Краткий обзор SMath Studio или чем заменить Mathcad?

Вероятно, в большинстве университетах, научных и конструкторских бюро по-прежнему выполняются расчеты "от руки" карандашом или ручкой на бумаге. На первых курсах университета я ничем не отличался и тоже делал расчеты "от руки", потому что нас так учили. 

Это очень печально, так как существует множество отличных инструментов, которые помогают инженерам совершать меньше ошибок и экономить время.

В этой статье я познакомлю вас с одним из таких инструментов — SMath Studio — и дам пошаговое руководство о том, как начать им пользоваться.

Что такое SMath?

SMath или SMath Studio - это бесплатная математическая программа, которая позволяет автоматизировать ваши вычисления с помощью единиц измерения. Ее можно скачать бесплатно, и почти все, что вы делаете на бумаге, можно выполнить в цифровом виде с помощью SMath.

Вы можете скачать программу здесь.

Для кого предназначен SMath Studio?

• Инженеры, ученые и другие специалисты, выполняющие расчеты
• Студент
• Любой, кто делает расчеты на листе бумаги, хочет оцифровать их и сэкономить время
• Любой, кто хочет задокументировать этапы расчета и контролировать версии документа (скажем с помощью Git)

Чем SMath отличается от Mathcad и других математических ПО?

Для инженеров, физиков и математиков Mathcad — отличный пакет для теоретических расчетов и отчетов. К сожалению, MathCAD довольно дорогой для студентов и обычных пользователей, а также не поддерживается в Linux.

SMath Studio - это бесплатная альтернатива, поддерживающая файлы Mathcad и работающая в Linux.

В этой статье я хотел осветить некоторые из моих заметок по использованию SMath Studio. Некоторые из ключевых моментов, которые следует учитывать, таковы:

• SMath предлагает метод работы с листами, который намного превосходит Excel / LibreOffice для решения математических задач.
  • Уравнения и матрицы отображаются так, как будто они были нарисованы от руки
  • Единицы измерения включены в уравнения, и преобразование единиц измерения происходит автоматически
  • Легко читается IF /THEN/ELSE, ЦИКЛ WHILE и FOR можно использовать на рабочем листе
• Программирование SMath выполняется визуально (в отличие от написания кода, такого как Python или Matlab/Octave).
• SMath поддерживает базовое построение графиков, но он слаб по сравнению с другими пакетами, такими как Matplotlib.
• SMath хорош для визуальных отчетов, но Python был бы лучшим решением для управления большими объемами данных или когда необходимы статистические вычисления.

К тому же надо сказать, что в апреле 2022 года компания PTC (Parametric Technology Corporation, Inc.) полностью остановила свою деятельность на территории Российской Федерации и закрыла местное представительство. Данное решение привело к полному прекращению официальных продаж программных продуктов, выходивших под маркой PTC, и остановке действия соглашения о технической поддержке для уже приобретенных лицензий. Особое место среди продуктов компании PTC занимала система Mathcad, которая стала фактически отраслевым стандартом программного обеспечения для инженерных расчетов. Mathcad настолько прижился у российских пользователей, что считался безальтернативным инструментом в своей области, а какие-либо аналогичные продукты даже не рассматривались экспертным сообществом. Хотя такие продукты были...

Одним из таких продуктов был SMath Studio от российской компании «ЭсМат», которая до не давнего времени была практически забыта российскими пользователями в угоду Mathcad. 

Однако SMath Studio не помешало стать популярной программой зарубежом!

Получилось очень интересная ситуация... Практически весь мир стал использовать SMath Studio для своих расчетов, а российский пользователь целенаправленно использовал и развивал продукт Mathcad)))) Хотя SMath Studio по умолчанию предоставляется БЕСПЛАТНО!

Обзор функциональных возможностей SMath Studio

За более чем 15-летнюю историю проекта SMath Studio команда «ЭсМат» собрала вместе большое количество единомышленников по всему миру: профессоров высших учебных заведений, преподавателей, инженеров, студентов и просто любителей математики. Все это время пользователи направляли разработчиков, стремясь сделать SMath Studio конкурентоспособным продуктом на рынке математического программного обеспечения.

Сегодня SMath Studio — это мультиплатформенный продукт с широким функционалом, позволяющий работать с математическими и инженерными расчетами любой сложности. В такие расчеты могут быть включены как текстовые пояснения, так и математические формулы, графики, изображения и многое другое.

В первом приближении процесс взаимодействие с программой напоминает ручную работу с математическими выражениями на листе бумаги в клетку, что позволяет подчеркнуть низкий порог вхождения для новых пользователей и предоставляет удобную и интуитивно понятную среду для выполнения работы опытными специалистами. Однако за обманчивой простотой интерфейса спрятан мощный функционал, способный решать задачи различной степени сложности.

Давайте рассмотрим отдельные возможности продукта SMath Studio, которые делают его незаменимым на отечественном рынке научного программного обеспечения.

Удобный формат расчетного документа

Программа SMath Studio позволяет работать как с простыми расчетами, использующими минимум функций, так и со сложными документами, включающими в себя элементы программирования, работу со строками и большими массивами данных, визуализацию вычислений и подробные анимации. Встроенные численный и символьный вычислительные движки позволяют эффективно работать над численными методами и проводить вычисления с упрощенной системой компьютерной алгебры.

Расчеты легко составлять и просто проверять, так как они самостоятельно складываются в единый документ. Вся логика расчета видна на экране и может быть экспортирована в другие приложения или распечатана на бумажном носителе.

Интерактивные инженерные расчеты

Отличительная особенность SMath Studio — это наглядное представление результатов расчетов в удобном графическом виде. Программа имеет возможность создавать анимацию с множеством настроек и экспортом во внешние форматы файлов. Данный способ представления данных позволяет оперативно оценить характеристики изменения системы во времени.

Кроме того, в решении полностью реализована поддержка единиц измерения. Их использование при формировании документа позволяет уменьшить вероятность ошибки и переложить ответственность за вопросы, связанные с приведением размерностей, на движок SMath Studio. Программа будет автоматически проверять каждый этап вычислений и предупреждать пользователя в случае возникновения нежелательных ситуаций. Работа с размерностями, а не просто с «магическими» числами, дает возможность пользователю сконцентрироваться на логике вычислений, а не на арифметических операциях, возникающих из-за конвертирования единиц измерений.

Экспорт расчетов

Важная особенность программы SMath Studio — возможность сохранять расчетные документы в виде автономных исполняемых файлов. Получаемый файл не требует установки какого-либо программного обеспечения на компьютер пользователя и может быть запущен, как обычное приложение.

Работа с такой программой интуитивно понятна даже для пользователей, не знакомых с математическим программным обеспечением, так как интерфейс представлен стандартными элементами управления операционной системы.

Контроль версий с помощью Git

Так как основной расчет файл формата .sm по сути своей является текстовым xml файлом, с человеко-читаемой логикой, то у пользователя есть возможность контролировать свой расчет с помощью системы контроля версий Git или любой другой аналогичной системы.

Быстрый старт в SMath

Первый расчет

Чтобы сделать свой первый расчет в SMath, просто нажмите на страницу, чтобы увидеть красный крестик.

Затем начните печатать. Допустим, мы хотим рассчитать 2 + 5 = 7.

Введите “2  +  5” и нажмите знак “=” на клавиатуре. Затем вы должны получить свой первый результат = 7.

Расчет с использованием переменных

Основным преимуществом использования цифровых инструментов, таких как SMath, Mathcad или Maple, заключается в том, что вы можете использовать переменные, которые действительно быстро можно изменить, в отличии от ручного расчета...

Я помню, какой болезненной была моя курсовая работа в университет, когда в конце проектирования винтового механизма я обнаружил, что в начале допустил ошибку. Все значения пришлось вводить заново на моем карманном калькуляторе. На это ушли часы! С SMath эти изменения вносятся за считанные секунды?

Определение переменну: введите выбранную букву и либо нажмите на символ “:=" в окне инструментов арифметики справа, либо введите “:” в вашей клавиатуре.

Затем введите число по выбору, например введите “a := 2”. Это число будет хранится в переменной.

Введите “a + 5 =”, и программа автоматически рассчитает 2 + 5 = 7.

Теперь измените значение a на 4, и второе уравнение автоматически обновит результат.

Использование единиц измерения

SMath может работать с единицами измерения. Давайте попробуем добавить 2 м к 5 м.

Сначала введите “2”, затем “м”, а затем клавишу TAB на клавиатуре. Очень важно нажать кнопку TAB, иначе SMath не распознает м как метры.

Если вы успешно нажали на ВКЛАДКУ, цвет буквы “м” изменится на синий.

Введите “+ 5 м”, “TAB” и клавишу "=" на клавиатуре. Теперь SMath рассчитал “2 м + 5 м = 7 м”.

Использование греческих букв

В инженерном деле, математике, физике и других дисциплинах греческие буквы постоянно используются для определения и хранения значений.

Итак, давайте посмотрим, как мы это делаем в SMath, а также как мы можем ускорить работу с помощью горячих клавиш.

Как всегда, сначала щелкните где-нибудь на странице. Затем мы можем выбрать нужную греческую букву на панели в правой части пользовательского интерфейса.

Мы выбираем α и далее набираем “: 30 °” >> TAB.

Далее, “β : α ⋅ 3 =”

Вероятно, это приведет к 1,5708 (в радианах), не так ли? Чтобы получить результат в градусах, нам нужно указать уравнению, чтобы оно использовало “единицу измерения” ° или град.

Итак, нажмите на формулу и введите “°” в черный прямоугольник после 1.5708 и нажмите ВКЛАДКА.

Горячие клавиши для греческих букв

Чтобы ускорить процесс вычисления в SMath греческими буквами, есть горячие клавиши, которые мы сейчас рассмотрим.

При вводе “a” >> “Ctrl + g“  SMath автоматически создает "α".

Это работает для всех греческих букв. В общем, эти сочетания работают следующим образом

латинская буква + “Ctrl + g”

(Одновременно нажимайте кнопку Control и g)

Как узнать, какая латинская буква соответствует какой греческой?

Вы можете узнать, наведя указатель мыши на греческие буквы на правой панели.

Добавление текста

Добавление текста необходимо для улучшения читаемости листа SMath.

Нажмите "Вставить" > "Область текста".

Теперь вы можете просто вводить текст.

Лично мне нравится описывать, что означают переменные в одной строке.

Горячие клавиши для текста

Слишком долго нажимать Вставить>> Область текста каждый раз, когда вы хотите использовать текст, не так ли?

Есть более быстрый способ.

Для использования текста в SMath используется горячая клавиша “ (1 кавычка).

Имена переменных с нижним индексом

Имена переменных с нижним индексом необходимы при инженерных расчетах, и сейчас мы покажем, как использовать имена переменных с нижним индексом.

Для того чтобы сделать α_с в SMath введите

“a” >> “Ctrl + g” >> “.” >> “c”

Итак, в целом, при наборе текста в SMath.

“.” >> письмо

создается нижний индекс

Использование функций If – else

Функция if – else чрезвычайно полезна при работе с расчетами, имеющими граничные условия.

Например: если участник <50%, то Участник не избирается, но если a> 50%, то избирается Участник.

Теперь давайте попробуем этот пример в SMath.

Определяем переменную party := 49% (запомните вкладку!)

Затем нажмите if на панели программирования.

Заполните черный прямоугольник после if символом участник < 50%

Заполните следующий черный прямоугольник надписью “Партия не избрана”.

После этого введите “Партия избрана”.

Нажмите “=”.

Результат таков: “Партия не избрана”.

Изменение фоновой сетки

Страницы в SMath могут быть либо Белый или с помощью сетки типа клетка. Это, конечно, личные предпочтения.

Чтобы изменить фон, нажмите на Вид >> Сетка

Верхний и нижний колонтитулы документа

Чтобы документ выглядел профессионально, верхние и нижние колонтитулы можно реализовать в SMath.

Чтобы добавить заголовок, нажмите Вставить >> Верхний и нижний колонтитулы >> Заголовок

Используйте ярлык ” " (кавычки), чтобы написать некоторый текст, например, дату, название проекта, ваше имя, название вашей компании…

То же самое касается нижнего колонтитула.

Чтобы добавить нижний колонтитул, нажмите Вставить >> Верхний и нижний колонтитулы >> Нижний колонтитул

Почему у SMath Studio нет аналогов на российском рынке ПО?

Помимо функциональных возможностей, которые заметно выделяются среди инженерных продуктов отечественного ПО, решение SMath Studio обладает рядом важных особенностей, которые делают его уникальным среди разработок научно-технической направленности.

Импортонезависимость

SMath Studio — это ПО российской разработки от компании «ЭсМат», базирующейся в Санкт-Петербурге. Поставка лицензий и оказание услуг технической поддержки осуществляется самой компанией и ее представителями, поэтому при использовании данного продукта полностью отсутствуют риски, связанные с санкционными ограничениями и запретами на поставку. Кроме того, решение прошло государственную регистрацию и включено в Реестр российского программного обеспечения.

Кроссплатформенность

Другая важная особенность SMath Studio — удобство использования на различных операционных системах. Программа с легкостью запускается как на привычном Windows, так и на различных дистрибутивах операционных систем Linux, в том числе и на российской Astra Linux. Установку и запуск программы можно реализовать в три простых действия: скачивание дистрибутива через браузер, выбор контейнера в качестве исполняемого файла с помощью диалогового окна свойств и непосредственный запуск программы.

Гибкая система лицензирования

Стоит отметить, что SMath Studio обладает гибкой системой лицензирования. Все лицензии поставляются в электронном виде. По сроку использования можно выбрать удобный для себя формат годовой или бессрочной лицензии. Вы можете приобрести фиксированную лицензию, то есть для одного пользователя, или плавающую, которая дает возможность использовать лицензию нескольким пользователям в рамках локальной сети организации.

Удобная интеграция

SMath Studio позволяет переносить данные из расчета в другие программы для последующего формирования итоговых документов. В качестве возможных форматов экспорта поддерживаются: текст, изображения и HTML-код. Тип файла для сохранения может быть выбран непосредственно из диалогового окна экспорта.

Заключение

В рамках данной статьи я постарался познакомить вас с российским программным продуктом SMath Studio. Данное решение уже давно присутствует на рынке ПО и способно удовлетворить большинство потребностей представителей инженерной промышленности, высшего технического образования и научно-исследовательской деятельности, особенно нуждающихся в качественных решениях для компьютерной алгебры и автоматизации математических расчетов.

Каково ваше мнение о SMath и для чего вы его используете? Дайте нам знать в комментариях ниже✍️