas físicos complexos que surgem na análise e design de engenharia (engenharia computacional) também como fenômenos naturais ( ciência da computação ). O CSE foi descrito como o "terceiro modo de descoberta" (ao lado da teoria e da experimentação).
Em muitos campos, a simulação por computador é essencial para negócios e pesquisa. A simulação por computador oferece a capacidade de entrar em campos que são inacessíveis à experimentação tradicional ou onde a realização de pesquisas empíricas tradicionais é proibitivamente cara. O CSE não deve ser confundido com ciência da computação pura , nem com engenharia da computação , embora um amplo domínio no primeiro seja usado no CSE (por exemplo, certos algoritmos, estruturas de dados, programação paralela, computação de alto desempenho) e alguns problemas no último podem ser modelado e resolvido com métodos CSE (como área de aplicação).
Normalmente é oferecido como um programa de mestrado ou doutorado .
Métodos
Os métodos e estruturas de Ciência Computacional e Engenharia incluem:
- Computação de alto desempenho e técnicas para ganhar eficiência (por meio da mudança na arquitetura do computador, algoritmos paralelos, etc.)
- Modelagem e simulação
- Algoritmos para resolver problemas discretos e contínuos
- Análise e visualização de dados
- Fundamentos matemáticos: álgebra linear numérica e aplicada, problemas de valor inicial e limite, análise de Fourier, otimização
- Data Science para desenvolver métodos e algoritmos para lidar e extrair conhecimento de grandes dados científicos
No que diz respeito à computação, a programação de computadores, algoritmos e computação paralela desempenham um papel importante na CSE. A linguagem de programação mais usada na comunidade científica é FORTRAN . Recentemente, C ++ e C aumentaram em popularidade em relação ao FORTRAN. Devido à riqueza do código legado em FORTRAN e sua sintaxe mais simples, a comunidade de computação científica tem demorado a adotar completamente o C ++ como a língua franca. Por causa de sua maneira muito natural de expressar cálculos matemáticos e suas capacidades de visualização embutidas, a linguagem / ambiente proprietário MATLAB também é amplamente utilizado, especialmente para o desenvolvimento rápido de aplicativos e verificação de modelos. Python junto com bibliotecas externas (como NumPy , SciPy , Matplotlib ) ganhou alguma popularidade como uma alternativa gratuita e Copycenter para MATLAB.
Formulários
A Ciência e Engenharia Computacional encontra diversas aplicações, incluindo em:
- Engenharia Aeroespacial e Engenharia Mecânica : simulações de combustão , dinâmica estrutural , dinâmica de fluidos computacional , termodinâmica computacional , mecânica dos sólidos computacional, simulação de acidente de veículo, biomecânica, cálculo trajetória de satélites
- Sistemas astrofísicos
- Simulações de campo de batalha e jogos militares, segurança interna , resposta a emergências
- Biologia e medicina : simulações de dobramento de proteínas (e outras macromoléculas), bioinformática, genômica, modelagem neurológica computacional, modelagem de sistemas biológicos (por exemplo, sistemas ecológicos), ultrassom 3D de TC, imagens de ressonância magnética, bionetworks moleculares, câncer e controle de convulsões
- Química : cálculo das estruturas e propriedades de compostos / moléculas químicas e sólidos, química computacional / quiminformática, simulações de mecânica molecular, métodos químicos computacionais em física de estado sólido, transporte de poluição química
- Engenharia Civil : análise de elementos finitos , estruturas com cargas aleatórias, engenharia de construção, sistemas de abastecimento de água, modelagem de transporte / veículos
- Engenharia da Computação , Engenharia Elétrica e Telecomunicações : VLSI, eletromagnetismo computacional, modelagem de semicondutores, simulação de microeletrônica, infraestrutura de energia, simulação de RF, redes
- Epidemiologia : propagação da gripe
- Engenharia Ambiental e previsão numérica do tempo : pesquisa climática , geofísica computacional (processamento sísmico), modelagem de desastres naturais
- Finanças : precificação de derivativos, gestão de risco
- Engenharia Industrial : eventos discretos e simulações de Monte-Carlo (para sistemas de logística e manufatura, por exemplo), redes de filas, otimização matemática
- Ciência de Materiais : fabricação de vidro, polímeros e cristais
- Engenharia Nuclear : modelagem de reator nuclear, simulações de blindagem de radiação, simulações de fusão
- Engenharia de petróleo: modelagem de reservatório de petróleo, exploração de petróleo e gás
- Física : Física de partículas computacional, cálculo automático de interação ou decaimento de partículas, modelagem de plasma, simulações cosmológicas
- Transporte
Veja também
- Matemática Aplicada
- Ciência da computação
- Matemática computacional
- Dinâmica de fluidos computacional
- Eletromagnética computacional
- Computação de alto desempenho
- Matemática de engenharia
- Grandes Desafios
- Análise numérica
- Multifísica
Referências
links externos
- Instituto Oden de Engenharia e Ciências Computacionais
- Escopo da engenharia computacional
- Sociedade de Matemática Industrial e Aplicada
- Centro Internacional de Engenharia Computacional (IC2E)
- Instituto de Tecnologia da Geórgia, EUA, Programa de MS / PhD em Ciência e Engenharia Computacional
- O programa de pós-graduação da Universidade do Tennessee em Chattanooga
- Programa de Mestrado e Doutorado em Modelagem Computacional pela Universidade do Estado do Rio de Janeiro
- Ciência e Engenharia Computacional com Scilab
- Centro Internacional de Métodos Numéricos em Engenharia (CIMNE)