MAKİNA MÜHENDİSLİĞİNDE BİLGİSAYAR EĞİTİMİ Doç.Dr. Taner DERBENTÜ İTÜ Makina Fakültesi ÖZET Bu çalışmanın amacı, ülkemizde makina mühendisliği lisans programlarında verilen bilgisayar eğitiminin bugünkü durumunu değerlendirmek ve etkinliğini irdelemektir. Çalışma üç bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde lisans programlarında verilen dersler incelenmiştir. İkinci bölümde bilgisayar donanım ve yazılımındaki gelişmeler gözden geçirilmiş ve üçüncü bölümde makina mühendisliği lisans eğitimi için bir bilgisayar ders programı öneriimişitir. 1. Makina Mühendisliğinde Bilgisayar Eğitiminin Bugünkü Durumu Üniversitelerimizin makina mühendisliği öğretimi yapan Fakülte ve bölümlerinin ders programları incelendiğinde müfredatlarda genel bilgisayar eğitimi kapsamında yer alan iki ders bulunduğu görülmektedir. Bunlar birinci veya ikinci sınıflarda okutulan bir programlama dersi ile, ikinci veya üçüncü sınıflarda okutulan bir sayısal analiz dersi olmaktadır. Programlama dersinde FORTRAN, BASIC veya PASCAL dillerinden biri ele alınarak öğrencinin program yazma becerisinin geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Bu ders haftada iki saat teorik, bir veya iki saat uygulama olarak gerçekleşmektedir, öğrenci sayısı ve derse ayrılan bilgisayar sayısı gözönüne alındığında öğrencinin derste uygulama olanağının sınırlı olduğu gözlenmektedir. Sayısal çözümleme dersi ise kök bulma, cebirsel denklem takımlarının çözümü, enterpolasyon, sayısal integrasyon ve adi diferansiyel denklemlerin çözüm algoritmaları ile sınırlı kalmakta, algoritmalar çoğu kez program olarak değil de cebirsel olarak veya çizelgelerle ifade edilmektedir. Yukarıda belirtilen iki ders dışında az sayıda öğrenci bitirme ödevlerinde veya proje çalışmalarında bilgisayardan yararlanmakta, kendi çabaları ile veya seçmeli dersler aracılığıyla öğrendikleri çizim veya genel amaçlı sonlu elemanlar programlarını (örneğin AUTO- CAD, ANSYS) bu çalışmalarında kullanmaktadır. Yüksek lisans programlarında uygulamalı matematik veya mühendislik problemlerinin modellemesine yönelik sayısal çözümleme ağırlıklı dersler bulunmasına karşın, öğrencinin 339
program yazma becerisi fazla gelişmemektedlr. Yüksek lisans programlarında genellikle hazır paket programların kullanımı yoluna gidilmektedir. 2. Bilgisayar Donanım ve Yazılımmdaki Gelişmelere Kısa Bir Bakış Bugün üniversitelerimizde eğitim amacı ile kullanılan üç tür bilgisayar vardır. Bunlar kişisel bilgisayarlar (PC), iş istasyonları (Work Station) ve büyük bilgisayarlardır (Main Frame). Bu bilgisayarların özellikleri Çizelge 1 'de gösterilmiştir. Bilgisayar Kişisel İş Büyük Bilgisayar İstasyonu Bilgisayar Bellek (MByte) 1-4 4-32 8-128 Sabit Disk (MByte) 20-100 100-1000 500-10000 İşlem Hızı (Mips) 1-8 2-12 5-50 Kullanıcı Sayısı 1 2-50 5- - 500 Fiyatı (Milyon TL.) 10-20 50-500 2000-50000 Çizeige 1. Bilgisayar Türleri ve Özellikleri Eğitim amacı ile bilgisayar seçiminde ana kıstaslar şunlardır: Eğitim programları için hız ve kapasite uygunluğu, öğrenciye rahat kullanım olanağı sağlama ve maliyet. Bu kıstaslara göre kişisel bilgisayarlar lisans düzeyinde eğitim amacına en uygun bilgisayarlar olmaktadır. Mühendislikte ve mühendislik eğitiminde kullanılan yazılımları birkaç grupta toplamak mümkündür. Bu gruplardan birincisi doğrudan yüksek programlama dilleridir. BASIC, FORTRAN, PAS- CAL ve C dillerinin çeşitli düzenlemeleri hem kişisel bilgisayar ve iş istasyonları hem de büyük bilgisayarlar için pazarianmaktadır. ' İkinci grup programlar kelime işlem programlarıdır. Rapor hazırlama ve benzer amaçlar için kullanılan bu programların kullanımı menülere dayandığından öğrenilmesi büyük bir çaba gerektirmemektedir. Yaygın olarak kullanılan kelime işlem programları arasında Word, Wordperfect, Wordstar, Chi-writerve Proffesional Write programları sayılabilir. Üçüncü grup programlar'spreadsheet' adı ile bilinen çizelge esasına dayalı programlardır. Bu programlar arasında Lotus, Supercalc, Maîhcad gibi programları saymak mümkündür. Özellikle Mathcad, kullanıcıya sağladığı geniş matematiksel işlem ve çizim olanakları ile mühendisler için çok kullanışlı bir yazılımdır. 340
Dördüncü grup programlar tasarım ve uygulama programlarıdır. Bu tür programlar genellikle sonlu elemanlar yöntemini kullanarak mühendislik yapılarının ve makina parçalarının mukavemet, gerilme, titreşim ve ısı geçişi çözümlemelerini gerçekleştirir. Bu programlar çok kuvvetli giriş ve çıkış olanaklarına sahiptirler. Dolayısıyla sonuçları grafik ve çizimlerle sunma olanağı vardır. Bu programlar arasında ANSYS, NASTRAN ve diğerleri sayılabilir. Bu programlar genellikle iş istasyonu veya büyük makinalarda çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Fakat bazılarının kişisel bilgisayarlarda çalışacak basitleştirilmiş düzenlemeleri bulunmaktadır. Beşinci grup programlar uzman sistemler (expert systems) adı altında yer alan programlardır. Tıp, yönetim bilimleri ve diğer birçok uzmanlık dalı gibi mühendislik alanlarında da bu tür programlar hızla geliştirilmektedir. İnsan karar verme sürecinin yerini almayı hedefleyen bu programlar dört modülden oluşmaktadır. Bunlardan birincisi geniş bir bilgi bankası veya veri tabanıdır. İkinci modül problem çözme ve bir mantık zincirine göre sonuç çıkarma işlevini yapar (inference machine). Üçüncü modül kullanıcı ile iletişimi sağlar, dördüncü modül ise sonuçları kullanıcıya aktarma ve açıklama görevini yerine getirir. Bu grup içinde yer alan yazar sistemler (authoring systems), bilgisayar yardımlı eğitimde öğretmeneders hazırlama vedersi öğrenciye göreplanlamaolanağıtanır.bellekve yardımcı bellek gereksinimi büyük olan bu programlar iş istasyonları veya büyük makinalarda çalışabilir. Yukarıda sözü edilen yazılımların büyük bir bölümünün geniş bir uzmanlar grubunca yazılımlarının ve genellikle yüksek bedellerle yurt dışından alındığı veya kiralandığı vurgulanmalıdır. 3. Maklna Mürsendisllği Lisans Eğitimi için önerilen Bilgisayar Dersleri Makina Mühendisliği Lisans Eğitiminde bilgisayar dersleri tasarlanırken öğrenciye aşağıdaki becerilerin kazandırılması amaçlanmalıdır: < a. Problem çözümüne mantıklı, algoritmik bir yaklaşım, program yazma becerisi, b. Hesap yapma, çizim, rapor yazma gibi günlük mühendislik işlemlerinde bilgisayara yakınlık, e. Mikroelektronik ve iletişim donanımı ile yakınlık, bu alanlardaki teknolojik gelişmeyi anlayabilme ve izleyebilmek, d. Başkaları tarafından programlanmış yöntemleri uygulayabilme, diğer bir deyişle uygulama programlarını kullanabilmek. Bu amaçları sağlayacak değişik öğretim programları düzenlenebilir. Aşağıda bu tür bir program önerilmektedir. 341
Mühendislik eğitimine başlayan bir öğrenci, birinci yılda bilgi işlem teknolojisine ilişkin bilgiler edinmeli, bu alanda kullanılan kavram, dil ve terimlere yakınlık sağlamalı, rapor yazma ve hesap işlerinde bilgisayarı kullanabilme becerisini edinmelidir. Bu amaçla birinci veya ikinci yarıyılda üç veya dört kredilik (haftada üç veya dört saatlik) bir ders almalıdır. Bu derste bir kelime işlem programı (örneğin Word) ile çizim olanakları sağlayan bir 'spreadsheet' programı da (örneğin Mathcad) öğretilmelidir. Bu dersin iki saati uygulamaya ayrılmalıdır. Yukarıdaki dersi alarak bilgisayar kullanma alışkanlığını edinen öğrenci, üç veya dördüncü yarıyıllardan birinde problemlere algoritmik yaklaşma becerisini kazanacağı bir programlama dersini almalıdır. Üç veya dört kredilik olacak bu derste öğrenci FORTRAN veya C gibi yüksek düzeyde bir programlama dilini öğrenmelidir. Bu dersin de iki saati uygulamaya ayrılmalıdır. Bugünkü eğitim programlarında yer alan sayısal analiz dersi matematik dersleri arasına alınmalıdır. Öğrenci dördüncü yarıyıldan başlayarak, meslek dersleri ile ilgili olarak öğretim üyelerinin kendilerinin hazırladıkları uygulama programlarını kullanmalı, kendisi de basit uygulama programları yazmaya ödevler aracılığıyla özendirilmelidir. Uygulama problemlerini öğretim üyelerinin yazmaları ortaya çıkacak sorunların hemen çözebilmesi ve programlarda gerekli değişikliklerin yapılabilmesi içindir. Makina laboratuvarı dersi kapsamında öğrenci bir veya iki deneyde bilgisayarı bir ölçüm, kayıt ve çözümleme cihazı olarak kullanmalıdır, öğrenci bir şekilde bir deney tesisatında ölçüm için gerekli mikroelektronik donanım ve yazılım hakkında bilgi sahibi olacaktır. SONUÇ Bu çalışmada makina mühendisliği öğretimi kapsamındaki bilgisayar dersleri ele alınmış ve bilgisayar eğitiminin daha etkin ve bugünün koşullarına uygun olması için öneriler sunulmuştur. 342
KAYNAKALR 1. BOYES, E. ve J. THYGARAJAN, The Evaluation of an Undergraduate Computer Course at the University of Liverpool, Computer Education, June 1992, S. 9-12. 2. CLARK, A. ve T. CLARKE, Experiments and Models-A New Scie.itific Technique, Computer Education, November 1990, S. 25-28. 3. HONG, J. The Application of Expert Systems in CAI, Computer Education, February 1989, S. 27-28. 4. KILKIŞ, B. Makina Elemanları özelinde Bilgisayar Yardımı ile Eğitim, Birinci Ulusal Makina Mühendisliği Eğitimi Sempozyumu, 25-27 Ekim 1989, Bildiriler Kitabı, S. 335-344. 5. LEE, B.S. Are Computer Science Courses Meeting the Needs of Industry, Computer Education, June 1989, S.29-30. 6. STALUNGS, W., S. HUTCHINSONve S. SAWYER Computer: The User's Perspective, Times Mirror/Mosby College Publishing, St. Louis, 1988. 343
ISBN 975-395-078-0