О программном пакете MathCad

На сегодняшний день существует несколько математических пакетов, с помощью которых быстро, просто и эффективно выполняются сложные математические расчеты, даже в символьном виде. MathCad неизменно популярен среди инженеров и студентов, благодаря простоте взаимодействия пользователя с приложением. В статье можно ознакомиться с пакетом MathCad, интерфейсом программы, а также с ее особенностями.

В настоящее время технология цифровой - обработки сигнала является одной из наиболее востребованных технологий для широкого прикладного применения и при этом одной из наиболее молодых среди всех технологий, имеющих широкое практическое применение. Существует несколько математических пакетов, с помощью которых быстро, просто и эффективно выполняются сложные математические расчеты, даже в символьном виде. Это такие пакеты как Mathcad, Maple и Mathematica. Цифровая обработка сигнала (ЦОС) применяется для решения задач радиолокации, навигации, телекоммуникации, гидролокации, обработки изображения и звука в различной аппаратуре специального и общегражданского назначения, в медицинской технике, в профессиональной и бытовой аудио-видео технике, в фотографии, в биометрии.

Предпосылки для появления технологии цифровой обработки сигнала зародились в тридцатые годы двадцатого века, когда была сформулирована и доказана теорема отсчетов Котельникова^[2], которая обосновывала возможность представления непрерывных аналоговых сигналов последовательностью отсчетов мгновенных значений этих сигналов, взятых достаточно часто. Уже в конце 40-х годов двадцатого века, с появлением первых ЭВМ, технология цифровой обработки сигнала была применена для решения практических задач, пока еще не в реальном масштабе времени.

Цифровой обработкой сигналов принято называть в вычислительной технике арифметическую обработку последовательностей равноотстоящих во времени отсчетов. Под цифровой обработкой понимают также обработку одномерных и многомерных массивов данных.

Еще в середине XX века обработка информации изображений была по большей части аналоговой и выполнялась оптическими устройствами. Подобные оптические методы до сих пор важны. Тем не менее, с резким ростом производительности компьютеров, эти методы все в большей мере вытеснялись методами цифровой обработки изображений.

Практически любая техническая задача предполагает проведение большого количества математических расчетов. Долгое время это занимало огромное количество времени. С изобретением компьютера, а позже и специальных программных средств, проведение подобных расчетов значительно упростилось. Сегодня одной из самых популярных и простых в использовании программных пакетов считается Mathcad.

Первая версия этого программного средства вышла в 1986 году и на то время была незаменимым помощником инженеров. Уже тогда, помимо простых и сложных алгебраических вычислений, была возможность построения 2d графики. Чуть позже в программу была введена возможность строить и 3d графику. Но развитие сильно тормозили слабые вычислительные возможность ЭВМ.

Автором программного пакета Mathcad является А. Раздов - выпускник Массачусетского технологического института (MIT), который написал первую версию этой программы. Он прекрасно понимал, что нужно большинству пользователей и реализовал одно из главных ее преимуществ - возможность подключать собственные функции к программе.

Нужную функцию можно было написать на языке С, откомпилировать и прикрепить к программе через DLL-механизм.

Каждый день на работе инженер выполняет большое количество расчетов. Определенные фрагменты вычислений повторяются из раза в раз. При этом Mathcad позволяет копировать уже написанные формулы и просто изменять входящие значения, но расчеты все равно остаются большими. Использование авторских функций позволяет скрыть громоздкую алгебраическую часть расчетов. В дальнейшем эта процедура заменяется использованием всего лишь одной строчки, что создает большое удобство при использовании программы.

Говоря об удобстве, нельзя не упомянуть наличие у этого программного средства простого удобного интерфейса. Взаимодействие с ним осуществляется в пределах рабочего листа. Функции, которые чаще всего используются, выведены на отдельную панель, которую пользователь может изменять по своим потребностям. Работая в программе, можно визуально наблюдать все так же, как если бы текст был написан на бумаге. Это является преимуществом, когда нужно распечатать документ. Получается, что уже после 30 минут ознакомления, пользователь может полноценно работать в Mathcad.

Рисунок 1. Интерфейс программного пакета Mathcad 15

Особенности Mathcad 15.

В 2006 году компанию, созданную А. Раздовым, купила корпорация PTC, совместными усилиями началась разработка Mathcad 15.

При этом было изменено ядро программы. Использованные ранее подмножества Maple разработчики заменили алгебраическим ядром MuPad. Это повысило точность и качество расчетов. Это дало положительный эффект, но добавило проблем пользователям, потому что некоторые файлы, созданные в ранних версиях, могли не открываться в 15-ой. А если открывались, то не было уверенности, что все правильно работают. Поэтому специалисты, которые уже долгое время работали с пакетом MathCAD, очень неохотно переходили на новую версию.

Изменений в программе было много, например, введение полной поддержки всех шрифтов Unicode или орфографическая проверка на 15 языках мира. Но что действительно важно для пользователя, так это введение тандема операторов «… := … = …». Это позволило получить рассчитанное значение сразу же после введения новой переменной. Казалось бы, это небольшое изменение, но оно дало возможность еще ближе подойти к стандартной и обычной записи расчетов и отойти от условий программной записи.

Также были добавлены три новых алгоритма решения дифференциальных уравнений и несколько новых функций в символьный процессор.

Решающим фактором обновления стала интеграция с пакетом Pro/ENGINEER, которая обусловила появление новых возможностей при выполнении инженерно-конструкторских работ. Упростилось построение математической модели, стало значительно легче проводить расчеты с учетом геометрии моделируемого объекта.