Por què Python para la ingenieria mecànica?

 Articulo traducido por google de la fuente:  

https://www.verytechnology.com/insights/why-mechanical-engineers-should-embrace-python-programming

 

Por qué los ingenieros mecánicos deberían adoptar la programación de Python?

Por: Jake Washam, Ingeniero mecánico senior. 

Hay un estereotipo que los ingenieros mecánicos intentan evitar la programación tanto como sea posible. Si no podemos automatizarlo en Excel, lo evitamos por completo. La programación generalmente lleva un asiento trasero (o sin asiento) en qué se centran los ingenieros mecánicos durante el trabajo diario. La mayor parte de la mentalidad de un ingeniero mecánico se centra en el diseño de la máquina , la dinámica y la ciencia de los materiales, no la programación. 

Sin embargo, lo que a menudo no nos damos cuenta es que aprender a programar puede ayudarnos a trabajar más inteligente en lugar de más difícil, especialmente en el mundo del desarrollo de IoT . Evitar la programación solo porque no le gusta programar o porque tiene miedo de que no pueda aprenderlo lo suficientemente bien puede terminar lastimándose a largo plazo.

Afortunadamente, hay lenguajes de programación que son lo suficientemente accesibles como para que pueda aprender los conceptos básicos con bastante rapidez. Python es uno de ellos, y para mí, se ha convertido en una herramienta invaluable para varias tareas en un entorno de ingeniería mecánica. 

¿Por qué un ingeniero mecánico necesitaría/querría aprender Python? 

Entonces, ¿por qué un ingeniero mecánico querría aprender a programar y, más específicamente, aprender a programar en Python?

En 2019, Python "alcanzó su calificación más alta en el índice mensual de Tiobe de popularidad del lenguaje de programación", escribe Paul Krill para Infoworld , y en 2020 y 2021 Python ocupó el primer lugar como el lenguaje de programación más popular, una posición que continúa a partir de julio de 2023 y que lo ganó la entrada de la fama del Index Tiobe Index.

Dada esta explosión en popularidad, un número creciente de empleadores está agregando Python a sus listas de habilidades requeridas. Sin embargo, esa es solo una razón para aprender este lenguaje de programación. Python, en su simplicidad, es muy amigable para los estudiantes; Su sintaxis trata de estar lo más cerca posible del inglés simple , para que pueda leer y escribir el código de Python en unas pocas horas. Más importante aún, dominar Python desbloquea un reino de oportunidades infinitas, ampliando su alcance en el mundo de la programación.

Python puede abrir puertas a un flujo de trabajo más rápido y optimizado , simular una gran cantidad de datos y, lo más importante, puede automatizar tareas aburridas y tediosas para que estén terminados en cuestión de segundos.

Vamos a sumergirnos en algunos ejemplos. 

 

¿Qué puede hacer un ingeniero mecánico con la programación de Python?

   

 ¿Qué puedes hacer exactamente con Python como ingeniero mecánico? Una de las cosas más útiles que puede hacer es ejecutar análisis numéricos.

Con los muchos paquetes que vienen con Python, como Numpy y Scipy , puede usar funciones incorporadas para ejecutar análisis numéricos más rápido y más fácil que nunca. Con Scipy, puedes integrar, trazar e incluso escasos sin pasar por el cálculo de la mano. Esto ahorra una gran cantidad de tiempo.

Con solo un poco de configuración al principio, puede usar Python para escribir un programa que ejecute cualquier cálculo que necesite en un instante.

 

Análisis numérico termodinámico

Otro ejemplo de lo que puede hacer es un análisis simple de elementos finitos. El análisis numérico de la termodinámica es un gran ejemplo; Con la herramienta Pyro, podemos calcular fácilmente "las propiedades termodinámicas más comunes a partir de la temperatura y la presión, como la densidad, la entalpía, la entropía, la energía interna, el peso molecular, los calores específicos, la relación de calor específica y el volumen específico". 

 

Dinámica de fluidos computacionales

La dinámica de fluidos computacional también se presta bien a la programación de Python. PYCFD utiliza el lenguaje para escribir y resolver ecuaciones diferenciales parciales, calcular ingenieros voluméticos de fluidos con ecuaciones Navier-Stokes y utilizar el método del elemento límite para resolver ecuaciones diferenciales parciales del valor límite. 

En general, esto crea tres beneficios principales para los ingenieros mecánicos en sus organizaciones. Primero, tenga en cuenta que el resto de la empresa puede usar sus scripts una vez que los haya escrito, así como puede usar el código de su colega. Esto ahorra tiempo para todos y le permite trabajar de manera más eficiente como equipo.

En segundo lugar, podemos aumentar aún más la automatización al secuestrar las funciones personalizadas en una plataforma como Onshape . Esencialmente, esto nos permite generar características personalizadas rápida y fácilmente para su uso en nuestros proyectos. Estos incluyen vigas personalizadas, perfil aerodinámico, engranajes espolones, tracers de rayos y cableado.

Finalmente, Python nos permite automatizar grandes cálculos que de otro modo pueden ser demasiado difíciles o lentos. El lenguaje sobresale en la aritmética del punto flotante y es capaz de manejar hasta 17 dígitos significativos. No es de extrañar que Python forme la base de marcos de aprendizaje automático intensivo matemáticamente intensivo (ML) como Pytorch .

¿Qué puede hacer la programación de Python para los ingenieros mecánicos que Matlab y Excel no pueden? 

  

 

Hay una razón por la que Excel y Google Sheets se usan tan ampliamente dentro de las empresas. Las hojas de cálculo tienen muchas características fáciles de usar y es bastante rápido que los nuevos usuarios aumenten grandes proyectos en estos programas.

Sin embargo, Excel y otros similares tienen sus limitaciones. Excel sufre cuando los datos se vuelven muy grandes. Python, por otro lado, es la herramienta de ciencia de datos para trabajos de big data.

Las características de alto nivel de Python no solo aceleran el desarrollo del código y hacen que la resolución sea más intuitiva, sino que la comunidad científica ya tiene una gran cantidad de bibliotecas que están listas para usar fuera de la caja.

Estos incluyen paquetes científicos como Numpy y Scipy que mencionamos anteriormente, pero esa es solo la punta del iceberg.

Matplotlib es una biblioteca de trazado de gráficos 2D que es ideal para trabajos científicos y de ingeniería, mientras que Sympy está diseñado específicamente para tareas de computación simbólica que van desde cálculo hasta física cuántica.

Incluso hay Mechpy , una caja de herramientas de Python construida solo para ingenieros mecánicos.

 

 

Cuando comparamos Matlab con Python , la diferencia también es clara. Si bien ambos son idiomas interpretados, existen diferencias técnicas y filosóficas entre ellos.

Además de detalles como las variaciones en la sintaxis de Matlab y Python, Python es mucho más versátil que Matlab, tiene una comunidad de apoyo mucho más vibrante y tiene la mayor parte de la misma funcionalidad. La excepción es el Simulink para simulación y diseño basado en modelos de Matlab.

Estos detalles técnicos se derivan principalmente de sus enfoques divergentes para el desarrollo: MATLAB es un software patentado de código cerrado, mientras que Python es un proyecto de código abierto que es compatible con cientos de desarrolladores.

Esto finalmente se reduce a algunos beneficios clave a favor de Python. Primero, la versatilidad de Python nos permite hacer más con menos. El mismo programa puede integrar funciones de múltiples bibliotecas, simplificar los flujos de trabajo y requerir menos entrada del usuario. Y todos sabemos qué sucede cuando una empresa tiene demasiadas hojas de cálculo . La programación de Python reduce esta complejidad al permitirnos combinar gran parte de este trabajo en una sola plataforma unificada.

Importancia de la programación de Python para ingenieros mecánicos

La programación de computadoras puede no ser nuestro enfoque principal como ingenieros mecánicos, pero en el mundo digital actual, estas habilidades son cruciales. Aprender un idioma fácil de usar como Python puede pagar grandes dividendos. Dado que este idioma de ingenieros comecánicos pre-equipados con todas las herramientas científicas y matemáticas que necesitamos, es fácil expandir las secuencias de comandos de Python en muchos casos de uso a medida que su comando crece.

Hay una buena razón por la que hemos visto un ascenso meteórico en la popularidad de Python. Es uno de los tres idiomas oficiales en Google. Es la base de los principales servicios como Dropbox y Netflix . Al igual que estos servicios web, nuestros diseños mecánicos se benefician de la experiencia de Python.