Izvēlies zinātnei un mācībām piemērotu atvērtā koda programmatūru

1. attēls. R-Studio lietotāja saskarne [blog.rstudio.com] 

Būvniecības inženierzinātņu fakultātes (BIF) Būvniecības un rekonstrukcijas institūta asociētais profesors Jānis Šliseris un docents Vadims Goremikins žurnāla “Būvinženieris” 2015. gada augusta numurā publicēja rakstu par atvērtā koda programmatūras lietošanas iespējām būvniecībā. Būvniecības nozarē stiprības un gaisa plūsma aprēķiniem viņi iesaka lietot atvērtā koda programmatūru nepārtrauktas vides mehānikas un fluīdu dinamikas (CFD) aprēķinu veikšanai. Ieteicamie aprēķinu moduļi ir Code_Aster, Salome un OpenFOAM. 

Ērtākam darbam ir jāizvēlas kāda saderīga grafiskās izstrādes vide, piemēram HelyxOS vai CAE Linux. 

HelyxOS programmatūras bezmaksas versijas gan pieejamas tikai datoriem ar Linux operētājsistēmu. Ar minētajiem aprēķinu moduļiem un izstrādes vidi var aizstāt komerciālo programmatūru ANSYS. 

2. attēls. CAE Linux lietotāja saskarne [caelinux.com] 

MTAF Mehānikas un Mašīnbūves institūta asociētais profesors Artis Kromanis zinātniskajā un studiju darbā lieto datorizētās projektēšanas un produktu izstrādes programmatūru Onshape. Šī gan nav atvērtā koda programmatūra, bet izglītības nolūkos to var lietot bez maksas. Akadēmiskās licences ietvaros izveidotie modeļi ir brīvi pieejami visiem lietotājiem. Onshape ir mākoņskaitļošanas programmatūra, un tās darbība nav tieši atkarīga no lietotāja dators opertētājsistēmas un veiktspējas. Jauna veida pieredzi var gūt, lietojot Onshape planšetdatoros ar skārienjutīgā ekrāna saskarni. 

3. attēls. Onshape lietotāja saskarne iOS vidē 

Vēl viena programmatūra, ko iesaka asoc. profesors Kromanis, ir Fusion 360, grafiskā izstrādes vide datorizētai projektēšanai un tehnoloģisko procesu modelēšanai. Programmatūrā integrēta datorizētās izgatavošanas tehnoloģiju modelēšana un elektronikas iespiedplašu sagatavošana. Izglītības nolūkos programmatūru var lietot bez maksas. 

Asoc. profesors Kromanis iesaka arī programmatūru, ar kuru var veikt mehānikas nozarei noderīgu datormodelēšanu. Simscale ir mūsdienīga mākoņskaitļošanas vide, kurā var veikt fluīdu dinamikas, nepārtrauktas vides mehānikas kā arī siltumapmaiņas aprēķinus. Šajā vidē lieto arī OpenFOAM aprēķinu moduli. Lietotāja saskarne ir pieejama interneta pārlūkā. Izglītības nolūkos programmatūru var lietot bez maksas, bet tiešsaistes datorimitācijas laiks katram lietotājam ir ierobežots 3000 stundu apjomā, un tajos iekļauti tikai nepārtrauktas vides mehānikas aprēķini. 

MTAF pētnieks Didzis Avišāns iesaka izmēģināt atvērtā koda programmatūru FreeCAD, ar ko var veikt datorizēto projektēšanu, kā arī stiprības un deformāciju aprēķinus, kuros izmanto galējo elementu metodi. 

RTU pielietotās zinātniskās programmatūrās sarakstā vienu pirmajām vietām lietotāju skaita ziņā ieņem skaitļošanas vide MATLAB. Šai programmatūrai ir pieejams vairākas atvērtā koda alternatīvas. 

Scilab ir izstrādes vide algoritmu izstrādei, skaitliskajai analīzei, datu vizualizēšanai kā arī grafiskajai modelēšanai, kurā lieto MATLAB un Simulink līdzīgu sintaksi. 

Vēl viena MATLAB alternatīva ir atvērtā koda programmatūra GNU Octave, kas ir izstrādes vide algoritmu veidošanai, skaitliskajai analīzei un datu vizualizēšanai, kurā arī lieto ar MATLAB saderīgu  sintaksi. 

Atšķirīga pieeja un sintakse ir izstrādes vidē, kas veidota pamatojoties uz programmēšanas valodu Python. 

Python ir vispārējas nozīmes augsta līmeņa programmēšanas valoda un izstrādes vide, kuras nozīmīgums universitātēs un pētniecības iestādes pašlaik pieaug. Python iespējas var paplašināt ar papildus bibliotēkām, kas ļauj pielietot šo valodu dažādu inženierzinātņu uzdevumu risināšanā, tai skaitā eksperimentu datu apstrādē. Nozīmīgas Python bibliotēkas: 

• Numpy – skaitļu masīvu apstrāde, padziļināta matemātiskā funkcionalitāte; 
• Pandas – datu manipulācija un apstrāde; 
• Matplotlib – 2 un 3 dimensiju grafiku un diagrammu veidošana. 

4. attēls. Spyder/Python lietotāja saskarne 

Python izstrādes vidi var papildināt arī ar dažādiem aprēķinu moduļiem, piemēram, Cantera. Cantera ir programmatūras vide ķīmiskās kinētikas un termodinamikas aprēķinu veikšanai, ar kuru var aizstāt programmatūru Chemkin. Cantera var lietot arī kā vielu un fluīdu termodinamisko un plūsmas parametru datubāzi. 

Ērtākam darbam ar Python ir vēlams lietot grafisku lietotāja saskarni. Spyder ir inžnenieraprēķiniem piemērota Python lietotāja saskarne un izstrādes vide. Tā iekļauta programmatūras pakotnē Anaconda. 

Anaconda pakotnē ir iekļauta arī Jupyter Notebook programmatūra. Tā ir interneta pārlūkprogrammā atverama lietotne, kurā var veidot interaktīvu dokumentu, kas var saturēt tekstu, vienādojumus, attēlus, kā arī izpildāmus Python un citu programmēšanas valodu (piemēram, R un MATLAB) koda fragmentus. Jupyter Notebook formāts ir piemērots, lai dalītos ar pētniecības vai mācību informāciju. 

MTAF docents Māris Gailis iesaka Jupyter Notebook vidē veidot interaktīvus mācību materiālus un laboratorijas darbu aprēķinus. 

5. attēls. Jupyter Notebook lietotāja saskarne 

RTU HPC centrā ir izveidots un darbojas Jupyter Notebook serveris. HPC centra vadītājs, Elektronikas un telekomunikāciju fakultātes (ETF) vadošais pētnieks Lauris Cikovskis aicina RTU pētniekus un mācībspēkus izmēģināt un izmantot šī pakalpojuma iespējas savā studiju un pētnieciskajā darbā. 

RTU HPC centra mājas lapā, kā arī Ortus sadaļā Zinātniskā programmatūra ir izveidots RTU darbības nozarēm aktuālās atvērtā koda un zemu izmaksu programmatūras saraksts ar norādēm par tās pielietojumu un iegūšanas nosacījumiem. 

Atvērtā koda programmatūras iniciatīva realizēta ar RTU Attīstības prorektora dienesta atbalstu.