MATHCAD軟件介紹
MATHCAD是一款專業的工程計算軟件，廣泛地應用于電機、機械和土木工程等各行業的研發設計過程中的工程計算工作。借用于MATHCAD軟件，設計人員可以輕松地應用產品開發過程中所遇到的，各類復雜的工程計算任務。
借助于MATHCAD軟件，工程人員可以完成設計研究與折衷分析，從而放心地知道自己已評估了所有最佳的選項，從而更快速地作出設計選擇。在產品開發生命周期的早期作出更好的設計選擇：
設計研究和折衷分析：改善早期設計決策的最佳做法
設計研究和折衷分析是一項改善早期設計決策的最佳做法，而作出的決策反之可幫助降低產品開發過程后期的成本。工程師使用數學模型建立性能包絡和折衷曲線，以快速找出最高效地滿足產品需求的設計解決方案。通過利用明確記錄的研究或分析，可以清楚了解為何提議的設計方案在性能和成本之間提供了最佳的折衷，而且可讓審閱者放心地知道沒有遺漏更好的解決方案。
但是，需要克服一些令人生畏的挑戰，才能獲得此最佳做法的全部好處。
事實上，許多新產品都是現有設計方案的變體，不過，由于既未捕捉也未組織與這些產品關聯的原始分析，以供其他人查找，因此，常常要從頭開始設計，而且工作量很大。這不僅會導致開發研制周期延長，還會占用寶貴的資源，并且限制可以有效評估的概念設計的數量。對于沒有任何舊的信息可供利用的新員工或新的團隊成員而言，此過程特別耗費時間。
如果未將分析記錄在案并關聯到特定的設計方案，則相關人員（例如建模組中的工程師）將不得不猜測為何作出了特定的設計決策。如果通過更好的注釋說明了有關此分析的假設，則工程師可以更快速和放心地進入到求解階段。通過更好地注釋和組織設計方案，可以更高效地與管理層進行溝通，以及早獲得他們的批準，同時能在多個學科或全球性企業中分享工作成果。
為了克服這些挑戰和全面實現開展設計研究和折衷分析所帶來的好處，工程師需要一些重要的功能，以便能夠：
使用設計研究和折衷分析讓電氣、機械和土木工程都受益不淺。但是，每個專業領域都面對著一些獨特的挑戰，而下面介紹的三個方案舉例對它們進行了說明。
在我們的第一個方案中，某電氣工程師負責重新設計視頻游戲控制器中性能不佳的電路，而且要滿足特定的要求，即改善可靠性、降低功耗并提高與現有設備的互操作性。接下來，某機械工程團隊要設法確定哪種材料能最好地滿足機械臂組件的最大握持力要求，同時仍然適應設計參數（例如厚度和重量）以及成本約束。最后，某經驗豐富的土木工程公司接到一項任務，為三種不同類型的橋梁設計方案執行成本/ 收益折衷分析，同時要預先考慮交通部安全法規的要求。
在每個方案中，PTC 的 MATHCAD 都提供了快速選出最佳概念設計方案所需的功能。MATHCAD 可以滿足電氣、機械和土木工程的獨特要求，同時允許各個團隊：
方案 1 ：重新設計電路以改善游戲性能
某制造業公司指派一位工程師重新設計客戶的視頻游戲控制器電路。新的設計必須滿足特定的要求，也即改善可靠性、降低功耗并提高與現有設備的互操作性�？紤]到成本約束，必須盡可能使用更廉價的現成元件。
該工程師使用 MATHCAD 在 MATHCAD 工作表中快速創建設計方案的元件模型。其中一個元件模型專門對各個現成的電阻和電容進行阻抗方面的折衷分析。利用 MATHCAD 的直觀白板界面和內置的方程編輯器，該工程師可以使用熟悉的自然數學符號表示各元件的解和約束。她可以將精力集中在執行設計實驗和分析本身上，而不是費力地通過編程來表示難以閱讀的公式。
實際上，她可以訪問 600 多個數學函數和標準的電氣方程庫，因而能夠快速輕松地創建元件模型，然后將它們應用到設計方案中。
若要評估任何元件變更的影響，該工程師可以輕松地"置換"參數值，例如將電阻值從"8"改為"30"。這些元件值很可能已通過現成元件的庫確定下來。由于 MATHCAD 的自然數學符號是"實時"變化的，因此，低頻率、高頻率和總阻抗值的變化會立即反映在整個模型中。在該工程師工作時，MATHCAD的動態單位檢查功能可以減少錯誤和提高結果的準確性。自然數學符號、單位檢查的準確性和實時的方程使工程師能夠更準確地相互溝通，同時改善了過程效率和降低了犯下代價沉重的錯誤的可能性。
MATHCAD 自動利用前面定義的阻抗計算和頻率表來生成一階交叉阻抗折衷分析圖。在白板上或在基礎表格中進行的任何更改均會動態地更新圖形的顯示。就像上面改變電阻元件一樣，如果改變電容值，則更高頻率的阻抗和總阻抗的圖形曲線將自動更新。因此，MATHCAD 能讓工程師快速評估和輕松溝通有關元件的選擇。
在任何地方查看此折衷分析結果的任何人都可以清楚了解這些公式，以及一整套清楚表達的假設和計算 — 不管它們是用于與管理層一起審閱設計研究，用于供監管機構審核，還是用于與全球各地的團隊成員進行溝通。
方案 2 ：評估機械臂電樞的候選材料的屈服強度
某工業設備制造商的工程團隊被要求評估機械臂"手指"材料在不同握持力下的屈服強度和成本折衷方案。評估的材料包括各種鋼材，例如 ASTM A36、ASTM 514、不銹鋼 ANSI 302，以及高密度聚乙烯 (HDPE)。材料必須滿足屈服強度和抗張強度要求，以安全地達到最大的握持力，以及適應現有的設計參數（例如厚度和重量）以及成本約束。
通過使用 MATHCAD 的直觀白板界面，工程師快速創建一系列直觀的折衷分析方程和圖形，以計算繞著電樞模型的 x 軸折彎的慣性面積矩。內置的方程編輯器讓團隊能夠使用熟悉的自然數學符號表示元件的解，而且自動的單位檢查功能確保了結果的準確性。團隊可以將精力集中在執行設計實驗和分析本身上，而不是費力地通過編程來表示難以閱讀和溝通的公式。
利用 MATHCAD 的開放式體系結構，可以快速開始評估作為材料厚度函數的最大應力。由于早期的一個項目收集了接受評估的材料的屈服強度、極限強度和密度值，因此，可以從 Excel®電子表格中將這些值導入到 MATHCAD 工作表的庫。
現在，工程團隊可以輕松地將此信息加入到他們用于執行折衷分析的 MATHCAD 工作表電樞模型中。
團隊在確保屈服強度的安全系數的情況下盡可能減小每種材料的厚度，之后，MATHCAD 會生成圖形，它直觀顯示了使用HDPE 與 ASTM A36 鋼之間的折衷分析。
團隊得出結論，在考慮所有約束和既定目標的情況下，最佳材料是 HDPE。在設計包絡中留有足夠的余量以適應較厚的電樞，而且它也滿足抗張強度和屈服強度的要求。最終產生的質量是等效 A36 鋼結構的 37.5%，而且 HDPE 的成本低于這種鋼。
最終選出 HDPE 的分析過程自動地逐步記錄在 MATHCAD 工作表中，而且，后續負責其他項目的團隊現在可以輕松地查看或重復利用此分析過程。
團隊還可以選擇直接從 CAD 模型（例如 Creo™ Parametric 應用程序）中將電樞的尺寸和握持的幾何形狀導入到 MATHCAD工作表， 并且一起導入 CAD 模型的" 快照"。對MATHCAD 模型所做的任何更改都可以動態地修改 CAD 模型。
方案 3 ：比較橋梁設計中的成本/ 收益折衷方案
某工程公司有幾十年的橋梁建造經驗�？蛻粽埶_定以下三種設計方案中哪種提供了最佳的成本/ 收益比：懸臂橋、懸索橋或浮橋。
這項設計研究涉及到大量的變量，包括交通量、不同長度的跨度、維護成本等等。經驗表明，負責此項目的工程師必須在預測安全性要求方面仔細考慮，以便項目獲得交通部的批準。
幸運的是，工程師不必從頭開始執行橋梁的設計研究和折衷分析。他們可以訪問從以前的項目獲得的已存檔的 MATHCAD 工作表庫。MATHCAD 除了允許工程師更快速地找出最佳的設計概念之外，還允許他們在設計過程中更早的階段采用由管理層提議的方法，以便設計獲得批準或修正設計方向。
項目團隊首先選擇了與當前挑戰最相似的以前的設計研究。由于計算是用實時、自然的數學符號表示的，因此，他們可以更輕松地選出最適用的工作表。在早期研究中作出的基本假設也被記錄在同一個工作表上，一并記錄的還有圖形和其他直觀的參數表示形式。
MATHCAD 的直觀白板界面和內置的方程編輯器允許團隊快速修改工作表，以適應當前項目的要求。團隊可以訪問 600 多個數學函數和標準的方程庫，因而能夠快速細致地反復篩選組件。修改工作表產生的結果將實時更新，這包括任何直觀的顯示元素在內。此外，所做的任何更改將由 MATHCAD 的動態單位檢查功能加以驗證，以便減少錯誤�？梢暂p松地向計算添加注釋，以記錄重要的事實和假設，從而說明在哪些參數和邏輯下如何獲得結果。
由于 MATHCAD 的使用具有"自文檔化"的特點，因此，工程師無需創建供管理人員審閱且重復說明原始工作表及其修改的詳細信息的獨立報告。管理人員可以放心地知道一切都經過仔細考慮。
總結
在作為最佳做法應用于產品開發過程的早期階段時，設計研究和折衷分析能讓工程師作出與既定要求更密切一致的產品決策。MATHCAD 提供了必需的重要功能，可讓用戶高效和自信地實現此最佳做法的全部好處。
