วิศวกรรมเชิงคำนวณเป็นสาขาวิชาใหม่ที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาและการประยุกต์ใช้แบบจำลองเชิงคำนวณสำหรับงานวิศวกรรม ซึ่งรู้จักกันในชื่อแบบจำลองวิศวกรรมเชิงคำนวณ^{[ 1 ]}หรือ CEM วิศวกรรมเชิงคำนวณใช้คอมพิวเตอร์ในการแก้ปัญหาการออกแบบทางวิศวกรรมที่สำคัญต่ออุตสาหกรรมต่างๆ^{[ 2 ]}ในปัจจุบัน แนวทางต่างๆ มากมายได้รับการสรุปไว้ภายใต้คำว่าวิศวกรรมเชิงคำนวณ รวมถึงการใช้เรขาคณิตเชิงคำนวณและการออกแบบเสมือนจริงสำหรับงานวิศวกรรม^{[ 3 ] [ 4 ]}ซึ่งมักจะควบคู่ไปกับแนวทางที่ขับเคลื่อนด้วยการจำลอง^{[ 5 ]}ในวิศวกรรมเชิงคำนวณ อัลกอริทึมจะแก้ปัญหาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์และตรรกะ^{[ 6 ]}ที่อธิบายถึงความท้าทายทางวิศวกรรม บางครั้งควบคู่ไปกับแง่มุมบางอย่างของAI ^{[ 7 ]}

ในวิศวกรรมเชิงคำนวณวิศวกรจะเข้ารหัสความรู้ของตนในโปรแกรมคอมพิวเตอร์ ผลลัพธ์ที่ได้คืออัลกอริทึมซึ่งเป็นแบบจำลองวิศวกรรมเชิงคำนวณ ที่สามารถสร้างรูปแบบการออกแบบทางวิศวกรรมที่แตกต่างกันได้หลายแบบ โดยขึ้นอยู่กับข้อกำหนดอินพุตที่หลากหลาย จากนั้นผลลัพธ์สามารถวิเคราะห์ได้ผ่านแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพิ่มเติมเพื่อสร้างวงจรป้อนกลับ ของอัลกอริ ทึม^{[ 8 ]}

การจำลองพฤติกรรมทางกายภาพที่เกี่ยวข้องกับสาขา มักจะควบคู่กับการคำนวณประสิทธิภาพสูงเพื่อแก้ปัญหาทางกายภาพที่ซับซ้อนที่เกิดขึ้นในการวิเคราะห์และออกแบบทางวิศวกรรม (รวมถึงปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ ( วิทยาศาสตร์การคำนวณ )) ดังนั้นจึงเกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมการคำนวณซึ่งได้รับการอธิบายว่าเป็น "โหมดการค้นพบที่สาม" (ถัดจากทฤษฎีและการทดลอง) ^{[ 9 ]}

ในวิศวกรรมเชิงคำนวณการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ช่วยให้สามารถสร้างผลตอบรับที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ด้วยวิธีการทดลองแบบดั้งเดิม หรือในกรณีที่การดำเนินการสอบสวนเชิงประจักษ์แบบดั้งเดิมมีค่าใช้จ่ายสูงเกินไป

วิศวกรรมการคำนวณไม่ควรสับสนกับวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ บริสุทธิ์ หรือวิศวกรรมคอมพิวเตอร์ [ ^{10 ] แม้ว่าขอบเขตที่กว้างขวางในสาขาแรกจะถูกนำมาใช้ในวิศวกรรมการคำนวณ (เช่น อัลกอริทึม บาง}อย่าง โครงสร้างข้อมูล การเขียนโปรแกรมแบบขนาน การคำนวณประสิทธิภาพสูง) และปัญหาบางอย่างในสาขาหลังสามารถจำลองและแก้ไขได้ด้วยวิธีการทางวิศวกรรมการคำนวณ (ในฐานะที่เป็นสาขาการประยุกต์ใช้)

วิธีการและกรอบงานด้านวิศวกรรมคำนวณประกอบด้วย:

• การประมวลผลประสิทธิภาพสูงและเทคนิคเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ (ผ่านการเปลี่ยนแปลงสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์ อัลกอริทึมแบบขนาน ฯลฯ)
• การสร้างแบบจำลองและการจำลอง
• อัลกอริทึมสำหรับการแก้ปัญหาแบบไม่ต่อเนื่องและแบบต่อเนื่อง
• การวิเคราะห์และการแสดงภาพข้อมูล
• พื้นฐานทางคณิตศาสตร์: พีชคณิตเชิงเส้นเชิงตัวเลขและประยุกต์ ปัญหาค่าเริ่มต้นและค่าขอบเขต การวิเคราะห์ฟูริเยร์ การหาค่าเหมาะสมที่สุด
• วิทยาศาสตร์ข้อมูลสำหรับการพัฒนาวิธีการและอัลกอริธึมเพื่อจัดการและดึงความรู้จากข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ขนาดใหญ่

ในส่วนของการคำนวณ การเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ อัลกอริทึม และการคำนวณแบบขนานมีบทบาทสำคัญในวิศวกรรมการคำนวณ ภาษาโปรแกรมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในแวดวงวิทยาศาสตร์คือFORTRAN [ ^{11 ] ใน}ปัจจุบันC++และ C ได้รับความนิยมมากกว่า FORTRAN เนื่องจากมีโค้ดเก่าจำนวนมากใน FORTRAN และมีไวยากรณ์ที่ง่ายกว่า ชุมชนการคำนวณทางวิทยาศาสตร์จึงยังช้าในการนำ C++ มาใช้เป็นภาษากลางอย่างสมบูรณ์ เนื่องจากวิธีการแสดงการคำนวณทางคณิตศาสตร์ที่เป็นธรรมชาติมาก และความสามารถในการแสดงภาพในตัว ภาษา/สภาพแวดล้อมที่เป็นกรรมสิทธิ์อย่างMATLABจึงถูกใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการพัฒนาแอปพลิเคชันอย่างรวดเร็วและการตรวจสอบแบบจำลองPythonพร้อมกับไลบรารีภายนอก (เช่นNumPy , SciPy , Matplotlib ) ได้รับความนิยมมากขึ้นในฐานะทางเลือกฟรีและCopycenterแทน MATLAB

มีเครื่องมือซอฟต์แวร์โอเพนซอร์สและใช้งานได้ฟรี ( FOSS ) จำนวนมาก ที่สนับสนุนงานวิศวกรรมเชิงคำนวณ

• OpenSCADเปิดตัวในปี 2010 และอนุญาตให้สร้างแบบจำลอง CAD โดยใช้สคริปต์ ซึ่งสามารถใช้เป็นพื้นฐานสำหรับแบบจำลองทางวิศวกรรมเชิงคำนวณได้
• CadQueryใช้Pythonในการสร้าง แบบจำลอง CADและอิงตาม เฟรมเวิร์ก OpenCascadeโดยเผยแพร่ภายใต้ใบอนุญาต Apache License
• PicoGKเป็นเฟรมเวิร์กโอเพนซอร์สสำหรับวิศวกรรมการคำนวณ ซึ่งเผยแพร่ภายใต้สัญญาอนุญาต Apache License

วิศวกรรมเชิงคำนวณมีการประยุกต์ใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงในด้านต่างๆ ดังนี้:

• วิศวกรรมการบินและอวกาศและวิศวกรรมเครื่องกล : การจำลองการเผาไหม้ , พลศาสตร์โครงสร้าง , พลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ , อุณหพลศาสตร์เชิงคำนวณ , กลศาสตร์ของแข็งเชิงคำนวณ, การจำลองการชนของยานยนต์, ชีวกลศาสตร์, การคำนวณวิถีโคจรของดาวเทียม
• ระบบฟิสิกส์ดาราศาสตร์
• การจำลอง สนามรบและเกมทางทหารความมั่นคงภายในประเทศการรับมือกับเหตุฉุกเฉิน
• ชีววิทยาและการแพทย์ : การจำลองการพับตัวของโปรตีน (และโมเลกุลขนาดใหญ่อื่นๆ), ชีวสารสนเทศศาสตร์, จีโนมิกส์, การสร้างแบบจำลองทางประสาทวิทยาด้วยคอมพิวเตอร์, การสร้างแบบจำลองระบบชีวภาพ (เช่น ระบบนิเวศ), อัลตราซาวนด์ CT 3 มิติ, การถ่ายภาพ MRI, เครือข่ายชีวโมเลกุล, การควบคุมมะเร็งและการชัก
• เคมี : การคำนวณโครงสร้างและคุณสมบัติของสารประกอบ/โมเลกุลทางเคมีและของแข็งเคมีเชิงคำนวณ /เคมีสารสนเทศ การจำลองกลศาสตร์โมเลกุล วิธีทางเคมีเชิงคำนวณในฟิสิกส์ของแข็งการขนส่งมลพิษทางเคมี
• วิศวกรรมโยธา : การวิเคราะห์องค์ประกอบจำกัด , โครงสร้างที่มีแรงกระทำแบบสุ่ม, วิศวกรรมการก่อสร้าง, ระบบประปา, การสร้างแบบจำลองการขนส่ง/ยานพาหนะ
• วิศวกรรมคอมพิวเตอร์ , วิศวกรรมไฟฟ้าและโทรคมนาคม : VLSI, แม่เหล็กไฟฟ้าเชิงคำนวณ, การสร้างแบบจำลองเซมิคอนดักเตอร์, การจำลองไมโครอิเล็กทรอนิกส์, โครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงาน, การจำลอง RF, เครือข่าย
• ระบาดวิทยา : การแพร่กระจายของไข้หวัดใหญ่
• วิศวกรรมสิ่งแวดล้อมและการพยากรณ์อากาศเชิงตัวเลข : การวิจัยด้านภูมิอากาศ , ธรณีฟิสิกส์เชิงคำนวณ (การประมวลผลแผ่นดินไหว), การสร้างแบบจำลองภัยพิบัติทางธรรมชาติ
• การเงิน : การกำหนดราคาอนุพันธ์ การบริหารความเสี่ยง
• วิศวกรรมอุตสาหกรรม : การจำลองเหตุการณ์แบบไม่ต่อเนื่องและการจำลองมอนเตคาร์โล (เช่น สำหรับระบบโลจิสติกส์และการผลิต), เครือข่ายคิว, การเพิ่มประสิทธิภาพทางคณิตศาสตร์
• วิทยาศาสตร์วัสดุ : การผลิตแก้ว โพลิเมอร์ และผลึก
• วิศวกรรมนิวเคลียร์ : การสร้างแบบจำลองเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์, การจำลองการป้องกันรังสี, การจำลองปฏิกิริยาฟิวชั่น
• วิศวกรรมปิโตรเลียม : การสร้างแบบจำลองแหล่งกักเก็บปิโตรเลียม การสำรวจน้ำมันและก๊าซ
• ฟิสิกส์ : ฟิสิกส์อนุภาคเชิงคำนวณ การคำนวณปฏิสัมพันธ์หรือการสลายตัวของอนุภาคโดยอัตโนมัติ การสร้างแบบจำลองพลาสมา การจำลองทางจักรวาลวิทยา
• การขนส่ง

• คณิตศาสตร์ประยุกต์
• วิทยาศาสตร์การคำนวณ
• คณิตศาสตร์เชิงคำนวณ
• พลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ
• แม่เหล็กไฟฟ้าเชิงคำนวณ
• คณิตศาสตร์วิศวกรรม
• การประมวลผลประสิทธิภาพสูง
• ความท้าทายครั้งใหญ่
• การสร้างแบบจำลองและการจำลอง
• มัลติฟิสิกส์

• สถาบันโอเดนเพื่อวิศวกรรมและการคำนวณทางวิทยาศาสตร์
• ขอบเขตของวิศวกรรมการคำนวณ
• สมาคมคณิตศาสตร์อุตสาหกรรมและประยุกต์
• ศูนย์วิศวกรรมการคำนวณนานาชาติ (IC2E)
• สถาบันเทคโนโลยีจอร์เจีย สหรัฐอเมริกา โครงการปริญญาโท/ปริญญาเอก สาขาวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมคอมพิวเตอร์
• หลักสูตรระดับบัณฑิตศึกษาของมหาวิทยาลัยเทนเนสซีที่แชตทานูกา
• หลักสูตรปริญญาโทและปริญญาเอกสาขาการสร้างแบบจำลองเชิงคำนวณ ณ มหาวิทยาลัยแห่งรัฐริโอเดจาเนโร
• วิทยาศาสตร์และวิศวกรรมเชิงคำนวณกับ Scilab
• ศูนย์นานาชาติเพื่อวิธีการเชิงตัวเลขในงานวิศวกรรม (CIMNE)
• ปริญญาโทสาขาการสร้างแบบจำลองเชิงคำนวณทางวิศวกรรมศาสตร์ที่ KIT