Mathcad — программное средство, среда для выполнения на компьютере разнообразныхматематических и технических расчетов, снабженная простым в освоении и в работеграфическим интерфейсом, которая предоставляет пользователю инструменты дляработы с формулами, числами, графиками и текстами. В среде Mathcad доступныболее сотни операторов и логических функций, предназначенных для численного исимвольного решения математических задач различной сложности.
/>
Для автоматизации математических,инженерно-технических и научных расчётов используются разнообразные вычислительныесредства – от программируемых микрокалькуляторов до сверхмощных суперЭВМ. И,тем не менее, такие расчёты для многих остаются сложным делом. Более того,применение компьютеров для расчётов внесло новые трудности: прежде чем начатьрасчёты, пользователь должен освоить азы алгоритмизации, изучить один илинесколько языков программирования, а также численные методы расчётов. Положениеcущественно изменилось после выпуска специализированных программных комплексовдля автоматизации математических и инженерно-технических расчётов.
К таким комплексам относятся пакеты программMathcad, MatLab, Mathematica, Maple, MuPAD, Derive и др. Mathcad занимает вэтом ряду особое положение.
Mathcad является интегрированной системой решенияматематических, инженерно-технических и научных задач. Он содержит текстовый иформульный редактор, вычислитель, средства научной и деловой графики, а такжеогромную базу справочной информации, как математической, так и инженерной,оформленной в виде встроенного в Mathcad справочника, комплекта электронныхкниг и обычных «бумажных» книг, в том числе и на русском языке
Текстовый редактор служит для ввода и редактированиятекстов. Тексты являются комментариями, и входящие в них математическиевыражения не выполняются. Текст может состоять из слов, математическихсимволов, выражений и формул.
Формульный процессор обеспечивает естественный«многоэтажный» набор формул в привычной математической нотации (деление,умножение, квадратный корень, интеграл, сумма и т.д.). Последняя версия Mathcadполностью поддерживает буквы кириллицы в комментариях, формулах и на графиках.
Вычислитель обеспечивает вычисление по сложнымматематическим формулам, имеет большой набор встроенных математических функций,позволяет вычислять ряды, суммы, произведения, интегралы, производные, работатьс комплексными числами, решать линейные и нелинейные уравнения, а такжедифференциальные уравнения и системы, проводить минимизацию и максимизацию функций,выполнять векторные и матричные операции, статистический анализ и т.д. Можнолегко менять разрядность и базу чисел (двоичная, восьмеричная, десятеричная ишестнадцатеричная), а также погрешность итерационных методов. Автоматическиведётся контроль размерностей и пересчёт в разных системах измерения (СИ, СГС,англо-американская, а также пользовательская).
В Mathcad встроены средства символьной математики,позволяющие решать задачи через компьютерные аналитические преобразования.
Графический процессор служит для создания графиков идиаграмм. Он сочетает простоту общения с пользователем с большими возможностямисредств деловой и научной графики. Графика ориентирована на решение типичныхматематических задач. Возможно быстрое изменение вида и размера графиков,наложение на них текстовых надписей и перемещение их в любое место документа.
Mathcad является универсальной системой, т.е. можетиспользоваться в любой области науки и техники – везде, где применяютсяматематические методы. Запись команд в системе Mathcad на языке, очень близкомк стандартному языку математических расчётов, упрощает постановку и решениезадач.
Mathcad интегрирован со всеми другими компьютернымисистемами счёта.
/>Mathcad позволяет легко решать такие задачи как:
· вводна компьютере разнообразных математических выражений (для дальнейших расчётовили создания документов, презентаций, Web-страниц или электронных и обычных«бумажных» книг);
· проведениематематических расчётов (как аналитических, так и при помощи численныхметодов);
· подготовкаграфиков (как двумерных, так и трёхмерных) с результатами расчётов;
· вводисходных данных и вывод результатов в текстовые файлы или файлы с базами данныхв других форматах;
· подготовкаотчетов работы в виде печатных документов;
· подготовкаWeb-страниц и публикация результатов в Интернете;
· получениеразличной справочной информации
и многиедругие задачи.
/>Начиная с 14-й версии,Mathcad интегрирован с Pro/ENGINEER (а также и с SolidWorks). В основеинтеграции Mathcad и Pro/ENGINEER лежит двухсторонняя связь между этимиприложениями. Их пользователи могут легко связать любой файл Mathcad с детальюи сборкой Pro/ENGINEER при помощи такой функции системы Pro/ENGINEER, как фичеранализа
Mathcadсоздает удобную вычислительную среду для самых разнообразных математическихрасчётов и документирования результатов работы в рамках утверждённыхстандартов. Mathcad позволяет создавать корпоративные и отраслевые средствасертифицированных расчётов в различных отраслях науки и техники, обеспечивающиеединую методологию для всех организаций, входящих в корпорацию или отрасльMathcad14
Последняя версия Mathcad поддерживает 9 языков, позволяет вестиболее мощные и ясные вычисления.
NEEDHAM (Массачусетс). 12 февраля 2007 г. PTC (на бирже Nasdaq: PMTC),компания по разработке систем CAD/CAM/CAE/PLM, объявила о выпуске Mathcad 14.0,самой последней версии популярной системы автоматизации инженерно-техническихрасчётов. Начиная с момента приобретения фирмы Mathsoft в апреле 2006 года,компания PTC сосредоточила свои усилия над тем, чтобы дальше раздвинутьгеографические границы применения технологии Mathcad и значительно увеличитьармию её пользователей. Mathcad 14.0 значительно расширяет возможностипользователей в решении постоянно растущих вычислительных задач, улучшаетсвязанность расчётных документов на протяжении всего процесса разработкиизделия.
В современных условиях глобального разделения процесса разработкиизделия научно-технические вычисления приобретают крайне важное значение.Выпуская Mathcad 14.0, PTC обеспечивает полную поддержку кодировки Unicode и вскором будущем предложит данный продукт на девяти языках. Новыми среди нихбудут такие языки, как итальянский, испанский, корейский и оба китайских –традиционный и упрощённый. Расширенная языковая поддержка в Mathcad 14.0позволит географически разбросанным командам выполнять и документироватьрасчёты на своём местном языке и в результате повысить производительностьтруда, благодаря увеличению его скорости и точности, а также сокращению ошибок,происходящих при переводе с одного языка на другой.
Mathcad 14.0 также позволяет выполнять более сложные расчёты,сохраняя их ясность с помощью новых функций рабочего листа WorkSheet(документа, открытого в среде Mathcad), дополнительных средств оперативнойчисловой оценки и расширенного набора символов. Это поможет пользователям привыводе формул, отображении вычислительного процесса и документальногообоснования расчётов. В конечном итоге, специальные дополнительные возможностиразрешат пользователям работать с более широким диапазономинженерно-технических задач.
В основе интеграции Mathcad и Pro/ENGINEER лежит двухсторонняясвязь между этими приложениями. Их пользователи могут легко связать любой файлMathcad с деталью и сборкой Pro/ENGINEER при помощи такой функции системыPro/ENGINEER, как фичер анализа. Базовые величины, расчитанные в системеMathcad, могут быть переведены в параметры и размеры CAD-модели для управлениягеометрическим объектом. Параметры из модели Pro/ENGINEER также можно ввести в Mathcadдля последующих инженерно-конструкторских расчётов. При изменении параметроввзаимная интеграция двух систем позволяет динамически обновлять вычисления ичертёж объекта. Более того, теперь корректность управляемых системой Mathcadмоделей Pro/ENGINEER может быть обоснована с помощью таких расчётных модулейPro/ENGINEER, как Pro/ENGINEER Mechanica®, Structural And Thermal Simulation,Fatique Advisor Option и Mechanism Dynamics Option.
Чтонового в Mathcad 14.0?
· Новыйтандем операторов интерфейса («Два в одном»)
· Форматчисел на графиках
· Измененияв командах Find/Replace
· КомандаCompare
· Новоев решении ОДУ
· Новыесредства символьной математики
· Поддержкакодовой таблицы Unicode />Интерфейс пользователя
Под интерфейсом пользователя подразумевается совокупность средствграфической оболочки Math CAD, обеспечивающих лёгкое управление системой, как склавишного пульта, так и с помощью мыши. Под управлением понимается и простонабор необходимых символов, формул, текстовых комментариев и т. д., ивозможность полной подготовки в среде MathCAD документов (Work Sheets) иэлектронных книг с последующим их запуском в реальном времени. Пользовательскийинтерфейс системы создан так, что пользователь, имеющий элементарные навыкиработы с Windows-приложениями, может сразу начать работу с MathCAD.Окно редактирования.
/>Главное меню системы.
Вторая строка окна системы — главное меню. Назначение его командприведено ниже:
/>
File (Файл) – работа с файлами, сетьюинтернет и электронной почтой;
Ниспадающееменю содержит команды, стандартные для Windows-приложений.
Edit (Правка) – редактированиедокументов;
Ниспадающееменю также содержит команды, стандартные для Windows-приложений.Большинство изних доступны только в случае, если в документе выделены одна или несколькообластей (текст, формула, график и т.д.)
View (Обзор) – изменение средств обзора;
Toolbars(Панели) — позволяет отображать или скрывать панели инструментов Standart (Стандартная), Formatting(Форматирования), Math(Математика).
Status bar(Строка состояния) — включение или отключение отображения строки состояния системы.
Ruler(линейка) — включение-отключение линейки.
Regions (Границы) — Делаетвидимыми границы областей (текстовых, графических, формул).
Zoom (изменение масштаба).
Refresh (Обновить)[Ctrl+R] — обновление содержимого экрана.
Animate (Анимация) — Командапозволяет создать анимацию.
Playback (Проигрыватель) — Bоспроизведение анимации, хранящейся в файле с расширением AVI.
Preferences (Настройки) — Одна извкладок всплывающего окна (General) позволяет задать некоторые параметры работывпрграммы, не влияющие на вычисления, другая вкладка (Internet) служит дляввода информации при совместной работе с MathCAD-документами через Internet.
Insert (Вставка) – Команды этого менюпозволяют помещать в MathCAD -документ графики, функции, гиперссылки,компоненты и встраивать объекты.
Format (Формат) – изменение форматаобъектов
Equation (Уравнение) — Форматирование формул и создание собственных стилей для представления данных
Result (Результат) — Позволяетзадать формат представления результатов вычислений.(см. раздел 1.4 этой лекции)
Text(Текст) — Форматированиетекстового фрагмента (шрифт, размер, начертание)
Paragraf (Абзац) — Изменениеформата текущего абзаца (отступы, выравнивание).
Tabs(Табуляция) — Заданиепозиций маркеров табуляции.
Style (Стиль) — Оформлениетекстовых абзацев.
Properties (Свойства) — Вкладка Display(Отображение) позволяет задать цвет фона для наиболее важных текстовых играфических областей; вставленный в документ рисунок (Insert -> Picture)позволяет заключить в рамку, вернуть ему первоначальный размер. Вквадка Calculation(Вычисление) позволяет для выделенной формулы включить и отключить вычисление;в последнем случае в правом верхнем углу области формулы появляется маленькийчерный прямоугольник и формула превращается в комментарий.
Graf (График) — Позволяетменять параметры отображения графиков
Separateregions(Разделить области) — Позволяет раздвигать перекрывающиеся области.
Align regions(Выровнять области) — Выравнивает выделенные области по горизонтали или по вертикали.
Headers/Footers (Колонтитулы) — созданиеи редактирование колонтитулов.
RepaganiteNow(Перенумерация страниц) — Производит разбивку текущего документа на страницы.
Math (Математика) – управление процессомвычислений; в MathCAD существует два режима вычислений: автоматический иручной. В автоматическом режиме результаты вычислений полностью обновляются прикаком-либо изменении в формуле.
AutomaticCalculation(Автоматическое вычисление) — позволяет переключать режимы вычислений.
Calculate (Вычислить) — При ручномрежиме вычислений позволяет пересчитать видимую часть экрана.
CalculateWorksheet(Просчитать документ) — Пересчет всего документа целиком.
Optimization (Оптимизация) — Припомощи этой команды можно заставит MathCAD перед численной оценкой выраженияпроизвести символьные вычисления и при нахождении более компактной формывыражения использовать именно ее. Если выражение удалось оптимизировать, тосправа от него появляется маленькая красная звездочка. Двойной щелчок на нейоткрывает окно, в котором находится оптимизированный результат.
Options (Параметры) — позволяетзадавать параметры вычислений
Symbolik (Символика) – выборопераций символьного процессора;
Позиции этогоменю подробно рассматриваются в Лекции 6, посвященной символьным вычислениям всистеме MathCAD.
Window (Окно) – управление окнамисистемы;
Help (?) – работа со справочнойбазой данных о системе;
Mathcad Help (Справка по MathCAD) — содержит три вкладки: Содержание — справка упорядочена по темам; Указатель — предметный указатель; Поиск — находит нужное понятие при вводе его в форму.
Resource Center (Центр ресурсов) — Информационный центр, содержащий обзор вычислительных способностей MathCAD (Overview and Tutorials), быструю справку в видепримеров из различных областей математики (Quicksheets and Reference tables).
Tip of theDay — Всплывающие окна-подсказки с полезными советами (возникают при загрузкесистемы).
Open Book (Открыть книгу) — позволяет открыть справочник системы MathCAD.
About Mathcad (О программе Mathcad) — информация о версии программы, авторских правах и пользователе.
Каждая позиция главного меню может быть сделана активной. Дляэтого достаточно указать на нее курсором – стрелкой мыши и нажать ее левуюклавишу. Можно также нажать клавишу F10 и использовать клавиши перемещениявправо и влево. Затем выбор фиксируется нажатием клавиши ввода Enter. Есликакая-либо позиция главного меню делается активной, она выводит ниспадающееподменю со списком доступных и недоступных (но возможных в дальнейшем)операций. Перемещение по списку подменю и выбор нужной операции производитсяаналогично тому, как это описано для главного меню.Стандартная панель инструментов.
Третью строку окна системы занимает панель инструментов (Toolbox).Она содержит несколько групп кнопок управления с пиктограммами, каждая изкоторых дублирует одну из важнейших операций главного меню. Стоит толькоостановить курсор мыши на любой из этих пиктограмм, как в желтом окошечке появитсятекст, объясняющий функции пиктограмм. Рассмотрим действие кнопок быстрогоуправления системой.
/>
Кнопки операций с файлами.
Документы системы MathCAD являются файлами, т.е. имеющими именаблоками хранения информации на магнитных дисках. Файлы можно создавать,загружать (открывать), записывать и распечатывать на принтере. Возможныеоперации с файлами представлены в панели инструментов первой группой из трехкнопок:
New Worksheet (Создавать) – созданиенового документа с очисткой окна редактирования;
Open Worksheet (Открыть) – загрузкараннее созданного документа из диалогового окна;
Save Worksheet (Cохранить) – записьтекущего документа с его именем.
Печать и контроль документов.
Print Worksheet (Печать) – распечаткадокумента на принтере;
Print Preview (Просмотр) –предварительный просмотр документа;
Check Speling (Проверка) – проверкаорфографии документа.
Кнопки операций редактирования.
Во время подготовки документов их приходится редактировать, т.е.видоизменять и дополнять.
Cut (Вырезать) – переносвыделенной части документа в буфер обмена с очисткой этой части документа;
Copy (Копировать) – копированиевыделенной части документа в буфер обмена с сохранением выделенной частидокумента;
Paste (Вставить) – переноссодержимого буфера обмена в окно редактирования на место, указанное курсороммыши;
Undo (Отменить) – отменапредшествующей операции редактирования;
Три последние операции связаны с применением буфера обмена. Онпредназначен для временного хранения данных и их переноса из одной частидокумента в другую, либо для организации обмена данными между различнымиприложениями.
Кнопки размещения блоков.
Документы состоят из различных блоков: текстовых, формальных,графических и т.д. Блоки просматриваются системой, интерпретируются иисполняются. Просмотр идет справа налево и снизу вверх.
/> — Align Across (Выровнять погоризонтали) – блоки выравниваются по горизонтали.
/> — Align Down (Выровнять вниз) –блоки выравниваются по вертикали, располагаясь сверху вниз.
Пиктограммы этих кнопок изображают блоки и указанные варианты ихразмещения.
Кнопки операций с выражениями
Формульные блоки часто являются вычисляемыми выражениями иливыражениями, входящими в состав заданных пользователем новых функций. Дляработы с выражениями служат пиктограммы
Следующие группы кнопок являются специфичными именно для системыMathCAD.
/>
/>Insert Function (Вставить функции)– вставка функции из списка, появляющегося в диаологовом окне;
/>Insert Unit (Вставить единицы) –вставка единиц измерения;
/>Calculate (Пересчитать) –вычисление выделенного выражения;
Доступ к новым возможностям MathCAD.
Начиная с версии MathCAD 7.0 появились новые кнопки, дающие доступк новым возможностям системы:
/>Insert Giperlink (Включениегиперссылки) – обеспечивает создание гиперссылки;
/>Component Wizard (Мастеркомпонентов) – открывает окно Мастера, дающего удобный доступ ко всемкомпонентам системы;
/>Ran Math Connex (Запуск системыMath Connex) – запуск системы для стимулирования блочно-заданных устройств.
Кнопки управления ресурсами.
/>Resource Center (Центр ресурсов) –дает доступ к центру ресурсов;
/>Help (Справка) – дает доступ кресурсам справочной базы данных системы.Панель форматирования.
Четвертая строка верхней части экрана содержит типовые средствауправления шрифтами:
Style – Переключатель выборастилей;
Font – Переключатель выборанабора символов;
Point Size – Переключатель выбораразмеров символов;
Bold – Установка жирныхсимволов;
Italik – Установка наклонныхсимволов;
Underline – Установка подчёркнутыхсимволов;
Left Align – Установка левостороннеговыравнивания;
Center Align – Установка выравнивания поцентру;
Right Align – Установка правостороннеговыравнивания.
До тех пор, пока не начат набор элементов документа, частьописанных кнопок и иных объектов пользовательского интерфейса находится впассивном состоянии. В частности, в окнах переключателей панели форматированиянет надписей. Пиктограммы и переключатели становятся активными, как толькопоявляется необходимость в их использовании.
Внизу экрана кроме полосы горизонтальной прокрутки расположена ещёодна строка – строка состояния. В ней выводится служебная информация, краткиекомментарии, номер страницы и др. Эта информация полезна для оперативной оценкисостояния системы в ходе работы с нею.Наборные математические панели инструментов.
Для ввода математических знаков в MathCAD используются удобныеперемещаемые наборные панели со знаками. Они служат для вывода заготовок –шаблонов математических знаков (цифр, знаков арифметических операций, матриц,знаков интегралов, производных и т. д.). Для вывода панели Math необходимовыполнить команду View -> Toolbar -> Math. Наборные панели появляются вокне редактирования документов при активизации соответствующих пиктограмм –первая линия пиктограмм управления системой. Используя общую наборную панель,можно вывести или все панели сразу или только те, что нужны для работы. Дляустановки с их помощью необходимого шаблона достаточно поместить курсор вжелаемое место окна редактирования (красный крестик на цветном дисплее) и затемактивизировать пиктограмму нужного шаблона, установив на него курсор мыши инажав ее левую клавишу.
Многие функции и операции, которые вставляются в документ спомощью наборных математических панелей, могут быть помещены в документ с помощью«быстрых клавиш». При этом работа в системе MathCAD становится болеепродуктивной. Рекомендуем запомнить сочетания клавишь хотя бы для некоторыхнаиболее часто употребляемых команд.
Более подробно работа с дополнительными панелями, включаемыми кнопкамипанели Math, будет описана в соответствующих разделах.