Mathcad - програмний засіб, середовище для виконання на комп'ютері різноманітних математичних та технічних розрахунків, забезпечена простим в освоєнні і в роботі графічним інтерфейсом, яка надає користувачеві інструменти для роботи з формулами, числами, графіками та текстами. У середовищі Mathcad доступні більше сотні операторів та логічних функцій, призначених для чисельного і символьного розв'язування математичних задач різної складності.
Для автоматизації математичних, інженерно-технічних і наукових розрахунків використовуються різноманітні обчислювальні засоби - від програмованих мікрокалькуляторів до надпотужних суперЕОМ. І, тим не менш, такі розрахунки для багатьох залишаються складною справою. Більше того, застосування комп'ютерів для розрахунків внесло нові труднощі: перш ніж почати розрахунки, користувач повинен освоїти ази алгоритмізації, вивчити один або декілька мов програмування, а також чисельні методи розрахунків. Положення cущественно змінилося після випуску спеціалізованих програмних комплексів для автоматизації математичних та інженерно-технічних розрахунків.
До таких комплексів відносяться пакети програм Mathcad, MatLab, Mathematica, Maple, MuPAD, Derive і ін Mathcad займає в цьому ряду особливе положення.
Mathcad є інтегрованою системою рішення математичних, інженерно-технічних і наукових завдань. Він містить текстовий і формульний редактор, обчислювач, засоби наукової і ділової графіки, а також величезну базу довідкової інформації, як математичної, так і інженерної, оформленої у вигляді вбудованого в Mathcad довідника, комплекту електронних книг і звичайних «паперових» книг, у тому числі і російською мовою
Текстовий редактор служить для введення і редагування текстів. Тексти є коментарями, і вхідні в них математичні вирази не виконуються. Текст може складатися з слів, математичних символів, виразів і формул.
Формульний процесор забезпечує природний «багатоповерховий» набір формул у звичній математичної нотації (ділення, множення, квадратний корінь, інтеграл, сума і т.д.). Остання версія Mathcad повністю підтримує букви кирилиці в коментарях, формулах і на графіках.
Обчислювач забезпечує обчислення за складним математичним формулам, має великий набір вбудованих математичних функцій, дозволяє обчислювати ряди, суми, твори, інтеграли, похідні, працювати з комплексними числами, вирішувати лінійні і нелінійні рівняння, а також диференціальні рівняння та системи, проводити мінімізацію і максимізацію функцій , виконувати векторні і матричні операції, статистичний аналіз і т.д. Можна легко змінювати розрядність і базу чисел (двійкова, вісімкова, десятеричная і шістнадцяткова), а також похибка ітераційних методів. Автоматично ведеться контроль розмірностей і перерахунок у різних системах вимірювання (СІ, СГС, англо-американська, а також призначена для користувача).
У Mathcad вбудовані засоби символьної математики, що дозволяють вирішувати завдання через комп'ютерні аналітичні перетворення.
Графічний процесор служить для створення графіків і діаграм. Він поєднує простоту спілкування з користувачем з великими можливостями засобів ділової та наукової графіки. Графіка орієнтована на вирішення типових математичних задач. Можливо швидка зміна виду і розміру графіків, накладення на них текстових написів і переміщення їх у будь-яке місце документа.
Mathcad є універсальною системою, тобто може використовуватися в будь-якій галузі науки і техніки - скрізь, де застосовуються математичні методи. Запис команд в системі Mathcad мовою, дуже близькою до стандартного мови математичних розрахунків, спрощує постановку і вирішення завдань.
Mathcad інтегрований з усіма іншими комп'ютерними системами рахунку.
Mathcad дозволяє легко вирішувати такі завдання як:
введення на комп'ютері різноманітних математичних виразів (для подальших розрахунків або створення документів, презентацій, Web-сторінок або електронних і звичайних «паперових» книг);
проведення математичних розрахунків (як аналітичних, так і за допомогою чисельних методів);
підготовка графіків (як двовимірних, так і тривимірних) з результатами розрахунків;
введення початкових даних і виведення результатів у текстові файли або файли з базами даних в інших форматах;
підготовка звітів роботи у вигляді друкованих документів;
підготовка Web-сторінок і публікація результатів в Інтернеті;
отримання різної довідкової інформації
і багато інших завдань.
Починаючи з 14-ї версії, Mathcad інтегрований з Pro / ENGINEER (а також і з SolidWorks). В основі інтеграції Mathcad і Pro / ENGINEER лежить двосторонній зв'язок між цими додатками. Їх користувачі можуть легко пов'язати будь-який файл Mathcad з деталлю і складанням Pro / ENGINEER за допомогою такої функції системи Pro / ENGINEER, як Фічер аналізу
Mathcad створює зручну обчислювальне середовище для найрізноманітніших математичних розрахунків і документування результатів роботи в рамках затверджених стандартів. Mathcad дозволяє створювати корпоративні та галузеві засоби сертифікованих розрахунків у різних галузях науки і техніки, що забезпечують єдину методологію для всіх організацій, що входять в корпорацію або галузь
Mathcad 14
Остання версія Mathcad підтримує 9 мов, дозволяє вести більш потужні і ясні обчислення.
NEEDHAM (Массачусетс). 12 лютого 2007 PTC (на біржі Nasdaq: PMTC), компанія з розробки систем CAD / CAM / CAE / PLM, оголосила про випуск Mathcad 14.0, самої останньої версії популярної системи автоматизації інженерно-технічних розрахунків. Починаючи з моменту придбання фірми Mathsoft в квітні 2006 року, компанія PTC зосередила свої зусилля над тим, щоб далі розсунути географічні межі застосування технології Mathcad і значно збільшити армію її користувачів. Mathcad 14.0 значно розширює можливості користувачів у вирішенні постійно зростаючих обчислювальних завдань, покращує зв'язаність розрахункових документів протягом всього процесу розробки виробу.
У сучасних умовах глобального поділу процесу розробки вироби науково-технічні обчислення набувають вкрай важливе значення. Випускаючи Mathcad 14.0, PTC забезпечує повну підтримку кодування Unicode і в недалекому майбутньому запропонує даний продукт на дев'яти мовах. Новими серед них будуть такі мови, як італійська, іспанська, корейська і обидва китайських - традиційний і спрощений. Розширена підтримка мов в Mathcad 14.0 дозволить географічно розкиданих командам виконувати і документувати розрахунки на своєму місцевому мовою і в результаті підвищити продуктивність праці, завдяки збільшенню його швидкості і точності, а також скорочення помилок, що відбуваються при перекладі з однієї мови на іншу.
Mathcad 14.0 також дозволяє виконувати більш складні розрахунки, зберігаючи їх ясність з допомогою нових функцій робочого аркуша WorkSheet (документа, відкритого в середовищі Mathcad), додаткових засобів оперативної числової оцінки і розширеного набору символів. Це допоможе користувачам при виведенні формул, відображенні обчислювального процесу та документального обгрунтування розрахунків. У кінцевому підсумку, спеціальні додаткові можливості дозволять користувачам працювати з більш широким діапазоном інженерно-технічних завдань.
В основі інтеграції Mathcad і Pro / ENGINEER лежить двосторонній зв'язок між цими додатками. Їх користувачі можуть легко пов'язати будь-який файл Mathcad з деталлю і складанням Pro / ENGINEER за допомогою такої функції системи Pro / ENGINEER, як Фічер аналізу. Базові величини, розраховані в системі Mathcad, можуть бути переведені в параметри і розміри CAD-моделі для управління геометричним об'єктом. Параметри з моделі Pro / ENGINEER також можна ввести в Mathcad для подальших інженерно-конструкторських розрахунків. При зміні параметрів взаємна інтеграція двох систем дозволяє динамічно оновлювати обчислення і креслення об'єкта. Більше того, тепер коректність керованих системою Mathcad моделей Pro / ENGINEER може бути обгрунтована за допомогою таких розрахункових модулів Pro / ENGINEER, як Pro / ENGINEER Mechanica ®, Structural And Thermal Simulation, Fatique Advisor Option і Mechanism Dynamics Option.
Що нового в Mathcad 14.0?
Новий тандем операторів інтерфейсу («Два в одному»)
Формат чисел на графіках
Зміни в командах Find / Replace
Команда Compare
Нове у вирішенні ОДУ
Нові засоби символьної математики
Підтримка кодової таблиці Unicode
Інтерфейс користувача
Під інтерфейсом користувача мається на увазі сукупність засобів графічної оболонки Math CAD, що забезпечують легке керування системою, як з клавішного пульта, так і за допомогою миші. Під управлінням розуміється і просто набір необхідних символів, формул, текстових коментарів і т. д., і можливість повної підготовки в середовищі MathCAD документів (Work Sheets) і електронних книг з подальшим їх запуском у реальному часі. Інтерфейс користувача системи створений так, що користувач, що має елементарні навички роботи з Windows-додатками, може відразу почати роботу з MathCAD.
Вікно редагування.
Головне меню системи.
Другий рядок вікна системи - головне меню. Призначення його команд наведено нижче:
File (Файл) - робота з файлами, мережею інтернет та електронною поштою;
Спадаюче меню містить команди, стандартні для Windows-додатків.
Edit (Правка) - редагування документів;
Спадаюче меню також містить команди, стандартні для Windows-пріложеній.Большінство з них доступні тільки в разі, якщо в документі виділені одна або кілька областей (текст, формула, графік і т.д.)
View (Огляд) - зміна засобів огляду;
Toolbars (Панелі) - дозволяє відображати або приховувати панелі інструментів Standart (Стандартна), Formatting (Форматування), Math (Математика).
Status bar (Рядок стану) - включення або відключення відображення рядка стану системи.
Ruler (лінійка) - включення-відключення лінійки.
Regions (Межі) - Робить видимими межі областей (текстових, графічних, формул).
Zoom (зміна масштабу).
Refresh (Оновити) [Ctrl + R] - оновлення вмісту екрана.
Animate (Анімація) - Команда дозволяє створити анімацію.
Playback (Програвач) - Bоспроізведеніе анімації, що зберігається у файлі з розширенням AVI.
Preferences (Настройки) - Одна з вкладок спливаючого вікна (General) дозволяє задати деякі параметри роботи впрграмми, які не впливають на обчислення, інша вкладка (Internet) служить для введення інформації при спільній роботі з MathCAD-документами через Internet.
Insert (Вставка) - Команди цього меню дозволяють поміщати в MathCAD-документ графіки, функції, гіперпосилання, компоненти і вбудовувати об'єкти.
Format (Формат) - зміна формату об'єктів
Equation (Рівняння) - Форматування формул і створення власних стилів для представлення даних
Result (Результат) - Дозволяє задати формат представлення результатів обчислень. (Див. розділ 1.4 цієї лекції)
Text (Текст) - Форматування текстового фрагмента (шрифт, розмір, накреслення)
Paragraf (Абзац) - Зміна формату поточного абзацу (відступи, вирівнювання).
Tabs (Табуляція) - Завдання позицій маркерів табуляції.
Style (Стиль) - Оформлення текстових абзаців.
Properties (Властивості) - Вкладка Display (Відображення) дозволяє задати колір фону для найбільш важливих текстових і графічних областей; вставлений в документ малюнок (Insert -> Picture) дозволяє укласти в рамку, повернути йому первинний розмір. Вквадка Calculation (Обчислення) дозволяє для виділеної формули включити і відключити обчислення, у останньому випадку в правому верхньому куті області формули з'являється маленький чорний прямокутник і формула перетворюється на коментар.
Graf (Графік) - Дозволяє змінювати параметри відображення графіків
Separate regions (Розділити області) - Дозволяє розсовувати накладається.
Align regions (Вирівняти області) - Вирівнює виділені області по горизонталі або по вертикалі.
Headers / Footers (Колонтитули) - створення і редагування колонтитулів.
Repaganite Now (Перенумерація сторінок) - Проводить розбивку поточного документа на сторінки.
Math (Математика) - управління процесом обчислень; у MathCAD існує два режими обчислень: автоматичний і ручний. В автоматичному режимі результати обчислень повністю оновлюються при якому-небудь зміни у формулі.
Automatic Calculation (Автоматичне обчислення) - дозволяє перемикати режими обчислень.
Calculate (Обчислити) - При ручному режимі обчислень дозволяє перерахувати видиму частину екрану.
Calculate Worksheet (Прорахувати документ) - Перерахунок всього документа цілком.
Optimization (Оптимізація) - За допомогою цієї команди можна змусить MathCAD перед чисельної оцінкою вираження зробити символьні обчислення і при знаходженні більш компактної форми вираження використовувати саме її. Якщо вираз вдалося оптимізувати, то праворуч від нього з'являється маленька червона зірочка. Подвійний клацання на ній відкриває вікно, в якому знаходиться оптимізований результат.
Options (Параметри) - дозволяє задавати параметри обчислень
Symbolik (Символіка) - вибір операцій символьного процесора;
Позиції цього меню докладно розглядаються в Лекції 6, присвяченій символьним обчислення в системі MathCAD.
Window (Вікно) - управління вікнами системи;
Help (?) - Робота з довідковою базою даних про систему;
Mathcad Help (Довідка по MathCAD) - містить три вкладки: Зміст - довідка впорядкована за темами; Покажчик - предметний покажчик; Пошук - знаходить потрібне поняття при введенні його у форму.
Resource Center (Центр ресурсів) - Інформаційний центр, що містить огляд обчислювальних здібностей MathCAD (Overview and Tutorials), швидку довідку у вигляді прикладів з різних галузей математики (Quicksheets and Reference tables).
Tip of the Day - Спливаючі вікна-підказки з корисними порадами (виникають при завантаженні системи).
Open Book (Відкрити книгу) - дозволяє відкрити довідник системи MathCAD.
About Mathcad (Про програму Mathcad) - інформація про версію програми, авторські права і користувача.
Кожна позиція головного меню може бути зроблена активною. Для цього досить вказати на неї курсором - стрілкою миші і натиснути її ліву клавішу. Можна також натиснути клавішу F10 і використовувати клавіші переміщення вправо і вліво. Потім вибір фіксується натисканням клавіші введення Enter. Якщо будь-яка позиція головного меню робиться активною, вона виводить спадаюче підменю з списком доступних і недоступних (але можливих у подальшому) операцій. Переміщення за списком підменю і вибір потрібної операції виробляється аналогічно тому, як це описано для головного меню.
Стандартна панель інструментів.
Третій рядок вікна системи займає панель інструментів (Toolbox). Вона містить кілька груп кнопок управління з піктограмами, кожна з яких дублює одну з найважливіших операцій головного меню. Варто лише зупинити курсор миші на будь-який з цих піктограм, як у жовтому віконечку з'явиться текст, що пояснює функції піктограм. Розглянемо дію кнопок швидкого управління системою.
Кнопки операцій з файлами.
Документи системи MathCAD є файлами, тобто мають імена блоками зберігання інформації на магнітних дисках. Файли можна створювати, завантажувати (відкривати), записувати і роздруковувати на принтері. Можливі операції з файлами представлені в панелі інструментів першою групою з трьох кнопок:
New Worksheet (Створювати) - створення нового документа з очищенням вікна редагування;
Open Worksheet (Відкрити) - завантаження раннє створеного документа з діалогового вікна;
Save Worksheet (Збережемо) - запис поточного документа з його ім'ям.
Друк та контроль документів.
Print Worksheet (Друк) - роздрук документа на принтері;
Print Preview (Перегляд) - попередній перегляд документа;
Check Speling (Перевірка) - перевірка орфографії документа.
Кнопки операцій редагування.
Під час підготовки документів їх доводиться редагувати, тобто видозмінювати і доповнювати.
Cut (Вирізати) - перенесення виділеної частини документа в буфер обміну з очищенням цій частині документа;
Copy (Копіювати) - копіювання виділеної частини документа в буфер обміну з збереженням виділеної частини документа;
Paste (Вставити) - перенесення вмісту буфера обміну у вікно редагування на місце, вказане курсором миші;
Undo (Скасувати) - скасування попередньої операції редагування;
Три останні операції пов'язані із застосуванням буфера обміну. Він призначений для тимчасового зберігання даних і їх перенесення з однієї частини документа до іншої, або для організації обміну даними між різними додатками.
Кнопки розміщення блоків.
Документи складаються з різних блоків: текстових, формальних, графічних і т.д. Блоки проглядаються системою, інтерпретуються і виконуються. Перегляд йде справа наліво і знизу вгору.
- Align Across (Вирівняти по горизонталі) - блоки вирівнюються по горизонталі.
- Align Down (Вирівняти вниз) - блоки вирівнюються по вертикалі, розташовуючись зверху вниз.
Піктограми цих кнопок зображують блоки і зазначені варіанти їх розміщення.
Кнопки операцій з виразами
Формульні блоки часто є обчислюваними виразами або виразами, що входять до складу заданих користувачем нових функцій. Для роботи з висловлюваннями служать піктограми
Наступні групи кнопок є специфічними саме для системи MathCAD.
Insert Function (Вставити функції) - вставка функції зі списку, що з'являється в діаологовом вікні;
Insert Unit (Вставити одиниці) - вставка одиниць виміру;
Calculate (Перерахувати) - обчислення виділеного виразу;
Доступ до нових можливостей MathCAD.
Починаючи з версії MathCAD 7.0 з'явилися нові кнопки, що дають доступ до нових можливостей системи:
Insert Giperlink (Включення гіперпосилання) - забезпечує створення гіперпосилання;
Component Wizard (Майстер компонентів) - відкриває вікно Майстра, що дає зручний доступ до всіх компонентів системи;
Ran Math Connex (Запуск системи Math Connex) - запуск системи для стимулювання блочно-заданих пристроїв.
Кнопки управління ресурсами.
Resource Center (Центр ресурсів) - дає доступ до центру ресурсів;
Help (Довідка) - дає доступ до ресурсів довідкової бази даних системи.
Панель форматування.
Четвертий рядок верхній частині екрана містить типові засоби управління шрифтами:
Style - Перемикач вибору стилів;
Font - Перемикач вибору набору символів;
Point Size - Перемикач вибору розмірів символів;
Bold - Установка жирних символів;
Italik - Установка похилих символів;
Underline - Установка підкреслених символів;
Left Align - Установка лівостороннього вирівнювання;
Center Align - Установка вирівнювання по центру;
Right Align - Установка правостороннього вирівнювання.
До тих пір, поки не розпочато набір елементів документа, частина описаних кнопок і інших об'єктів користувальницького інтерфейсу знаходиться в пасивному стані. Зокрема, у вікнах перемикачів панелі форматування немає написів. Піктограми та перемикачі стають активними, як тільки з'являється необхідність в їх використанні.
Внизу екрана крім смуги горизонтальної прокрутки розташована ще один рядок - рядок стану. У ній виводиться службова інформація, короткі коментарі, номер сторінки та ін Ця інформація корисна для оперативної оцінки стану системи в ході роботи з нею.
Набірні математичні панелі інструментів.
Для введення математичних знаків у MathCAD використовуються зручні переміщувані складальні панелі з відзнаками. Вони служать для виведення заготовок - шаблонів математичних знаків (цифр, знаків арифметичних операцій, матриць, знаків інтегралів, похідних і т. д.). Для виведення панелі Math необхідно виконати команду View -> Toolbar -> Math. Набірні панелі з'являються у вікні редагування документів при активізації відповідних піктограм - перша лінія піктограм управління системою. Використовуючи загальну набірну панель, можна вивести або всі панелі відразу або тільки ті, що потрібні для роботи. Для установки з їх допомогою необхідного шаблону досить помістити курсор у бажане місце вікна редагування (червоний хрестик на кольоровому дисплеї) і потім активізувати піктограму шаблону, встановивши на нього курсор миші і натиснувши її ліву клавішу.
Багато функцій і операції, які вставляються в документ за допомогою набірних математичних панелей, можуть бути поміщені в документ за допомогою "швидких клавіш". При цьому робота в системі MathCAD стає більш продуктивною. Рекомендуємо запам'ятати поєднання клавишь хоча б для деяких найбільш часто вживаних команд.
Більш докладно робота з додатковими панелями, що включаються кнопками панелі Math, буде описана у відповідних розділах.