Mathcad工程计算软件及效益
企业工程计算现有问题
在公司现有的工程管理的过程中，各部门已投入很多资金进行详细设计开发和原型测试。但在现有工程计算中常会遇到如下问题。
1、在每个工程项目中，工程计算文档很难用传统的数学公式清晰的表达，写作困难；
2、原有算法由于使用编程语言或Excel，一旦老员工离职或者退休，新员工很难读懂，并且难于维护；
3、后续的项目中很难重用了原有的工程计算过程；
主要原因是现有的工程计算软件无法成功地获得和共享重要的工程计算信息，其中包括规范、公式、图表和测试结果。此类信息的准确性和时效性对于加快产品上市速度、降低成本和消除设计失败的风险至关重要。但是zui需要此类重要信息的人却无法获得这些信息，原因主要是无法看到此类信息，或者此类信息迷失于档案柜中、一张张纸上、计算机代码中或者电子表格单元格的背后。司空见惯的是，当员工从公司辞职时，数据仅仅是随员工一同“走出”公司大门，而从未被重新使用。传统的方法：不相同、脱机和过时物理手册虽然不方便使用，但仍然是用于估计、验证和早期确定尺寸的重要工具收集计算器、电子表格、编程语言和纸质笔记本这一组特别的工具来求解和记录工程计算通常，工程计算知识会丢失、不被他人了解。
电子表格（Excel）：仍然广为使用，但是电子表格公式未以标准数学符号表示，并且难以阅读。电子表格缺乏自动化的单位管理功能，难以审核或重用电子表格，电子表格为高级数学计算（例如导数或微分方程）提供很少支持或未提供支持。
结果是：电子表格通常含有错误，而这些错误可能会降低设计质量，并阻碍产品开发过程。
Mathcad的计算和管理功能
PTC 的 Mathcad 产品系列提供在效率上比传统方法高得多的解决方案，用于求解和记录工程计算。通过将文本、实时数学运算和图形集成到一个环境中，与编程工具或电子表格不同的是，Mathcad 的界面使用键击或菜单板单击来接受和显示自然数学符号 — 无需任何编程。由于工作表包含实时计算，因此，改变输入或方程的一次键击将立即返回更新的结果。改变某个变量将立即重新计算答案，或者重新绘制任何 2D 或 3D 图形，因而消除了任何手工的重新计算工作。计算和结果均记录在可重用的工作表中，而工作表可保存为或轻松转换为多种格式，包括 MS Word、PDF、HTML 和 XML。这些灵活的格式使工程师能够共享完整记载的设计，包括概念和实施，而不只是代码。XML 格式和针对标准接口的支持使用户可以轻松地与其他用户和系统共享工作表、方法或数值，这些系统包括文档管理应用程序、计算机辅助设计 （CAD） 程序，以及产品数据管理 （PDM） 解决方案。
Mathcad可以：
自动执行过程
1. 同时求解和记录计算
a） 在文档中进行实时计算
b） 在同一工作表中获取所有方程、文本、图形和数据
c） 集成的数值和符号数学说明了设计背后的理据及结果
2. 提供智能、自动的单位管理功能
3. 产生可重复和可审核的工程计算（标准的和专有的），可轻松地迭代、
4. 共享和重用这些计算
传递工程知识
1. 其他人可以轻松阅读和理解以标准数学符号表示的计算
2. XML 格式允许在下游文档中进行自动发布
3. 确保可追溯性
4. 清楚记录所有方法、方程和假设的文档在以下几项之间建立了可追溯性：
a） 计算和设计几何
b） 设计几何和客户需求
Mathcad 简介
Mathcad作为运算管理平台，目前已经为超过170万的科学研究人员、工程技术人员、教育工作者以及学生提供了的帮助。经过20多年的积累，目前已有超过2000所高等院校的数学、科学和工程系将MathCAD用于教学和科研，并从中获得了*的学习体验。无论教师或是学生在使用MathCAD时只须关注于数学的概念以及如何解题本身，而不是像以往使用其它数学软件般陷于复杂而陌生的软件语法的表达和编程。同时，MathCAD企业框架中的软件部分已经在《Global2000》和《Fortune1000》中的多个行业里获得了广泛的支持和应用，已经成为了包括航天、建筑、汽车、通信、电子、能源等在内的*领域的数学软件的标准。
Mathcad 是*的一个在同一张工作表集合了数学公式、数字、文本和图表的功能强大的工程应用工具。和其它数学软件不同的是， Mathcad操作界面就像是铅笔和纸张。可以在上面直接输入公式、图表或者是方程式，而且可以在任意的地方插入文字注解。不像有些数学软件需要会使用某种相关的语言， Mathcad 可以让您直接使用自然数学语言来进行工作。
比如，在一个程序语言中，等式输入应该是这样：
x=（-B+SQRT（B**2-4*A*C））/（2*A）
在EXCEL中，输入一个等式应该是这样：
+（-B1+SQRT（B1*B1-4*A1*C1））/（2*A1）
在Mathcad中,输入同样的等式就同您在参考书中看到的一样：
MathCAD的主要运算功能有：
代数运算、线性代数、微积分、符号运算、2D和3D图表、动画、函数、程序编写、逻辑运算、变量与单位的定义和计算等。
功能详细信息
• 数学格式和显示：
- 支持实数、虚数和复数
- 十进制、二进制、八进制和十六进制格式
- 200多种内置单位和用户定义的默认选项
- 支持创建用户定义的单位系统
- 工程和科学符号显示
- 混合整数显示
- 显式计算使变量能够在方程中作为已定义的值显示，从而改善了以可视化方式对计算进行的审核
• 实时数学运算和符号处理能力：
- 以数字方式或符号方式定义和求出变量及函数的值
- 处理、变换和提取矩阵中的信息
- 用代数方法展开、分解和简化表达式
• 内置运算符：
- 超过17个算术运算符、12个向量和矩阵运算符，以及5个求和及求积运算符
- 2个导数运算符和5个积分及极限运算符
- 9个求值运算符
- 10个布尔运算符
- 支持自定义的和用户定义的运算符
- 算术运算遵守IEEE 规范
• 图形和可视化：
- 标准的工程绘图类型：x-y 图、二级y 轴图、极座标图、条形统计图表、向量图、等高线图、散点图和曲面图
- 2D和3D QuickPlot™ 以及绘图注释功能
- 交互式绘图缩放数据点选择，以及3D 角度调整
- 数字、记号、标签、线型、标记等的详细绘图格式设置
- 图像查看器，支持BMP、GIF、JPG、PCX、TARGA、PGM、TIFF 格式
- 图像处理（缩放/平移/修剪、亮度/对比度、旋转/反向/转置等）
• 内置函数：
- 80 多个核心数学函数和10 个离散变换函数
- 110 多个统计、概率和数据分析函数
- 18 个微分方程和偏微分方程解算程序
- 28 个文件访问函数
- 14 个表达式型和字符串函数
- 18 个财务函数
- 13 个符号函数，包括numer 和denom，用于代数计算
MathCAD的主要特性有：
1. 使用真实的数学语言：Mathcad 是*的能够采用数学语言进行计算的数学工具,就像用笔和纸一样， 因此可以加深对数学知识的理解，而不是去研究一个晦涩难懂的软件界面；方便运算人员设计、回顾、共享自己的工作成果，避免因公式隐藏在单元格或程序语言中而造成的麻烦和错误；
2. 文档报告的制作：Mathcad在同一张工作表上*地集合了数学公式, 文字, 图表，其人性化的界面，使工作没有任何限制，就如在纸上写那么随意，再也不需要在多个软件间来回复制、粘贴、切换了，当设计完成计算过程的同时，报告也就同时准备妥当；
3. 的易用性：只要拥有基本的数学知识。就可以轻松地利用Mathcad来解决工作中的难题，而不需要去掌握一种编程语言或命令规则。在Mathcad文档中只需要改变其中一个变量，Mathcad就会自动重新计算、生成图表，从而为教学工作、课外作业，研究工作、演示和数学资料研究提供便利。在Mathcad文档中，所有的计算和公式都是可见的。因而易于检查和进行结果校正。Mathcad的错误跟踪功能可以自动发现错误。
4. Mathcad的浮动操作工具条让用户方便的使用数学符号, 数学运算符和表达式,以及希腊人字母,您只需要通过鼠标点击就可完成。
5. 丰富的存档管理体系： 可以以MathCAD（*.mcd）、RTF、PDF、HTML/MATHML等多种格式进行存储，可以方便各种用户的查看需求；
6. 数据交换与整合：强大的互用性和连接性可以让MathCAD兼容Microsoft Office系列产品、AutoCAD、Axum、SmartSketch、VisSim、MatLab以及所有ODBC数据资源和同SQL相兼容的数据库等等；
7. 数据的读取：二进位的读写支持任意二进位文件，I/O部件支持混合格式数据，同时也支持声音文件的读写。另外MathCAD还支持实时数据捕获功能，可以直接与主板进行数据交换；
8. 性能强大并且能够扩展：超过300个内置函数；定制函数；2维/3维图表以及动画功能,可以与ODBC数据库和涉及到其他（比如图书馆）进行整合等等。可以使用Jscript 或者VBscript 编写自动化的OLE和COM物件来创建新的组件，可以借助SDK以及C++等其他语言建立自定义函数库或组件库，支持通过UserEFI界面传送strings的特性加入C或者C++的译码。
9. MathCAD遵循XML标准，用MathCAD在打印机上打印，在网络上传播都很容易。这样可以使您轻松的在本地网络或者Internet访问MathCAD档案，能够在intranet和extranet间无缝移动。
10. MathCAD 用户在网上可得到巨大数量的教学和研究资源,可以用MathCAD本身来使用这些资源。
Mathcad 库和扩展包
Mathcad 工程库
PTC 提供了内容丰富的大量数学库，这些库包含多本作为交互式电子手册提供的*参考手册。Mathcad 工程库在E-book 中提供，它们允许您以交互方式实时访问在参考手册印刷本中找到的一切内容，并且可以完整访问Mathcad的所有计算和图形功能。可以修改输入和方程以建立自己的模型，通过直接在手册中工作来研究内容，或者将内容拖到Mathcad 工作表中。更改输入参数和方程定义时，Mathcad 会重新进行计算。
这些特定于工程专业的库包括：
Mathcad 土木工程库
将百科全书式的“Roark’s Formulas for Stress and Strain”（Roark的应力应变公式）与易于修改的结构设计模板及热设计问题的示例结合在一起。
Mathcad 电气工程库
提供数以百计的标准计算程序、公式和参考表，供电气工程师使用。
Mathcad 机械工程库
将百科全书式的“Roark’s Formulas for Stress and Strain”与经典的McGraw-Hill 参考手册中易于修改的计算，以及有限元方法的交互式介绍结合在一起。
Mathcad 扩展包
为了将 Mathcad 的功能扩展到特定的专业，PTC 提供了四个 Mathcad 扩展包：
Mathcad 数据分析扩展包
使工程师能够轻松地在 Mathcad 中导入、处理和分析数据模式及关系。
Mathcad 信号处理扩展包
提供 70 多个内置的信号处理函数，增加了用于执行模拟和数字信号处理、分析及可视化的丰富功能。
Mathcad 图像处理扩展包
在彩色和灰阶图像上执行平滑、匀边、边界识别、侵蚀和膨胀算法 —在医学、天文学、气象、地球物理学、地质学、司法鉴证和雷达及其他领域中很有用。
Mathcad 小波扩展包
促成了一种新方法，用于信号和图像分析、时序分析、统计信号估计、数据压缩分析和特殊数值方法。工程师可以创建数量几乎无限的函数，以复制任何自然或抽象的环境 — 对于需要压缩大量数据的工程师（像在指纹识别或 MRI 编码领域中）很有用。
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