Mathcad
De peste 20 de ani, Mathcad este standardul recunoscut în realizarea, documentarea și lucrul colaborativ cu calcule inginerești, metode și algoritmi de calcul în proiectare.
Spre deosebire de programele de calcul tabelar, unde ecuațiile sunt exprimate criptic iar conversia între sisteme de unități diferite este imposibilă, sau, de limbajele de programare, accesibile îndeosebi programatorilor, Mathcad reprezintă o modalitate mult mai bună de efectuare și administrare a calculelor inginerești, acestea fiind ușor de realizat, înțeles, verificat, comunicat și urmărit logic.
Calcule inginerești - cele mai bune practici utilizând Mathcad
Începând cu deceniile 7 și 8 ale secolului trecut problemele matematice complexe se puteau rezolva cu ajutorul calculatorului, însă pentru aceasta trebuia mai întâi cunoscut un limbaj de programare (ceea ce includea și mari probleme tehnico-administrative), iar utilizatorul trebuia să-și dezvolte abilitatea de a reformula respectivele probleme pe înțelesul acelui limbaj. Rezolvarea de probleme cu ajutorul calculatorului a constituit o motivație puternică, așa încât, ulterior, evoluția hardware-ului, și respectiv odată cu dezvoltarea PC-urilor, a determinat apariția software-urilor dedicate rezolvării problemelor matematice.
Mathcad a fost creat în 1986 de către compania MathSoft. În 2006 a fost preluat de compania PTC, dezvoltator al soluției software Pro/Engineer acum integrată în familia denumită CREO.
Mathcad oferă un mediu de design unic, intuitiv, de tip ‘tablă albă’, care permite inginerilor să rezolve, să creeze documente și să utilizeze în comun, în mod rapid, calcule inginerești, inclusiv cerințe legate de produse, date critice, metode, ecuații și presupuneri.
Matematică și informatică
- probleme de algebră și de geometrie
- calcul vectorial și matricial
- rezolvarea ecuațiilor și sistemelor de ecuații liniare, neliniare și diferențiale
- lucrul cu seturi de date
- calcule statistice și de analiză a datelor
- crearea de librării de funcții personale
- utilizarea procedurilor iterative, recursive și condiționale.
Fizică și chimie
- probleme de fizică (mecanică, optică, electricitate, magnetism, etc)
- proprietăți ale substanțelor/materialelor
- tabele de referință (constante/parametri tehnico-științifici)
- modelarea reacțiilor chimice (studii teoretice și experimente practice)
- inginerie chimică.
Inginerie electrică
- probleme de electrotehnică, circuite electrice, magnetism
- proiectarea sistemelor electro-energetice
- studierea parametrilor rețelelor de distribuție.
Inginerie mecanică
- probleme clasice de mecanică (cinematică, dinamică, rezistența materialelor)
- statica și dinamica fluidelor
- calcule pentru modelarea entităților 3D și a deformărilor de editare 3D
- inițiere în analiză prin metoda elementului finit (FEA).
Interfața ne oferă aproape totul
Toate operațiile se efectuează într-o foaie de lucru (în engleză “worksheet”), unde se scriu ecuațiile și funcțiile în conformitate cu convențiile de notație din matematică, se inserează texte, imagini, graficele 2D si 3D ş.a.m.d.
Așa cum ne sugerează aspectul foii de lucru, avem în față o foaie de caiet de matematică, pe care putem începe calculele aproape identic cum am face-o pe hârtie: se scriu mai întâi datele de intrare ale problemei pe care ne propunem să o rezolvăm, apoi formulele (de matematică, de fizică, de rezistența materialelor, etc). Imediat ce începem lucrul vom observa că Mathcad recunoaște datele de intrare (pe care le va trata ca „parametri”, sau ca „variabile”), având posibilitatea să asociem acestora și unități de măsură. Există posibilitatea de a obține (afișa) rezultatele prelucrărilor matematice în mai multe moduri: ca valori numerice, ca șiruri de valori numerice (vectori), ca grafice 2D, ca grafice 3D (suprafețe parametrice determinate în spațiul XYZ).
Interfața prezentă la Mathcad acceptă și afișează notații matematice prin apăsarea tastelor unei tastaturi obișnuite sau executarea de clic-uri cu mouse-ul, în meniurile existente - fără să fie nevoie de nici un fel de programare. Deoarece foile de calcul conțin calcule efectuate în timp real, o singură apăsare de tastă care modifică o intrare sau o ecuație duce la obținerea instantanee a unui rezultat actualizat. Modificarea unei variabile duce la recalcularea instantanee a răspunsului sau la redesenarea unui grafic 2D sau 3D.
Mathcad oferă posibilitatea creării atât a reprezentărilor grafice 2D (bi-dimensionale) cât și a celor 3D (tri-dimensionale) și permite prin intermediul facilităților sistemului de operare Windows (O.L.E. - Object Linking and Embedding) introducerea în foia de lucru a obiectelor (schițe, fotografii, modele 3D) create în alte aplicații, permițând în același timp editarea acestora în aplicațiile sursă. Un obiect poate fi introdus ca atare într-o foaie de lucru sau se poate utiliza numai o referință, acesta fiind separat de documentul Mathcad. Un bun exemplu ar putea fi aici diagrama de eforturi de la rezistența materialelor.
Mathcad se integrează ușor cu PTC Creo, oricare dintre variabilele definite în suprafața de lucru (date inițiale sau, mai degrabă, rezultate finale) pot fi preluate/transmise ca parametri în sesiunea de lucru CAD pentru a determina acolo (în mod dinamic) aspecte constructive (dimensiuni/cote) sau funcționale (grade de libertate, deplasări liniare, rotații, viteze, forțe, etc). În plus, ori de cât ori în procesul de proiectare constructivă dorim să facem vreun calcul – pentru a determina o dimensiune cheie în reperul proiectat (grosimea unei flanșe), un număr de repere (numărul de trepte necesare într-un reductor de roți dințate) – putem pe loc iniția o sesiune de lucru Mathcad.
În PTC Creo Simulate, puteți defini forțele, dar cum determinați ce valoare a forței să utilizați? Cu PTC Mathcad, puteți rezolva, analiza și documenta calcule inginerești esențiale, inclusiv forțele și condițiile la limită, înainte de a le rula într-o analiză cu element finit.
Imaginați-vă că doriți să cunoașteți cum vor reacționa arcurile de suspensie a unei mașini la un drum de proastă calitate. Dacă conducem o mașina cu 100 km/h și avem cauciucuri de 19 cm, lovim o groapa cu adâncimea de 10 cm și diametrul de 38 cm, câtă forță va fi aplicată asupra arcurilor?
Puteți calcula și afla răspunsul, utilizând ecuațiile incluse în Mathcad. Rezultatele obținute cu ajutorul soluției Mathcad, ar putea fi apoi utilizate ca valori în analiza cu element finit pentru a calcula tensiunile și deformațiile pe care arcurile le suportă în condiții definite.
Colaborare date Mathcad/Microstation
Integrarea Mathcad/MicroStation permite ca rezultatele calculelor complexe realizate în Mathcad sa fie transferate în Bentley MicroStation, controlând astfel modelele 3D parametrice. Capabilitățile de integrare permit inginerilor să utilizeze calcule pe baza proprietăților materialelor și a cerințelor de proiect în numeroase scenarii de tip “what-if”’. Mulți ingineri care utilizează MicroStation nu mai trebuie să-și petreacă timpul copiind și transcriind informațiile între aceste aplicații. De exemplu, un scenariu de utilizare a celor 2 aplicații ar putea fi: un inginer efectuează calcule în Mathcad pentru a calcula dimensiunile unui beam de profil I pentru un zgârie-nori. Aceste dimensiuni pot fi exportate automat ca parametri pentru Bentley MicroStation, actualizând instantaneu modelul CAD, permițând astfel modelarea parametrică. Utilizatorii vor avea o legătură dinamică, permitandu-le să navigheze la foaia de calcul in Project Index din MicroStation. Mathcad este primul software care profita de capabilitățile de modelare parametrică 3D în MicroStation, iar integrarea îmbunătățește în mod semnificativ valoarea ambelor soluții pentru arhitecți și ingineri.
MicroStation este produsul Bentley pentru proiectarea, modelarea, vizualizarea, documentarea și susținerea proiectelor de infrastructura. MicroStation și ProjectWise, sistemul integrat de colaborare dintre serverele Bentley formează o platformă robustă pentru portofoliul cuprinzător de soluții software oferite de Bentley.
Mathcad permite inginerilor să exploreze, să calculeze și să documenteze simultan cu toate formulele și calculele matematice faza de proiectare a unui produs. Inginerii pot combina formule, text și grafice interactive într-o singură foaie de lucru printr-o interfață intuitivă "whiteboard". Aceste capabilități au făcut din Mathcad un software ales de peste 2 milioane de ingineri din întreaga lume.
Bentley este un partener important pentru Mathcad datorită viziunii comune asupra modului în care ajuta companiile din inginerie să obțină o productivitate mare. Mathcad și MicroStation se potrivesc perfect datorită capabilităților comune de a gestiona valorile critice din inginerie și de a permite inovația în inginerie.
Mathcad capabilități și beneficii
- Ușor de învățat și utilizat, nu necesită abilități speciale de
programare - Contribuie la creșterea productivității, atât la nivel individual cât și organizațional, al proceselor, economii de timp și reducerea erorilor
- Îmbunătățește procesul de verificare și validare a calculelor
- Contribuie la impunerea celor mai bune practici în documentarea de calcule și reutilizarea conținutului informațional legat de acestea
- Documentarea completă a calculelor susține politica oricărei companii privind asigurarea conformității cu standardele
