© 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. For use with permission only. Программа для выполнения и документации инженерных расчётов. Питер Келли Менеджер. - презентация

1 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. For use with permission only. Программа для выполнения и документации инженерных расчётов. Питер Келли Менеджер по продажам в Великобритании (редактирование и дополнения проф. Ивановского Р.И., ФТК СПбГПУ)

2 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Без надлежащих инструментов и регламентов вычисления превращаются в хаос CALC Результаты Важные данные Методы ДопущенияТребования

3 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. M150кг V4 км ч Mg V vert гcмcм 2 с 3 Что такое вычисления? Определённый набор математических операций, позволяющий получить один или более результатов Компоненты вычислений Значения и единицы измерения Формулы Последовательность применения формул Жизненный цикл вычислений:

4 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Сначала формулы копируются из справочников Затем нужно определить постоянные величины и привести всё выражение к общим единицам измерения … в результате получите бестолковую формулу с непонятными числами, которые непонятно, что обозначают Как происходят ошибки в вычислениях:

5 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. For use with permission only. Mathcad

6 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. сравнительной простотой, отсутствием высоких требований к пользователю как к программисту, возможностью преобразования и получения данных в различных форматах, широким набор шаблонов (предварительно запрограммированных на языке С++ процедур) и встроенных функций для решения любых математических задач (решения систем алгебраических и дифференциальных уравнений, неравенств, циклических и рекуррентных процедур и проч.), визуализации результатов с помощью 2D и 3D-графиков, мощным арсеналом операторов символьного преобразования математических выражений, возможностью формирования пояснительных записок, отчетов, статей, монографий совместным использованием текстовых редакторов и фрагментов документов MathCAD. Система вычислений Mathcad отличается:

7 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Система вычислений Mathcad О компании Mathsoft Mathsoft является лидирующим производителем программного обеспечения услуг для выполнения инженерных расчётов и управления сопутствующей информацией Mathsoft – это закрытая акционерная компания, основанная в 1985 году Штаб-квартир а Mathsoft находится в Кэмбрижде, компания также имеет 5 офисов в Европе и сеть дистрибьюторов по всему миру Программа позволяет одновременно выполнять и документировать инженерные расчёты, что очень важно в бизнес среде. Mathcad ~ Это самая популярная система вычислений, используемая по всему миру для проведения технических расчётов. Mathcad входит в состав пакета Mathsoft Calculation Management Suite

8 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Mathcad и пакет Calculation Management Mathcad - предлагает инженерам и ученым полную математическую нотацию для ведения полностью документированных инженерных расчетов. Предлагает встроенные возможности оценки достоверности, проверки, документирования и трассировки, чего обычно не хватает при написании собственных программ или использовании электронных таблиц. Calculation Management новая, удобная в реализации технологическая схема, которая рассматривает расчеты, как критически важный процесс и корпоративный ресурс.

9 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Электронные таблицы и программы позволяют получить ответ, но … Информация утрачивается и её практически невозможно извлечь Уравнения скрыты в ячейках Сложно составить документацию по методам и данным, использованным при вычислениях Трудно отыскать ошибки, сделать проверку и составить отчёт Программы только автоматизируют выполнение задания Нет интерактивного или визуального контроля Программные коды могут быть сложны в применении (или, что более важно, в повторном применении) Результаты исследований: 40 – 80 % изначально содержат ошибки. Разработчики электронных таблиц пропускают более 80% собственных ошибок. Программы тестирования пропускают более 50% ошибок в вычислениях и 34% ошибок в самом приложении.

10 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Пример: Excel – нестандартная математическая задача : Положительно Отрицательно =U15+1/(1-C$8)*((1+C$8)*H15*1000/ (2*(AF15+AG15)*CA15)- C$8*J15*1000/(AG15*BZ15)) Электронные таблицы: Mathcad: Пример: Сложное математическое выражение:

11 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. =((G15*(1+bank_tol_fac)*Fp/100)*IF(loop="Port",BJ15/BH15,IF(loop="Stbd", BK15/BI15))*IF(stream="mixed",AZ15/BC15,IF(OR(stream="port",AND(strea m="sided",loop="port")),AX15/BA15,IF(OR(stream="stbd",AND(stream="sid ed",loop="stbd")),AY15/BB15)))*(1-Cal_DHF)+BM15)*(1+ IF(op_mode= "SSG",SSG_corr,0))+BL15 Mathcad:

12 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Мировой стандарт для проведения инженерных расчётов ( уже продано более 1,8 миллиона лицензий) Аэрокосмическая промышленность Строительство и транспорт Высокие технологии Энергия и Ресурсы Автомобильная промышленность Связь и электроника Фармацевтика и химикаты

13 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Mathcad обеспечивает: Графическое представление технической информации Выполнение расчётов Документацию всех операций Чёткие и понятные результаты Удобную совместную работу Возможность проверки вычислений

14 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Удобная рабочая среда Mathcad – это инструмент математического моделирования Позволяет инженерам моделировать математически сложные задачи Проекты полностью отражают замысел специалиста Mathcad – это инструмент документации Расчёты выглядят так, будто написаны от руки Приложение не превращает вычисления в код или длинную формулу Расчёты легко понять как инженеру, так и менеджеру, в результате получаются качественные проекты

15 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Интерфейс блокнота Вы можете сразу приступить к использованию программы без дополнительного обучения Использование естественных математических обозначений Вы можете делать чёткие и понятные записи, которые можно легко изменить или повторно использовать Вычисления с учётом единиц измерения Эта возможность предотвращает появление ошибок Мощный инструмент для применения в различных областях

16 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Библиотеки и пакеты расширения Пакеты расширения Обработка сигналов Обработка изображений Работа с Wavelet- функциями Выполнение сложных расчётов и решение задач оптимизации Анализ данных Технические библиотеки Механика Электроника Строительство

17 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Интеграция с инструментами сторонних производителей VisSim – имитация/моделирование Smartsketch – создание плоских чертежей National Instruments - LabView Solidworks Bentley Microstation ANSYS ESRD StressCheck 7

18 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Mathcad и SolidWorks По расчётам Mathcad можно выполнять параметрическое моделирование в SolidWorks Основные преимущества: Получение более точных технических проектов Сокращение времени до выхода продукта на рынок Разработка более качественных инновационных проектов

19 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Mathcad в строительстве Задачи компании: Улучшить взаимодействие с партнёрами и внутри компании Повысить качество работ Сохранить численность кадров Ситуация: Использованы различные инстументы электронные таблицы и калькуляторы для выполнения сложных расчётов по проектам Существенная потеря времени на просмотр инженерных расчётов Несовместимые результаты из-за использования разных методов вычисления Решение: Выбрано приложение Mathcad Удобный инструмент для выполнения и документирования вычислений Лицензионная сеть пользователей по всему миру Более 500 инженеров-пользователей Стандарт: Mathcad – это лучший инструмент для выполнения инженерных расчётов Программа является стандартом, используемым во всех подразделениях компании

20 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Mathcad в транспортной организации Ситуация: Использованы различные инстументы электронные таблицы и калькуляторы для выполнения сложных расчётов по проектам Множество ошибок из-за скрытых формул Невозможно обнаружить ошибки и совместно использовать информацию Необходимость выполнения повторяющихся заданий вручную Задачи организации: Разрабатывать более точные проекты Повысить уровень внутренней инфраструктуры Обеспечить документацию расчётов в удобном для последующего использования виде Решение: Выбрано приложение Mathcad Документация всех вычислений Удобный технический инструмент для выполнения инфраструктурных расчётов Более 100 инженеров используют Mathcad Enterprise Стандарт: Mathcad – это лучший инструмент для выполнения инженерных расчётов Программа является стандартом, используемым в департаменте транспорта Флориды

21 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Mathcad в аэрокосмической промышленности Задачи компании: Повысить уровень ИТ- инфраструктуры; Ускорить процесс проектирования; Обеспечить соответствие внутренним и внешним стандартам, Обеспечить интеграцию с инструментами для проведения анализа конечных элементов Ситуация: Использованы различные инстументы письменные отчёты, программы и калькуляторы Множество ошибок из-за скрытых формул Необходимость выполнения повторяющихся заданий вручную Решение: Выбрано приложение Mathcad Документация всех вычислений Интеграция с другими приложениями Более 500 инженеров Великобритании используют Mathcad для расчётов давления Стандарт: Mathcad – это лучший инструмент для выполнения инженерных расчётов Программа является стандартом, используемым в BAE Systems CITS

22 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Mathcad в образовании исключает необходимость затрат времени и других ресурсов на разработку необходимого (чаще – специального) ПО; гарантирует решение профильных задач в кратчайшие сроки, что позволяет в течение одного практического занятия проводить глубокий многовариантный анализ рассматриваемой задачи (задач); существенно повышает интенсивность практических занятий; повышает информативность занятий, поскольку упрощается графическое представление, графическое решение и анимация задач; при необходимости обеспечивает возможность разработки в среде Mathcad собственных программ; упрощает создание пояснительных записок, отчетов, статей и проч. на основе использования текстовых редакторов и фрагментов mcd-файлов; резко расширяет спектр возможностей преподавателя (исследователя), высвобождает его время для новых разработок, позволяя включать в круг обсуждаемых задач новые, практически значимые профессиональные задачи.

23 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Повышает Интенсивность занятий.. Глубину проникновения в проблему. Информативность занятий. Привлекательность занятий. Уровень рассматриваемых задач. Число решенных задач в течение одного практического занятия. Уровень требований к преподавателям. Применение Mathcad в образовании: L Cov_D Cov_S

24 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Улучшенная расчетная часть Встроенный компилятор.NET «just-in-time» для повышенной производительности и масштабируемости Открытый формат файлов на базе XML, опубликованная информационная модель (схемы) Утилиты для преобразования файлов Mathcad в форматы XHTML и XSL-FO Новый удобный механизм работы с размерностями Расширенная библиотека единиц измерения, пользовательские и задаваемые через меню базовые единицы Возможность задавать собственные нелинейные единицы Полная поддержка в Mathcad 13 измерения температуры в градусах Цельсия и Фаренгейта Аудит и новые вспомогательные функции Рабочие книги с метаданными и автоматическим аудитом Развернутые выкладки для более подробного аудита вычислений Новое окно Trace для отладки программ Расширенные сообщения об ошибках Переключатели параметров совместимости и вычислений Подписи типов функций описывают аргументы функции Новая функция автосохранения

25 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Более удобный контроль вычислений Критическая инж. формула GUID: Метаданные прикрепляются к самим расчетам Расчеты можно снабдить примечаниями и отслеживать источник (Provenance) Генерация таблиц ссылок С аннотациями и указанием источников Формат XML Читабельные текстовые рабочие книги Критическое инж. знач-е: Знач-е: Величина: Емкость Единицы: micro:farad Источник: CRC Book, p24 GUID:

26 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. For use with permission only. Пакет управления расчетами Calculation Management Suite

27 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. 1.Шаблоны 2.Ориентация на повторное использование 3.Документирование и еще раз документирование 4.Публикация проверенных / стандартизованных методик 5.Централизация доступа: применение репозитария или общих файлов 6.Использование изолированных областей для блокирования или скрытия расчетов 7.Переход от опытного образца к рабочему решению 8.Участие в пересмотре кода 9.Формализация технологических процессов/согласований 10.Поддержка средств пакета Mathcad для автоматизации Основы управления расчетами с помощью системы Calculation Management

28 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Что входит в систему управления расчетами Calculation Management… Собственные материалы и коллективная работа Коммерческие материалы Центральный репозитарий Доступ читателей к web-страницам и повторное использование Отчетность для управленцев Управление контентом Интеграция приложений Интеграция заказных функций Управление лицензиями Создание корпоративного ресурса

29 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Наборы инструментов и пакеты расширений публикация в PDF и заказные функции Развертывание интерактивных web- приложений Централизованный доступ к методам, результатам и критическим значениям Управленческий контроль, функции аудита и чтение материалов через web-страницы библиотеки Инженерные справочники в электронном виде Диаграмма компонентов

30 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Пакет Calculation Management Suite … определяет преимущества 1.Инженеры, использующие «электронную математическую тетрадь», более продуктивны, постоянно создают и применяют контролируемую информацию 2.Растущий объем инженерных знаний становится доступным каждому через web-страницы 3.Полный аудит и контроль источников информации 4.Управляемые вычисления можно легко опубликовать в виде документов или в виде интерактивных приложений 5.Расширение любой инженерной ИТ-среды за счет пользовательских функций и интеграции Управленцы Другие функц. подразделения Инженеры Пользователи Mathcad

31 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Утилита Designate TM, как «диспетчер расчетов» Предлагает ценные возможности: Поиск и анализ Упорядочение проекта и знаний Размещение и подписка через репозитарий Расчеты на базе шаблонов Контроль источников (provenance) Проверка надежности и точности расчетов Аудит повторного использования Публикации

32 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Designate TM … определяя возможности Структура папок для упорядочения информации Просмотр в браузере Уведомление по электронной почте Шаблоны рабочих книг По папкам С включением нестандартных метаданных, указанием системы единиц по умолчанию Поиск/Расширенный поиск Повторное использование и команда просмотра связанных документов «View related documents» Контроль источников и команда просмотра документов, на которые есть ссылки «View referenced sources» Публикация в формате PDF/XHTML через сервер Возможность установки качества отображения Встроенный сервер приложений

33 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Похоже ли управление расчетами на управление документами? Системы управления документооборотом хранят документы и информацию о документах (метаданные) Эти метаданные живут в системе документооборота, а не в самих документах Управление файлами с расчетами помогает контролировать расчеты, но этого недостаточно Должна быть возможность управления расчетами как таковыми, включая уравнения и числа, из которых они состоят

34 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Услуги компании Mathsoft по обучению и консультациям Обучение на компьютере Файлы Windows Media для аудитории до 10, 25 или неограниченного числа пользователей Курсы на территории заказчика Базовые, расширенные, в режиме двустороннего общения с преподавателем Консультации по передовым приемам работы Аудит применяемых приемов и выработка рекомендаций Обучение будущих инструкторов Для крупных организаций, проводящих внутренние сертифицированные курсы по работе с пакетом Mathcad

35 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Преимущества управления расчетами с помощью пакета Calculation Management Единообразие Верификация и оценка Коллективная работа Публикация Воспроизводимость

36 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Передовые приемы использования пакета Mathcad Эти приемы помогут инженерам эффективно распоряжаться своим интеллектуальным капиталом Эти приемы собраны из опыта пользователей Mathcad Серьезное отношение к Mathcad, как средству коммуникации (а не просто, как среда для вычислений) ведет к развитию гибких сообществ пользователей Mathcad

37 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Прием #1 – применение шаблонов Использование шаблонов Mathcad… В рамках рабочих групп и проектных групп В рамках всей организации Чтобы облегчить управление рабочим процессом Технически, применение шаблонов лишь по стилю отличается от использования ссылок. В обоих случаях цель заключается в фиксации стандартизованной информации и ее повторном испльзовании. Шаблоны помогают унифицировать описания единиц измерения, полезные функции, объявления констант и др. Использование HTML-шаблонов при экспорте рабочих книг на web-сайт помогает унифицировать внешний вид таких страниц.

38 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Прием #2 – ориентация на повторное использование По мере развития проекта проверка рабочих книг показывает, как часто повторялись расчеты и процедуры, и как их можно было объединить. Написание этих общих процедур в виде параметрических функций экономит время и делает «код» понятнее. Далее базовые функции можно вызывать из книги-источника или из динамической библиотеки DLL.

39 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Прием #3 – документирование и еще раз документирование … если не для документооборота, то для демонстраций. Пакет Mathcad сам документирует представления расчетов, ведет протокол и предлагает возможность аннотирования выкладок. Открытая природа блокнотного интерфейса Mathcad помогает постоянно совершенствовать решения на всем протяжении жизненного цикла проекта. Mathcad служит отличной средой для всего от комментированных методик до самостоятельных документов для математических web-сайтов.

40 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Прием #4 – публикация «проверенных» методик Различные форматы вывода позволяют инженерам обмениваться проектами и показывать их другим членам организации. Способ их публикации зависит от цели и аудитории. Mathcad поддерживает статические и интерактивные форматы вывода, чтобы не владеющие Mathcad пользователи тоже могли просматривать и использовать результаты расчетов. 1.HTML/PDF –Представление работы в стандартном формате для чтения с возможностью повсеместного распространения. 2.RTF – Если нужно использовать Word для финальной доводки. 3.MCD* for the Application Server – Развертывание интерактивных рабочих книг, которые можно просматривать и использовать в браузере без дополнительных модулей и клиентского модуля Mathcad. *MCD – это встроенный формат файлов Mathsoft.

41 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Прием #5 – применение репозитария или системы общих файлов Защита интеллектуальных ресурсов путем ограничения их несанкционированного редактирования или удаления. В среде, где инженеры делают следующее: Обмениваются рабочими книгами Коллективно работают с составными решениями из нескольких рабочих книг Участвуют в анализе и переделке кода Создание документов, которые смогут просмотреть пользователи без Mathcad Важно управлять документами в рамках безопасной среды.

42 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Прием #6 – использование отдельных областей для блокирования и скрытия расчетов Mathcad обеспечивает безопасное распространение решений с закрытыми областями. Закрытая область охватывает участки рабочей книги и позволяет автору запретить редактирование или скрыть от просмотра математику, текст, графику и др. Области полезны при распространении материалов для менее компетентных читателей. Области защищают критические элементы рабочей книги. Области помогают защитить интеллектуальную собственность.

43 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Сжато… …Развернуто

44 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Прием #7 – от опытной модели к рабочему решению Mathcad полезен в качестве «полигона» для идей, а также как полноценный фундамент промышленных решений. Неструктурированный набор выполненных на скорую руку расчетов можно легко превратить в полноценной инженерное решение. Незачем использовать калькулятор для «игры», а затем переходить к более универсальному решению для «промышленной» работы. Mathcad удобен в использовании и очень мощен – он проведет вас от идей к ответам.

45 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Опытная модель… …Решение

46 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Прием #8 – участие в совершенствовании кода 1.Шаг 1: Инженеры пересматривают свой собственный «код», как математику, так и комментарии. 2.Шаг 2: Остальные пользователи Mathcad анализируют рабочую книгу(и), и оставляют комментарии прямо в документе(ах). 3.Шаг 3: Ближе к финалу проект, черновики рабочих книг публикуются для чтения пользователями без пакета Mathcad (менеджер, потенциальный клиент или партнер) для анализа и оценки. 4.Шаг 4: Запускается формальный процесс, в рамках которого решения утверждаются или получают санкцию на распространение среди других пользователей организации.

47 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Прием #9 – публикация одобренных шаблонов решения Одобренные решения удобны для чтения и гибки в использовании – с ними можно делать следующее: Развертывать в виде web-страниц на базе документов Mathcad через Application Server. Сделать доступными для использования другими инженерами через репозитарий. Встроить в многоэтапный процесс обработки данных, объединяющий или автоматизирующий процессы с использованием многих приложений… здесь Mathcad станет вычислительным скелетом системы! НО, этот процесс можно формализовать до того, как расчеты разойдутся по всей организации.

48 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Mathcad Enterprise На бумагу в Acrobat Web-приложения в HTML Различные форматы вывода, обеспечивающие полную целостность документов

49 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Mathcad Application Server Quantil

50 © 2005 Mathsoft Engineering & Education, Inc. Спасибо за внимание! д.т.н., профессор Ивановский Ростислав Игоревич, каф.Распределенные вычисления и компьютерные сети, ФТК, СПбГПУ, член Президиума НМС по информатике Минобразования РФ