Во все времена инженерам, исследователям
Во все времена инженерам, исследователям (т.е. специалистам в своих областях) был необходим удобный и достаточно эффективный (для своего времени) инструмент для решения своих задач. В этот «инструментальный» ряд можно включить логарифмическую линейку, арифмометр, калькулятор, универсальную ЭВМ, персональный компьютер. При использовании вычислительной техники встала проблема реализации алгоритмов решения в виде так называемых программ. Для решения этой проблемы в различные годы использовались следующие средства:
§ программирование в машинных кодах (включая языки типа Ассемблер);
§ программирование на языках высокого уровня (включая объектно-ориентированное программирование);
§ системы компьютерной математики.
Разработка программы (даже с использованием языков высокого уровня с приставками Visual) требует и соответствующей подготовки (назовем ее «программистской»), и достаточно большего количества времени (и то и другое часто отсутствует у «обычного пользователя»). Поэтому, начиная с 90-х годов прошлого века, широкую известность и заслуженную популярность приобрели так называемые системы компьютерной математики [1] или, проще, математические пакеты. К ним можно отнести MathCAD [2, 3], MatLab [4, 5], Mathematica [6], Maple [7].
На наш взгляд, наиболее подходящим для выполнения научно-инженерных расчетов является математический пакет MathCAD, особенно его последние версии MathCAD2000 Professional, MathCAD2001i Professional. Эти версии содержат тщательно сбалансированные средства численных и символьных вычислений с графической визуализацией результатов в сочетании с современным интерфейсом пользователя, мощной справочной системой, обширными пакетами расширений (ориентированных на решение определенного класса задач) и средствами для работы в Internet.
Основам работы с последними версиями пакета MathCAD посвящены несколько книг и учебников [2, 8, 9]. К сожалению, в них не уделено должного внимания вопросам программной реализации различных алгоритмов, особенно с использованием программных модулей – подпрограмм-функций MathCAD. Отчасти это объясняется большим объемом «общеобразовательной» информации, которая необходима для широкого круга пользователей, а также смещением акцента в сторону использования «готовых» функций, входящих как в сам MathCAD, так и в пакеты расширений. Их использование порождает достаточно простые алгоритмические конструкции, реализуемые непосредственно в документе MathCAD.
Однако в ряде случаев возникает необходимость программирования того или иного «нестандартного» вычислительного алгоритма. Здесь необходимы навыки программирования с учетом особенностей конструкций пакета MathCAD.
Поэтому в разделе 2 данного учебного пособия достаточно подробно излагаются конструкции MathCAD (русифицированная версия MathCAD2001i), необходимые для реализации различных типов алгоритмов: линейных, разветвляющихся и циклических. Основное внимание уделяется разработке программных модулей – подпрограмм-функций MathCAD. Обсуждается реализация метода модульного программирования. В третьем разделе рассматривается решение «типовых» задач, встречающихся при расчете и проецировании строительных конструкций, а в первом разделе обсуждаются вопросы «импорта и экспорта» данных в пакете MathCAD.
Предполагается, что читатель уже знаком с основами работы в пакете MathCAD (запуск пакета, работа с окнами, ввод, редактирование конструкций, выполнение в пакете элементарных вычислений). Изложение материала сопровождается большим числом примеров разной сложности, а предлагаемые для самостоятельного выполнения задания позволяют получить практические навыки программирования различных алгоритмов.
Учебное пособие предназначено для студентов специальности «Информационные системы и технологии», для студентов дневной формы обучения, изучающих курс «Компьютерные технологии в строительстве», а также для аспирантов и инженеров, использующих в своих расчетах этот математический пакет. Пособие, безусловно, будет полезно всем, использующим MathCAD при решении «своих» задач и желающим познать радость от эффективной работы «своей» программы.
