اسکرپیت نویسی در آباکوس با زبان برنامه نویسی پایتون

اهداف آموزش: در این آموزش شما با نحوه اسکریپت نویسی در آباکوس توسط زبان برنامه نویسی پایتون شامل دستورات مقدماتی زبان برنامه‌نویسی Python و مقدمات لازم جهت شروع اسکریپت نویسی (Scripting) در ABAQUS آشنا خواهید شد.

سرفصل‌های این آموزش:

1. رابط کاربری Abaqus/CAE و Abaqus Scripting
2. اسکریپت چیست؟
3. مقدمه‌ای بر پایتون جهت اسکریپت‌نویسی در آباکوس
   • انواع داده اولیه در پایتون
   • نامگذاری متغیرها در پایتون
4. منابع جهت کد نویسی در آباکوس

تذکر: در تاریخ 17 آبان 95 آموزشی تحت عنوان “مقدمه‌ای بر سابروتین نویسی در آباکوس توسط فرترن – FORTRAN” در سایت درج شد.

رابط کاربری Abaqus/CAE و Abaqus Scripting

شاید دانستن این نکته برای شما جالب باشد که وقتی شما از محیط کاربری Abaqus/CAE برای ایجاد مدل هندسی و مشاهده نتایج استفاده می‌کنید (در اصطلاح GUI)، دستورات اجرا شده توسط شما پس از هر عملی به شکل یک کد ایجاد و ذخیره خواهد شد. این دستورات حاوی اطلاعاتی از نحوه ایجاد مدل هندسی و تغییر تنظیمات مربوطه در تمامی پنجره‌هایی است که در هر ماژول از آن استفاده کرده‌اید. GUI یا رابط کاربری آباکوس، تمامی دستورات مورد نظر را در یک زبان برنامه‌نویسی شی‌گرا به نام Python ایجاد خواهد کرد. تمامی دستورات ایجاد شده توسط هسته مرکزی یا Kernel آباکوس ترجمه شده و بر اساس تنظیمات ایجاد شده در آن، کاربر نمایش بصری از دستور صادر شده را مشاهده می‌کند. در واقع Kernel مغز متفکر پشت پرده Abaqus/CAE و GUI رابط کاربری بین کاربر و Kernel است.

اسکریپت چیست؟

مطابق توضیحات بالا اکنون می‌دانید که تمامی اعمال و دستورات شما در آباکوس در قالب خطوط دستوری ذخیره می‌شود. به عبارت بهتر، رابط کاربری که شما از آن استفاده می‌کنید تنها یک محیط بصری و گرافیکی است که تبدیل آن به کد پایتون و تفسیر کد ایجاد شده بر عهده هسته مرکزی یا همان مغز متفکر آباکوس است. محیط اسکریپت‌نویسی آباکوس این امکان را برای شما فراهم می‌کند تا به شکل مستقیم با Kernel نرم‌افزار ارتباط برقرار کرده و به نوعی GUI تعبیه شده را فراموش کنید. فایلی که حاوی دستورات محیط اسکریپت‌نویسی آباکوس است یک اسکریپت نامیده می‌شود. شما می‌توانید از یک اسکریپت در موارد زیر استفاده کنید:

• انجام یک عمل یا دستور تکراری. برای مثال می‌توانید اسکریپتی ایجاد کنید که به محض آغاز Abaqus/CAE کتابخانه کاملی از مواد مهندسی مورد نظر و پرکاربرد شما را ایجاد کند تا با ورود به ماژول Property در اختیار شما قرار گیرد. همچنین می‌توانید اسکریپتی بنویسید که در ماژول Job به اجرای حل بپردازد.
• ایجاد یک مسئله پارامتریک. برای مثال، می‌توانید اسکریپتی بنویسید که به شکل گام به گام به اصلاح مدل هندسی پرداخته و نتایج تحلیل را آنالیز کند. این اسکریپت می‌تواند به نحوی نوشته شود تا به اطلاعات خروجی دسترسی داشته، نتایج مورد نظر را نمایش دهد و داده‌های خاص مورد نظر کاربر را نیز ثبت نماید.
• می‌توانید از طریق اسکریپت‌نویسی به ایجاد و اصلاح مدل‌هایی بپردازید که به شکل مستقیم در Abaqus/CAE در حال ایجاد کردن آن هستید. در واقع رابط کاربری اسکریپت‌نویسی در آباکوس، یک API یا Application Programming Interface برای مدل‌های ایجاد شده توسط کاربر است.
• دسترسی به داده‌های خروجی. برای مثال، ممکن است نیاز داشته باشید تا به کمک نتایج تحلیل، پس‌پردازش دلخواه خودتان را ایجاد نمایید. شما می‌توانید داده‌های دلخواه خود را در Output Database ثبت کرده و از طریق ماژول Visualization به مشاهده نتایج دلخواهتان بپردازید.

از آن‌جایی که برای درک و یا نوشتن اسکریپت اختصاصی مورد نظرتان به آشنایی کامل با زبان برنامه‌نویسی پایتون نیاز خواهید داشت، در ادامه به شکل بسیار مقدماتی، مفاهیم اولیه زبان Python را که در اسکریپت‌نویسی در آباکوس به آن نیاز پیدا خواهید کرد به شما معرفی ‌می‌کنیم. توصیه ما این است جهت درک کامل و جامع موضوع، به منبع معرفی شده در انتهای پست مراجعه نمایید.

مقدمه‌ای بر پایتون (Python)

پایتون زبان برنامه‌نویسی متن باز یا Open Source، شی‌گرا و داینامیک است که کدهای نوشته شده توسط آن در محدوده وسیعی از پلتفرم‌ها نظیر ویندوز، مک و دستگاه‌های قابل حمل نظیر تلفن‌های همراه قابل اجرا و استفاده می‌باشد. پایتون را باید زبانی تفسیری و سطح بالا دانست که اولین بار در سال 1990 میلادی توسط فردی به‌نام Guido van Rossum ایجاد شد. شاید Guido نیز فکر نمی‌کرد کار بر روی پروژه شخصی خود در زمان اوقات فراغت و بیکاری بعدها به پروژه‌ای بسیار کارآمد و مفید تبدیل شود.  اولین نسخه پایتون در سال 1991 انتشار یافت و تا سال 2000 عملا توسعه و بروزرسانی آن توسط مؤسسه ملی تحقیقات و ابتکارات (CNRI)  واقع در ایالات متحده آمریکا انجام می‌شد؛ تا اینکه در سال 2000 تیم توسعه دهنده پایتون به آزمایشگاه‌های پایتون منتقل شدند.

ویژگی‌هایی نظیر شی‌گرایی، متن‌باز بودن، قابلیت اجرای مجازی بر روی هر پردازش‌گر، درونی‌سازی و گسترش، سهولت یادگیری و استفاده پایتون را به زبانی محبوب و پرکاربرد در میان علاقمندان حوزه برنامه‌نویسی تبدیل کرده است. شاید جالب باشد بدانید برنامه‌هایی نظیر BitTorrent، Blender، Chandler، Mailman و Zope از معروف‌ترین برنامه‌هایی به‌شمار می‌روند که با پایتون نوشته شده‌اند.

انواع داده اولیه در پایتون

• متغیرها : به شکل ساده، متغیر نامی است که به یک مقدار نسبت داده می‌شود. اگر تجربه کار با زبان‌های برنامه‌نویسی را داشته باشید می‌دانید که در اکثر زبان‌های برنامه‌نویسی برای استفاده از متغیرها باید ابتدا به تعریف آن‌ها بپردازید. در زبان پایتون برای تعریف یک متغیر کافیست آن‌را مقداردهی کنید. به عبارت بهتر نیازی به تعریف جداگانه وجود ندارد.
• داده منطقی یا Boolean : متغیرهای منطقی یا در اصطلاح Logical Varaibles می‌توانند یکی از دو مقدار درست (True) یا غلط (False) را در خود جای دهند (برای مثال abc= True).
• اعداد صحیح کوتاه (Plain): این نوع از داده ورودی می‌تواند اعداد صحیح در محدوده 2147483648- تا 2147483647 را در بر گیرد (مثال: L=5625).
• اعداد صحیح بلند (Long) : این نوع از داده، اعداد صحیح را تا جایی که حافظه اجازه دهد در خود نگهداری می‌کنند.
• اعداد اعشاری (Float): این نوع داده قابلیت ذخیره‌سازی اعداد اعشاری را در خود دارد (مثال: Pi=3.14159).
• اعداد مختلط (Complex): به کمک این نوع داده قادر خواهید بود به کار با اعداد مختلط بپردازید (مثال: z1=2-3j).
• رشته‌ها (String): یکی از ویژگی‌های ضروری در هر زبان برنامه‌نویسی قابلیت ذخیره‌سازی و کار با رشته‌هاست. در این نوع داده نمی‌توانید به‌شکل مستقیم کاراکترها را تغییر دهید (مثال: string1=abaqus, string2=3ds string1+string2=abaqus3ds).
• Unicodes: این نوع از داده‌ها همانند رشته عمل می‌کنند اما فرمت ذخیره‌سازی رشته‌ها در آن Unicode خواهد بود.

نامگذاری متغیرها در پایتون

بحث نامگذاری و استفاده از متغیرها در یک زبان برنامه‌نویسی از اهمیت بالایی برخوردار است. در نامگذاری متغیرها در پایتون مجاز هستید ترکیبی از حروف و اعداد را بکار گیرید. اما نکته‌ای که باید به آن توجه داشته باشید Case Sensitive بودن یا حساسیت زبان پایتون به بزرگی و کوچکی حروف است؛ در واقع از نظر پایتون دو متغیر Abaqus و abaqus با یکدیگر یکسان نبوده و معرف دو متغیر مجزا از نظر مقدار و حتی نوع هستند. همچنین اصول و قوانین زبان پایتون برای نامگذاری متغیرها به شکل خلاصه عبارتند از:

• نام متغیر باید با یک حرف شروع شود.
• کاراکترهایی نظیر #, $, %, ^ نباید در نامگذاری مورد استفاده قرار گیرد.
• برخی از نام‌ها و اسامی، معرف متغیرهای رزرو شده توسط پایتون است و متغیر مورد نظر شما نباید از بین این اسامی رزرو شده باشد. به‌عنوان مثال استفاده از اسامی نظیر if، for، class و … در نامگذاری متغیر مجاز نمی‌باشد. در صورت استفاده از هر یک از موارد فوق، برنامه از روند عادی اجرا خارج شده و متوقف می‌گردد.

منابع جهت اسکرپیت نویسی در آباکوس

در بخش معرفی دستورات و قواعد مربوط به زبان برنامه‌نویسی پایتون از کتاب “زبان برنامه‌نویسی پایتون، نوشته سجاد رضایی” استفاده شده است. به شما همراهان عزیز و علاقمند توصیه می‌کنم کتاب فوق را تهیه کرده و به مطالعه آن بپردازید. همچنین جهت آشنایی بیشتر میتوانید به سایت رسمی پایتون مراجعه فرمایید. بدیهی است تسلط شما بر اصول و قواعد حاکم بر این زبان برنامه‌نویسی، در اسکریپت‌نویسی آباکوس کارگشا و سودمند خواهد بود.

منبع: آکادمی نرم‌افزارهای مکانیک