Инженерные расчеты и их документирование в программе PTC Mathcad
PTC Mathcad — это универсальная математическая программа, предназначенная для ведения и документирования инженерных расчетов. Эта программа позволяет производить математические вычисления разной степени сложности, собирать и анализировать большое количество информации и представлять ее в удобном для инженера виде, автоматически оформляя расчетную документацию. PTC Mathcad в простой и удобной форме объединяет возможности мощного инженерного калькулятора, электронной таблицы, текстового редактора, средства для разработки презентаций и среды программирования. Это позволяет быстро и качественно оформить инженерные и научные расчеты, статьи, диссертации, дипломные и курсовые работы. Что же обеспечивает такие широкие возможности Mathcad?
PTC Mathcad содержит арифметические, логические, матричные операторы (рис. 1а), а также имеет в своем распоряжении более 700 встроенных функций (рис. 1б и в) для решения алгебраических и дифференциальных уравнений и их систем, обработки сигналов и изображений, планирования эксперимента, задач теории вероятностей, математической статистики, математической физики и многих других.
Рис. 1. Операторы и функции Mathcad: а — в меню «Операторы»; б — в меню «Все функции»;
в — в меню «Дифференциальные уравнения»
При вводе данных и формул в PTC Mathcad используется принцип «Что видишь, то и получаешь» (What You see is what You get — WYSIWYG). Это позволяет инженеру сразу разрабатывать документ, максимально похожий на отчет. В рабочем листе PTC Mathcad все выражения написаны не на компьютерном языке формул, а имеют привычный для инженерного восприятия вид (рис. 2а). Этим Mathcad принципиально отличается от электронных таблиц и языков программирования, где логика вычислений чаще всего оказывается скрытой и неочевидной для пользователя (рис. 2б). Изза этого возможные ошибки в вычислениях могут проявиться при более поздних этапах работы или, что еще хуже, при проверке работоспособности изделия.
Рис. 2. Запись формулы: а — в PTC Mathcad; б — в электронной таблице
Рис. 3. Контроль совместимости единиц измерения
Возможность работы с физическими единицами измерения также позволит предотвратить ошибки расчетов. В PTC Mathcad осуществляется непрерывный контроль совместимости единиц измерения — программа выдаст сообщение об ошибке при попытке, например, сложить килограммы с килогерцами (рис. 3).
В PTC Mathcad предусмотрена возможность работы с различными единицами измерения. При отсутствии нужных единиц пользователь может создать их сам (рис. 4).
Рис. 4. Создание пользовательских единиц измерения
Помимо математических формул и выражений пользователь может вводить текст в любом удобном месте листа. Это позволяет иллюстрировать свои выкладки предположениями, комментариями, допущениями и ссылаться на используемые при расчете методы. С помощью инструментов форматирования текста, формул и документа в целом можно подготовить легко читаемый документ и сосредоточить свое внимание на наиболее важных этапах расчета. При необходимости математические выражения можно вставить непосредственно в текстовую область, что делает работу с математикой и текстом в PTC Mathcad более гибкой, а документ — более понятным (рис. 5).
Рис. 5. Вставка математических выражений в текстовую область
Рис. 6. Графика в PTC Mathcad: а — график в декартовых координатах;
б — график поверхности; в — контурный график; г — график 3D-кривой
В последней версии Mathcad — PTC Mathcad Prime 3.0 — предусмотрена возможность использования шаблонов. Если пользователь в каждом новом документе использует одни и те же формулы, выражения, собственные функции и единицы измерения, параметры форматирования документа, то применение шаблона позволит сэкономить время на оформление документа и сосредоточиться лишь на работе.
Сэкономить время пользователя в PTC Mathcad призвана также возможность повторного использования переменных и функций из других документов Mathcad, что позволит применять предыдущие наработки. При этом нет необходимости вставлять формулы в текущий документ: достаточно просто добавить в лист ссылку на созданный ранее документ PTC Mathcad.
Построение графиков и поверхностей — одна из важнейших сторон инженерной и научной деятельности, поэтому графике в PTC Mathcad уделено особое внимание. В программе можно создавать двумерные графики в декартовой или полярной системе координат, контурные графики и трехмерные графики поверхностей (рис. 6). Инструменты форматирования позволяют задать необходимый вид графика (стиль, толщина, цвет линий, заливка поверхностей, тип осей).
Блоки решения PTC Mathcad — элегантный способ решения алгебраических и дифференциальных уравнений и их систем, а также задач оптимизации. С помощью этих блоков пользователь может в понятной форме дать условие задачи и сразу получить ответ (рис. 7).
Рис. 7. Решение системы алгебраических уравнений
с помощью блока решения
Рис. 8. Набор операторов программирования PTC Mathcad
PTC Mathcad не требует от пользователей какихлибо знаний в области языков программирования или скриптов. Тем не менее при необходимости пользователь может сам вставить программный блок в документ PTC Mathcad. С помощью такого программного блока можно группировать расчеты и возвращать только необходимые результаты из подпрограммы. Синтаксис языка программирования PTC Mathcad проще, чем Visual Basic: здесь содержатся общеизвестные операторы циклов, условные операторы и операторы выхода из цикла или программы (рис. 8). С помощью этого набора операторов можно создавать свои, довольно сложные алгоритмы (рис. 9).
Рис. 9. Программный блок и вывод результатов
Рис. 10. Вставка компонента Excel
Рис. 11. Вывод данных из компонента Excel
Для использования данных из таблиц в PTC Mathcad можно вставить компонент Excel (рис. 10) — таблицу Excel, непосредственно встроенную в документ Mathcad. Компонент Excel позволяет отправлять расчеты из Mathcad в Excel и наоборот: получать результаты из Excel в Mathcad для использования их в дальнейшей работе (рис. 11).
Таким образом, PTC Mathcad содержит практически все инструменты, необходимые для решения повседневных расчетных задач.
Широкие вычислительные возможности, «живая» математика позволяют быстро получать результаты в удобном виде, а простота расчетов и инструменты форматирования делают PTC Mathcad неотъемлемой частью современного офисного пакета инженера или студента.
