Integrated computational materials engineering
انٹیگریٹڈ کمپیوٹیشنل میٹریل انجینئرنگ (آئی سی ایم ای) مصنوعات، ان پر مشتمل مواد، اور ان سے وابستہ مواد کی پروسیسنگ کے طریقوں کو متعدد لمبائی کے پیمانوں پر مواد کے ماڈلز کو جوڑ کر ڈیزائن کرنے کا ایک نقطہ نظر ہے۔ کلیدی الفاظ "انٹیگریٹڈ" ہیں، جن میں متعدد لمبائی کے پیمانوں پر ماڈلز کو مربوط کرنا شامل ہے، اور "انجینئرنگ"، جو صنعتی افادیت کی نشاندہی کرتا ہے۔ توجہ مواد پر مرکوز ہے، یعنی۔ یہ سمجھنا کہ عمل کس طرح مادی ڈھانچے پیدا کرتے ہیں، یہ ڈھانچے کس طرح مادی خصوصیات کو جنم دیتے ہیں، اور کسی دی گئی درخواست کے لیے مواد کا انتخاب کیسے کرتے ہیں۔ کلیدی روابط عمل-ڈھانچے-املاک-کارکردگی ہیں۔ قومی اکادمیوں کی رپورٹ کسی مواد کے عمل-ڈھانچے-املاک-کارکردگی کو حاصل کرنے کے لیے ملٹی اسکیل میٹریل ماڈلنگ کے استعمال کی ضرورت کو بیان کرتی ہے۔ آئی سی ایم ای میں معیاری کاری مخصوص مصنوعات کے لیے مواد ڈیزائن کرنے کے مہتواکانکشی آئی سی ایم ای مقصد کو پورا کرنے کے لیے ایک بنیادی ضرورت ہے۔ اجزاء جزو کی تاریخ کی ایک مربوط اور بین الضابطہ کمپیوٹیشنل تفصیل ہے جو یکساں، آئسوٹروپک اور تناؤ سے پاک پگھلنے والے ریسپ کی ابتدائی حالت سے شروع ہوتی ہے۔ گیس کا مرحلہ اور بعد میں پروسیسنگ کے مراحل کے ذریعے جاری رہنا اور آخر کار آپریشنل بوجھ کے تحت ناکامی کے آغاز کی تفصیل میں ختم ہونا۔ انٹیگریٹڈ کمپیوٹیشنل میٹریلز انجینئرنگ مصنوعات، ان پر مشتمل مواد، اور ان سے وابستہ مواد کی پروسیسنگ کے طریقوں کو متعدد لمبائی کے پیمانوں پر مواد کے ماڈلز کو جوڑ کر ڈیزائن کرنے کا ایک نقطہ نظر ہے۔ اس طرح آئی سی ایم ای کو قدرتی طور پر مختلف قسم کے ماڈلز اور سافٹ ویئر ٹولز کے امتزاج کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس طرح یہ ایک مشترکہ مقصد ہے کہ آئی سی ایم ای سے متعلقہ ٹولز کے لیے ایک مشترکہ مواصلاتی معیار کی وضاحت کرکے آئی سی ایم ای کو صنعتی ایپلی کیشن میں فروغ دینے پر توجہ مرکوز کرنے والے اسٹیک ہولڈرز کا ایک سائنسی نیٹ ورک بنایا جائے۔ معلومات کے تبادلے کو معیاری بنانا تخروپن کے نتائج کے تبادلے کے لیے ڈیٹا فارمیٹس کو معیاری اور عمومی بنا کر ایک مشترکہ زبان پیدا کرنے کی کوششیں آئی سی ایم ای کے مستقبل کے کامیاب ایپلی کیشنز کی طرف ایک بڑے لازمی قدم کی نمائندگی کرتی ہیں۔ آئی سی ایم ای کے لیے ایک مستقبل کا ساختی ڈھانچہ جس میں مختلف پیمانے پر کام کرنے والے مختلف قسم کے تعلیمی اور/یا تجارتی تخروپن ٹولز شامل ہیں اور معیاری ڈیٹا کے تبادلے کی شکل میں ایک مشترکہ زبان کے ذریعے ایک دوسرے سے جڑے ہوئے ماڈیولر ہونے سے پروڈکشن چین کے ساتھ مختلف مضامین کو مربوط کرنے کی اجازت ملے گی، جو اب تک صرف کم ہی بات چیت کر چکے ہیں۔ یہ اصل عمل کی ابتدائی شرط کے طور پر پچھلے مراحل سے پیدا ہونے والی جزو کی تاریخ کو مربوط کرکے انفرادی عمل کی سمجھ کو کافی حد تک بہتر بنائے گا۔ آخر کار یہ بہتر عمل اور پیداوار کے منظرناموں کا باعث بنے گا اور مخصوص مواد اور اجزاء کی خصوصیات کی موثر سلائی کی اجازت دے گا۔ آئی سی ایم ای جی پروجیکٹ اور اس کا مشن آئی سی ایم ای جی پروجیکٹ کا مقصد آئی سی ایم ای سے متعلقہ ٹولز کے لیے ایک مشترکہ مواصلاتی معیار کی وضاحت کرکے صنعتی ایپلی کیشن میں آئی سی ایم ای کو فروغ دینے پر توجہ مرکوز کرنے والے اسٹیک ہولڈرز کا ایک سائنسی نیٹ ورک بنانا ہے۔ آخر کار یہ الیکٹرانک، ایٹمسٹک، میسوسکوپک اور تسلسل برادریوں کے اسٹیک ہولڈرز کو علم اور بہترین عمل کے اشتراک سے فائدہ اٹھانے کا موقع فراہم کرے گا اور اس طرح مواد کے سائنسدانوں، آئی ٹی انجینئروں اور صنعتی صارفین کی مختلف برادریوں کے درمیان گہری تفہیم کو فروغ دے گا۔ آئی سی ایم ای جی تخروپن فراہم کنندگان اور صارفین کا ایک بین الاقوامی نیٹ ورک بنائے گا۔ یہ اب بہت مختلف ٹولز/طریقوں اور ڈیٹا فارمیٹس کا استعمال کرتے ہوئے مختلف برادریوں (تعلیمی اور صنعت) میں سے ہر ایک کے درمیان گہری تفہیم کو فروغ دے گا۔ کسی جزو کے لائف سائیکل کے ساتھ ساتھ اور مختلف پیمانوں (الیکٹرانک، ایٹمسٹک، میسوسکوپک، تسلسل) میں معلومات کے تبادلے کی ہم آہنگی اور معیاری کاری آئی سی ایم ای جی کی کلیدی سرگرمی ہے۔ آئی سی ایم ای جی کا مشن تخروپن سافٹ ویئر فراہم کنندگان، سرکاری اور بین الاقوامی معیاری حکام، آئی سی ایم ای صارفین، مواد اور پروسیسنگ کے شعبے میں انجمنوں، اور اکیڈمیا کے ساتھ رابطوں کا ایک نیٹ ورک قائم کرنا اور برقرار رکھنا ہے تاکہ ایک کھلے اور معیاری مواصلاتی پروٹوکول کی شکل میں آئی سی ایم ای زبان کی وضاحت اور بات چیت کی جا سکے تاکہ گمشدہ ٹولز، ماڈلز اور فعالیتوں کی نشاندہی کرنے کے لیے ملٹی اسکیل میٹریل ڈیزائن کے میدان میں علم کے اشتراک کی حوصلہ افزائی کی جا سکے اور ابتدائی معیار میں مستقبل کی ترامیم کے بارے میں بات چیت اور فیصلہ کرنے کے لیے ان کی ترقی کے لیے ایک روڈ میپ پیش کیا جا سکے۔ آئی سی ایم ای جی کی سرگرمیوں میں مربوط کمپیوٹیشنل میٹریل انجینئرنگ کے لیے سافٹ ویئر حل پر بین الاقوامی ورکشاپوں کی تنظیم شامل ہے۔ آئی سی ایم ای کے لیے دستیاب تخروپن سافٹ ویئر پر مارکیٹ اسٹڈی اور سروے کرنا اور آئی سی ایم ای میں علم کے اشتراک کے لیے فورم بنانا اور برقرار رکھنا۔ اس کے بڑے نتائج آئی سی ایم ای کے لیے سافٹ ویئر سولیوشنز کی ہینڈ بک ہیں۔ آئی سی ایم ای کی ترتیبات میں مائیکرو اسٹرکچر انفارمیشن کے تبادلے کے لیے ایک مناسب مواصلاتی فائل کے معیار کے طور پر ایچ ڈی ایف 5 کی شناخت۔ مائیکرو اسٹرکچرز کے لیے میٹا ڈیٹا کی تفصیل کی وضاحت۔ آئی سی ایم ای کے شعبے میں اسٹیک ہولڈرز کا ایک نیٹ ورک۔ آئی سی ایم ای جی پروجیکٹ میں شروع کی جانے والی زیادہ تر سرگرمیاں یورپی میٹریل ماڈلنگ کونسل کے ذریعے جاری رکھی جاتی ہیں اور میٹریل پروسیسنگ میں مارکیٹ پلیس پروجیکٹ ملٹی اسکیل ماڈلنگ کا مقصد ابتدائی عمل کی مختلف سطحوں اور خصوصیات سے معلومات یا ماڈلز کا استعمال کرتے ہوئے ایک سطح پر مادی خصوصیات یا رویے کا اندازہ لگانا ہے۔ عام طور پر، لمبائی اور وقت کی ایک مخصوص ونڈو پر کسی رجحان سے خطاب کرنے والی درج ذیل سطحوں کو تسلیم کیا جاتا ہے: ساختی پیمانہ: محدود عنصر، محدود حجم اور محدود فرق جزوی تفریق مساوات حل کرنے والے ہوتے ہیں جو ساختی ردعمل جیسے ٹھوس میکانکس اور نقل و حمل کے مظاہر کو بڑے پیمانے پر نقل کرنے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ پروسیس ماڈلنگ/سمیلیشنز: اخراج، رولنگ، شیٹ تشکیل، سٹیمپنگ، کاسٹنگ، ویلڈنگ وغیرہ۔ پروڈکٹ ماڈلنگ/سمیلیشنز: کارکردگی، اثر، تھکاوٹ، کٹاؤ وغیرہ۔ میکروسکل: آئینی (ریولوجی) مساوات ٹھوس میکانکس میں تسلسل کی سطح پر اور ملی میٹر پیمانے پر نقل و حمل کے مظاہر میں استعمال ہوتی ہیں۔ میسو اسکیل: تسلسل کی سطح کی فارمولیشنز کو متعدد مائکرو میٹر پیمانے پر مجرد مقدار کے ساتھ استعمال کیا جاتا ہے۔ "میسو" ایک مبہم اصطلاح ہے جس کا مطلب ہے "انٹرمیڈیٹ" لہذا اسے مختلف انٹرمیڈیٹ پیمانوں کی نمائندگی کے طور پر استعمال کیا گیا ہے۔ اس تناظر میں، یہ دھاتوں کے لیے کرسٹل پلاسٹکٹی، کسی بھی مواد کے لیے ایشلبی حل، ہوموجینائزیشن کے طریقے، اور یونٹ سیل کے طریقوں سے ماڈلنگ کی نمائندگی کر سکتا ہے۔ مائکرو اسکیل: ماڈلنگ تکنیک جو مائکرو میٹر پیمانے کی نمائندگی کرتی ہیں جیسے دھاتوں کے لیے ڈسلوکیشن ڈائنامکس کوڈ اور ملٹی فیز مواد کے لیے فیز فیلڈ ماڈل۔ نینو میٹر سے ملی میٹر پیمانے پر فیز ٹرانزیشن اور مائیکرو اسٹرکچر کی تشکیل اور ارتقاء کے فیز فیلڈ ماڈل۔ نینو اسکیل: نیم تجرباتی ایٹمسٹک طریقے استعمال کیے جاتے ہیں جیسے لینارڈ جونز، برینر پوٹینشلز، ایمبیڈڈ ایٹم میتھڈ (ای اے ایم) پوٹینشلز، اور مالیکیولر ڈائنامکس (ایم ڈی)، مالیکیولر اسٹیٹکس (ایم ایس)، مونٹی کارلو (ایم سی)، اور کینیٹک مونٹی کارلو (کے ایم سی) فارمولیشنز میں ترمیم شدہ ایمبیڈڈ ایٹم پوٹینشلز (ایم ای اے ایم)۔ الیکٹرانک پیمانہ: شروڈنگر مساوات کو کمپیوٹیشنل فریم ورک میں الیکٹران آربیٹلز کے ڈینسٹی فنکشنل تھیوری (ڈی ایف ٹی) ماڈل اور اینگسٹروم سے نینومیٹر پیمانے پر بانڈنگ کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔ کچھ سافٹ ویئر کوڈز ہیں جو مختلف لمبائی کے پیمانوں پر کام کرتے ہیں جیسے: توازن مرحلے کے خاکے اور یہاں تک کہ غیر توازن مراحل کی پیش گوئی کے لیے CALPHAD کمپیوٹیشنل تھرموڈینامکس۔ مائیکرو اسٹرکچر ارتقاء کے تخروپن کے لیے فیز فیلڈ کوڈز پروسیسنگ پیرامیٹرز کے ڈیٹا بیس، مائیکرو اسٹرکچر کی خصوصیات، اور خصوصیات جن سے کوئی مختلف لمبائی کے پیمانے پر ارتباط کھینچ سکتا ہے جیو ڈکٹ-ڈیجیٹل میٹریل لیبارٹری بذریعہ میتھ 2 مارکیٹ وی پی ایس-مائیکرو ایک ملٹی اسکیل پروبیبلسٹک فریکچر میکینکس سافٹ ویئر ہے۔ سوئفٹ کامپ ایک ملٹی اسکیل آئینی ماڈلنگ سافٹ ویئر ہے جو اسٹرکچر جینوم کے میکانکس پر مبنی ہے۔ ڈیجی میٹ ایک ملٹی اسکیل میٹریل ماڈلنگ پلیٹ فارم ہے۔ آئی سی ایم ای کے لیے مطابقت کے ساتھ سافٹ ویئر ٹولز کی ایک جامع تالیف کو آئی سی ایم ای کے لیے سافٹ ویئر سولیوشنز کی ہینڈ بک میں دستاویز کیا گیا ہے۔ ماڈل انضمام کی مثالیں چھوٹے پیمانے کے ماڈل مادی خصوصیات، یا خصوصیات اور پیرامیٹرز کے درمیان تعلقات کا حساب لگاتے ہیں، جیسے۔ پیداوار کی طاقت بمقابلہ درجہ حرارت، تسلسل کے ماڈلز میں استعمال کے لیے CALPHAD کمپیوٹیشنل تھرموڈینامکس سافٹ ویئر ساخت کے فنکشن کے طور پر آزاد توانائی کی پیش گوئی کرتا ہے۔ ایک فیز فیلڈ ماڈل پھر اس کا استعمال ساخت کی تشکیل اور ترقی کی پیش گوئی کے لیے کرتا ہے، جس کے بعد کوئی بھی خصوصیات سے متعلق ہو سکتا ہے۔ فیز فیلڈ ماڈلز اور دیگر مائیکرو اسٹرکچر ارتقاء کوڈز کے ذریعے مائیکرو اسٹرکچر ارتقاء کے ماڈل کے لیے ایک لازمی جزو ابتدائی اور باؤنڈری کنڈیشنز ہیں۔ جبکہ حدود کی شرائط لی جا سکتی ہیں مثال کے طور پر۔ اصل عمل کے تخروپن سے، ابتدائی حالات (یعنی۔ اصل عمل کے مرحلے میں داخل ہونے والی ابتدائی مائیکرو اسٹرکچر) میں یکساں، آئسوٹروپک اور تناؤ سے پاک پگھلنے سے شروع ہونے والی پوری مربوط عمل کی تاریخ شامل ہوتی ہے۔ اس طرح-ایک کامیاب آئی سی ایم ای کے لیے-پورے عمل کے سلسلے میں اور تمام متعلقہ لمبائی کے پیمانوں پر معلومات کا موثر تبادلہ لازمی ہے۔ اس مقصد کے لیے جو ماڈل جوڑے جائیں گے ان میں تعلیمی اور/یا تجارتی ماڈلنگ ٹولز اور تخروپن سافٹ ویئر پیکجز دونوں شامل ہیں۔ ماڈلنگ ٹولز کی اس متنوع قسم کے اندر معلومات کے بہاؤ کو ہموار کرنے کے لیے، حال ہی میں ایک ماڈیولر، معیاری تخروپن پلیٹ فارم کا تصور تجویز کیا گیا ہے۔ اس تصور کا پہلا ادراک AixViPMaP®-مواد کی پروسیسنگ کے لیے Aachen ورچوئل پلیٹ فارم ہے۔ عمل کے ماڈل ساخت کی خصوصیات کی مقامی تقسیم کا حساب لگاتے ہیں، مثال کے طور پر۔ ایک جامع مواد میں فائبر کی کثافت اور واقفیت ؛ چھوٹے پیمانے کے ماڈل پھر ساخت اور خصوصیات کے درمیان تعلقات کا حساب لگاتے ہیں، تاکہ مجموعی حصے یا نظام کے رویے کے تسلسل ماڈل میں استعمال کے لیے بڑے پیمانے کے ماڈل واضح طور پر چھوٹے پیمانے کے ماڈل کے ساتھ مکمل طور پر جوڑے بن جائیں، جیسے۔ ایک فریکچر تخروپن میکروسکوپک اخترتی کے تسلسل ٹھوس میکانکس ماڈل کو جوہری حرکتوں کے ایف ڈی ماڈل کے ساتھ مربوط کر سکتا ہے جو کہ کریک ٹپ سویٹ آف ماڈلز (بڑے پیمانے پر، چھوٹے پیمانے پر، جوہری پیمانے پر، عمل کی ساخت، ساخت کی خصوصیات، وغیرہ) پر ہوتا ہے۔ مکمل طور پر نئے مواد کے کمپیوٹیشنل ڈیزائن کو فعال کرنے کے لیے نظام کے ڈیزائن کے فریم ورک میں درجہ بندی کے ساتھ مربوط کیا جا سکتا ہے۔ کمپیوٹیشنل میٹریل ڈیزائن میں آئی سی ایم ای کے استعمال میں ایک تجارتی رہنما کیوز ٹیک انوویشنز ایل ایل سی ہے، جو ایونسٹن، آئی ایل میں ایک چھوٹا کاروبار ہے جس کی مشترکہ بنیاد نارتھ ویسٹرن یونیورسٹی کے پروفیسر گریگ اولسن نے رکھی تھی۔ کیوز ٹیک کے اعلی کارکردگی والے فیریم ® اسٹیلز کو آئی سی ایم ای طریقہ کار کا استعمال کرتے ہوئے ڈیزائن اور تیار کیا گیا تھا۔ پروفیسر مارک ایف ہارسٹمیر (پیشن گوئی ڈیزائن ٹیکنالوجیز کے بانی) کی قیادت میں ایک ٹیم کی طرف سے تیار کردہ مسیسیپی اسٹیٹ یونیورسٹی کے اندرونی اسٹیٹ متغیر (آئی ایس وی) پلاسٹکٹی نقصان ماڈل (ڈی ایم جی) کا استعمال کیڈیلک کنٹرول بازو، کورویٹ انجن کریڈل، اور کیپ والے پاؤڈر میٹل اسٹیل انجن کے ڈیزائن کو بہتر بنانے کے لیے کیا گیا ہے۔ ای ایس آئی گروپ اپنے پرو کاسٹ اور ایس وائی ایس ویلڈ کے ذریعے تجارتی محدود عنصر حل ہیں جو ایرو اسپیس، آٹوموٹو اور سرکاری تنظیموں کے بڑے مینوفیکچررز کے ذریعہ مینوفیکچرنگ سے پہلے دھاتوں کی مقامی مادی مرحلے کی تبدیلیوں کی تقلید کے لیے پیداواری ماحول میں استعمال ہوتے ہیں۔ پی اے ایم ایف او آر ایم کا استعمال جامع تشکیل سازی کے تخروپن کے دوران مادی تبدیلیوں پر نظر رکھنے کے لیے کیا جاتا ہے۔ ایجوکیشن کٹسویو تھورٹن نے 2010 کے ایم ایس اینڈ ٹی آئی سی ایم ای ٹیکنیکل کمیٹی کے اجلاس میں اعلان کیا کہ این ایس ایف 2011 میں شروع ہونے والی مشی گن یونیورسٹی میں آئی سی ایم ای پر "سمر اسکول" کو مالی اعانت فراہم کرے گا۔ نارتھ ویسٹرن نے 2011 کے موسم خزاں میں آئی سی ایم ای میں ماسٹرز آف سائنس سرٹیفکیٹ کی پیشکش شروع کی۔ ہارسٹمیر 2012 پر مبنی پہلا انٹیگریٹڈ کمپیوٹیشنل میٹریل انجینئرنگ (آئی سی ایم ای) کورس مسیسیپی اسٹیٹ یونیورسٹی (ایم ایس یو) میں 2012 میں گریجویٹ کورس کے طور پر دیا گیا تھا جس میں فاصلاتی تعلیم کے طلباء شامل تھے [c. f.، سکھیا اور دیگر، 2013]۔ اسے بعد میں 2013 اور 2014 میں ایم ایس یو میں بھی فاصلاتی تعلیم کے طلباء کے ساتھ پڑھایا گیا۔ 2015 میں، آئی سی ایم ای کورس کو ڈاکٹر مارک ہارسٹمیر (ایم ایس یو) اور ڈاکٹر ولیم (بل) شیلٹن (لوزیانا اسٹیٹ یونیورسٹی، ایل ایس یو) نے فاصلاتی تعلیم کے ذریعے ہر ادارے کے طلباء کے ساتھ پڑھایا تھا۔ اس کورس میں اپنائے گئے طریقہ کار کا مقصد طلباء کو کمپیوٹیشنل ٹولز اور ای وی او سی ڈی کے ذریعہ فراہم کردہ تجرباتی ڈیٹا سے فائدہ اٹھانے کے لیے بنیادی مہارتیں فراہم کرنا تھا تاکہ متعدد لمبائی کے پیمانوں پر مواد کے ڈھانچے-جائیداد کے تعلقات کی مقدار کے لیے تخروپن اور پل کے طریقہ کار کو انجام دیا جا سکے۔ تفویض کردہ پروجیکٹوں کی کامیاب تکمیل پر، طلباء نے اپنے ملٹی اسکیل ماڈلنگ سیکھنے کے نتائج کو آئی سی ایم ای ویکی پر شائع کیا، جس سے طلباء کی کامیابیوں کی آسان تشخیص اور اے بی ای ٹی انجینئرنگ ایکریڈیشن بورڈ کی طرف سے مقرر کردہ خصوصیات کو اپنانے میں آسانی ہوتی ہے۔ کمپیوٹیشنل میٹریل سائنس میٹریلز انفارمیٹکس آئی سی ایم ای سائبر انفراسٹرکچر سائبر انفراسٹرکچر حوالہ جات جے او ایم نومبر 2006 کا شمارہ انٹیگریٹڈ کمپیوٹیشنل میٹریلز انجینئرنگ پر آئی سی ایم ای کمیٹی، نیشنل ریسرچ کونسل، انٹیگریٹڈ کمپیوٹیشنل میٹریلز انجینئرنگ: بہتر مسابقت اور قومی سلامتی کے لیے ایک ٹرانسفارمیشنل ڈسپلن، نیشنل اکیڈمیز پریس، 2008۔، این اے پی لنک جی اولسن، ڈیزائننگ اے نیو میٹریل ورڈ، سائنس، جلد۔ 288، مئی 12، 2000 ہارسٹمیر 2009: ہارسٹمیر ایم ایف۔، "ملٹی اسکیل ماڈلنگ: ایک جائزہ"، پریکٹیکل ایسپیکٹس آف کمپیوٹیشنل کیمسٹری، ایڈیشن۔ جے لیسزینسکی اور ایم۔ کے۔ شکلا، سپرنگر سائنس + بزنس میڈیا، پی پی۔ 87-135، 2009 بیرونی لنکس مئی 2017 کے شمارے میں میٹریل ٹیکنالوجی @TMS [ICME نفاذ میں پیشرفت: تصورات اور طرز عمل "کے ICME سیکشن (جلد۔ 69، نہیں۔ 5) آف جے او ایم https://link.springer.com/journal/11837/69/5] مسیسپی اسٹیٹ یونیورسٹی میں آئی سی ایم ای کے لیے سائبر انفراسٹرکچر جیو ڈکٹ ڈیجیٹل میٹریل لیبارٹری میٹریل سائنس