能源動力類計算機軟件使用情況調(diào)研

周騖　徐鑫　徐潔

摘 要 在高質(zhì)量人才的培養(yǎng)過程中需充分注重相關(guān)專業(yè)計算機軟件使用能力的培養(yǎng)。本文對能源和動力工程不同專業(yè)的在讀學(xué)生、教師、研究與技術(shù)人員進行了調(diào)研，了解相關(guān)專業(yè)軟件的使用情況，結(jié)果顯示，使用較廣泛和使用頻率較高的軟件主要包括計算流體動力學(xué)仿真軟件、數(shù)據(jù)分析和科學(xué)計算軟件、機械制圖軟件和數(shù)據(jù)采集軟件等。調(diào)研結(jié)果對教學(xué)課程內(nèi)容的安排和教學(xué)改革的設(shè)計有一定的參考作用，也為相關(guān)學(xué)生、研究和技術(shù)人員在學(xué)習(xí)選擇上提供了參考。

關(guān)鍵詞 能源動力 軟件 使用情況 流體動力學(xué) 科學(xué)計算

中圖分類號：TP319? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2021.02.078

Investigation on the Use of Energy and Power Computer Software

——Arrange teaching content for software practice course

ZHOU Wu[1][2]， XU Xin[1][2]， XU Jie[1][2]

（[1] School of Energy and Power Engineering， University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093;

[2] Shanghai Key Laboratory of Multiphase Flow and Heat Transfer for Power Engineering， Shanghai 200093）

Abstract In the process of cultivating high-quality talents， we need to pay full attention to the cultivation of computer software use ability of related majors. In this paper， students， teachers， researchers and technicians in different majors of energy and power engineering were investigated to understand the use of relevant professional software. The results show that the widely used and frequently used software mainly includes computational fluid dynamics simulation software， data analysis and scientific computing software， mechanical drawing software and data acquisition software. The research results can be used as a reference for the arrangement of teaching content and the design of teaching reform， as well as for the relevant students， researchers and technicians in the choice of learning.

Keywords energy and power; softare; usage; fluid dynamics; scientific computing

0 緒論

隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，社會信息化程度極大提高，各行業(yè)的長足發(fā)展也與數(shù)字化計算機技術(shù)緊密相連。在高等院校的學(xué)生培養(yǎng)過程中，毫無疑問應(yīng)充分考慮到相關(guān)行業(yè)對于計算機軟件使用的實際需求，開設(shè)相應(yīng)的計算機軟件理論和實踐課程，培養(yǎng)學(xué)生使用計算機軟件以解決實際問題的能力。為給相關(guān)專業(yè)本科生培養(yǎng)計劃中計算機軟件課程選擇及內(nèi)容安排提供參考，本文就目前常用的能源動力類的計算機軟件使用情況進行了調(diào)研和分析。

1 問卷設(shè)計

針對能源動力行業(yè)常用的幾類軟件，如以Ansys為代表的計算流體動力學(xué)仿真軟件、以Matlab和Python為代表的數(shù)據(jù)分析和科學(xué)計算軟件、以AutoCAD、Solidworks和ProE為代表的機械制圖軟件、以LabView為代表的數(shù)據(jù)采集軟件、以Aspen Plus為代表的流程系統(tǒng)模擬軟件和以Abaqus為代表的結(jié)構(gòu)力學(xué)計算軟件等，分別調(diào)研不同類型軟件的使用頻率以及各軟件的受歡迎和推薦程度。

問卷共12題，前2題對問卷人員的身份和研究方向進行了解，第3題調(diào)研不同類別軟件的使用頻率，第4-8題分別調(diào)研各類軟件中不同軟件的使用頻率，第9-11題分別了解Ansys和Matlab軟件中使用頻率較高的模塊，第12題調(diào)研大家對各軟件的推薦程序。

問卷以能源和動力相關(guān)專業(yè)的部分在校師生及畢業(yè)生為主要發(fā)放對象，通過微信等途徑發(fā)放電子版調(diào)研問卷，共獲得271份有效問卷。

2 調(diào)研結(jié)果及分析

通過對填寫問卷人員的身份進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)在讀學(xué)生和已工作人員分別為157和114人，具體專業(yè)主要包括制冷、熱能、動力機械、工程熱物理、化工機械、新能源、流體力學(xué)、流體機械等方向，基本涵蓋了動力工程及工程熱物理學(xué)科的相關(guān)方向，樣本具有一定的代表性。對不同類型軟件的使用頻率進行調(diào)研，如圖1所示，其中平均得分高表示軟件使用頻繁。1-2分到表示使用很少，3分表示僅使用過幾次，4分表示偶爾使用（約每月一次），5分表示經(jīng)常（約每周一次），6非常頻繁（約每天都用）。圖1的結(jié)果表明使用最頻繁的是機械制圖軟件，其次是科學(xué)計算類軟件，計算流體動力學(xué)軟件和圖像處理軟件，其它類型的軟件使用較少。

在機械制圖方面，目前主流軟件包括AutoCAD，Solidworks，ProE和UG。從圖2可見，用戶常用的機械制圖軟件是AutoCAD和Solidworks，[1]分別占了68.27%和50.18%（調(diào)研中可以多選，下同）。

在科學(xué)計算方面（圖3），Excel由于其上手容易，操作簡單，目前仍是大部分用戶做簡單計算的首選;自1984年Matlab首次發(fā)布后，迅速得到用戶的青睞，隨后其功能逐漸完善，發(fā)展成了一個集數(shù)值處理、圖形處理、圖像處理、符號計算、文字處理、數(shù)學(xué)建模、實時控制、動態(tài)仿真、信號處理為一體的數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件。作為一款強大的科學(xué)計算軟件，其豐富的功能以及友好的界面讓許多用戶備受好評，在此次調(diào)研中也有超過一半的用戶使用。

在流體力學(xué)計算方面，目前可用的軟件種類較多。如圖4所示，Ansys軟件Fluent模塊的使用人數(shù)占了被調(diào)研人員的一半，其次使用較多的是Ansys軟件CFX模塊，這也表明該軟件已成為主流，其物理模型多樣，且計算快，穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性好。[2，3]Comsol，F(xiàn)ortan以及OpenFOAM開源軟件等的使用人數(shù)次之。也有一部分人（55人，以學(xué)生為主）沒有使用過這類軟件。

在數(shù)據(jù)采集方面，并沒有某一類軟件特別突出，如圖5所示，有34.32%的用戶選擇了數(shù)據(jù)采集設(shè)備自帶的軟件，35.42%的用戶仍然對Matlab情有獨鐘。這可能是由于較多設(shè)備自帶軟件一般都有數(shù)據(jù)采集和存儲功能，數(shù)據(jù)量不大時一般也不需要特殊的數(shù)采軟件。LabView作為一個完全的儀器開發(fā)系統(tǒng)軟件，其功能也包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其由于大大簡化了程序設(shè)計，具有省時高效等諸多優(yōu)點，[4]因此受到24.35%的用戶的選擇。

圖6展示了按學(xué)習(xí)意愿或推薦度排序后的統(tǒng)計結(jié)果。可見，最受歡迎或最常用到的五個軟件分別是：Ansys，Matlab，Python，AutoCAD和Solidworks;其中Python這一后起之秀，由于在深度學(xué)習(xí)和人工智能方面顯示出強大功能，近幾年受到相關(guān)人員的較高推薦。若將相同類型軟件并為一類，即Ansys、Fortran和COMSOL均主要用于物理場仿真計算，Matlab和Python用于科學(xué)計算，AutoCAD和Solidworks用于制圖，則排名前五的不同軟件類型為流體力學(xué)計算軟件（Ansys，F(xiàn)ortan或COMSOL），科學(xué)計算軟件（Matlab或Python），機械制圖軟件（AutoCAD或Solidworks），數(shù)據(jù)采集軟件（Labview）和流程模擬軟件（AspenPlus）。

3 結(jié)論

本文對能源和動力工程相關(guān)專業(yè)涉及的計算機軟件使用情況進行調(diào)研，結(jié)果表明使用較多的包括用于流體動力學(xué)計算的Ansys軟件（主要是Fluent和CFX模塊），科學(xué)計算的Matlab和Python軟件，機械制圖的AutoCAD和Solidworks軟件等;這為教師課程安排和學(xué)生學(xué)習(xí)方向提供了參考。

參考文獻

[1] 林玲玉，王攀攀，張蒙蒙.AutoCAD、SolidWorks在機械制圖教學(xué)中的應(yīng)用[J].黑龍江科學(xué)，2020，11（17）：84-85.

[2] Heat and Fluid Flow; Research Conducted at CONICET Has Updated Our Knowledge about Heat and Fluid Flow [Comparing Ansys Fluent ?and Openfoam ? Simulations of Geldart A， B and D Bubbling Fluidized Bed Hydrodynamics][J].Computers， Networks & Communications，2020.

[3] 方坤.計算流體力學(xué)的幾種常用軟件[J].煤炭技術(shù)，2006（12）：124-125.

[4] 張立霞.LabVIEW軟件應(yīng)用教程[J].電子世界，2020（14）：80-81.